如何提煉硫化銅礦石成電解銅？

原生銅生產過程可分為四個階段:(1)採礦:礦石由地底礦場或露天礦場挖掘出來;(2)冶煉:將礦石壓碎,研磨,除去其中大部份廢料,產生含銅量2%至4%的選礦或銅漿;(3)熔煉:將選礦給進熔爐,從熔爐裡流出的熔融物質含銅量98.5%(發泡銅);(4)精煉:分電解和火冶兩種方式,以前者所得的純度較高;目前又有一種新的方法將第(3)和第(4)兩階段合併為化學熔煉一精煉製程,不過全世界大部份的原生銅都採電解精煉。


採礦--銅在大自然中的分佈極廣,各種礦物都含有銅的成份,不過只有其中幾種才具有商業開採價值;世界上有幾處很大的產銅區,其中部份是近年才進行開發,各種銅礦中,以含有硫化銅和氧化銅的礦物最具商業開探價值,這種銅礦80%是以斑岩或層積岩的形式儲存於地下;美國90%銅礦和約82%可回收銅都是露天開採,利用這種方法,即使是含銅量較低的斑岩也具有開採價值,使用這種方法時必須進行爆破孔鑽同;利用洞坡工程法將礦岩切成細長片;移動礦石然後利用自行推進的圓鑿機或壓碎機、輸送帶、或電動採礦鏟進行材料處理;利用火車或大卡車將礦石拖往礦石場。至於地下採礦法則必須挖掘通管和隧道,利用鑽孔和爆破方式將礦石挖下,將洞穴填回,將礦石送到通管,再用升降機將礦石提至地面。

冶煉--本階段是將挖出的礦石進行選礦或冶煉,所產的物質含銅比例比原來高出甚多,適合加以熔煉,選礦的過程,包括碾壓、研磨、及分類,至於進一步的處理則須視礦砂的型態而定,其中如果硫化物較多則採用漂浮處理法(利用化學物浸漬礦石,將硫化物分開,附著在氣泡上,並因此浮在上層);如困氧化物較多,則漂浮法與濾泡法併用(利用硫酸將銅與其他礦物分開)。

熔煉--熔煉的目的在將選礦中的銅與其他金屬及廢料分開,這個階段首先從選礦燒貨開始,燒貨可以調整選礦中的硫含量並提高熔融作業效率;其次,材料不論是否經過燒貨,都必須熔融成含有銅、硫、基本金屬、及貴金屬的礦渣,礦渣再進行轉化(將雜質氧化)以消除其中的硫和鐵成份,然後即可進行熔煉,熔煉作業有以下幾種不同方法;標準反射爐、閃光爐或電爐;PIERCE-SMITH氏轉代爐,HOBOKEN氏轉化爐,頂吹旋轉式轉化爐;NORANDA製程(一種結合熔煉與轉化步驟的單一連續作業);和MITSUBISHI製程(將三只爐具利用重力流互相連接,然後以直接而連續方式產生銅,中間消除轉換爐間隔道)。熔煉過程產生的發泡銅應先除去其中雜質,才能加工做成製成品。

精煉--精煉是除去銅內雜質的最後步驟,精煉有以下四種不同方法;火冶精煉、電解法、電積法、和化學處理法;這個階段完畢後即產生純度99.9%以上的純銅,可加工製成半成品或成品。