Proses Pengeluaran dan Pemprosesan Bijih Tembaga
Kuprum (Cu) merupakan salah satu logam terpenting dalam kehidupan moden. Kekonduksian elektrik dan haba, rintangan kakisan, dan kebolehtempaan relatifnya menjadikan kuprum sebagai bahan utama untuk kabel elektrik, komponen elektronik, paip, malah bahan perindustrian tenaga boleh diperbaharui seperti panel solar dan turbin angin. Walau bagaimanapun, sebelum menjadi produk akhir, kuprum mesti menjalani siri proses yang panjang, daripada perlombongan dan pemprosesan bijih hinggalah penapisan dan pengacuan menjadi katod atau bentuk komersial lain. Artikel ini membincangkan proses umum pengeluaran dan pemprosesan bijih kuprum, berserta objektif dan prinsip kerja pada setiap peringkat.
1. Penerokaan dan Perlombongan Bijih Tembaga
Peringkat awal bermula dengan penerokaan untuk mencari rizab tembaga yang berdaya maju dari segi ekonomi. Aktiviti penerokaan termasuk pemetaan geologi, tinjauan geofizik dan geokimia, dan penggerudian teras untuk menentukan gred, taburan mineral, dan isipadu rizab. Setelah kajian kebolehlaksanaan dan permit diperoleh, perlombongan dijalankan menggunakan dua kaedah utama:
1. Perlombongan terbuka: digunakan untuk deposit tembaga yang agak dekat dengan permukaan, seperti tembaga porfiri. Kaedah ini mendominasi pengeluaran tembaga global kerana rizabnya besar walaupun gred bijihnya cenderung rendah.
2. Perlombongan bawah tanah: digunakan jika mendapan lebih dalam atau keadaan geografi tidak membenarkan perlombongan terbuka.
Bijih yang dilombong secara amnya mengandungi mineral kuprum seperti kalkopirit (CuFeS₂), bornit (Cu₅FeS₄), kalkosit (Cu₂S), dan mineral oksida seperti malakit (Cu₂CO₃(OH)₂) dan azurit. Selain kuprum, bijih sering mengandungi bendasing atau mineral berkaitan seperti besi, sulfur, silika, emas, perak dan molibdenum.
2. Menghancurkan dan Mengisar
Bijih yang dilombong adalah besar dan oleh itu perlu dihancurkan untuk memisahkan mineral tembaga daripada gangue. Proses ini melibatkan dua peringkat:
– Penghancuran: menggunakan penghancur rahang, penghancur kon atau penghancur putar untuk mengurangkan saiz bijih kepada beberapa sentimeter.
– Pengisaran: menggunakan pengisar bebola atau pengisar SAG untuk menghasilkan zarah yang lebih halus, biasanya sehingga puluhan hingga ratusan mikrometer.
Objektif utama peringkat ini adalah untuk membebaskan mineral kuprum daripada matriks batuan. Tahap pembebasan adalah penting untuk kejayaan proses pemisahan seterusnya.
3. Kepekatan Bijih: Pengapungan (Untuk Bijih Sulfida)
Bagi bijih kuprum sulfida, kaedah yang paling biasa ialah pengapungan buih. Dalam proses ini, buburan bijih halus dicampurkan dengan air dan reagen kimia tertentu:
– Pengumpul: menjadikan permukaan mineral kuprum hidrofobik supaya ia mudah melekat pada buih udara.
– Pembuih: membentuk buih yang stabil.
– Pengubah suai (pengaktif, penekan, pengawal selia pH): meningkatkan selektiviti pemisahan.
Udara ditiup ke dalam sel pengapungan, menyebabkan mineral kuprum melekat pada gelembung dan naik ke permukaan sebagai buih, di mana ia dikumpulkan sebagai pekatan kuprum. Bahan bukan kuprum yang tinggal dibuang sebagai sisa.
Pekatan yang terhasil biasanya mengandungi sekitar 20–35% Cu, jauh lebih tinggi daripada bijih permulaan yang boleh serendah 0,4–1% Cu dalam beberapa lombong porfiri.
4. Pemprosesan Hidrometalurgi (Untuk Bijih Oksida)
Bijih kuprum oksida secara amnya tidak diproses secara berkesan melalui pengapungan sulfida. Oleh itu, laluan hidrometalurgi seperti:
1. Pelarutan: bijih atau bahan hancur ditimbun (pelarutan timbunan) dan disiram dengan larutan asid sulfurik (H₂SO₄). Kuprum larut menjadi ion Cu²⁺ dalam larutan pelarutan yang mengandungi logam berharga.
2. Pengekstrakan pelarut (SX): mengasingkan dan menulenkan Cu²⁺ daripada larutan lindian menggunakan pelarut organik.
3. Pemenang Elektro (EW): memendapkan kuprum tulen pada katod melalui arus elektrik, menghasilkan katod kuprum berketulenan tinggi.
Laluan SX-EW sangat popular kerana ia boleh menghasilkan katod secara langsung tanpa lebur, terutamanya untuk bijih oksida gred rendah.
5. Peleburan Konsentrat Kuprum
Bagi pekatan sulfida, peringkat seterusnya ialah pirometalurgi. Pekatan dikeringkan dan kemudian dicairkan dalam relau (contohnya, pelebur kilat atau relau gema). Semasa proses peleburan, pemisahan berlaku kepada dua fasa utama:
– Matte: campuran sulfida kuprum dan besi, yang mengandungi kira-kira 45–70% Cu.
– Sanga: mengandungi oksida dan silikat daripada bendasing seperti silika, besi dan mineral lain.
Tindak balas kimia semasa peleburan juga menghasilkan gas kaya SO₂. Di kemudahan moden, SO₂ ditangkap dan diproses menjadi asid sulfurik, mengurangkan pelepasan dan menghasilkan produk sampingan yang berharga.
6. Menukar kepada Tembaga Lepuh
Matte dari pelebur kemudiannya diproses dalam penukar (cth., penukar Pierce-Smith). Udara atau oksigen ditiup masuk untuk mengoksidakan besi sulfida dan sulfur:
– Besi dioksidakan kepada FeO dan kemudian memasuki sanga.
– Sulfur dioksidakan kepada SO₂.
Hasil akhirnya ialah lepuh tembaga dengan ketulenan kira-kira 98–99% Cu. Ia dipanggil "lepuh" kerana permukaannya sering kelihatan berliang akibat pembebasan gas semasa proses tersebut.
7. Penapisan: Penapisan Api dan Penapisan Elektro
Walaupun kandungan kuprum dalam lepuh adalah tinggi, masih terdapat bendasing seperti Fe, S, Ni, As, Sb, dan unsur berharga (Au, Ag, Pt, Pd) yang perlu disingkirkan. Penapisan dijalankan dalam dua langkah umum:
1. Penapisan api: penapisan awal dalam relau untuk mengurangkan oksigen dan bendasing tertentu, menghasilkan anod kuprum berbentuk plat.
2. Penapisan Elektro: anod dilarutkan secara elektrolitik dalam larutan kuprum sulfat. Kuprum tulen termendak pada katod sebagai kuprum katod dengan ketulenan 99,99%.
Bendasing mulia seperti emas dan perak tidak larut dan akan termendak sebagai lendir anod, yang kemudiannya diproses lebih lanjut untuk mendapatkan semula logam berharga. Inilah sebabnya mengapa industri tembaga juga sering menghasilkan emas dan perak sebagai hasil sampingan.
8. Percetakan dan Produk Akhir
Katod kuprum boleh dijual terus sebagai komoditi standard antarabangsa (cth. LME Gred A) atau diproses kepada bentuk lain:
– Rod dawai untuk kabel elektrik,
– paip tembaga untuk paip dan HVAC,
– kepingan/plat untuk industri pembuatan,
– aloi seperti loyang (Cu-Zn) dan gangsa (Cu-Sn).
Peringkat fabrikasi ini biasanya dijalankan di kilang penggelek, penyemperitan atau penarikan dawai, bergantung pada produk yang diingini.
9. Pengurusan Alam Sekitar dan Sisa
Proses pemprosesan bijih tembaga menghasilkan sisa buangan, sanga, dan pelepasan gas. Oleh itu, aspek alam sekitar adalah penting:
– Sisa buangan disimpan di empangan sisa buangan dengan pemantauan kestabilan dan kualiti air.
– Air proses sering dikitar semula untuk mengurangkan penggunaan air tawar.
– SO₂ daripada kilang pelebur ditangkap untuk penghasilan asid sulfurik.
– Penambakan tanah dijalankan selepas perlombongan selesai.
Piawaian alam sekitar moden menuntut pengurangan pelepasan habuk, penggunaan tenaga yang lebih cekap dan pengendalian bahan kimia seperti asid sulfurik yang selamat.
Kesimpulannya
Proses penghasilan tembaga daripada bijih melibatkan urutan teknologi yang kompleks: bermula dengan perlombongan, penghancuran dan pengisaran, pemisahan mineral melalui pengapungan atau larut lesap, dan kemudian penapisan melalui penukaran peleburan atau SX-EW, untuk menghasilkan katod tembaga berkualiti tinggi. Pilihan laluan proses sangat bergantung pada jenis bijih (sulfida atau oksida), kandungan tembaga, serta pertimbangan ekonomi dan alam sekitar. Dengan peningkatan permintaan global untuk elektrik, kenderaan elektrik dan tenaga boleh diperbaharui, pengeluaran tembaga yang cekap dan mampan adalah kunci kepada pembangunan masa depan industri.
