Technik
Forscher wollen Kupfergewinnung optimieren
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)