Optimierung der Kupfergewinnung aus Oxid‑Sulfid‑Erzen durch Schwerkrafttrennung und Flotation

Warum diese Kupfergeschichte wichtig ist

Kupfer steckt in nahezu allem, was das moderne Leben antreibt — von Elektroautos und Smartphones bis zu Stromnetzen und Rechenzentren. Viele der leicht zugänglichen Kupferlagerstätten sind jedoch bereits ausgebeutet, sodass die Industrie auf niedrigere und komplexere Erzvorkommen zurückgreifen muss, die schwerer und teurer zu verarbeiten sind. Diese Studie untersucht, wie sich aus einem solchen schwierigen Vorkommen im Iran mittels gezielter Kombination zweier klassischer Trennverfahren und Feinabstimmung der Chemie zur Aufbereitung kupferführender Partikel mehr Kupfer effizient gewinnen lässt.

Ein hartes Gestein mit winzigen wertvollen Körnchen

Die Forschenden arbeiteten mit Bohrkernproben aus dem Ali‑Goodarz‑Kupfergebiet, die insgesamt nur etwa ein halbes Prozent Kupfer enthielten. Unter dem Mikroskop zeigte sich eine komplizierte Mischung: Kupfer kam sowohl als Sulfidmineral (Chalcopyrit) als auch als Oxidmineral (Malachit) vor, beides eng verflochten mit Tonmineralen und Eisenoxiden. Die Kupferkörner waren sehr fein, meist unter 74 Mikrometern, wodurch sie sich im Wasser leicht wie Schlamm verhalten. Diese Kombination aus feiner Korngröße, klebrigen Tonen und gemischten Mineraltypen erschwert die Trennung von Kupfer vom Gestein mit Standardmethoden.

Das Erz Körnchen für Körnchen untersuchen

Um zu verstehen, wie man das Erz am besten behandelt, kartierte das Team zunächst seine Mineralzusammensetzung detailliert. Sie nutzten Röntgendiffraktion und Röntgenfluoreszenz, um Hauptminerale wie Quarz, Feldspäte, Karbonate und mehrere Tonarten zu identifizieren und die Gesamtchemie zu messen. Atomabsorptionsuntersuchungen zeigten, dass Kupfer gering im Gehalt und nur teilweise oxidiert war, während Gold nur in winzigen Spuren vorhanden war. Hochauflösende Elektronenmikroskope und Elementkarten machten deutlich, wie Kupferminerale an Eisenoxide und Tone gebunden waren, und bestätigten, dass die meisten Chalcopyrit‑Körner bei der Zielmahlung bereits frei vorlagen. Diese mineralogische Detailperspektive lenkte die Wahl der Prozessschritte und Betriebsbedingungen.

Die Schwerkraft die erste Sortierung übernehmen lassen

Da einige Partikel deutlich dichter waren als andere, testeten die Forschenden zuerst eine nasse Rütteltisch‑Aufbereitung, ein Gerät, das mittels geneigter, schwingender Oberfläche und fließendem Wasser Körner nach Dichte sortiert. Sie prüften verschiedene Korngrößenbereiche und stellten fest, dass relativ feines Material (bis etwa 120 Mikrometer) den besten Kompromiss zwischen Kupfergehalt und Rückgewinnung ergab. In dieser Stufe konnte die Schwerkrafttrennung etwa zwei Drittel des Kupfers in ein mäßig angereichertes Produkt überführen, der Kupfergehalt war aber noch zu gering für den Endgebrauch. Der Schwerkraftschritt erwies sich damit als Voranreicherung, die offensichtlichen Abfall entfernte und einen kleineren, reicheren Strom an den nächsten Prozess lieferte.

Kupferkörner auf Bläschen zum Schweben bringen

Die zweite Stufe basierte auf Flotation, bei der Chemikalien kupferführende Partikel wasserabstoßend machen, sodass sie an Luftblasen anhaften und aufsteigen, während Abfallmineralien absinken. Oxidische Kupferminerale wie Malachit sprechen normalerweise schlecht auf die üblichen Sammler an, deshalb sulfidirte das Team zuerst ihre Oberflächen mit Natriumhydridsulfid. Diese Behandlung überzieht Oxidkörner mit einer dünnen sulfidhaltigen Schicht, die von den standardmäßigen Xanthat‑Sammlern erfasst werden kann. In Dutzenden von Tests passten die Forschenden den Pulpagehalt (pH), Mischung und Menge der Sammler sowie Dosis und Typ des Sulfidierungsmittels an. Sie zeigten, dass ein leicht alkalischer pH von 9,5, eine relativ hohe kombinierte Sammlerdosierung und Natriumhydridsulfid statt Natriumsulfid eine stärkere, besser kontrollierbare Reaktion liefern, was zu hohen Kupfergehalten und Rückgewinnungen führte.

Feinabstimmung für reineres Metall

Sobald die besten Grobbetriebsbedingungen bekannt waren, ging das Team weiter ins Detail. Eine Erhöhung der Gesamtsammlerkonzentration steigerte die Rückgewinnung kontinuierlich bis zu 500 Gramm pro Tonne Erz, darüber hinaus wären die Erträge wahrscheinlich abgeflacht oder hätten zu viel unerwünschtes Material mitgezogen. Für die Sulfidierung erwies sich eine Natriumhydridsulfid‑Dosis von 500 Gramm pro Tonne als optimaler Bereich: Zu wenig ließ oxidisches Kupfer unaktiviert, zu viel begann die Flotation durch Überbelegung der Oberflächen zu stören. Unter diesen optimierten Bedingungen erzielte die direkte Flotation einen Kupfergehalt von rund 22,5 % bei mehr als 94 % des in der Aufgabeprobe enthaltenen Kupfers im Rohkonzentrat.

Methodenkombination zur besseren Nutzung niedriggradiger Erze

Durch die Kombination von Rütteltisch‑Voranreicherung zum Entfernen einfacher Abfälle und der sorgfältig abgestimmten Sulfidierung‑Flotation erzeugten die Forschenden ein finales Reinigungskonzentrat ("Cleaner") mit rund 27 % Kupfer, wobei etwa 70 % des ursprünglich im Erz enthaltenen Metalls erhalten blieben. Für ein so niedriggradiges, tonreiches, gemischtes Oxid‑Sulfid‑Vorkommen ist dies ein gutes Ergebnis. Vereinfacht gesagt zeigt die Studie, dass sich auch schwierige Kupfererze in verwertbares Zuschlagsmaterial für Hütten verwandeln lassen, wenn man ihre mikroskopische Struktur versteht und physikalische Sortierung mit gezielter Chemie kombiniert. Da hochgradige Lagerstätten schwinden, werden Strategien wie diese entscheidend, um die Kupferversorgung aufrechtzuerhalten, ohne Kosten oder Umweltbelastungen drastisch zu erhöhen.

Zitation: Sobouti, A., Rezai, B. Optimization of copper recovery from oxide-sulfide ores through gravity separation and flotation techniques. Sci Rep 16, 11970 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42015-y

Schlüsselwörter: Kupfererzaufbereitung, Flotation, Schwerkrafttrennung, Sulfidierung, niedriggradige Erze