Il rame

Estrazione e produzione

Il rame si trova in deposito naturali presenti in tutti i continenti. Questa pagina riassume i processi produttivi che partono dall'estrazione in miniera al prodotto finale avente la più alta purezza commerciale,  usato in una grande quantità di applicazioni essenziali per la vita moderna.

I minerali di rame

I minerali del rame si trovano nella crosta terrestre sotto varie forme e concentrazioni. Nei 10km più esterni della crosta terreste, vi sono 33 g per tonnellata di roccia. In certi posti, la concentrazione è molto maggiore: queste sono le aree in cui sono localizzate le miniere, dove l'estrazione economicamente conveniente. 
 copper ore rock in hand closeup  

I depositi di rame

Nel caso del rame, è economicamente conveniente estrarre un minerale con un contenuto di rame dello 0,2% (2 kg per tonnellata di roccia). Può trovarsi sotto forma di solfuri, ossidi, cabonati, silicati o altro composti, o più raramente, allo stato nativo. I minerali più abbondanti, che coprono l'80% dei depositi conosciuti a livello mondiale, sono la calcopirite e la bornite, che contengono entrambi solfuri di rame e ferro.

L'estrazione del rame

 

Ecco una descrizione di come il rame viene estratto e convertito in metallo puro; si considerano i processi che trattano i minerali contenenti zolfo.

Estrazione del rame
I minerali di rame sono ricavati da miniere sia a cielo aperto sia in galleria ed i metodi utilizzati non si caratterizzano in modo particolare rispetto a quelli ormai tradizionali anche per altri minerali Il 90% del minerale viene estratto da miniere a cielo aperto ("open pit").

Frantumazione e macinazione
Il minerale, che contiene una rilevante quantità di inerti (ganga) viene ridotto, per mezzo di potenti mulini, a una polvere di adeguata granulometria al fine di ottimizzare il trattamento successivo.

Flottazione
 Questa operazione consente la separazione delle frazioni contenenti il rame dagli inerti; la polvere, emulsionata con liquidi tensioattivi, viene immessa in grandi vasche da dove si asporta lo strato schiumoso superficiale che contiene le particelle più ricche di rame. Infatti, grazie alla selettiva tensione superficiale, i solfuri si ricoprono di minute bollicine di tensioattivo, che impediscono il contatto con l’acqua, e sono trascinati verso l'alto dall'aria che viene fatta gorgogliare nella vasca. La concentrazione di rame ottenibile può variare dal 30 al 50% in funzione del tenore del minerale di partenza.

Concentrazione
I fanghi sono essiccati meccanicamente prima dell'immissione nel forno di arrostimento in quanto una elevata quantità d'acqua produrrebbe uno spreco di energia termica per la sua evaporazione; si ottiene così un composto prevalentemente a base di minerali solforati.

Arrostimento

La concentrazione procede poi per via termica; il riscaldamento avviene all'aria tra i 500°C e i 700°C:  si diminuisce così il tenore dello zolfo presente sfruttando la sua più elevata affinità chimica con l'ossigeno rispetto al rame.

Fusione e conversione
Nel forno si procede alla fusione del concentrato in ambiente reso ossidante per mezzo di insufflaggio di aria od ossigeno nel bagno ottenendo la formazione di SO2 gassosa, che si separa dal metallo liquido; l'aggiunta di silicio inoltre permette l'eliminazione del ferro presente; esso forma la scoria, composta prevalentemente da silicati, che galleggia e viene asportata per sfioramento.

Raffinazione termica
Questo trattamento viene effettuato allo scopo di ridurre ulteriormente la concentrazione di impurezze nel rame e, pur rappresentando praticamente la prosecuzione dell'operazione precedente, può essere effettuato in apparecchiature e tempi differenti. Il metallo fuso viene trattato nuovamente con insufflaggio di aria od ossigeno e successiva scorifica delle impurezze; in questa fase si riossida parzialmente anche il bagno. Successivamente si procede alla riduzione del tenore di ossigeno introducendo nel forno un tronco verde di pino che, bruciando, sprigiona vapore acqueo ed altri gas riducenti. Questa operazione è chiamata "pinaggio". Questo trattamento generalmente permette di ottenere gli anodi che saranno poi sottoposti alla raffinazione elettrolitica; tuttavia, se la raffinazione termica è estremamente accurata, è possibile utilizzare il rame così ottenuto direttamente per la produzione di alcuni semilavorati

Raffinazione elettrolitica
E' il processo che permette di ottenere i massimi livelli di purezza del rame. Viene effettuata con il processo ad anodo solubile in vasche contenenti una soluzione di solfato di rame ed in cui gli anodi si al ternano con i catodi. Questi ultimi sono costituiti da lamierini sottili di rame ad elevata purezza di origine elettrolitica. Tra anodi e catodi, immersi nella soluzione conduttrice elettricamente, viene fatta circolare una corrente elettrica che dissolve l'anodo in ioni i quali, migrando attraverso la soluzione, vanno a depositarsi sul catodo. Regolando opportunamente i parametri di differenza di potenziale e di intensità di corrente, il processo permette di ottenere una deposizione selettiva del rame nei confronti degli altri metalli che costituiscono le impurezze. I metalli meno nobili del rame restano in soluzione, i più nobili precipitano nei fanghi da cui sono periodicamente separati con evidenti vantaggi economici. Il processo si interrompe con l'esaurimento degli anodi, i catodi , con una purezza del 99.99%, vengono così estratti ed inviati alle lavorazioni successive o al commercio. Oggi circa il 90% del rame estratto dalle miniere viene raffinato secondo questo procedimento.

Rifusione e colata
colata del rameI catodi non possono essere lavorati per deformazione plastica direttamente; essi sono infatti costituiti da materiale incoerente e devono pertanto subire una rifusione. Questa è un'operazione delicata in quanto una errata conduzione del forno porterebbe a un inquinamento del metallo; al contrario in questa fase è ancora possibile intervenire sul bagno, modificandone la composizione, per ottenere proprietà particolari. Il metallo liquido periodicamente viene estratto dal forno e conservato in apposite siviere o in forni di attesa per le conseguenti operazioni di colata. Quest'ultima avviene oggi prevalentemente con processi di colata continua, per la vergella, e semicontinua per billette e placche. La forma del metallo solido è ottimizzata in funzione del semilavorato da produrre: vergella per ottenere fili, billette per tubi e barre, placche per lamiere e nastri.  

Lisciviazione

La lisciviazione (leaching) è una tecnica di estrazione alternativa. Il processo consiste nell'irrorazione a pioggia dei cumuli di minerale, raccolti su terreni impremeabilizzati o grosse vasche, con una soluzione diluita di acquosa di acido solforico. Questo percola e si arricchisce di solfato di rame, che viene poi inviato alle celle di elettrolisi. Esse sono del tutto simili alle celle tradizionali, fatta eccezione per l'anodo che, essendo il rame messo a disposizione dirattamente dalla soluzione, viene realizzato con leghe metalliche insolubili. Quseto processo è conosciuto come elettrodeposizione diretta (SX-EW: solvent extraction/electrowinning).

I vantaggi di questo processo sono:

  • Meno energia consumata rispetto ai processi tradizionali
  • Nessuna emissione gassosa
  • Basso investimento di capitali
  • Possibilità di operare in maniera convenienet anche su piccola scala.

Si possono trattare minerali con contenuto di rame del 0.1%: per questa ragione sta acquisendo sempre più importanza. E' stato stimato che nel 2011 la lisciviazione e la elettrodeposizione diretta rappresentassero il 17% della produzione di rame raffinato.

Riciclo
 
Un'altra importante fonte di rame è il riciclo dei rottami, descitto come produzione di rame secondario. Nel 2011 ha coperto il 41% di tutta la produzione di rame raffinato. Il recupero e il riciclo dei prodotti a fine vita è un esempio della sostenibilità del rame.
Questo sito ospita cookie di terze parti. Se vuoi saperne di più o negare il consenso ad alcuni o a tutti i cookie, clicca qui. Proseguendo nella navigazione, acconsenti all’uso dei cookie. Acconsento