Koper winnen uit erts: Een stap-voor-stap handleiding
Heb je je ooit afgevraagd hoe de glimmende koperdraden die onze huizen en apparaten van stroom voorzien, zijn ontstaan? De reis...
Koper is een van de meest essentiële metalen in de moderne industrie, maar de reis van erts naar geraffineerd metaal is vaak gehuld in mysterie. Heeft u zich ooit afgevraagd wat er nodig is om koper uit zijn ruwe vorm te winnen? Deze gids is ontworpen om de complexe processen die komen kijken bij het extraheren en raffineren van koper te ontrafelen, en biedt een duidelijke, stapsgewijze benadering die is afgestemd op beginners. U leert over de belangrijkste stappen om koper uit ertsen te winnen, de verschillen tussen sulfide- en niet-sulfide-ertsen en hoe koper wordt gezuiverd om de hoogste kwaliteit te bereiken. Aan het eind van dit artikel zult u een goed begrip hebben van de verschillende methoden en technieken die worden gebruikt bij de extractie van koper, evenals de gevolgen voor het milieu en de toepassingen in de praktijk. Klaar om in de fascinerende wereld van de koperwinning te duiken? Laten we beginnen!
Koper winnen is koper winnen uit ertsen. Dit proces omvat verschillende kritieke stappen, die allemaal essentieel zijn voor het omzetten van ruw erts in bruikbaar metaal.
Koperertsen zijn er in twee hoofdvormen: sulfide-ertsen, zoals chalcopyriet ((CuFeS_2)), en niet-sulfide-ertsen (oxide-ertsen). De extractiemethoden variëren afhankelijk van het type erts.
Sulfide-ertsen bevatten koper in combinatie met zwavel en ijzer, waardoor een reeks stappen nodig is om het koper te scheiden.
Niet-sulfide-ertsen, waaronder malachiet en azuriet, bevatten koper in combinatie met zuurstof. Deze ertsen zijn doorgaans gemakkelijker te verwerken en worden met andere methoden behandeld dan sulfide-ertsen.
Het proces om koper uit ertsen te winnen omvat verschillende belangrijke stappen:
De eerste stap in de koperwinning is mijnbouw, waarbij het kopererts uit de aarde wordt gehaald met behulp van dagbouw- of ondergrondse mijnbouwtechnieken, afhankelijk van de locatie van het erts.
Nadat het erts is gedolven, moet het worden gebroken en gemalen om de kopermineralen vrij te maken uit het omringende gesteente. Hiervoor worden brekers en maalmolens gebruikt.
Na het breken en malen wordt het erts geconcentreerd om het kopergehalte te verhogen. Dit gebeurt meestal door middel van schuimflotatie voor sulfide-ertsen en logen voor oxide-ertsen.
De geconcentreerde kopermineralen worden vervolgens gesmolten om een mat te produceren, een mengsel van koper en ijzersulfiden. Hierbij wordt het concentraat verhit met een flux (zoals silica) en lucht, waardoor het koper van andere elementen wordt gescheiden.
In de laatste raffinagestap wordt de kopermat gezuiverd door middel van vuurraffinage, waarbij onzuiverheden worden verwijderd, gevolgd door elektrolytische raffinage, waarbij een elektrische stroom zuiver koper afzet op kathoden.
Koperertsen worden voornamelijk onderverdeeld in twee categorieën: sulfide-ertsen en oxide-ertsen, die elk verschillende extractiemethoden vereisen vanwege hun verschillende chemische eigenschappen.
Kopersulfide-ertsen zijn de belangrijkste bronnen van koper en bevatten verschillende belangrijke mineralen:
Koperoxide-ertsen zijn over het algemeen overvloediger en gemakkelijker te verwerken dan sulfide-ertsen. De belangrijkste oxide-ertsen zijn:
De methoden om koper te winnen variëren afhankelijk van het type erts dat wordt verwerkt.
Koperwinning begint met mijnbouw, die kan worden uitgevoerd met behulp van dagbouw- of ondergrondse methoden, afhankelijk van de diepte en locatie van het erts. Open mijnbouw wordt meestal toegepast als het kopererts zich dichtbij de oppervlakte bevindt, waarbij bovenliggend materiaal wordt verwijderd om toegang te krijgen tot het erts. Deze methode is goed voor ongeveer 90% van de koperproductie. Daarentegen wordt ondergrondse mijnbouw gebruikt als het erts zich diep onder het oppervlak bevindt, waarbij tunnels moeten worden gemaakt om het erts te bereiken. Hoewel dit complexer en duurder is, blijft het een haalbare optie voor diepere afzettingen.
Na de mijnbouw moet het erts worden geconcentreerd om het kopergehalte te verhogen. De concentratiemethode hangt af van het type erts.
Het geconcentreerde erts wordt gesmolten om er koper uit te halen.
Voor oxide-ertsen ondergaat de koperrijke oplossing uit het logen van de berg oplosmiddelextractie en electrowinning.
De laatste fase van de koperwinning is de raffinage, die ervoor zorgt dat het koper zeer zuiver is.
Pyrometallurgische raffinage omvat processen op hoge temperatuur en wordt meestal gebruikt voor sulfide-ertsen. Deze techniek omvat verschillende belangrijke stappen:
Smelten is de eerste fase waarin koperconcentraat wordt verhit in een oven om koper te scheiden van onzuiverheden zoals zwavel en ijzer. Dit proces produceert een matte, een mengsel van koper, ijzer en zwavel.
In de verwerkingsstap wordt de mat verder verwerkt in een convertoroven om zwavel en ijzer te verwijderen, wat resulteert in blisterkoper, dat ongeveer 98-99,5% zuiver is.
Blisterkoper ondergaat een vuurraffinage om resterende onzuiverheden, voornamelijk zuurstof, te verwijderen, waardoor de koperzuiverheid stijgt tot ongeveer 99%.
Tijdens elektrolytische raffinage wordt blisterkoper opgelost in een elektrolytoplossing. Vervolgens wordt er een elektrische stroom doorheen geleid, waardoor zuiver koper neerslaat op kathodes, waardoor een zuiverheid van 99,99% wordt bereikt.
Bij hydrometallurgische raffinage, bij voorkeur voor oxide-ertsen, worden waterige oplossingen gebruikt en zijn er verschillende stappen, waaronder uitlogen, extractie met oplosmiddelen en elektrowinning.
Uitlogen is het proces waarbij kopermineralen worden opgelost met zwavelzuur. Dit kan worden gedaan door middel van heap leaching, waarbij het erts wordt opgestapeld en er zuur overheen wordt gespoten, of door middel van andere methoden zoals agitatie leaching.
De koperrijke oplossing die door uitloging wordt verkregen, wordt tijdens solventextractie behandeld met organische oplosmiddelen. Deze oplosmiddelen binden zich selectief met koperionen en scheiden deze van onzuiverheden.
In de electrowinningfase worden koperionen gereduceerd en afgezet op kathoden door een elektrische stroom door de oplossing te laten lopen. Dit produceert zeer zuiver koper, vergelijkbaar met het elektrolytische raffinageproces in de pyrometallurgie.
Pyrometallurgie staat bekend om zijn hogere efficiëntie en terugwinningspercentages, waardoor het geschikt is voor hoogwaardiger ertsen. De milieubelasting door SO₂-emissies is echter een belangrijk nadeel.
Hydrometallurgie daarentegen is energiezuiniger en duurzamer voor het milieu, waardoor het ideaal is voor het verwerken van ertsen van lagere kwaliteit. De keuze tussen pyrometallurgische en hydrometallurgische raffinagetechnieken hangt af van verschillende factoren, waaronder het soort erts, de gewenste zuiverheid, milieuoverwegingen en de vereisten voor energie-efficiëntie.
De winning van koper heeft grote gevolgen voor het milieu die zorgvuldig beheerd moeten worden.
Bij de winning van koper, vooral in dagbouw, worden grote gebieden met bomen en bovengrond verwijderd. Dit leidt tot ontbossing, waardoor lokale ecosystemen en leefgebieden van wilde dieren worden verstoord. Het verwijderen van vegetatie veroorzaakt ook bodemerosie, wat een negatieve invloed heeft op de kwaliteit van het land en de stabiliteit van de omliggende gebieden.
De mijn- en extractieprocessen genereren grote hoeveelheden afval, zoals zwavelzuur, dat nabijgelegen waterlichamen kan verontreinigen. Deze vervuiling vormt een risico voor het waterleven en kan de kwaliteit van het grondwater aantasten, waardoor het onveilig wordt voor menselijke consumptie. Acid mine drainage (AMD) is een hardnekkig probleem, waarbij zuur water uit mijnen stroomt en langdurige vervuiling veroorzaakt.
Bij de winning van koper komen giftige chemicaliën zoals zwaveldioxide en zwevende deeltjes in de lucht terecht. Deze verontreinigende stoffen kunnen ademhalingsproblemen veroorzaken bij mensen en schade toebrengen aan gewassen. Vooral het smeltproces staat bekend om de uitstoot van zwaveldioxide, dat bijdraagt aan de luchtvervuiling en kan leiden tot zure regen.
Tijdens het extractieproces kunnen van nature voorkomende radioactieve materialen (NORM) worden blootgesteld en geconcentreerd. Dit voegt nog een laag milieu- en gezondheidsrisico's toe, aangezien radioactief afval langetermijneffecten kan hebben op zowel ecosystemen als de menselijke gezondheid.
Het vrijkomen van giftige chemicaliën zoals kwik, lood en sulfaten bij de winning van koper kan leiden tot ernstige gezondheidsproblemen. Blootstelling aan deze stoffen kan kanker, neurologische aandoeningen en andere ernstige ziekten veroorzaken. Gemeenschappen die in de buurt van mijnbouwactiviteiten wonen, hebben vaak te maken met verhoogde gezondheidsrisico's door de nabijheid van deze verontreinigende stoffen.
Lokale gemeenschappen in de buurt van kopermijnen hebben vaak te maken met aanzienlijke milieu- en gezondheidsproblemen. Vervuiling door mijnbouwactiviteiten kan gebieden onbewoonbaar maken, waardoor bewoners gedwongen worden te verhuizen en hun leven ontwricht wordt.
Het recyclen van koper is een milieuvriendelijk alternatief voor mijnbouw. Er is aanzienlijk minder energie voor nodig en er worden geen nieuwe grondstoffen gewonnen, waardoor de impact op het milieu afneemt. Door koper te recyclen wordt de noodzaak voor uitgebreide mijnbouw verminderd, wat leidt tot minder ontbossing, minder water- en luchtvervuiling en minder blootstelling aan giftige chemicaliën.
Investeren in koperrecycling en het ontwikkelen van duurzamere winningstechnologieën kan helpen om de milieueffecten van de koperwinning te beperken.
Het CESL-koperproces is een moderne hydrometallurgische techniek die ontworpen is om verschillende metaalconcentraten te behandelen, waaronder koper, nikkel en koper-goud. Dit proces biedt een duurzaam en kosteneffectief alternatief voor traditionele smeltmethoden, met name voor concentraten met onzuiverheden zoals fluoride, arsenicum en bismut.
Het CESL-proces is milieuvriendelijk, produceert geen zwaveldioxide-emissies en genereert stabiele residuen. Het is economisch, met lagere kapitaalkosten en lagere transportkosten, en veelzijdig, omdat het concentraten met een hoog gehalte aan onzuiverheden kan behandelen.
Twee significante casestudies evalueerden de economische voordelen van het bouwen van een on-site CESL-raffinaderij versus het verkopen van concentraten om te smelten. De bouw van een on-site CESL-raffinaderij resulteerde in een totale inkomstenstijging van $21 miljoen per jaar, met een eenvoudige terugverdientijd van 3,6 jaar.
Freeport-McMoRan heeft een hydrometallurgisch proces aangenomen voor het winnen van koper uit chalcopyrietconcentraten. Dit proces omvat uitloging in een autoclaaf, wat effectief is bij het produceren van zeer zuivere koperkathodes.
Pyrometallurgie is meestal energiezuiniger, maar vereist hoge temperaturen. Aan de andere kant heeft hydrometallurgie een lagere impact op het milieu, waardoor het de voorkeur geniet voor duurzame koperwinning.
De keuze tussen hydrometallurgische en pyrometallurgische processen hangt af van locatiespecifieke omstandigheden, prioriteiten op het gebied van energie-efficiëntie en milieuoverwegingen.
Verbetering van de energie-efficiëntie is cruciaal vanwege de afnemende kwaliteit van kopererts. Het gebruik van afvalwarmteterugwinningssystemen kan de efficiëntie van koperraffinage aanzienlijk verbeteren.
Het terugwinnen van afvalwarmte verlaagt het energieverbruik en de operationele kosten, terwijl ook de impact van het raffinageproces op het milieu tot een minimum wordt beperkt.
Innovatieve oplossingen zoals mobiele warmtesystemen en geconcentreerde zonne-energie worden onderzocht om de opwekking en opslag van energie te verbeteren, waardoor de overgang naar groene energie in industriële processen wordt vergemakkelijkt.
AASX is een recente doorbraak in de extractie van koper en blinkt uit in het terugwinnen van koper uit industriële oplossingen met een lage concentratie.
Deze vooruitgang verbetert de efficiëntie van het terugwinnen van koper uit verdunde oplossingen, waardoor de totale opbrengst mogelijk toeneemt en de milieu-impact van mijnbouwactiviteiten afneemt. Door het mogelijk te maken om koper te winnen uit bronnen die voorheen als oneconomisch werden beschouwd, zou AASX kunnen leiden tot duurzamere praktijken in de industrie.
Hieronder vind je antwoorden op een aantal veelgestelde vragen:
De belangrijkste stappen bij het winnen van koper uit ertsen zijn:
Deze processen variëren enigszins afhankelijk van het feit of het erts sulfide of oxide is, maar samen vormen ze de belangrijkste stappen in de koperwinning.
Koper wordt geraffineerd en gezuiverd via een reeks processen die de zuiverheid verhogen tot 99,99%. Aanvankelijk wordt kopererts gedolven en vervolgens geconcentreerd door flotatie om koperconcentraat te produceren, dat ongeveer 25-35% koper bevat. Dit concentraat wordt gesmolten, waar het wordt verhit om het koper te scheiden van zwavel en andere onzuiverheden, wat resulteert in een product dat mat wordt genoemd. De matte wordt verder geoxideerd in een convertor om blisterkoper te produceren, dat ongeveer 98-99,5% puur is.
De volgende stap is vuurraffinage, waarbij het blisterkoper wordt verhit en behandeld met vloeimiddelen om resterende onzuiverheden te verwijderen, waardoor een zuiverheid van ongeveer 99% wordt bereikt.
Het winnen van koper uit sulfide-ertsen en niet-sulfide-ertsen vereist verschillende processen vanwege hun verschillende chemische samenstelling.
Sulfide-ertsen worden meestal verwerkt met behulp van pyrometallurgie, waarbij gebruik wordt gemaakt van hoge-temperatuurmethoden. Het proces omvat schuimflotatie om kopermineralen te scheiden, gevolgd door smelten om het concentraat te smelten en koper van onzuiverheden te scheiden. Niet-sulfide-ertsen (oxide-ertsen) worden verwerkt met hydrometallurgie, waarbij waterige oplossingen bij gewone temperaturen worden gebruikt. De belangrijkste stappen zijn het uitlogen met zwavelzuur om koper op te lossen, vloeistofextractie om koper van onzuiverheden te scheiden en electrowinning om puur koper te produceren.
Pyrometallurgie voor sulfide-ertsen is energie-intensief vanwege de hoge temperaturen die nodig zijn, maar kan economisch rendabel zijn vanwege de hogere koperconcentraties in deze ertsen. Hydrometallurgie voor niet-sulfide-ertsen is over het algemeen goedkoper en milieuvriendelijker, maar vereist vaak de verwerking van grotere hoeveelheden erts vanwege de lagere koperconcentraties.
De koperwinning heeft verschillende gevolgen voor het milieu. Een belangrijke invloed is bodemdegradatie en ontbossing als gevolg van dagbouw, waarbij grote stukken land worden ontgonnen, wat leidt tot bodemerosie en verlies van leefgebieden van wilde dieren. Watervervuiling is een ander belangrijk punt van zorg, omdat de koperwinning waterbronnen kan vervuilen door de afvoer van zure mijnen en het weglekken van chemische stoffen, waardoor grondwater, landbouwgrond en waterleven worden aangetast. Ook de lucht wordt vervuild door het vrijkomen van chemicaliën zoals zwavelzuur en de uitstoot van stof en gassen, die schadelijk kunnen zijn voor de volksgezondheid en het milieu. Daarnaast kan kopermijnbouw risico's voor de volksgezondheid opleveren door blootstelling aan giftige chemicaliën en radioactief materiaal. Afvalbeheer is een andere uitdaging, aangezien mijnbouw grote hoeveelheden afval genereert die op de juiste manier moeten worden opgeslagen om milieurampen te voorkomen. Het recyclen van koper en het verbeteren van mijnbouwpraktijken kunnen deze gevolgen helpen verminderen.
Succesvolle koperwinningsprojecten demonstreren effectieve methoden en technologieën in de mijnbouwindustrie. Opmerkelijke voorbeelden zijn:
Las Bambas Copper Concentrator in Peru, een greenfieldproject in het Andesgebergte, benadrukt de aanzienlijke productiecapaciteit met een concentrator van 140.000 ton per dag, die in het eerste jaar meer dan 453.000 ton koper produceerde. Het project, dat in 2015 door Bechtel werd voltooid, benadrukt ook de betrokkenheid van de gemeenschap en de ondersteuning van lokale bedrijven.
Het Gunnison Copper Project in Arizona is een open heap leach en SX/EW-operatie die naar verwachting 8% zal bijdragen aan de recente binnenlandse koperproductie in de VS. Het is de bedoeling om LME Grade A koperkathodes te produceren gedurende een mijnlevensduur van 18 jaar, waardoor meer dan 650 lokale banen worden gecreëerd.
Het Kamoa-Kakula Project in de Democratische Republiek Congo, een van de grootste koperontdekkingen in Afrika, beschikt over hoogwaardige koperreserves en is een joint venture tussen Ivanhoe Mines en Zijin Mining. Het project staat bekend om zijn uitzonderlijk hoge koperkwaliteiten.
Deze projecten zijn een voorbeeld van succesvolle koperwinning door geavanceerde techniek, betrokkenheid van de gemeenschap en significante productieresultaten.
Verschillende koperraffinagetechnieken variëren in efficiëntie en kosten, grotendeels afhankelijk van het type erts en de specifieke gebruikte methoden. Pyrometallurgische raffinage omvat processen op hoge temperatuur zoals smelten en omzetten, die effectief zijn voor sulfide-ertsen en blisterkoper produceren met een zuiverheid van 98% tot 99,5%. Deze methode is echter energie-intensief en vereist gespecialiseerde apparatuur, wat leidt tot hogere kosten.
Bij hydrometallurgische raffinage wordt daarentegen gebruik gemaakt van chemische oplossingen om koper te winnen uit oxide-ertsen. Deze methode is energiezuiniger en milieuvriendelijker en produceert 99,99% zuiver koper door middel van electrowinning. Over het algemeen zijn de kosten lager omdat er minder energie nodig is en er minder gespecialiseerde apparatuur nodig is.
Elektrolytische raffinage is de laatste stap in zowel pyrometallurgische als hydrometallurgische processen, waarbij 99,99% zuiverheid wordt bereikt door elektrolyse. Hoewel deze techniek zeer efficiënt is in het verwijderen van onzuiverheden, vergt het een aanzienlijke kapitaalinvestering in apparatuur en doorlopende operationele kosten.
Samengevat is pyrometallurgie geschikt voor sulfide-ertsen, maar kostbaar vanwege het hoge energieverbruik. Hydrometallurgie is kosteneffectiever voor oxide-ertsen en elektrolytische raffinage is essentieel voor een hoge zuiverheid, maar vergt aanzienlijke investeringen.
Dutch 
English 
German 
French 
Spanish 
Portuguese 
Italian 
Korean 
Swedish