Wie Kupfer wird - Material verwendet, Verarbeitung, Schritte, Produkt, Rohstoffe
Hintergrund
Kupfer ist eines der grundlegenden chemischen Elemente. In seinem nahezu reinen Zustand, Kupfer ist ein rötlich-orangen Metall für seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bekannt. Es wird allgemein eine Vielzahl von Produkten, einschließlich elektrischen Draht, Kochtöpfen und Pfannen, Rohre, Autokühler, und vielen anderen verwendet zu produzieren. Kupfer ist auch als ein Pigment und Konservierungsmittel für Papier, Farben, Textilien und Holz. Es ist mit Zink kombiniert Messing zu produzieren und mit Zinn-Bronze herzustellen.
Kupfer wurde zum ersten Mal bereits vor 10.000 Jahren verwendet. Ein Kupfer Anhänger von etwa 8700 v.Chr. in wurde gefunden, was jetzt Nordirak. Es gibt Hinweise darauf, dass um etwa 6400 v.Chr. Kupfer wurde geschmolzen und gegossen in Objekte in dem Gebiet der heutigen Türkei bekannt. Von 4500 v.Chr. . diese Technologie in Ägypten praktiziert und wurde. Die meisten der Kupfer vor 4000 v.Chr. Verwendet kam von der zufälligen Entdeckung von isolierten outcroppings von gediegenem Kupfer oder von Meteoriten, die Erde beeinflusst hatte. Die erste Erwähnung der systematischen Gewinnung von Kupfererz stammt aus etwa 3800 v.Chr. wenn eine ägyptische Referenz beschreibt Bergbau auf der Sinai-Halbinsel.
In etwa 3000 v.Chr. . große Vorkommen an Kupfererz wurden auf der Insel Zypern im Mittelmeer gefunden. Als die Römer Zypern erobert, gaben sie das Metall den Namen aes cyprium Latein, die oft zu cyprium verkürzt wurde. Später wurde dies cuprum beschädigt, aus dem das englische Wort Kupfer und das chemische Symbol Cu abgeleitet werden.
In Südamerika wurden entlang der Nordküste von Peru produziert bereits 500 v.Chr. Kupfer Objekte . und die Entwicklung der Kupfermetallurgie wurde auch durch die Zeit rückten die Inkareich auf die Eroberung spanischen Soldaten in den 1500er Jahren fiel.
In den Vereinigten Staaten wurde die erste Kupfermine im Jahr 1705 in Branby, Connecticut, geöffnet, gefolgt von einem in Lancaster, Pennsylvania, 1732 Trotz dieser frühen Produktion, die meisten Kupfer in den Vereinigten Staaten verwendet wurden, bis 1844 aus Chile importiert, wenn Abbau von großen Vorkommen von hochwertigen Kupfererz um Lake Superior begann. Die Entwicklung effizienterer Verarbeitungstechniken in den späten 1800er-erlaubt den Abbau von minderwertigeren Kupfererze aus riesigen Tagebau-Minen im Westen der Vereinigten Staaten.
Heute sind die Vereinigten Staaten und Chile sind die Welt # x0027; s Top zwei Kupfer produzierenden Ländern, gefolgt von Russland, Kanada und China.
Rohes Material
Reines Kupfer ist selten in der Natur zu finden, aber in der Regel mit anderen Chemikalien in Form von Kupfererzen kombiniert. Es gibt etwa 15 Kupfererze im Handel in 40 Ländern auf der ganzen Welt abgebaut. Die häufigsten sind als sulfidischen Erzen bekannt, bei dem das Kupfer mit Schwefel chemisch gebunden ist. Andere werden als Oxiderzen, Carbonat- Erzen bekannt sind, oder Mischerzen auf die Chemikalien in Abhängigkeit vorhanden ist. Viele Kupfererze enthalten auch signifikante Mengen an Gold, Silber, Nickel und andere wertvolle Metalle, sowie große Mengen kommerziell nutzlos Material. Die meisten der Kupfererze in den Vereinigten Staaten abgebaut enthalten nur etwa 1,2 bis 1,6% Kupfer auf das Gewicht.
Der häufigste Sulfid-Erz ist Chalkopyrit, CuFeS 2. auch als Kupfer Pyrit oder gelb Kupfererz bekannt. Chalcocit, Cu 2 S, ist ein weiteres Sulfiderz.
Cuprit oder rot Kupfererz, Cu 2 O, ein Oxid ore. Malachit oder grün Kupfererz, Cu (OH) 2 # X2022; CuCO 3. Erz ist ein wichtiger Carbonat, wie Azurit ist, oder blau Kupfercarbonat, Cu (OH) 2 # X2022; 2CuCO 3.
Andere Erze enthalten Tennantit, Boronit, chrysocolla und Atacamit.
Zusätzlich zu den Erzen selbst mehrere andere Chemikalien werden oft zu verarbeiten und verfeinern Kupfer verwendet. Diese schließen Schwefelsäure, Sauerstoff, Eisen, Siliciumdioxid und verschiedene organische Verbindungen, abhängig von dem Verfahren verwendet.
die Herstellung
Verarbeiten
Hier sind die Schritte verwendet, um die Sulfiderzen zu verarbeiten, die üblicherweise in den westlichen Vereinigten Staaten gefunden.
Concentrating
Das Kupfererz enthält in der Regel eine große Menge an Schmutz, Ton, und eine Vielzahl von nicht-kupferhaltigen Mineralien. Der erste Schritt ist ein Teil dieses Abfallmaterial zu entfernen. Dieser Vorgang nennt man konzentriert und wird in der Regel durch das Flotationsverfahren getan.
- 3 Das Erz wird in einer Reihe von Kegelbrecher zerkleinert. Ein Kegelbrecher besteht aus einem inneren Schleifkegel, der innerhalb einer festen Außenkonus auf eine exzentrische vertikale Achse dreht. Da das Erz in die Oberseite des Brechers zugeführt wird, wird er zwischen den beiden Zapfen und gebrochen in kleinere Stücke gepresst.
- 4 Das zerkleinerte Erz wird dann gemahlen noch kleiner durch eine Reihe von Mühlen. Zunächst wird mit Wasser gemischt und in einer Stabmühle gegeben, die aus einem großen zylindrischen Behälter mit einer Vielzahl von kurzen Längen von Stahlrohr gefüllt besteht. Da der Zylinder auf seiner horizontalen Achse rotiert, im Trockner die Stahlstäbe und brechen, das Erz in Stücke von etwa 0,13 in (3 mm) Durchmesser. Die Mischung aus Erz und Wasser wird weiter in zwei Kugelmühlen aufgebrochen, die sich wie eine Stabmühle mit Ausnahme Stahlkugeln anstelle von Stäben verwendet werden. Die Aufschlämmung von fein gemahlenem Erz, das aus der endgültigen Kugelmühle austritt Partikel enthält etwa 0,01 in (0,25 mm) im Durchmesser.
- 5 Die Aufschlämmung wird mit verschiedenen chemischen Reagenzien gemischt, die Beschichtung des Kupferpartikel. Eine Flüssigkeit, eine Dampfdüse genannt, wird ebenfalls hinzugefügt. Kiefernöl oder langkettiger Alkohol wird häufig als Schäumer eingesetzt. Dieses Gemisch wird in rechteckige Tanks gepumpt, genannt Flotationszellen, wo Luft in die Aufschlämmung durch den Boden der Tanks eingespritzt wird. Die chemischen Reagenzien machen die Kupferpartikel an den Blasen klammern, wie sie an die Oberfläche steigen. Die Dampfdüse bildet eine dicke Schicht von Blasen, die die Tanks überläuft, und wird in Mulden gesammelt. Die Blasen sind erlaubt, zu kondensieren und das Wasser abgelassen. Das resultierende Gemisch, ein so genanntes Kupferkonzentrat enthält etwa 25-35% Kupfer, zusammen mit verschiedenen Sulfiden von Kupfer und Eisen, sowie kleineren Konzentrationen von Gold, Silber und anderen Materialien. Die übrigen Materialien im Tank sind die Gangart oder Tailings genannt. Sie werden in Absetzbecken gepumpt und trocknen gelassen.
Der Prozess von Kupfer aus Kupfererz des Extrahierens variiert je nach der Art des Erzes und der gewünschten Reinheit des Endproduktes. Jeder Prozeß besteht aus mehreren Schritten, in denen unerwünschte Materialien sind physikalisch oder chemisch entfernt wird, und die Konzentration von Kupfer wird schrittweise erhöht.
Sobald die Abfallmaterialien aus dem Erz physisch entfernt worden ist, muss das verbleibende Kupferkonzentrat mehr chemischen Reaktionen eingehen, die Eisen und Schwefel zu entfernen. Dieser Prozess wird Verhüttung genannt und beinhaltet traditionell zwei Öfen, wie unten beschrieben. Einige moderne Anlagen verwenden einen einzigen Ofen, die beide Operationen kombiniert.
Obwohl Kupfer Blister 99% reines Kupfer ist, enthält es immer noch hoch genug Mengen an Schwefel, Sauerstoff und andere Verunreinigungen weitere Verfeinerung zu behindern. Zu entfernen oder die Höhe dieser Materialien einzustellen, die Rohkupfer ist erstes Feuer geläutert, bevor es zum endgültigen Elektroraffinierungsverfahren gesendet wird.
- 11 nach der Raffination werden die Kupferkathoden geschmolzen und in Blöcke gegossen, Kuchen, Knüppel, Stäbe oder von der Endanwendung abhängt. Ingots sind rechteckig oder trapez Ziegel, die mit anderen Metallen werden wieder geschmolzen entlang zu Messing und Bronze Produkte. Kuchen sind rechteckige Platten ungefähr 8 in (20 cm) dick und bis zu 28 Fuß (8,5 m) lang. Sie werden zu walzKupferPlatte, Band, Blech und Folienprodukte zu machen. Billets sind zylindrische logs ungefähr 8 in (20 cm) im Durchmesser und mehrere Fuß (Meter) lang. Sie werden extrudiert oder gezogen Kupferrohren und Rohr zu machen. Stäbe haben einen runden Querschnitt von etwa 0,5 in (1,3 cm) im Durchmesser. Sie werden in der Regel in sehr großen Längen gegossen, die aufgerollt werden. Dieses gewickelte Material wird dann weiter nach unten gezogen, um Kupferdraht zu machen.
Qualitätskontrolle
Da elektrische Anwendungen eine sehr geringe Menge an Verunreinigungen erfordern, Kupfer ist eines der wenigen unedle Metalle, die zu fast 100% iger Reinheit raffiniert werden. Das oben beschriebene Verfahren hat sich bewährt Kupfer von sehr hohen Reinheit zu produzieren. Um diese Reinheit sicherzustellen, werden die Proben bei verschiedenen Schritten analysiert, um zu bestimmen, ob eine Anpassung des Prozesses erforderlich ist.
Byproducts / Abfall
Die Rückgewinnung von Schwefelsäure aus dem Kupferschmelzverfahren liefert nicht nur ein profitable Nebenprodukt, sondern auch reduziert die Verunreinigung der Luft durch das Ofenabgas verursacht. Gold, Silber und andere Edelmetalle sind ebenfalls wichtige Nebenprodukte.
Die Zukunft
Eine erfreuliche Entwicklung ist die zunehmende Verwendung von Recycling-Kupfer. Derzeit ist mehr als die Hälfte das Kupfer in den Vereinigten Staaten aus recyceltem Kupfer kommt produziert. Fünfundfünfzig Prozent des recycelten Kupfer stammt aus Kupfer Bearbeitungsvorgänge, wie Schnecken bilden, und 45% aus der Gewinnung von Kupfer verwendet Produkte, wie elektrische Drähte und Autokühler. Der Anteil an Recycling Kupfer wird erwartet, da die Kosten für neue Kupferverarbeitung Erhöhung wachsen.