Hur Framställer man Koppar?

Hur koppar bryts och utvinns

Ingenting illustrerar kopparns skönhet och hållbarhet mer än Frihetsgudinnan. Trots exponering för mer än 130 år av stormande havsvindar, bultande regn och gassande sol, har Lady Libertys kopparhud bara blivit vackrare och förblir i stort sett intakt. Statyns rika, gröna patina är koppars förmåga att motstå tidens nycker. Kemisk analys visar att endast 0,005 tum av vittring och oxidation har inträffat sedan installationen 1884, ytterligare ett vittnesbörd om koppars livslängd.

Frihetsgudinnan är bara ett exempel på koppars estetik och uthållighet. Kopparkonstföremål har prydt museer och hem i tusentals år, och metallen är ofta en grundläggande ingrediens i dekorativa produkter för hemmet, såsom badkar, dörrbeslag, räcken och klädsel. Dess ledande egenskaper gör koppar till en effektiv elektrisk ledare för hushållsapparater och elektronik, och det är också ett föredraget material för VVS- och takapplikationer.

Så, vad är historien om koppar?

Koppars historia är speciell eftersom koppar är den första metall som används av människor i kvantitet.

Omkring 6400 f.Kr. turkarna höll på att smälta och gjuta koppar i olika dekorativa föremål, som egyptierna sedan kopierade runt 4000 f.Kr.. Det mesta av den koppar som turkarna använde kom från naturliga ytavlagringar eller från meteoriter som hade fallit till jorden. I koppars historia inträffade det första historiska omnämnandet av den organiserade utvinningen av kopparmalm omkring 3800 f.Kr. i en egyptisk hänvisning till gruvdrift på Sinaihalvön.

Cirka 800 år senare, efter att romarna upptäckt stora fyndigheter av kopparmalm på ön Cypern, gav erövrarna metallen ett latinskt namn – aes cyprium – som så småningom förkortades till cyprium, ändrades till cuprum, innan dess slutliga antagande av den engelska inkarnationen , ord koppar.

Koppar var i bruk så tidigt som 500 f.Kr. i Peru, och kopparmetallurgin var i full blom när Inkariket föll till spanjorerna på 1500-talet.

Den första koppargruvan i USA startade sin verksamhet i Branby, Connecticut.

Liksom alla andra naturresurser är tillgången på ren eller naturlig koppar från marken begränsad. Den goda nyheten är att koppar lätt kan återvinnas – i själva verket återvinns nästan en tredjedel av den koppar som köps idag. Koppar är unik i sin tolerans för kontinuerlig återsmältning och återanvändning utan att förlora egenskaper.

USA och Chile är idag världens främsta kopparproducenter. Ryssland, Kanada och Kina är andra länder där koppar bryts.

Ren koppar är sällsynt, men kopparmalmer är rikligt

Som nämnts är ren koppar sällsynt eftersom det mesta är naturligt kombinerat med andra kemikalier för att bilda kopparmalmer. De vanligaste kopparmalmerna – det finns cirka 15 av dem som bryts i 40 länder – är sulfidmalmer.

Hur tillverkas koppar?

Framställningsprocessen för koppar varierar beroende på vilken typ av malm och renhet slutprodukten behöver vara. Varje metod innefattar ett antal steg för att avlägsna, fysiskt eller kemiskt, de oönskade materialen, vilket ökar koncentrationen av koppar. Dessa steg kan ske vid gruvan eller vid separata anläggningar.

Var bryts koppar? Hur bearbetas koppar? Låt oss ta en titt på hur koppar bildas.

Gruva koppar

Sulfidmalmer utvinns vanligtvis från stora dagbrott via borrning och sprängs sedan med sprängämnen. Med denna metod avlägsnas överlagringen, som är det material som ligger omedelbart ovanför malmen, för att avslöja malmfyndigheten. Resultatet är ett dagbrott som kan vara mer än en mil bred. Denna metod kräver en väg för att ge tillgång till utrustningen. Den avtäckta malmen, som en gång samlats upp av motorskyfflar och deponerats i stora dumprar, är redo för transport ut ur gropen.

Kopparkoncentrering

När kopparmalmen väl har transporterats från dagbrottet måste den renas från avfallsmaterial, såsom smuts, lera och många mineraler som inte innehåller koppar. Detta kallas koncentrering, och det sker vanligtvis genom en metod som innebär att malmen krossas och mals för att separera den från avfallsmaterialen (sten och andra partiklar). Här är stegen i koncentrationsprocessen.

Efter krossning blandar arbetarna malmen med vatten och mal den till ännu finare partiklar med hjälp av en stångkvarn. Bruket består av en cylindrisk behållare fylld med många korta längder av stålstång. När cylindern roterar på sin horisontella axel snurrar stavarna och krossar malmen till små fragment på cirka 0,13 tum (3 millimeter) i diameter. Kombinationen av malm och vatten bryts ner ytterligare i två kulkvarnar, som använder stålkulor för att mala malmen istället för stavar.

Uppslamningen av malm som kommer ut innehåller finmalda malmpartiklar med en diameter på cirka 0,01 tum (0,25 millimeter).

Nu blandas olika kemiska reagens med slurryn, belägger kopparpartiklarna och en skummare (tallolja eller långkedjig alkohol) tillsätts för att hjälpa till att separera kopparn från andra oönskade material. Blandningen, som injiceras i flotationsceller, luftas genom botten av tankarna. De kemiska reagensen får kopparpartiklarna att klänga fast vid bubblorna när de stiger upp till slammets yta.

Slutligen omvandlar en skummare blandningen till ett tjockt lager av bubblor, som svämmar över från kulkvarnens tankar till uppsamlingstråg. Bubblorna kondenserar och vattnet rann av och lämnar en blandning som kallas kopparkoncentrat. Blandningen innehåller 25-35% koppar, förutom koppar- och järnsulfider och små bitar av guld, silver och annat. Det överblivna avfallet – så kallat avfallsavfall eller gånggas – pumpas in i sedimenteringsdammar för att torka.

Kopparsmältningsprocessen

Efter att avfallet separerats måste järnet och svavlet avlägsnas från kopparkoncentratet. Processen kallas smältning och involverar vanligtvis en eller två ugnar.

Processen börjar med att kopparkoncentratet matas in i en ugn tillsammans med ett kiseldioxidmaterial som kallas flussmedel. Syreberikad luft som tvingas in i botten av ugnen, förbränns med eldningsolja för att smälta koppar och flussmedel. Denna smälta blandning samlas sedan i botten av ugnen. Det mesta av järnet i koncentratet kombineras med flussmedlet för att bilda en slagg, som flyter på ytan av den smälta metallen ungefär som avskum på ytan av buljongen. Det skummas från ytan av det smälta materialet på samma sätt. Svavlet i koncentratet kombineras med syret till svaveldioxid, som släpps ut som en gas och används för att producera svavelsyra. Det smälta materialet som blir kvar på botten av ugnen, kallat matten, är en blandning av koppar och järnsulfider som innehåller cirka 60 viktprocent koppar.

Matten överförs till en andra ugn som kallas en omvandlare. Ytterligare kiseldioxidflöde ingår i blandningen och syre injiceras genom ugnen, vilket får flussmedlet att reagera med det återstående järnet för att bilda en slagg. Samtidigt reagerar syre med det kvarvarande svavlet och bildar svaveldioxid. Slaggen matas tillbaka in i ugnen för att fungera som flussmedel, medan svaveldioxiden går till en syraanläggning för bearbetning. Sedan tar injicerat syre bort det mesta av svavlet. Det resulterande materialet, blister, består av cirka 99 viktprocent koppar.

Kopparraffineringsprocessen

Kopparblåsan är till 99 procent ren koppar, men den innehåller fortfarande tillräckligt med svavel, syre och andra orena material för att hindra vidare raffinering. För att ta bort eller minska nivåerna av föroreningar eldraffineras blisterkopparn innan den skickas för slutlig elektroraffinering.

Uppvärmd i en ugn som liknar en omvandlare har blisterkopparn luft cirkulerat genom den för att oxidera en del av föroreningarna. I vissa fall är ett natriumkarbonatflöde för att ta bort spår av arsenik och antimon. Efter att ett prov av det smälta materialet har inspekterats och föroreningsnivåerna bestämts vara acceptabla, hälls den smälta kopparn – cirka 99,5 procent ren – i formar, och bildar elektriska anoder som fungerar som positiva terminaler i elektroraffineringsprocessen.

Slemmet som samlas på botten av tankarna innehåller guld, silver, selen och tellur. Det samlas in och återvinns för att återvinna dessa ädla metaller.

Gjutning av kopparkatoder

Efter raffineringsfasen gjuts kopparkatoderna till olika former såsom göt eller stavar, beroende på den slutliga applikationen. Tackor är tegelstenar som smälts om för att tillverka mässings- och bronsprodukter. Stavar är runda och gjuts vanligtvis i mycket långa lindade längder. Kopparen görs sedan till tråd.

Få koppar till marknaden

Nu när vi har tittat på hur koppar tillverkas, låt oss diskutera hur det kommer ut på marknaden. Koppar som säljs av gruvbolag finns i två former – koncentrat eller katod. Koncentrat är ett pulver som ofta säljs till smältverk som innehåller 24 till 40 procent koppar. Även om försäljningsvillkoren varierar, betalar smältverket i allmänhet cirka 96 procent av värdet av kopparn i koncentratet, minus eventuella behandlings- och raffineringskostnader.

Reningsavgifter beräknas per ton, medan raffineringsavgifter beräknas per pund raffinerad metall. Även om avgifterna varierar med marknaden, är de vanligtvis fasta årligen. Båda dessa laddningar fluktuerar och tenderar att öka när tillgången på koppar är hög.

Gruvarbetare tillhandahåller normalt koppar i koncentrationsnivåerna, även om stickprov från tredje part medan materialet är på väg till raffinören inte är ovanligt. Dessutom kan gruvan ådömas straff om kopparkoncentratet bedöms innehålla oacceptabla nivåer av skadliga ämnen, såsom bly eller volfram. Å andra sidan får gruvarbetare krediter för värdefullt mineralinnehåll i koncentratet, som guld och silver. Behandlings- och raffineringsavgifter tas ut på var och en av dessa metaller.

Smältverk tar i allmänhet ut vägtullar, men de säljer också raffinerade metaller för gruvarbetare, vilket innebär att all risk och belöning som är förknippad med ändrade kopparpriser tillfaller gruvarbetarna.

Kopparkoncentrat säljs vanligtvis som en mellanprodukt via spot- eller långtidskontrakt. Spotkontrakt betalar gruvarbetare enligt kopparpriset när smältverket gör försäljningen. Långtidskontraktsprissättning betalar sig baserat på ett pris som man kommit överens om för framtiden, vanligtvis 90 dagar från det att gruvan levererar koncentrat till smältverket.

Lämna ett svar

Läs även...