12th International Copper Conference

Inhaltsverzeichnis

1. Recycling and Waste Management

   1. Frontmatter

   2. Compositional Aspects in Valorization of Iron Silicate Slags

      A. Andersson, J. Isaksson, M. Elsadek, E. Lundmark, A. Lennartsson, Å. Roos, F. Engström

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Verwertung von Eisensilikatschlacken, einem Nebenprodukt der Kupfergewinnung, als ergänzende zementartige Materialien (SCM). Die Studie konzentriert sich auf die Auswirkungen der Schlackenzusammensetzung auf die Mahleffizienz und die inhärente Reaktivität, wobei besonderes Augenmerk auf das FeO / SiO2-Verhältnis, den CaO-Gehalt und den Al2O3-Gehalt gelegt wird. Durch die Synthese einer Reihe von Eisensilikatschlacken im FeO-SiO2-CaO-Al2O3-MgO-System isoliert die Forschung diese kompositorischen Effekte und unterzieht die Schlacken einer Fräsreihe und dem auf Rapid Reliable Relevant (R3) basierenden Testprotokoll für isothermale Kalorimetrie. Die Ergebnisse zeigen, dass die Depolymerisation der Schlacken, die durch Erhöhung des FeO / SiO2-Verhältnisses oder der CaO-Konzentration erreicht wird, zu Schlacken führt, die widerstandsfähiger gegenüber dem Mahlen sind. Umgekehrt macht die Erhöhung der Konzentration aktiver Elemente wie Silizium und Aluminium das Fräsen der Schlacken einfacher und reaktiver. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Depolymerisation von Eisensilikatschlacken durch den Ersatz aktiver Elemente durch weniger aktive wie Eisen die Reaktivität als SCM nicht verbessert. Die Forschung liefert wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung der Schlackenverwertungsprozesse und unterstreicht die Bedeutung kompositorischer Aspekte bei der Verbesserung der Leistung von Eisensilikatschlacken als SCM.

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   3. Considerations for Wastewater Treatment of a Copper Smelter

      Claudia M. Wandtke, Lukas Plessing

      Dieses Kapitel vertieft die Komplexität der Abwasserbehandlung in Kupferhütten, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Arsen-Fixierung und der Schwermetallentfernung liegt. Der Text untersucht verschiedene Methoden zur Arsen-Fixierung, darunter Skorodit-Bildung, Ferrihydrit, Arsensulfid und Calcium-Arsenit-Ausscheidung, wobei jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. Die Studie untersucht auch die Entfernung von Schwermetallen wie Blei, Zink, Cadmium und Quecksilber sowie die Herausforderungen durch Halogenide, Sulfat und Selen. Im Kapitel wird der aktuelle Abwasserreinigungsprozess im Hamburger Werk von Aurubis detailliert analysiert und der Einsatz von Natriumhydroxid zur Neutralisierung und Ferrihydrit zur Arsenfixierung hervorgehoben. Außerdem werden die potenziellen Vor- und Nachteile alternativer Methoden wie Sulfidfällung und Calcium-basierte Neutralisierung diskutiert. Der Text schließt mit einem Vergleich der verschiedenen Flowsheets und ihrer ökologischen und ökonomischen Auswirkungen, der wertvolle Erkenntnisse für Fachleute auf diesem Gebiet liefert.

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   4. Mine Tailings Reprocessing and Repurposing with Mineral Processing and Extractive Metallurgy

      Jaeheon Lee

      In diesem Kapitel werden innovative Methoden zur Umnutzung von Minenabraum untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Gewinnung wertvoller Metalle und der Schaffung nachhaltiger Baumaterialien liegt. Die Studie untersucht die Verarbeitung von Kupferablagerungen, die Metalle wie Arsen, Silber, Kobalt, Nickel und Neodym enthalten. Durch die Flotation von Pyrit wurden Kupfer und andere Metalle konzentriert, wobei der Kupfergehalt um das 8,8-Fache anstieg. Durch Bioleaching wurden weitere Metalle gewonnen und eine Kupferausbeute von 88,4% erreicht. Aus den Ablagerungen wurde dann Geoschaum hergestellt, ein leichtes, isolierendes Material mit Potenzial als Zementalternative. Der Prozess zeigte auch CO2-Sequestrierung, wodurch 700 kg CO2 pro Tonne Tailings kompensiert wurden. Diese Forschungsergebnisse unterstreichen einen kostengünstigen, effizienten Ansatz für das Tailings-Management, der sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile bietet.

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   5. Pyrometallurgical Recovery of Platinum Group Metals from Spent Automotive Catalysts: A Computational Approach

      Héléna Verbeeck, Inge Bellemans, Nele Moelans

      Dieses Kapitel befasst sich mit der pyrometallurgischen Rückgewinnung von Platingruppenmetallen (PGMs) aus verbrauchten Autokatalysatoren und konzentriert sich auf das Lösungsverhalten von Platin-Nanopartikeln in Kupferkollektoren während des Schmelzprozesses. Die Studie hebt die Herausforderungen hervor, die von den Sintereffekten ausgehen, die PGM-Nanopartikel umhüllen und ihre Genesung erschweren. Es nutzt rechnerische Modellierung mit der Phasenfeldmethode, um die Lösungskinetik von Platin-Nanopartikeln unter verschiedenen Szenarien zu untersuchen. Die Forschung identifiziert die wichtigsten Einschränkungen konventioneller Phasenfeldmodelle, insbesondere die Instabilitätsprobleme aufgrund hoher thermodynamischer Antriebskräfte und die Notwendigkeit präziser Eingangsparameter. Die Studie schlägt einen kombinierten Ansatz aus hoher Antriebskraft und stöchiometrischem Phasenfeld vor, um diese Beschränkungen zu überwinden und genauere Simulationen unter pyrometallurgisch relevanten Bedingungen zu ermöglichen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Einkapselungstiefe von Platin-Nanopartikeln ihre Auflösungszeit signifikant beeinflusst. Teilweise eingekapselte Partikel lösen sich 50% langsamer als nicht eingekapselte. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Bedeutung fortgeschrittener Phasenfeldmodelle bei der Untersuchung kleinräumiger Auflösungsphänomene und ihres Potenzials, die Recyclingeffizienz von PGMs zu optimieren.

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   6. Viscosity, Crystallization, and Inherent Reactivity of Copper Slag in Cementitious Systems: FeO/SiO2 Ratio and CaO Content

      Jenny Isaksson, Anton Andersson, Mohamed Elsadek, Anderas Lennartsson, Åke Roos, Fredrik Engström

      Dieses Kapitel untersucht die Viskosität, Kristallisation und inhärente Reaktivität von Kupferschlacke in zementartigen Systemen, wobei der Schwerpunkt auf dem FeO / SiO2-Verhältnis und dem CaO-Gehalt liegt. Vier synthetische Schlackenzusammensetzungen wurden synthetisiert und analysiert, um ihr Verhalten unter kontinuierlichen Kühlbedingungen zu verstehen. Die Studie ergab, dass eine Erhöhung des FeO / SiO2-Verhältnisses und des CaO-Gehalts die Schlackenstruktur depolymerisiert und damit ihre Viskosität und ihr Kristallisationsverhalten beeinflusst. Die inhärente Reaktivität der Schlacken wurde mithilfe der isothermalen Kalorimetrie bestimmt, wobei sich zeigte, dass ein höherer FeO- und CaO-Gehalt die Reaktivität verringerte. Das Kapitel bietet eine detaillierte Analyse des Kristallisationsverhaltens, der Viskosität und Reaktivität von Kupferschlacke und bietet Einblicke in die Optimierung der Schlackenzusammensetzung für eine nachhaltige Zementproduktion. Die Ergebnisse tragen zu den weltweiten Bemühungen bei, die Emissionen der Zementindustrie zu reduzieren, indem Kupferschlacke als zusätzliches zementhaltiges Material verwertet wird.

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   7. Comparison of the Reactivities of Air- and Water-Granulated Iron Silicate Slag as Supplementary Cementitious Material

      Elin Lundmark, Jenny Isaksson, Åke Roos, Andreas Lennartsson, Fredrik Engström, Anton Andersson

      Diese Studie untersucht das Potenzial von Eisensilikatschlacke, einem Nebenprodukt der Kupfergewinnung, als ergänzendes zementartiges Material (SCM). Durch den Vergleich der Reaktivitäten von luft- und wassergranulierter Schlacke wird der Einfluss von Granulierungsmethoden auf die Schlackenverwertung und Nachhaltigkeit beleuchtet. Die Untersuchung zeigt, dass die Wassergranulierung sowohl im industriellen als auch im Labormaßstab zu einer vollständig amorphen Schlacke führt, während die Luftgranulierung eine Schlacke mit 93% amorphen Gehalts ergibt. Reaktivitätstests deuten darauf hin, dass luftgranulierte Schlacken eine geringere Reaktivität aufweisen als wassergranulierte Schlacken, was wahrscheinlich auf ihren verringerten amorphen Gehalt zurückzuführen ist. Die Studie legt jedoch nahe, dass Unterschiede in der Glasstruktur und Enthalpie auch zur geringeren Reaktivität von luftgranulierter Schlacke beitragen könnten. Die Forschung unterstreicht die Bedeutung weiterer Untersuchungen, um die Unterschiede in der Reaktivität und das Potenzial von Eisensilikatschlacke als nachhaltiges SCM im Bausektor vollständig zu verstehen. Die detaillierte experimentelle Methodik, einschließlich Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskopie und isothermischer Kalorimetrie, bietet eine umfassende Analyse der Eigenschaften und Reaktivität der Schlacke. Die Ergebnisse der Studie bieten wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die die Ressourceneffizienz verbessern und die Umweltauswirkungen in der Bauindustrie verringern wollen.

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   8. Designing Gas Cleaning Plants for E-Scrap Recycling Furnaces

      Miguel González, Alfredo Martínez, Federico Mercado

      Dieses Kapitel vertieft die kritischen Aspekte bei der Planung von Gasreinigungsanlagen für E-Schrott-Recyclingöfen, wobei der Schwerpunkt auf der Behandlung gefährlicher Abgase liegt, die bei thermischen und Schmelzprozessen entstehen. Es unterstreicht die Bedeutung einer ordnungsgemäßen Gasreinigung, um die Umweltverschmutzung zu minimieren und die menschliche Gesundheit zu schützen. Der Text untersucht verschiedene Technologien zur Gasaufbereitung, darunter Staubabscheidung, Abschreckung, Gaswäsche, Aktivkohleadsorption und Katalysatoren, die jeweils eine entscheidende Rolle bei der Neutralisierung schädlicher Emissionen spielen. Das Kapitel diskutiert auch die Herausforderungen und Überlegungen bei der Auswahl und Umsetzung dieser Technologien und betont die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Überwachung und Wartung. Darüber hinaus werden Fallstudien und praktische Beispiele für hybride Gasreinigungssysteme vorgestellt, die bestehende Anlagen mit neuen Wäschern und Katalysatoren kombinieren, um komplexe Gasemissionen aus dem E-Müll-Recycling zu bewältigen. Die Schlussfolgerung unterstreicht die Notwendigkeit fortschrittlicher Technologien zur Gasaufbereitung für nachhaltiges und sicheres E-Müll-Recycling und hebt die laufenden Anpassungen und Verbesserungen in diesem Bereich hervor.

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   9. Tailings Processing: Opportunities in Chile’s Energy Transition

      René Espinoza-Serey

      Dieses Kapitel vertieft die kritischen Aspekte des Tailings-Managements im chilenischen Bergbausektor, wobei der Schwerpunkt auf Wasserentwässerungssystemen und der Rückgewinnung von Mineralien liegt. Es bewertet drei Entwässerungssysteme - Liner, BeauDrain und BeauDrain-S - und hebt ihre Wirksamkeit bei der Verringerung des Wassergehalts und der Verbesserung der Dammstabilität hervor. Die ökonomische Analyse vergleicht die Kosten dieser Systeme mit der Entsalzung und zeigt die finanzielle Tragfähigkeit der Wassergewinnung. Darüber hinaus untersucht das Kapitel ein Tailings Processing Project, das darauf abzielt, Kupfer und Molybdän zurückzugewinnen, wobei die Investitionsanforderungen und wirtschaftlichen Indikatoren detailliert beschrieben werden. Die ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile, darunter Wassereinsparung, Ressourceneffizienz und Risikominderung, werden eingehend diskutiert. Das Kapitel schließt mit einer Umsetzungsstrategie, die die Bedeutung von Pilotprojekten, regulatorischen Rahmenbedingungen und öffentlich-privaten Partnerschaften betont. Dieser umfassende Überblick bietet wertvolle Einblicke in die technische und wirtschaftliche Machbarkeit innovativer Tailings-Management-Praktiken in Chile.

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   10. Designing a Custom Metallurgical Flowsheet to Maximize Metal and Energy Recovery from E-waste Materials All the Way to Low Metallic Residues

       S. Rassenberg, B. Hanusch, I. Nolet, T. Breuer, A. Mitsui, P. Weber

       Dieses Kapitel befasst sich mit der Entwicklung maßgeschneiderter metallurgischer Flussdiagramme zur Maximierung der Metall- und Energierückgewinnung aus E-Abfallmaterialien, einschließlich geringer metallischer Rückstände. Darin werden die Herausforderungen untersucht, die mit verschiedenen Arten von Futtermaterialien wie Feinstaub / Sand, Flusen, PCB, RAEE / WEEE-Konzentraten, E-Granulaten und Kupferschrott verbunden sind, die jeweils unterschiedliche Kupfergehalte und Heizwerte aufweisen. Der Text unterstreicht die Bedeutung thermodynamischer und metallurgischer Prozesskontrolle, um eine sichere Nachverbrennung energiereicher Prozessgasströme zu gewährleisten, und die Notwendigkeit maßgeschneiderter Systeme zur Gasaufbereitung. Es wird die Integration von etablierten und neuen Technologien diskutiert, um individuelle Flowsheets zu erstellen, die sich für die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials eignen. Das Kapitel behandelt auch die grundlegenden Aspekte des Flowsheet-Designs, einschließlich Rohmaterialien, Materialmanagement, Metallurgie und Produkthandling. Es betont die Bedeutung von Energierückgewinnungs- und Abgas-Managementsystemen für den Gesamtprozess. Eine Fallstudie zeigt die potenziellen Einnahmequellen aus der Verarbeitung geringer metallischer Rückstände auf und zeigt die wirtschaftliche Tragfähigkeit solcher Vorgänge auf. Die Schlussfolgerung unterstreicht die Notwendigkeit eines flexiblen und ganzheitlichen Ansatzes bei der Planung und dem Betrieb von Anlagen, um der Variabilität von Rohstoffen und sich verändernden Marktbedingungen Rechnung zu tragen.

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   11. Impact of Cooling Rate on the Mineralogy and Leaching Behaviour of Copper Slag

       Jeff Chen, Evgueni Jak

       Dieses Kapitel untersucht die Auswirkungen der Abkühlraten auf die Mineralogie und das Auslaugungsverhalten von Kupferschlacke, einem Nebenprodukt der pyrometallurgischen Verarbeitung. Die Studie vergleicht zwei Schlackenproben, eine granuliert (Wasser abgeschreckt) und die andere langsam gekühlt, um zu verstehen, wie Kühlraten ihr Umweltverhalten beeinflussen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die langsam abgekühlte Schlacke trotz ähnlicher Massenzusammensetzungen eine signifikant höhere Auslaugbarkeit mehrerer Elemente aufweist, darunter Na, K, Ca, S, Mo und Sb. Eine detaillierte Charakterisierung zeigt die Bildung neuer Phasen und die Umverteilung von Elementen in der langsam abgekühlten Schlacke. Eine neuartige Mikro-Laugungstechnik wurde entwickelt, um zu untersuchen, wie Mineralogie und Phasenzusammensetzung das Laugverhalten beeinflussen und Einblicke in Reaktionsmechanismen und potenzielle Verbesserungen bei der Metallrückgewinnung bieten. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, Mineralogie und Phasenzusammensetzung bei der Vorhersage des langfristigen Umweltverhaltens von Schlacke zu berücksichtigen, was bei der richtigen Entsorgung und Wiederverwendung von Schlacken hilft.

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   12. Selective Recovery of Cu(II) from Copper Smelting Dust Using Slow-Release Sulfide Precipitation Based on Activity-Controlled Pyrite

       Xingfei Zhang, Wei Sun, Haisheng Han, Xianzhong Bu, Sen Wang, Xuewen Song

       Dieses Kapitel befasst sich mit der selektiven Rückgewinnung von Cu (II) aus Kupferschmelzstaub mittels einer neuartigen Methode zur langsamen Freisetzung von Sulfid, die auf aktivitätskontrolliertem Pyrit beruht. Die Studie befasst sich mit den Beschränkungen traditioneller schwefelhaltiger Mittel wie Na2S und NaHS, zu denen eine geringe Reinigungseffizienz, eine übermäßige H2S-Gasproduktion und Schwierigkeiten bei der Filtration gehören. Die Forschung führt eine Methode ein, die die mehrskalige Rekonstruktion von Kristallstrukturen und FeS-Bindungen in Kombination mit Eisenpulverdotierung umfasst, um die Herstellung hochaktiver langsam freisetzender Sulfid-Wirkstoffe zu verbessern. Das Kapitel untersucht die thermodynamische Analyse des Pyritabbaus und der Ko-Pyrolyse mit reduzierendem Eisenpulver, wobei die Phasenübergänge und die Bildung von monoklinem und sechseckigem Pyrrhotit hervorgehoben werden. Es untersucht auch das Screening hochaktiver kristalliner Langsamfreisetzungsmittel und ihre Wirksamkeit bei der Abscheidung von Kupfer und Arsen. Die Studie vergleicht die H2S-Freisetzungsraten und das Fluchtverhalten der präparierten Langsamfreisetzungsmittel mit herkömmlichem Na2S, was eine signifikante Verringerung der H2S-Flucht zeigt. Das Kapitel schließt mit der Anwendung dieser Wirkstoffe in realen Systemen und zeigt ihre Effizienz bei der Kupfergewinnung und der tiefen Arsenentfernung auf. Dieser innovative Ansatz bietet eine vielversprechende Lösung für die selektive Rückgewinnung wertvoller Metalle aus Kupferschmelzstaub, die sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Belange berücksichtigt.

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   13. Optimizing Metal Recovery from Low-Grade TV Waste Printed Circuit Boards: Evaluation of Multi-Stage Physical Separation Processes

       Vickho Pramana Putra, Arza Naufal Rasyadi, Kurniawan Kurniawan, Deddy Chandra Nababan, Muhammad Dzikri Ahira, Edy Sanwani

       Dieses Kapitel befasst sich mit der Optimierung der Metallrückgewinnung aus minderwertigen Leiterplatten (WPCBs) durch mehrstufige physikalische Trennprozesse. Die Studie konzentriert sich auf die Effektivität magnetischer, elektrostatischer und Gravitationstrennmethoden bei der Verbesserung der Rückgewinnung von Kupfer und Eisen. Die erste Materialaufbereitung umfasst Zerkleinerung und Siebung, gefolgt von sequenziellen Trennungen. Die magnetische Trennung isoliert Eisen effektiv und erzielt eine hohe Rückgewinnungsrate, während Methoden der elektrostatischen Trennung und der Schwerkrafttrennung die Kupferrückgewinnung deutlich verbessern. Die Studie endet mit einer detaillierten Analyse der Metallausbeute und des Potenzials für eine kommerzielle Anwendung. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Optimierung von Trennprozessen, um die Metallrückgewinnung zu maximieren und den Abfall zu minimieren. In diesem Kapitel wird auch die Notwendigkeit weiterer Forschungsarbeiten zur Gewinnung von Kupfer aus Zwischenfraktionen diskutiert, wodurch die Erträge insgesamt gesteigert werden können.

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2. Backmatter