עיבוד נחושת הוא תהליך מורכב הכרוך בצעדים רבים כאשר היצרן מעבד את העפרות ממצבו הגולמי והמכורה לצורה מטוהרת לשימוש בתעשיות רבות. נחושת מופק בדרך כלל מעפרות תחמוצת וגופרית המכילות בין 0.5 ל -2.0% נחושת.
טכניקות הזיקוק הנהוגות על ידי יצרני נחושת תלויים בסוג העפרות, כמו גם בגורמים כלכליים וסביבתיים אחרים. נכון לעכשיו, כ 80% מייצור הנחושת העולמי מופק ממקורות גופרתי.
ללא קשר לסוג העפרות, ראשית יש לרכז עפרות נחושת ממוקש כדי להסיר גנגו או חומרים לא רצויים המוטמעים בעפרה. השלב הראשון בתהליך זה הוא ריסוק ואבקת עפרות בטחנת כדור או מוט.
עפרות גופרתי
כמעט כל עפרות הנחושת מסוג סולפיד, כולל כלקוציט (Cu2S), כלקופיריט (CuFeS2) וקובליט (CuS), מטופלים באמצעות התכת. לאחר ריסוק העפרות לאבקה דקה, היא מרוכזת על ידי הנפקה של קצף, המחייבת לערבב את העפרות האבקה עם ריאגנטים המשתלבים עם הנחושת כדי להפוך אותו להידרופובי. לאחר מכן נשטף את התערובת במים יחד עם חומר מקציף, המעודד הקצפה.
מטוסי אוויר נורים דרך המים ויוצרים בועות המרחפות את חלקיקי הנחושת הדוחים מים אל פני השטח. הקצף, המכיל כ -30% נחושת, 27% ברזל ו -33% גופרית מוחלפים ונלקחים לצלייה.
אם זיהומים חסכוניים ופחות עשויים להופיע בעפרה, כגון מוליבדן, עופרת, זהב וכסף, ניתן גם לעיבוד ולהסרה בשלב זה באמצעות הנפקה סלקטיבית. בטמפרטורות בין 932-1292°F (500-700°ג), חלק גדול מתכולת הגופרית שנותר נשרף כגז גופריתי, וכתוצאה מכך תערובת קלצנית של תחמוצות נחושת וגופרידים.
שטפים מתווספים לנחושת הקלצין, שכעת היא כ- 60% טהורה לפני שהיא מחוממת שוב, הפעם ל- 2192 מעלות צלזיוס. בטמפרטורה זו, שטפי הסיליקה ואבן הגיר משתלבים בתרכובות לא רצויות, כמו תחמוצת ברזלים, ומביאות אותם אל פני השטח שיסלקו כסלג. התערובת שנותרה היא גופרת נחושת מותכת המכונה מט.
השלב הבא בתהליך הזיקוק הוא חמצון נוזלי מט על מנת להסיר ברזל לשרוף את התוכן הגופריתי כמו דו תחמוצת הגופרית. התוצאה היא 97-99%, נחושת שלפוחית. המונח נחושת שלפוחית מגיע מהבועות המיוצרות על ידי דו תחמוצת הגופרית על פני הנחושת.
על מנת לייצר קתודות נחושת ברמה השוק, תחילה יש להטיל נחושת שלפוחית לאנודים ולטפל בהם באופן אלקטרוליטי. שקוע במיכל של נחושת גופרתית וחומצה גופרתית, יחד עם דף התחלה של קתודה נחושת טהורה, נחושת השלפוחית הופכת לאנודה בתא גלווני. ניתן להשתמש בחסימוני קתודה מפלדת אל חלד גם בבתי זיקוק מסוימים, כמו מכרה נחושת Kennecott של ריו טינטו ביוטה.
עם הצגת זרם, יוני נחושת מתחילים לנדוד לקתודה, או לגיליון המתנע, ויוצרים 99.9-99.99% קתודות נחושת טהורות.
עיבוד אוקסיד עיבוד ו SX / EW
לאחר ריסוק עפרות נחושת מסוג אוקסיד, כמו אזוריט (2CuCO)3 · Cu (OH) 3), ברושנטיט (CuSO)4), חרצית (CuSiO3 · 2 ח2O) וקופריט (Cu2O), חומצה גופרתית מדוללת מוחלת על פני החומר על כריות ההדפה או במיכלי ההדחה. כאשר החומצה זולגת דרך העפרות, היא משתלבת עם הנחושת, ומייצרת תמיסת נחושת גופרתית חלשה.
לאחר מכן מעובד הפיתרון "ההריון" של ההריון (או המשקאות ההריוניים) באמצעות תהליך הידרומט-כירורגי המכונה מיצוי ממס וזוכה אלקטרונית (או SX-EW).
מיצוי ממסים כולל הפשטת הנחושת מהמשקה ההריוני באמצעות ממס אורגני, או מיצוי. במהלך תגובה זו מחליפים יוני נחושת ליוני מימן, ומאפשרים לשחזר את תמיסת החומצה ולהשתמש בהם מחדש בתהליך ההדחה.
לאחר מכן מועבר הפיתרון המימי העשיר בנחושת למיכל אלקטרוליטי בו מתרחש החלק המנצח באלקטרו של התהליך. תחת מטען חשמלי, יוני הנחושת נודדים מהפתרון לקתודות המתנע נחושת העשויות מנייר נחושת בטוהר גבוה.
אלמנטים אחרים שעשויים להימצא בתמיסה, כגון זהב, כסף, פלטינה, סלניום ו- טוריום, אוספים בתחתית המיכל כרעילים וניתנים לשחזורם באמצעות עיבוד נוסף.
קתודות נחושת בעלות אלקטרו זוכות לטוהר שווה או גבוהה יותר מאלה המיוצרות על ידי התכה מסורתית אך דורשות רק רבע עד שליש מכמות האנרגיה ליחידת ייצור.
התפתחות SX-EW אפשרה מיצוי נחושת באזורים שבהם חומצה גופרתית אינה זמינה או שאינה יכולה להפיק גופרית בגוף עפרות הנחושת, וכן כמו ממינרלים ישנים של גופרתי שעברו חמצון מחשיפה לאוויר או שטיפת חיידקים וחומרי פסולת אחרים שהיו מקדימים להיפטר מהם לא מעובד.
נחושת יכולה לחלופין להפיל את הפיתרון ההריון באמצעות מלט באמצעות ברזל גרוטאות. עם זאת, זה מייצר נחושת פחות טהורה מזו של SX-EW, וכך, לעתים קרובות, הוא מועסק.
שטיפת מצבים (ISL)
שטיפת מקומיות שימשה גם לשחזור נחושת מאזורים מתאימים של מרבצי עפרות.
תהליך זה כרוך בקידוח גומות ושאיבת תמיסת ליטוש - בדרך כלל חומצה גופרתית או הידרוכלורית - לגוף העפרות. הסחלב ממיס מינרלים מנחושת לפני שהוא מתאושש באמצעות חור קידוח שני. זיקוק נוסף באמצעות SX-EW או משקעים כימיים מייצר קתודות נחושת סחירות.
ISL מתנהל לרוב על עפרות נחושת בדרגה נמוכה במעצורים הממולאים בחזרה (ידוע גם בשם שטיפת מדרגות) עפרות באזורים סלולים של מוקשים תת קרקעיים.
עפרות הנחושת המועילות ביותר ל- ISL כוללות את המלאכיט הנחושת קרבונטית ואזוריט, וכן טנוריט וכריזולולה.
על פי ההערכה, ייצור הנחושת הגלובלי במכרות עלה על 19 מיליון טונות בשנת 2017. המקור העיקרי לנחושת הוא צ'ילה, המייצרת כשליש מכלל האספקה העולמית. יצרנים גדולים אחרים כוללים את ארה"ב, סין ופרו.
בשל הערך הגבוה של נחושת טהורה, חלק גדול מייצור הנחושת מגיע כעת ממקורות ממוחזרים. בארצות הברית נחושת ממוחזרת מהווה כ -32% מהאספקה השנתית. בעולם כולו מעריכים כי מספר זה קרוב יותר ל 20%.
ה יצרנית הנחושת הגדולה בעולם הוא מפעל המדינה הצ'יליאני Codelco. Codelco ייצר 1.84 מיליון טונות של נחושת מזוקקת בשנת 2017. יצרנים גדולים אחרים כוללים את Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. ו- Xstrata Plc.