การถลุงทองแดง
การถลุงทองแดง
แร่ทองแดงที่ขุดได้จากเหมืองทองแดงจะกลายเป็นแร่ทองแดงเข้มข้นหรือทรายแร่ทองแดงที่มีปริมาณทองแดงสูงหลังจากผ่านกระบวนการแยกแร่แล้ว แร่ทองแดงเข้มข้นจะต้องผ่านการหลอมและสกัดก่อนจึงจะแปรรูปเป็นทองแดงบริสุทธิ์และผลิตภัณฑ์ทองแดงได้
ก. ทองแดงอิเล็กโทรไลต์และทองแดงบริสุทธิ์
ทองแดงที่ใช้ในอุตสาหกรรม ได้แก่ ทองแดงอิเล็กโทรไลต์ (มีทองแดง 99.9% ถึง 99.95%) และทองแดงบริสุทธิ์ (มีทองแดง 99.0% ถึง 99.7%) ทองแดงบริสุทธิ์ใช้ในอุตสาหกรรมไฟฟ้าเพื่อทำโลหะผสมพิเศษ ลวดโลหะ และสายไฟ ส่วนทองแดงบริสุทธิ์ใช้ทำโลหะผสมชนิดอื่นๆ ท่อทองแดง แผ่นทองแดง แกนทองแดง ฯลฯ
ข. กระบวนการถลุงทองแดง
การพัฒนาเทคโนโลยีการถลุงทองแดงได้ผ่านกระบวนการที่ยาวนาน แต่การถลุงทองแดงยังคงใช้การถลุงด้วยความร้อนเป็นหลัก และผลผลิตคิดเป็นประมาณ 85% ของผลผลิตทองแดงทั่วโลก เทคโนโลยีไฮโดรเมทัลลูร์จีสมัยใหม่ได้รับการส่งเสริมอย่างค่อยเป็นค่อยไป และการนำไฮโดรเมทัลลูร์จีมาใช้ทำให้ต้นทุนการถลุงทองแดงลดลงอย่างมาก
มาดูวิธีการถลุงทองแดง 2 วิธี ได้แก่ วิธีไพโรเมทัลลูร์จีและวิธีไฮโดรเมทัลลูร์จี (SX-EX) กันอย่างใกล้ชิด
ก. การถลุงทองแดงด้วยวิธีไพโรเมทัลลัวร์จี:
ทองแดงแคโทดหรือที่เรียกอีกอย่างว่าทองแดงอิเล็กโทรไลต์ ผลิตขึ้นโดยการถลุงและการกลั่นด้วยไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปเหมาะสำหรับแร่ทองแดงซัลไฟด์เกรดสูง โดยทั่วไปแล้วไพโรเมทัลลูร์จเกี่ยวข้องกับการเพิ่มปริมาณทองแดงในแร่เดิมด้วยทองแดงไม่กี่เปอร์เซ็นต์หรือหนึ่งในพันเป็น 20-30% ผ่านการแต่งแร่ จากนั้นจึงใช้เป็นทองแดงเข้มข้นสำหรับการถลุงแบบแมตต์ในเตาเผาแบบปิด เตาเผาแบบสะท้อนกลับ เตาไฟฟ้า หรือเตาเผาแบบแฟลช จากนั้นจึงนำแมตต์ที่ได้ (แมตต์) ไปยังตัวแปลงเพื่อเป่าให้เป็นทองแดงดิบ จากนั้นจึงออกซิไดซ์และกลั่นในเตาเผาแบบสะท้อนกลับอีกเตาหนึ่งเพื่อกำจัดสิ่งเจือปน หรือหล่อเป็นแผ่นขั้วบวกสำหรับอิเล็กโทรไลซิส เพื่อให้ได้ทองแดงอิเล็กโทรไลต์ที่มีเกรดสูงสุดถึง 99.9% กระบวนการนี้สั้นและปรับเปลี่ยนได้ และอัตราการฟื้นตัวของทองแดงสามารถสูงถึง 95% แต่เนื่องจากกำมะถันในแร่ถูกปล่อยออกมาเป็นก๊าซเสียซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในสองขั้นตอนของการผลิตแบบแมตต์และการเป่า จึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะฟื้นตัวและมีแนวโน้มที่จะเกิดมลพิษ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ไพโรเมทัลลูร์จีค่อยๆ พัฒนาไปสู่การหลอมอย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติ เช่น วิธีการหลอมเงิน วิธีโนรันดา และวิธีมิตซูบิชิในญี่ปุ่น
นอกจากทองแดงที่เข้มข้นแล้ว ทองแดงเศษยังเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับทองแดงบริสุทธิ์อีกด้วย ซึ่งรวมถึงทองแดงเศษเก่าและทองแดงเศษใหม่ ทองแดงเศษเก่ามาจากอุปกรณ์เก่าและเครื่องจักรเก่า อาคารร้าง และท่อใต้ดิน ส่วนทองแดงเศษใหม่มาจากทองแดงเศษที่โรงงานแปรรูปทิ้ง (อัตราส่วนผลผลิตของวัสดุทองแดงอยู่ที่ประมาณ 50%) โดยทั่วไป การจัดหาทองแดงเศษค่อนข้างคงที่ ทองแดงเศษสามารถแบ่งออกได้เป็น: ทองแดงเศษเปล่า (เกรดมากกว่า 90%); ทองแดงเศษสีเหลือง (สายไฟ); วัสดุที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบ (มอเตอร์เก่า แผงวงจร); ทองแดงที่ผลิตจากทองแดงเศษและวัสดุอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าทองแดงรีไซเคิล
ข. การถลุงทองแดงแบบเปียก:
เรือเหมาะสำหรับการผลิตคอปเปอร์ออกไซด์เกรดต่ำ และทองแดงบริสุทธิ์ที่ผลิตได้คือทองแดงอิเล็กโทรไลต์ การถลุงแบบเปียกสมัยใหม่ประกอบด้วยการคั่วด้วยกรดซัลฟิวริก-การชะล้าง-อิเล็กโทรไลต์ การชะล้าง-การสกัด-อิเล็กโทรไลต์ การชะล้างด้วยแบคทีเรีย และวิธีการอื่นๆ ซึ่งเหมาะสำหรับการชะล้างกอง การชะล้างในถัง หรือการชะล้างในแหล่งของแร่เชิงซ้อนเกรดต่ำ แร่คอปเปอร์ออกไซด์ และแร่เสียที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบ เทคโนโลยีการถลุงแบบเปียกได้รับการส่งเสริมอย่างค่อยเป็นค่อยไป และคาดว่าจะถึง 20% ของผลผลิตทั้งหมดภายในสิ้นศตวรรษนี้ การนำการถลุงแบบเปียกมาใช้ช่วยลดต้นทุนการถลุงทองแดงได้อย่างมาก
ผังกระบวนการมีดังนี้: ในจำนวนนี้ การสกัดทองแดง (กระบวนการที่ทองแดงเข้าสู่ชั้นอินทรีย์จากชั้นน้ำ) และการสกัดกลับ (กระบวนการที่ทองแดงเข้าสู่ชั้นน้ำจากชั้นอินทรีย์) ถือเป็นวิธีการทางเทคโนโลยีที่สำคัญของไฮโดรเมทัลลูร์ยสมัยใหม่
กระบวนการทั้งสองของไพโรเมทัลลูร์จีและไฮโดรเมทัลลูร์จีมีลักษณะดังต่อไปนี้:
(1) อุปกรณ์การถลุงแบบหลังนี้ง่ายกว่า แต่ปริมาณสิ่งเจือปนจะสูงกว่า ซึ่งถือเป็นส่วนเสริมที่เป็นประโยชน์ต่อแบบแรก
(2) อย่างหลังมีข้อจำกัดและขึ้นอยู่กับเกรดและประเภทของแร่
(3) ต้นทุนของสิ่งแรกสูงกว่าสิ่งหลัง
จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีไฮโดรเมทัลลูร์จีมีข้อดีมากมาย แต่ขอบเขตการใช้งานนั้นจำกัด ไม่สามารถถลุงทองแดงได้ทั้งหมดโดยใช้กระบวนการนี้ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีประเทศต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ เช่น สหรัฐอเมริกา ชิลี แคนาดา ออสเตรเลีย เม็กซิโก และเปรู ที่นำกระบวนการนี้มาใช้กับเหมืองทองแดงมากขึ้น การพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเมทัลลูร์จีและการส่งเสริมการใช้งานทำให้ต้นทุนการผลิตทองแดงลดลง เพิ่มกำลังการผลิตของเหมืองทองแดง เพิ่มอุปทานทรัพยากรทางสังคมในระยะสั้น ทำให้อุปทานทางสังคมโดยรวมเกินดุล และส่งผลต่อราคา
