Primärkupferherstellung

Unter Primärkupferherstellung versteht man die Herstellung von Kupfer aus Kupfererz. Dieses Kupfer wird auch Primärkupfer genannt. Beim Kupfererz handelt es sich um sulfidisches oder oxidisches Kupfererz. Die Produktion des Primärkupfers unterscheidet sich je nach verwendetem Kupfererz. Es gibt daher unterschiedliche Produktionsrouten. Das Endprodukt der Primärkupferherstellung sind in der Regel Kupferkathoden mit einem Kupfergehalt von über 99,95 Prozent. Wenn Kupfer aus Kupferschrott hergestellt wird, handelt es sich um die Sekundärkupferherstellung. In der Praxis werden in integrierten Kupferhütten Kupfererze und Schrotte auch gemeinsam zur Herstellung von Kupferkathoden verwendet. Deshalb lassen sich die Primärkupferherstellung und die Sekundärkupferherstellung im Hinblick auf Produktionsrouten nicht trennen.

Die Herstellungswege unterscheiden sich je nachdem, ob sulfidische Kupfererze oder oxidische Kupfererze als Eingangsstoffe verwendet werden. Deshalb wird im Folgenden die Produktionsroute für beide Arten von Erzen beschrieben.

Bei der Herstellung von Primärkupfer aus sulfidischem Kupfererz wird in einem ersten Schritt das sulfidische Kupfererz gemahlen. Das gemahlene Kupfererz ist hydrophob, das heißt wasserabweisend. Deshalb ist es möglich, das gemahlene Kupfererz durch Flotation anzureichern. Bei der Flotation werden in einem Rührbecken feste Partikel in Flüssigkeiten zu Aggregaten angereichert. Grundlegend haften die Partikel an Gasblasen, die beim Rührvorgang entstehen und steigen mit diesen auf. Die gebildeten Aggregate können dann mit einem Abstreifer abgezogen werden. Das bei der Flotation entstehende Kupferkonzentrat hat einen Kupfergehalt von 20 bis 35 Prozent. Der Flotationsprozess erfolgt in der Regel an den Kupferminen, wo das Kupfererz abgebaut wird.

Das Kupferkonzentrat wird anschließend zu Kupferhütten transportiert, wo es zu Kathodenkupfer verarbeitet wird. In der Kupferhütte wird das angereicherte Kupferkonzentrat in einem ersten Schritt zusammen mit sauerstoffreicher Luft in den sogenannten Schwebeschmelzofen gegeben. Im Reaktionsschacht des Ofens reagiert es mit dem Sauerstoff und wird durch die dabei freiwerdende Wärme geschmolzen. Es handelt sich demnach um eine exotherme Reaktion. Der bei der Reaktion entstehende flüssige Kupferstein (Cu₂S) hat einen Kupfergehalt von 60 bis 65 Prozent.

Der flüssige Kupferstein wird im Anschluss zum sogenannten Konverter transportiert und dort durch das Einblasen von Sauerstoff zum Rohkupfer mit einem Kupfergehalt von 98 Prozent oxidiert. Dieses Rohkupfer wird auch Schwarzkupfer und Blisterkupfer genannt. Im nächsten Schritt werden der hohe Sauerstoffgehalt des Blisterkupfers im Anodenofen mit Erdgas reduziert und Reste von Eisen und Schwefel entfernt. Dieser Prozess wird auch als Feuerraffination bezeichnet und steigert den Kupfergehalt auf 99 Prozent. Das dabei entstehende Kupfer wird in der Regel als Anodenkupfer bezeichnet.

Das Anodenkupfer wird im letzten Schritt durch Anwendung der Kupferelektrolyse zu Kathodenkupfer verarbeitet. Die Elektrolyse erfolgt in schwefelsaurem Elektrolyt. Bei der Kupferelektrolyse scheidet das Kupfer an der Kathode ab. Das Auflösen der ca. 400 Kilogramm schweren Anoden dauert drei Wochen. Bei der Kupferelektrolyse lösen sich lediglich Kupfer und unedlere Elemente aus. Die unedleren Elemente reagieren in Sekundärreaktionen zu unlöslichen Verbindungen und fallen mit den edleren Elementen wie Gold und Silber im Anodenschlamm an. Das bei der Kupferelektrolyse abgeschiedene Kupfer nennt man Kathodenkupfer. Das abgeschiedene Kathodenkupfer wird eingeschmolzen und je nach Weiterverarbeitungspfad zu Rundbarren, Blöcken oder Walzdraht vergossen. Im Handel hat das Kathodenkupfer in der Regel eine Reinheit von mindestens 99,95 Prozent.

Bei der Herstellung von Primärkupfer aus oxidischem Kupfererz ist zu beachten, dass oxidische Kupfererze nicht wasserabweisend sind und nicht mittels Flotation angereichert werden können. Daher wird das gesamte Material in der Mine zunächst zu Haufen aufgeschichtet und im Anschluss mit Schwefelsäure berieselt und ausgewaschen. Hierdurch entsteht ein kupferhaltiges Konzentrat, das im Anschluss unter Anwendung des Solventextraktion-Elektrogewinnungs-Verfahren zu Kupferkathoden verarbeitet wird. Dieses Verfahren kann in die drei Schritte Solventextraktion, Strippen und Electrowinning eingeteilt werden. Im ersten Schritt wird die Solventextraktion angewendet. Hierbei werden organische Lösungsmittel wie beispielsweise Ketoxime oder Aldoxime zum Konzentrat hinzugegeben und verrührt. Dabei werden Kupferionen in die organische Phase überführt. Die dabei entstehende Lösung wird aufkonzentriert. Beim anschließenden Strippen wird stärker konzentrierte Schwefelsäure hinzugegeben und verrührt. Die stärker konzentrierte Schwefelsäure verdrängt die reine Kupferlösung wieder aus der organischen Phase. Im dritten und letzten Schritt werden die Kupferionen durch Anwendung des Electrowinning-Prozesses reduziert. Das Herauslösen der Kupferionen erfolgt dabei unter Anlegen einer elektrischen Spannung an unlöslichen Bleianoden wobei Sauerstoff gebildet und abgeschieden wird. Hierbei entstehen 50 bis 70kg schwere Kupferkathoden.