Optimierung Ihres Kupfererzeugungsverfahrens

Die Nachfrage nach Kupfer steigt zusehends. Dank Bereichen wie Elektronik, Industriemaschinen, Transporteinrichtungen usw. hat sich der Bedarf an raffiniertem Kupfer in den vergangenen 50 Jahren mehr als verdreifacht.
Um den Herausforderungen der Kunden gerecht zu werden, bietet Heraeus Electro-Nite einzigartige Lösungen für die verschiedenen Schritte der Kupfererzeugung an.

Die Produktion von raffiniertem Kupfer lässt sich in zwei Hauptproduktionswege, die primäre und die sekundäre Kupferproduktion, unterteilen. Ungefähr 80 % dieser Produktion von raffiniertem Kupfer entfallen auf die Primärkupferproduktion, in der Kupfer aus Erzen gewonnen wird.
Die andere wichtige Rohstoffquelle ist Schrott. Durch Kupferschrott aus in Herstellungsprozessen ausgesonderten Metallen oder aus Altprodukten wird Kupfer als Rohmaterial wiederverwertet. Dieser Weg ist die Sekundärkupferproduktion.

Finden Sie heraus, welche Lösungen sich für Ihren Prozess anwenden lassen und wie sie Ihnen dazu verhelfen können, Ihren Kupfererzeugungsprozess zu optimieren.

Kupferproduktion

Die Kupferproduktion beginnt mit der Gewinnung von Kupfererzen im Tage- oder Untertagebau. Je nach der im Produktionsverlauf verwendeten Menge an Kupferschrott lässt sich die Produktion der Primär- oder der Sekundärproduktion zuordnen.

Produkte:

Es wird hauptsächlich nach zwei Prozesswegen vorgegangen:

  • Ein hydrometallurgischer Ansatz oder SX-EW-Verfahren, bei dem Kupfer direkt aus geringwertigen Erzen gewonnen und raffiniert wird
  • Ein pyrometallurgischer Weg, bei dem Kupfer aus Erzen, Kupferschrott und/oder verbrauchten Anoden gewonnen und raffiniert wird

Im pyrometallurgischen Prozessweg wird das Roherz zunächst zermahlen und durch Flotation zu Kupferkonzentrat verarbeitet. Dieses Konzentrat wird anschließend geschmolzen und in zu 60 % reinen Kupfer enthaltenden Kupferstein („Matte“) umgewandelt. Der flüssige Kupferstein wird in einem Konverterverfahren raffiniert, mit dem „Blisterkupfer“ mit einem Kupfergehalt von über 98 % hergestellt wird. Der Blisterkupfer wird anschließend in Zwischenanoden vergossen, die durch elektrolytische Raffination weiter zu Kupferkathoden (99,99 % reines Kupfer) raffiniert werden. Die Kathoden werden erneut geschmolzen und zu Endprodukten verarbeitet. Die Verwendung von Blisterkupfer kann teilweise oder vollständig durch Sekundärschrott zur Wiederverwertung von Altkupfer ersetzt werden.

Die wichtigsten Herausforderungen des pyrometallurgischen Prozesses

Management der Sauerstoffaktivität während der Raffination

Im Konverter werden Blisterkupfer und/oder Kupferschrott geschmolzen und bei einer Temperatur von etwa 1150-1250 °C oxidiert. Ideale Raffinationsbedingungen werden nahe des Sauerstoffsättigungspunkts erreicht. Ein zu geringer Sauerstoffeintrag führt zu einer unzureichenden Raffination und zu untragbar hohen Verunreinigungsgraden. Ein übermäßiger Sauerstoffeintrag verringert die Prozessausbeute erheblich.

Nach der Raffinationsbehandlung muss der Sauerstoffgehalt des flüssigen Kupfers ausreichend verringert werden, um das Gießen von zu 99 % reinen Anoden zu ermöglichen. Dies geschieht durch Injektion von Erdgas in einen Anodenofen.

Der Einsatz der Sauerstoffaktivitätskontrolle von Heraeus Electro-Nite ermöglicht dem Kunden eine effiziente Verwaltung seines Prozesses durch:

  • Optimierung der Sauerstoffinjektion
  • Feineinstellung der Erdgasinjektion

Management der Sauerstoffaktivität während des Stranggießens

Die gegossenen Anoden werden in große Elektrolysezellen gelegt. Durch Anlegen von elektrischem Strom löst sich das Kupfer und lagert sich schließlich auf Edelstahlrohlingen ab. Da sich nur Kupferpartikel auf den Rohlingen ablagern, entsteht nach 7 Tagen eine Kupferkathode mit einem Reinheitsgrad von 99,995 %. Alle anderen Komponenten sinken entweder bis zum Boden oder lösen sich in der Schwefelsäure auf. Die so erzeugten Kathoden werden schließlich wieder geschmolzen (z. B. zu Kupferdraht).
Um Kupfer mit hohen Leistungseigenschaften für elektrische und elektronische Anwendungen sowie für die Wärmeübertragung herzustellen, muss dieser bei einem extrem niedrigem Sauerstoffgehalt von maximal 5 ppm gegossen werden.
Kupfersorten mit höherem Sauerstoffgehalt reagieren eher mit Wasserstoff. Bei hohen Temperaturen können Wasserstoffionen in Kupfer eindiffundieren und mit den Sauerstoffatomen im Kupfer Wasserporen erzeugen. Dadurch wird das Kupfer spröder, was beim Löten oder Schweißen der Kupferkomponenten zu Problemen führt und die physikalischen Eigenschaften des Kupfers, wie die elektrische und thermische Leitfähigkeit, beeinflusst.
Kupfer mit einem niedrigem Sauerstoffgehalt ist stärker immun gegenüber Wasserstoff und sorgt für eine bessere Verbindung beim Hartlöten oder Schweißen.

Zur Überwachung des Sauerstoffgehaltes ermöglicht die Sauerstoffaktivitätskontrolle von Heraeus Electro-Nite dem Kunden:

  • Eine Begrenzung der Wasserstoffaufnahme
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