Kuparimalmin louhinta ja jalostus
1. Louhinta
Kuparimalmia saadaan joko avolouhoksista tai maanalaisista kaivoksista. Louhintaprosessi sisältää:
- Poraus: räjähdysreiät porataan malmikerrokseen.
- Räjäytys: malmi irrotetaan kalliosta.
- Kuljetus: kuorma-autot ja kaivoskoneet siirtävät malmin murskaamoon.
2. Murskaus ja jauhaminen
Malmi murskataan ja jauhetaan hienoksi jauheeksi:
- Leukamurskain ja kartiomurskain: murskaavat karkeat kivet.
- Kuulamylly (ball mill): jauhaa malmin hienoksi jauheeksi. Tavoitteena on vapauttaa kuparimineraalit muusta kivestä.
3. Rikastus (vaahdotus)
Vaahdotusprosessissa erotetaan kuparimineraalit:
- Vaahdotuskennot: ilmakuplat nostavat kuparimineraalit pintaan.
- Kemikaalit:
- Keräimet (esim. kerotiini): sitoutuvat kupariin.
- Vaahdottajat (esim. perennne SAHP): muodostavat vakaan vaahdon.
- Kalkki (CaO): säätelee pH:ta. Tuloksena saadaan kuparirikaste, jonka Cu-pitoisuus on jopa 30 %.
4. Sulatus ja konvertointi
Rikaste sulatetaan metallurgisessa prosessissa:
- Sulatusuuni: rikaste kuumennetaan, syntyy kuparimatto (Cu 60–70 %).
- Konvertteri: poistetaan rikki, saadaan raakakupari (Cu 98–99 %).
- Kemikaalit: happi (O₂), fluksit (esim. piidioksidi) sitovat epäpuhtaudet.
5. Elektrolyyttinen puhdistus
Raakakupari puhdistetaan elektrolyysillä:
- Elektrolyyttikenno: anodina raakakupari, katodina puhdas kupari.
- Elektrolyytti: CuSO₄ + H₂SO₄ (kuparisulfaatti ja rikkihappo).
- Tuloksena: kuparikatodit, puhtaus 99,99 % Cu.
6. Sivutuotteet ja jätehuolto
- Gangue: rikastusjätteet ohjataan sakka-altaisiin.
- Rikin talteenotto: käytetään rikkihapon valmistukseen.
- Vesi: kierrätetään prosessissa ja puhdistetaan ennen päästöä.
Yhteenveto
Kuparin tuotanto on monivaiheinen prosessi, jossa yhdistyvät mekaaniset, kemialliset ja sähkökemialliset menetelmät. Jokainen vaihe vaatii tarkkaa suunnittelua, turvallisuutta ja ympäristön huomioimista.
Tämä oppimateriaali soveltuu peruskoulutukseen, tekniseen opetukseen ja itsenäiseen opiskeluun kaivos- ja metallurgian aloilla.
Kuparimalmin jalostus – oppimateriaali rikastusprosessista
Kuparimalmin jalostuksessa tavoitteena on erottaa kuparia sisältävät mineraalit (esim. kalkopyriitti CuFeS₂) ympäröivästä sivukivestä. Tämä tapahtuu usean peräkkäisen rikastusvaiheen avulla. Tärkeimmät vaiheet ovat murskaus, jauhatus, vaahdotus ja suodatus.
1. Murskaus (Crushing)
Tavoite
Murskauksen tarkoitus on pienentää louhitun malmikiven kokoa, jotta mineraalit voidaan myöhemmin vapauttaa jauhatusvaiheessa.
Louhittu malmi voi olla 0,5–1 metrin kokoista lohkaretta, mutta rikastusprosessissa tarvitaan millimetrien tai mikrometrien kokoista materiaalia.
Tyypillinen murskausketju
- Esimurskaus (Primary crushing)
- Laitteena usein leukamurskain tai gyratory-murskain
- Kiven koko pienenee noin 1000 mm → 100–200 mm
- Välimurskaus (Secondary crushing)
- Usein kartio- tai iskupalkkimurskain
- Koko pienenee noin 100 mm → 20–50 mm
- Hienomurskaus (Tertiary crushing)
- Tavoitteena noin 5–20 mm raekoko
Prosessin merkitys
Murskaus:
- vähentää kuljetettavan materiaalin kokoa
- mahdollistaa tehokkaan jauhatuksen
- vapauttaa osan mineraaleista jo tässä vaiheessa
Energia
Murskaus kuluttaa noin 5–10 % koko rikastusprosessin energiasta.
2. Jauhatus (Grinding)
Tavoite
Jauhatuksen tehtävä on vapauttaa kuparimineraalit sivukivestä. Tämä tarkoittaa, että mineraalirakeet erotetaan toisistaan niin pieniksi, että ne voidaan erottaa kemiallisesti tai fysikaalisesti.
Tyypillinen tavoitekoko:
- 50–200 mikrometriä
Jauhatuslaitteet
SAG-mylly (Semi Autogenous Grinding)
- suuri sylinterimäinen mylly
- käyttää malmia ja teräskuulia jauhamiseen
- käsittelee suuria määriä materiaalia
Kuulamylly (Ball mill)
- sisältää satoja tonneja teräskuulia
- pyöriminen aiheuttaa:
- iskuja
- hankautumista
- puristumista
Prosessi
Jauhatus tapahtuu vesilietteessä.
Tuloksena syntyy:
malmiliete
joka sisältää
- mineraalirakeita
- vettä
- lisättyjä kemikaaleja
Luokitus
Jauhatusjärjestelmässä käytetään usein myös:
- hydrosykloneita
- seuloja
Niiden tehtävä on palauttaa liian suuret partikkelit takaisin myllyyn.
Energiankulutus
Jauhatus on rikastusprosessin energiavaltainen vaihe.
Se voi käyttää jopa:
40–60 % koko rikastuslaitoksen energiasta.
3. Vaahdotus (Flotation)
Tavoite
Vaahdotuksen tarkoitus on erottaa kuparimineraalit sivukivestä kemiallisten ominaisuuksien avulla.
Periaate perustuu siihen, että:
- kuparimineraalit voidaan tehdä hydrofobisiksi (vettä hylkiviksi)
- sivukivi pysyy hydrofiilisenä (vettä rakastavana)
Kemikaalit
Prosessissa lisätään useita reagensseja:
Kollektorit
- kiinnittyvät kuparimineraaleihin
- tekevät niistä vettä hylkiviä
Vaahtoamisaineet
- muodostavat kestävän vaahdon
pH-säätimet
- esimerkiksi kalkki
Prosessin kulku
- Jauhettu malmiliete johdetaan flotaatiosäiliöön
- Säiliöön johdetaan ilmaa
- Ilmakuplat tarttuvat hydrofobisiin kuparimineraaleihin
- Kuplat nousevat pinnalle
- Muodostuu mineraalivaahto
Tämä vaahto sisältää:
kuparirikastetta
Rikastuspitoisuus
Malmi:
- 0,5–1 % Cu
Rikaste:
- 20–30 % Cu
Useita vaiheita
Flotaatio sisältää yleensä:
- karkea vaahdotus
- puhdistusvaahdotus
- uudelleenvaahdotus
Näin saavutetaan mahdollisimman puhdas rikaste.
4. Suodatus ja kuivaus
Tavoite
Vaahdotuksen jälkeen kuparirikaste on vesilietteessä, jossa voi olla:
- 60–70 % vettä
Suodatuksen tehtävä on poistaa vesi rikasteesta.
Suodatusmenetelmät
Tyhjiösuodatin (Vacuum filter)
- pyörivä levy tai rumpu
- alipaine imee veden pois
Suodatinpuristin (Filter press)
- käyttää painetta
- tuottaa erittäin kuivaa rikastetta
Lopputuote
Suodatuksen jälkeen syntyy:
kuparirikastekakku
Tyypillinen kosteus:
- 8–12 %
Seuraava vaihe
Rikaste kuljetetaan:
- sulattoon
jossa siitä valmistetaan metallista kuparia.
Koko rikastusprosessin yksinkertainen kaavio
LOUHINTA
↓
MURSKAUS
↓
JAUHATUS
↓
VAAHDOTUS
↓
KUPARIRIKASTE
↓
SUODATUS
↓
KUIVA RIKASTE
↓
SULATUS
↓
PUHDAS KUPARI
Vastaa