Estrazione del rame

Possiamo riassumere le fasi dei principali processi con la premessa che considereremo solamente minerali solforati e a basso tenore, in quanto più largamente disponibili.

- Estrazione
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.

- 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; 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 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
I 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.