إنتاج النحاس: كيف يصنع النحاس؟

معالجة النحاس هي عملية معقدة تنطوي على العديد من الخطوات حيث يقوم المصنع بمعالجة الخام من حالته الخام والمستخرج إلى شكل منقى للاستخدام في العديد من الصناعات. نحاس يتم استخلاصه عادة من خامات أكسيد وكبريتيد التي تحتوي على ما بين 0.5 و 2.0٪ من النحاس.

تعتمد تقنيات التكرير التي يستخدمها منتجو النحاس على نوع الخام ، بالإضافة إلى عوامل اقتصادية وبيئية أخرى. حاليا ، يتم استخراج حوالي 80 ٪ من إنتاج النحاس العالمي من مصادر الكبريتيد.

بغض النظر عن نوع الركاز ، يجب تركيز خام النحاس المستخرج أولاً لإزالة المواد الغامضة أو غير المرغوب فيها المضمنة في الخام. الخطوة الأولى في هذه العملية هي سحق ومسحوق خام في مطحنة الكرة أو قضيب.

تقريبا جميع خامات النحاس من نوع الكبريتيد ، بما في ذلك الكالكوسيت (Cu₂S) ، كالكوبايرايت (CuFeS₂) و covellite (cuS) ، تتم معالجتها عن طريق الصهر. بعد سحق الخام إلى مسحوق ناعم ، يتم تركيزه بواسطة التعويم الرغوي ، والذي يتطلب خلط الخام المسحوق بكواشف تتحد مع النحاس لجعله مسعورًا. ثم يتم غمر الخليط في الماء مع عامل رغوة ، مما يشجع على التزبد.

يتم إطلاق نفثات الهواء من خلال فقاعات الماء التي تطفو جزيئات النحاس الطاردة للماء على السطح. الزبد الذي يحتوي على حوالي 30٪ نحاس و 27٪

إذا كانت الشوائب اقتصادية وأقل قد تكون موجودة في الخام ، مثل الموليبدينوميمكن أيضًا معالجة وإزالة الرصاص والذهب والفضة وإزالتها في هذا الوقت من خلال التعويم الانتقائي. عند درجات حرارة بين 932-1292°ف (500-700°ج) ، يتم حرق الكثير من محتوى الكبريت المتبقي كغاز كبريتيد ، مما يؤدي إلى مزيج كالسين من أكاسيد النحاس والكبريتيدات.

تتم إضافة التدفقات إلى نحاس الكالسين ، الذي أصبح الآن نقيًا بنسبة 60 ٪ تقريبًا قبل تسخينه مرة أخرى ، وهذه المرة إلى 2192 درجة فهرنهايت (1200 درجة مئوية). عند درجة الحرارة هذه ، تتحد تدفقات السيليكا والحجر الجيري مع المركبات غير المرغوب فيها ، مثل أكسيد الحديد ، وتجلبها إلى السطح لإزالتها كخبث. الخليط المتبقي عبارة عن كبريتيد نحاس مصهور يشار إليه باسم غير لامع.

الخطوة التالية في عملية التكرير هي أكسدة السائل غير اللامع لإزالة الحديد لحرق محتوى الكبريتيد مثل ثاني أكسيد الكبريت. والنتيجة 97-99٪ نحاس نفطة. يأتي المصطلح النحاس الفقاعي من الفقاعات التي ينتجها ثاني أكسيد الكبريت على سطح النحاس.

من أجل إنتاج كاثودات نحاسية من الدرجة السوقية ، يجب أولاً صب النحاس في الأنودات ومعالجته كهربائياً. مغمورًا في خزان من كبريتات النحاس وحمض الكبريتيك ، جنبًا إلى جنب مع ورقة بدء الكاثود النحاسية النقية ، يصبح النحاس الفقري الأنود في خلية كلفانية. تُستخدم أيضًا فراغات الكاثود المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في بعض المصافي ، مثل منجم Kennecott Copper في ريو تينتو في يوتا.

مع إدخال التيار ، تبدأ أيونات النحاس بالانتقال إلى الكاثود ، أو ورقة البداية ، لتشكيل كاثودات النحاس النقي 99.9-99.99 ٪.

بعد سحق خامات النحاس من نوع أكسيد ، مثل عازوريت (2CuCO₃ · النحاس (OH) 3) ، البروشانتايت (CuSO₄) ، الكريزوكولا (CuSiO₃ 2 ساعة₂O) والكوبريت (Cu2O) ، يتم تطبيق حمض الكبريتيك المخفف على سطح المادة على منصات الرشح أو في خزانات الرشح. عندما يتدفق الحمض عبر الخام ، فإنه يتحد مع النحاس ، مما ينتج عنه محلول كبريتات نحاسي ضعيف.

يتم بعد ذلك معالجة ما يسمى بمحلول الترشيح "الحامل" (أو الخمور الحامل) باستخدام عملية تعدين مائي تعرف باسم استخلاص المذيبات والحائز الكهربائي (أو SX-EW).

يتضمن استخلاص المذيب تجريد النحاس من السائل الحامل باستخدام مذيب عضوي أو مستخرج. خلال هذا التفاعل ، يتم تبادل أيونات النحاس لأيونات الهيدروجين ، مما يسمح باستعادة محلول الحمض وإعادة استخدامه في عملية الرشح.

ثم يتم نقل المحلول المائي الغني بالنحاس إلى خزان إلكتروليتي حيث يحدث الجزء الحائز كهربائيًا من العملية. تحت الشحنة الكهربائية ، تهاجر أيونات النحاس من المحلول إلى كاثودات بداية النحاس المصنوعة من رقائق النحاس عالية النقاء.

العناصر الأخرى التي قد تكون موجودة في المحلول ، مثل الذهب والفضة والبلاتين والسيلينيوم و التيلوريوم، وجمع في الجزء السفلي من الخزان على شكل سلايم ويمكن استردادها من خلال مزيد من المعالجة.

إن كاثودات النحاس التي يتم الحصول عليها كهربائيًا لها درجة نقاء متساوية أو أكبر من تلك التي ينتجها الصهر التقليدي ولكنها لا تتطلب سوى ربع إلى ثلث كمية الطاقة لكل وحدة إنتاج.

سمح تطوير SX-EW باستخراج النحاس في المناطق التي لا يتوفر فيها حمض الكبريتيك أو لا يمكن إنتاجه من الكبريت داخل جسم خام النحاس ، وكذلك بدءًا من معادن الكبريتيد القديمة التي تأكسدت بالتعرض للهواء أو الرشح البكتيري وغيرها من النفايات التي كان يمكن التخلص منها سابقًا غير المجهزة.

وبدلاً من ذلك ، يمكن ترسيب النحاس خارج المحلول الحامل عن طريق الإسمنت باستخدام حديد الخردة. ومع ذلك ، ينتج هذا النحاس أقل نقاءً من SX-EW ، وبالتالي فهو أقل استخدامًا في كثير من الأحيان.

كما تم استخدام الترشيح في الموقع لاستعادة النحاس من مناطق مناسبة من رواسب الخام.

تتضمن هذه العملية حفر الآبار وضخ محلول الراشح - عادة ما يكون حامض الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك - في الجسم الخام. يذيب السائل الراشح المعادن النحاسية قبل أن يتم استعادتها عبر بئر ثاني. مزيد من التكرير باستخدام SX-EW أو الترسيب الكيميائي ينتج كاثودات نحاسية قابلة للتسويق.

غالبًا ما يتم إجراء ISL على خام نحاس منخفض الدرجة في محطات الردم (المعروفة أيضًا باسم ترشيح المماطلة) خام في مناطق مكشوفة للمناجم تحت الأرض.

تشمل خامات النحاس الأكثر قابلية للإصابة بـ ISL كربونات النحاس الملكيت والأزوريت ، بالإضافة إلى Tenorite و chrysocolla.

تشير التقديرات إلى أن إنتاج المنجم العالمي من النحاس قد تجاوز 19 مليون طن متري في عام 2017. المصدر الرئيسي للنحاس هو شيلي ، التي تنتج ما يقرب من ثلث إجمالي المعروض العالمي. ومن كبار المنتجين الآخرين الولايات المتحدة والصين وبيرو.

نظرًا لارتفاع قيمة النحاس النقي ، فإن جزءًا كبيرًا من إنتاج النحاس يأتي الآن من مصادر معاد تدويرها. في الولايات المتحدة ، يمثل النحاس المعاد تدويره حوالي 32 ٪ من الإمدادات السنوية. على الصعيد العالمي ، يقدر أن يكون هذا الرقم أقرب إلى 20٪.

ال أكبر شركة منتجة للنحاس في جميع أنحاء العالم هي مؤسسة الدولة التشيلية Codelco. أنتجت Codelco 1.84 مليون طن متري من النحاس المكرر في عام 2017. ومن بين المنتجين الكبار الآخرين شركة Freeport-McMoran Copper & Gold Inc. و BHP Billiton Ltd. و Xstrata Plc.