Forscher wollen Kupfergewinnung optimieren

21. September 2002, 19:10
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Sieben Kupferproduzenten vergaben Forschungsauftrag an Institut für Nichteisen-Metallurgie

Graz - An der Optimierung der Kupfergewinnung arbeiten Forscher der Leobener Montanuniversität. Das Forscherteam der Universität, das vom Verband der sieben bedeutendsten Kupfererzeuger der Welt beauftragt wurde, beschäftigt sich in seinem aktuellen Forschungsprojekt insbesonders mit der letzten Raffinationsstufe der Kupfergewinnung, der Kupferelektrolyse, erklärte am Mittwoch Projektleiterin Iris Bacher vom Institut für Nichteisenmetallurgie.

Die Kupfer-Elektrolyse ist ein hydrometallurgischer Prozess zur elektrochemischen Raffination des Erzes und zugleich die letzte Stufe bei der Kupfergewinnung. Dazu muss das nach mehreren Raffinationsschritten aufbereitete Kupfer zu Platten gegossen werden. Diese werden in ein elektrochemisches Bad aus einer schwefelsauren Lösung (Elektrolyt-Lösung) eingehängt und an einen Stromkreis angeschlossen. Während sich die in den so genannten Anoden-Platten befindlichen "Verunreinigungen" in Form von beispielsweise Arsen, Nickel, Blei oder Selen zu Boden sinken und den Anodenschlamm bilden, wandern die Kupferionen zur den zwischen den Anoden eingehängten Kathoden-Platten. Durch diese Raffinationsstufe entsteht bis zu 99,9 Prozent reines Kupfer, erläutert Bachler den optimalen Ablauf des Prozesses.

Problem: Dendriten

Das Problem, vor dem laut Bachler "weltweit alle Kupferproduzenten" stehen, ist das Phänomen, dass sich während dieser Elektrolyse an den Kathodenplatten so genannte Dendriten - kristalline Auswüchse, die wie kleine Bäumchen aussehen - bilden. Sie können so groß werden, dass sie den rund 25 mm großen Abstand zwischen Anoden- und Kathoden-Platte überbrücken und Kurzschlüsse entstehen. "Diese Kurzschlüsse unterbrechen den Fluss der Kupferionen, wobei dann Strom verbraucht wird, ohne dass das Kupfer weiter elektrolytisch raffiniert wird", so Bachler. Zusätzlich zu den Stromkosten kommt der Personalaufwand, da die Dendriten erst händisch beseitigt werden müssen, bevor die Elektrolyse fortgesetzt werden kann. "Diese Kurzschlüsse entstehen zig Mal pro Tag", so Bacher, die nun dafür sorgen soll, dass solche Kurzschlüsse in Zukunft nicht mehr vorkommen.

"Es gibt mehrere Ursachen für das Dendriten-Wachstum", so Bacher. Das reicht von der Güte der Anoden-Platten und der spezifischen Zusammensetzung der in ihr enthaltenen Verunreinigungen, die letztlich durch die Elektrolyse aus dem Kupferverband gelöst werden. Man hat aber auch Zusammenhänge zwischen Dendritenwachstum und den Strömungsbedingungen der elektrolytischen Lösung festgestellt. Zusätzlich sei auch die Geometrie der Elektrolysezellen zu berücksichtigen, so Bachler.

Test-Elektrolysezellen

Seit Jahresbeginn arbeitet man in Leoben an der Lösung des Problems mit Hilfe von Test-Elektrolysezellen: "Um möglichst praxisnahe Bedingungen zu schaffen, haben wir Elektrolysezellen mit bis zu einem Meter Höhe gebaut", so Bacher. Mittlerweile erfolgt der Test-Betrieb der Zellen im "Drei-Wochen-Schichtbetrieb" und ist fast gänzlich automatisiert. "Wir arbeiten mit neuesten metallographischen Gerätschaften und mit verschiedenen Analysenmethoden wie Atomabsorptionsspektrometern und Rasterelektronenmikroskopen" erläutert Iris Bacher. In den kommenden zwei Jahren soll eine mathematische Simulation und Modellierung des Prozesses erfolgen, der dann letztlich zu einer Optimierungen der Raffinationselektrolyse führen soll.

Gegenwärtig werden 90 Prozent des verhütteten Kupfers elektrolytisch raffiniert. Die elektrolytische Kupferraffination ist in zweierlei Hinsicht von Bedeutung. Einerseits kann Elektrolyt-Kupfer produziert werden, das einen minimalen Gehalt an Begleitelementen hat und so eine sehr hohe Qualität aufweist, andererseits ist dieses Verfahren eine günstige Methode die Edelmetalle aus Kupfererzen und Schrotten zu gewinnen. (APA)

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