Proses Cynhyrchu a Phrosesu Mwyn Copr
Mae copr (Cu) yn un o'r metelau pwysicaf mewn bywyd modern. Mae ei ddargludedd trydanol a thermol, ei wrthwynebiad i gyrydiad, a'i hyblygrwydd cymharol yn gwneud copr yn ddeunydd allweddol ar gyfer ceblau trydanol, cydrannau electronig, pibellau, a hyd yn oed deunyddiau diwydiannol ynni adnewyddadwy fel paneli solar a thyrbinau gwynt. Fodd bynnag, cyn dod yn gynnyrch terfynol, rhaid i gopr fynd trwy gyfres hir o brosesau, o fwyngloddio a phrosesu mwynau i fireinio a mowldio i gatodau neu ffurfiau masnachol eraill. Mae'r erthygl hon yn trafod y broses gyffredinol o gynhyrchu a phrosesu mwyn copr, ynghyd â'r amcanion a'r egwyddorion gweithio ym mhob cam.
1. Archwilio a Mwyngloddio Mwyn Copr
Mae'r cam cychwynnol yn dechrau gydag archwilio i ddod o hyd i gronfeydd copr sy'n economaidd hyfyw. Mae gweithgareddau archwilio yn cynnwys mapio daearegol, arolygon geoffisegol a geocemegol, a drilio craidd i bennu gradd, dosbarthiad mwynau, a chyfaint y cronfeydd. Unwaith y ceir astudiaeth ddichonoldeb a thrwyddedau, cynhelir mwyngloddio gan ddefnyddio dau brif ddull:
1. Cloddio pwll agored: a ddefnyddir ar gyfer dyddodion copr sy'n gymharol agos at yr wyneb, fel copr porffyri. Mae'r dull hwn yn dominyddu cynhyrchu copr byd-eang oherwydd bod y cronfeydd wrth gefn yn fawr er bod gradd y mwyn yn tueddu i fod yn isel.
2. Cloddio tanddaearol: yn cael ei gymhwyso os yw'r dyddodion yn ddyfnach neu os nad yw amodau daearyddol yn caniatáu cloddio agored.
Yn gyffredinol, mae mwyn a gloddir yn cynnwys mwynau copr fel calcopyrit (CuFeS₂), bornit (Cu₅FeS₄), calcosit (Cu₂S), a mwynau ocsid fel malachit (Cu₂CO₃(OH)₂) ac asurit. Yn ogystal â chopr, mae mwyn yn aml yn cynnwys amhureddau neu fwynau cysylltiedig fel haearn, sylffwr, silica, aur, arian, a molybdenwm.
2. Malu a Malu
Mae'r mwyn sy'n cael ei gloddio yn fawr ac felly mae angen ei falu i wahanu'r mwynau copr o'r gangue. Mae'r broses hon yn cynnwys dau gam:
– Malu: defnyddio malwr genau, malwr côn, neu falwr cylchdroi i leihau maint y mwyn i sawl centimetr.
– Malu: defnyddio melin bêl neu felin SAG i gynhyrchu gronynnau mân, fel arfer hyd at ddegau i gannoedd o ficrometrau o ran maint.
Prif amcan y cam hwn yw rhyddhau mwynau copr o fatrics y graig. Mae graddfa'r rhyddhau yn hanfodol ar gyfer llwyddiant prosesau gwahanu dilynol.
3. Crynodiad Mwynau: Arnofiad (Ar gyfer Mwynau Sylffid)
Ar gyfer mwynau copr sylffid, y dull mwyaf cyffredin yw arnofio ewyn. Yn y broses hon, cymysgir slyri mwyn mân â dŵr a rhai adweithyddion cemegol:
– Casglwr: yn gwneud wyneb y mwyn copr yn hydroffobig fel ei fod yn glynu'n hawdd wrth swigod aer.
– Ewynnog: yn ffurfio ewyn sefydlog.
– Addaswyr (actifadyddion, iselderyddion, rheoleiddwyr pH): cynyddu detholiad gwahanu.
Mae aer yn cael ei chwythu i mewn i'r gell arnofio, gan achosi i'r mwynau copr lynu wrth y swigod a chodi i'r wyneb fel ewyn, lle cânt eu casglu fel crynodiad copr. Mae'r deunydd nad yw'n gopr sy'n weddill yn cael ei daflu fel cynffonau.
Mae'r crynodiad sy'n deillio o hyn fel arfer yn cynnwys tua 20–35% Cu, llawer uwch na'r mwyn cychwynnol a all fod cyn lleied â 0,4–1% Cu mewn rhai mwyngloddiau porffyri.
4. Prosesu Hydrometallurgical (Ar gyfer Mwynau Ocsid)
Yn gyffredinol, nid yw mwynau ocsid copr yn cael eu prosesu'n effeithiol trwy arnofio sylffid. Felly, mae llwybrau hydrometallurgaidd fel:
1. Trwytholchi: mae mwyn neu ddeunydd wedi'i falu yn cael ei bentyrru (trwytho pentwr) a'i dywallt â thoddiant asid sylffwrig (H₂SO₄). Mae copr yn hydoddi'n ïonau Cu²⁺ yn y toddiant trwytholchi beichiog.
2. Echdynnu toddyddion (SX): gwahanu a phuro Cu²⁺ o doddiant trwytholchi gan ddefnyddio toddyddion organig.
3. Electro-ennill (EW): dyddodi copr pur ar y catod trwy gerrynt trydanol, gan gynhyrchu catod copr purdeb uchel.
Mae'r llwybr SX-EW yn boblogaidd iawn oherwydd gall gynhyrchu cathodau'n uniongyrchol heb doddi, yn enwedig ar gyfer mwynau ocsid gradd isel.
5. Toddi Crynodiad Copr
Ar gyfer crynodiadau sylffid, y cam nesaf yw pyrometalleg. Caiff y crynodiad ei sychu ac yna ei doddi mewn ffwrnais (e.e., ffwrnais fflach neu ffwrnais adlais). Yn ystod y broses doddi, mae gwahanu'n digwydd i ddau brif gam:
– Matte: cymysgedd o sylffidau copr a haearn, sy'n cynnwys tua 45–70% Cu.
– Slag: yn cynnwys ocsidau a silicadau o amhureddau fel silica, haearn a mwynau eraill.
Mae adweithiau cemegol yn ystod toddi hefyd yn cynhyrchu nwyon sy'n gyfoethog mewn SO₂. Mewn cyfleusterau modern, caiff SO₂ ei ddal a'i brosesu'n asid sylffwrig, gan leihau allyriadau a chynhyrchu sgil-gynnyrch gwerthfawr.
6. Trosi i Gopr Pothellog
Yna caiff y mat o'r ffwrnais ei brosesu mewn trawsnewidydd (e.e., trawsnewidydd Pierce-Smith). Caiff aer neu ocsigen ei chwythu i mewn i ocsideiddio'r sylffid haearn a'r sylffwr:
– Mae haearn yn cael ei ocsideiddio i FeO ac yna'n mynd i mewn i'r slag.
– Mae sylffwr yn cael ei ocsideiddio i SO₂.
Y canlyniad terfynol yw copr pothellog gyda phurdeb o tua 98–99% Cu. Fe'i gelwir yn "bothellog" oherwydd bod ei wyneb yn aml yn ymddangos yn fandyllog oherwydd rhyddhau nwyon yn ystod y broses.
7. Mireinio: Mireinio Tân ac Electromireinio
Er bod cynnwys copr yn y pothell yn uchel, mae yna amhureddau o hyd fel Fe, S, Ni, As, Sb, ac elfennau gwerthfawr (Au, Ag, Pt, Pd) y mae angen eu tynnu. Cynhelir mireinio mewn dau gam cyffredinol:
1. Mireinio tân: mireinio cychwynnol mewn ffwrnais i leihau ocsigen a rhai amhureddau, gan gynhyrchu anod copr siâp plât.
2. Electrorefining: mae'r anod yn cael ei doddi'n electrolytig mewn toddiant copr sylffad. Mae copr pur yn gwaddod ar y catod fel copr catod gyda phurdeb o 99,99%.
Mae amhureddau nobl fel aur ac arian yn anhydawdd a byddant yn gwaddod fel llysnafedd anod, sydd wedyn yn cael ei brosesu ymhellach i adfer y metelau gwerthfawr. Dyma pam mae'r diwydiant copr yn aml hefyd yn cynhyrchu aur ac arian fel sgil-gynhyrchion.
8. Argraffu a Chynnyrch Terfynol
Gellir gwerthu cathodau copr yn uniongyrchol fel nwyddau safonol rhyngwladol (e.e. LME Gradd A) neu eu prosesu i ffurfiau eraill:
– Gwialen wifren ar gyfer ceblau trydanol,
– pibellau copr ar gyfer plymio a HVAC,
– taflenni/platiau ar gyfer y diwydiant gweithgynhyrchu,
– aloion fel pres (Cu-Zn) ac efydd (Cu-Sn).
Fel arfer, cynhelir y cam gweithgynhyrchu hwn mewn ffatri rholio, allwthio neu dynnu gwifren, yn dibynnu ar y cynnyrch a ddymunir.
9. Rheoli Amgylcheddol a Gwastraff
Mae'r broses o brosesu mwyn copr yn cynhyrchu sodlau, slag, ac allyriadau nwy. Felly, mae agweddau amgylcheddol yn hanfodol:
– Mae cynffonau’n cael eu storio mewn argaeau cynffonau gyda monitro o sefydlogrwydd ac ansawdd dŵr.
– Yn aml, caiff dŵr proses ei ailgylchu i leihau'r defnydd o ddŵr croyw.
– Mae SO₂ o'r ffwrnais yn cael ei ddal ar gyfer cynhyrchu asid sylffwrig.
– Cynhelir adfer tir ar ôl i'r mwyngloddio gael ei gwblhau.
Mae safonau amgylcheddol modern yn mynnu llai o allyriadau llwch, defnydd mwy effeithlon o ynni, a thrin cemegau fel asid sylffwrig yn ddiogel.
Casgliad
Mae'r broses o gynhyrchu copr o fwyn yn cynnwys dilyniant technolegol cymhleth: gan ddechrau gyda mwyngloddio, malu a malu, gwahanu mwynau trwy arnofio neu drwytholchi, ac yna mireinio trwy drosi toddi neu SX-EW, i gynhyrchu cathodau copr o ansawdd uchel. Mae'r dewis o lwybr proses yn dibynnu'n fawr ar y math o fwyn (sylffid neu ocsid), cynnwys copr, yn ogystal ag ystyriaethau economaidd ac amgylcheddol. Gyda'r galw byd-eang cynyddol am drydan, cerbydau trydan, ac ynni adnewyddadwy, mae cynhyrchu copr effeithlon a chynaliadwy yn allweddol i ddatblygiad y diwydiant yn y dyfodol.
