Anorganische Chemie ist eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Details zum Buch finden Sie im Editorial....


Schmelzmetallurgische Gewinnung von Kupfer

Autor: H. Lohninger

Die schmelzmetallurgische Gewinnung von Kupfer ("pyrometallurgisches Verfahren") geht von eisenhaltigen Kupfersulfiderzen aus. Der Prozess vom Kupfererz bis zum Reinkupfer ist ein vielstufiger Prozess der im Folgenden kurz beschrieben wird (siehe Prozessdiagramm rechts). Da die meisten sulfidischen Kupfererze meist nur einen geringen Kupfergehalt aufweisen (typ. 2%), muss vor der metallurgischen Verarbeitung das Erz durch Flotation aufkonzentriert werden. Dabei wird das gemahlene Ausgangsmaterial in ein Bad mit Wasser und Holzteeröl gegeben, das stark schäumt. Das Öl benetzt die Teilchen mit dem Kupfererz wodurch diese im oben schwimmenden Ölschaum mitgenommen werden, während die Gangart im Wasser darunter zu Boden sinkt. Der Ölschaum wird dann ausgepresst und das Öl wieder dem Prozess zugeführt. Der Presskuchen enthält das angereicherte Kupfererz.

Das so aufkonzentrierte Erz (ca. 25% Kupferanteil) wird in einem ersten Schritt durch Sauerstoff bei ca. 750°C oxidiert (Rösten), wobei nur das im Erz enthaltene Eisensulfid oxidiert wird:

6 CuFeS2 + 13 O2
3 Cu2S + 2 Fe3O4 + 9 SO2

Aus dem Röstgut ("Rohstein") wird nun das Eisenoxid durch Zugabe von Koks und Quarz bei 1200-1500°C durch Schlackenbildung entfernt. Die spezifisch leichtere Eisensilikatschlacke wird vom schwereren Kupferstein (Cu2S + variable Anteile von FeS) durch Überlauf getrennt, der Kupferstein kann vom Boden des Ofens abgestochen werden.

Der Kupferstein wird nun von enthaltenem Eisensulfid durch Einblasen von Sauerstoff und Zugabe von Quarz getrennt (ebenfalls Schlackenbildung nach der Oxidation des Eisensulfids).

2 FeS + 3 O2 2 FeO + 2 SO2
2 FeO + SiO2 Fe2SiO4

Nachdem das Eisen entfernt ist wird das übrig gebliebene Cu2S ("Sparstein") mit Sauerstoff zu Kupfer(I)oxid, Cu2O, umgewandelt, das seinerseits mit noch verbliebenem Cu2S zu metallischem Kupfer und SO2 reagiert:

2 Cu2S + 3 O2 2 Cu2O + 2 SO2
Cu2S + 2 Cu2O 6 Cu + SO2

Das erhaltene Rohkupfer (94-97% Cu) wird nun in zwei Schritten gereinigt. Im ersten Schritt werden in das geschmolzene Rohkupfer schlackenbildende Zusätze zugegeben und Luft eingeblasen. Das führt dazu, dass Blei, Zink, Antimon und Arsen sich als Oxide verflüchtigen oder mit Eisen-, Cobalt-, Nickel- und Zinnoxidschlacken bilden. Nach Abtrennung der Schlacke wird verbliebenes Kupfer(I)oxid mit Erdgas reduziert. Das so behandelte Kupfer ("Garkupfer") erreicht eine Reinheit von besser 99% Cu, und enthält als Verunreinigung die Edelmetalle. Das Garkupfer wird auch "Anodenkupfer" genannt, da es im letzten - elektrolytischen - Raffinationsschritt als Anodenmaterial eingesetzt wird.

Der letzte Reinigungsschritt erfolgt nun elektrolytisch mit Kupfersulfat als Elektrolyt, wobei das Garkupfer als Anode eingesetzt wird und sich im Laufe der Elektrolyse auflöst. An der Kathode scheidet sich Kupfer mit einer Reinheit von 99.95% ab ("Kathodenkupfer"). Im Schlamm unterhalb der aufgelösten Anode befinden sich Selen, Tellur und die Edelmetalle, die in weiterer Folge aus dem Anodenschlamm extrahiert werden.



Last Update: 2013-08-08