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Die wundersame Reise des Kupfers: Wissen Sie, wie Kupfererz in Metall umgewandelt wird?
Die Kupfergewinnung ist ein komplexer und vielfältiger Prozess, der eine Vielzahl physikalischer, chemischer und elektrochemischer Methoden umfasst, um metallisches Kupfer aus dem Erz zu extrahieren. Mit dem technischen Fortschritt variieren die Abbaumethoden von Land zu Land. Die Unterschiede hängen von den Mineralquellen, den örtlichen Umweltschutzbestimmungen und anderen Einflussfaktoren ab.
Historischer HintergrundDie Verwendung von Kupfer hat eine lange Geschichte, die bis ins Jahr 7480 v. Chr. zurückreicht, und die antike Bronzekultur in Nordamerika weist eine der frühesten Technologien zur Kupfererzgewinnung weltweit auf.
Die menschliche Gewinnung von Kupfer lässt sich bis in die Jungsteinzeit zurückverfolgen, als Kupfer erstmals durch Kaltschmieden zu Artefakten verarbeitet wurde. Objekte wie jene, die im Çayönü Tepesi in der Osttürkei gefunden wurden und die auf die Zeit zwischen 7.200 und 6.600 v. Chr. datiert werden könnten, zeigen, dass die Menschen schon in der Frühzeit Kupfer verwendeten. Das Timna-Tal in Israel ist der älteste Kupferbergbaustandort, der bereits 4000 v. Chr. in Betrieb war.
Schmelzprozess
Bis zur zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts war das Schmelzen von Sulfiderzen fast die einzige Möglichkeit, Kupfermetall zu gewinnen. Im Jahr 2002 stammten 80 % der weltweiten Primärkupferproduktion aus Kupfer-Eisen-Schwefel-Mineralien, die größtenteils durch Schmelzen gewonnen wurden. Um die Transportkosten zu senken, wurden Schmelzbetriebe traditionell in der Nähe von Bergbaugebieten angesiedelt. Beim Abbau von Kupfererz nimmt dessen Metallgehalt allmählich ab. Um die Energiekosten zu senken, muss das Erz daher zunächst konzentriert und dann geschmolzen werden.
Die Entwicklung der Schaumflotationstechnologie stellte einen großen Fortschritt in der Mineralverarbeitung dar, der die Effizienz der Kupfergewinnung effektiv steigerte und Verluste reduzierte.
Konzentrationstechnologie
Im 21. Jahrhundert betrug der durchschnittliche Gehalt von Kupfererzen weniger als 0,6 % und der Anteil wirtschaftlich gewinnbarer Mineralien betrug weniger als 2 % des gesamten Erzvolumens. Aus diesem Grund müssen alle Bergbautätigkeiten mit Konzentration angegangen werden. Die übliche Aufbereitungsmethode besteht darin, die Mineralien mit Tauchgeräten zu trennen und ihre Konzentration mithilfe der Schaumflotationstechnologie zu erhöhen.
Schaumflotation
Bei der Schaumflotation wird zerkleinertes Erz mit Wasser und Chemikalien vermischt, um die Bindung von Sulfidmineralien an Luftblasen zu bewirken. Diese Blasen steigen als Schaum an die Oberfläche, aus dem sich konzentrierte Kupfermineralien sammeln. Manchmal wird eine Sekundärverarbeitung durchgeführt, um andere unerwünschte mineralische Verunreinigungen zu entfernen und die Reinheit des Kupfers weiter zu verbessern.
Wasserstoffmetallurgie-Technologie
Die Gewinnung von Kupferoxiderzen erfolgt üblicherweise mittels wasserstoffmetallurgischer Technologie, das heißt, das Oxid wird durch Haufenlaugung oder Deponierung ausgelaugt. Bei diesem Verfahren wird das Kupfer mit Schwefelsäure ausgelaugt. Anschließend erfolgt eine Lösungsmittelextraktion zur Reinigung der Kupferrückstandslösung.
Die Wahl der richtigen Extraktionsmethode ist von entscheidender Bedeutung, da die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften verschiedener Erzarten die Extraktionseffizienz erheblich beeinflussen können.
Schmelz- und Umwandlungsprozess
Der Kupfergehalt in der Kupferschlacke aus der Schmelze liegt meist zwischen 30 und 70 Prozent. In diesem Schritt werden Nickel und Schwefel aus der geschmolzenen Kupferschlacke entfernt. Das Schmelzprodukt heißt Streckkupfer und kann eine Reinheit von bis zu 98 % aufweisen. Dieses System erzeugt nicht nur effizient Kupfermetall, sondern auch Nebenprodukte wie Schwefelsäure, was den Umweltschutz und das Ressourcenrecycling weiter fördert.
Raffinationsprozess
Nach dem Schmelzen muss Kupfer durch Feuerraffination weiter gereinigt werden, um schließlich hochwertiges Kupfermetall zu erhalten. Dabei wird auch auf das Management des Energieverbrauchs und der Betriebssicherheit geachtet.
Diese Reihe von Extraktionsprozessen aus Kupfererz stellt nicht nur die Entwicklung einer Technologie dar, sondern auch einen Teil der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft. Die Kupfergewinnung erscheint vielleicht alltäglich, erfordert jedoch zahlreiche wissenschaftliche Prinzipien und technische Herausforderungen. Angesichts der unterschiedlichen Schiffserzarten und der steigenden Nachfrage steht die zukünftige Fördertechnologie vor einer großen Bewährungsprobe: Wie lässt sich die Effizienz optimieren und gleichzeitig die Umwelt schützen?
