การสกัดทองแดงเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนในการแยกทองแดง ออก จากแร่การแปลงแร่ทองแดงประกอบด้วยกระบวนการทางกายภาพ เคมี และไฟฟ้าเคมีหลายขั้นตอน วิธีการต่างๆ ได้พัฒนาและแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ ขึ้นอยู่กับแหล่งแร่กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม ในท้องถิ่น และปัจจัยอื่นๆ^{[ 1 ]}โรงถลุงทองแดงที่มีกำลังการผลิตสูงสุด (ตันทองแดงต่อปี) อยู่ในประเทศจีน ชิลี อินเดีย เยอรมนี ญี่ปุ่น เปรู และรัสเซีย^{[ 2 ]}ประเทศจีนเพียงประเทศเดียวมีกำลังการผลิตมากกว่าครึ่งหนึ่งของโลก และยังเป็นผู้บริโภคทองแดงกลั่นรายใหญ่ที่สุดของโลกอีกด้วย^{[ 3 ] [ 4 ]}

โลหะมีค่าและกรดซัลฟิวริกมักเป็นผลพลอยได้ที่มีค่าจากการกลั่นทองแดง^{[ 5 ]}ในทางตรงกันข้าม กรดซัลฟิวริกยังจำเป็นสำหรับการสกัดทองแดงจากออกไซด์ในกองชะล้าง อีกด้วย ^{[ 6 ]}สารหนูเป็นสิ่งเจือปนหลักที่พบในแร่ทองแดงเข้มข้นที่เข้าสู่โรงถลุง^{[ 2 ]}ปริมาณสารหนูในแร่ทองแดงเข้มข้นเพิ่มขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เนื่องจากแหล่งแร่ทองแดงตื้นที่มีสารหนูต่ำถูกใช้จนหมดไปเรื่อยๆ^{[ 7 ]}

แหล่งทองแดงโบราณในอเมริกาเหนือได้รับการกำหนดอายุด้วยวิธีทางรังสีวิทยาว่ามีอายุราว 6500 ปีก่อนคริสตกาลเป็นอย่างน้อย^{[ 8 ]}ทำให้เป็นหนึ่งในตัวอย่างการสกัดทองแดงที่เก่าแก่ที่สุดในโลก^{[ 9 ]}หลักฐานที่เก่าแก่ที่สุดของการตีเย็นทองแดงธรรมชาติมาจากการขุดค้นที่Çayönü Tepesiในอนาโตเลีย ตะวันออก ซึ่งมีอายุระหว่าง 7200 ถึง 6600 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 10 ]}ในบรรดาสิ่งของต่างๆ ที่ถือว่าเป็นของบูชาหรือเครื่องราง มีชิ้นหนึ่งที่ดูเหมือนเบ็ดตกปลาและอีกชิ้นหนึ่งที่ดูเหมือนเหล็กแหลม การค้นพบอีกอย่างหนึ่งที่ถ้ำ Shanidarใน Mergasur ประเทศอิรัก มีลูกปัดทองแดง และมีอายุย้อนไปถึง 8,700 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 11 ]}

หนึ่งในเหมืองทองแดงที่เก่าแก่ที่สุดในโลกเท่าที่ทราบ ซึ่งตรงข้ามกับการใช้แหล่งแร่บนพื้นผิว คือที่หุบเขา Timnaประเทศอิสราเอล และมีการใช้งานมาตั้งแต่สหัสวรรษที่สี่ก่อนคริสต์ศักราช โดยมีการใช้แหล่งแร่บนพื้นผิวในช่วงสหัสวรรษที่ห้าและหก^{[ 12 ] [ 13 ]}

แหล่ง โบราณคดี Pločnikในยุโรปตะวันออกเฉียงใต้ ( เซอร์เบีย ) มีหลักฐานที่เก่าแก่ที่สุดที่ระบุอายุได้อย่างแน่ชัดเกี่ยวกับการผลิตทองแดงที่อุณหภูมิสูง ตั้งแต่ 5,000 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 14 ]}การค้นพบในเดือนมิถุนายน 2010 ขยายระยะเวลาออกไปอีก 500 ปี โดยมีอายุย้อนไปถึงสหัสวรรษที่ 5 ก่อนคริสตกาล ซึ่งแสดงถึงบันทึกการถลุงทองแดงที่เก่ากว่าจากRudna Glava ( เซอร์เบีย ) ^{[ 15 ]}

งานทองแดงที่เก่าแก่ที่สุดในทะเลทรายอาตากามาและโลกแอนเดียนโดยรวมมีอายุย้อนไปถึง 1432–1132 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 16 ] [ 17 ]}การศึกษาแกนน้ำแข็งในโบลิเวียชี้ให้เห็นว่าการถลุงทองแดงอาจเริ่มต้นเร็วที่สุดใน 700 ปีก่อนคริสตกาล หรือกว่า 2700 ปีที่แล้ว^{[ 18 ]}มีการระบุแหล่งเหมืองแร่และโรงงานโลหะวิทยาในยุคก่อนสเปนหลายแห่งในทะเลทรายอาตากามา รวมถึงแหล่งที่มีเศษสิ่ว เศษวัสดุจากการหล่อ และเศษซากโรงงาน^{[ 19 ] [ 20 ]}บรอนซ์ดีบุก บรอนซ์สารหนูและทองแดงสารหนูเป็นสินค้าที่มีค่าที่ผลิตในอาณาจักรอินคา [ ^{21 ] ประมาณ} 74 กิโลเมตรทางตะวันออกเฉียงเหนือของเมืองโคปิอาโป ของชิลี ในวิญาเดลเซร์ โร ชาวอินคา มีศูนย์กลางการทำเหมืองและ โลหะวิทยาที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งที่กุลลาซูยู^{[ 22 ]}มีหลักฐานเกี่ยวกับการผลิตโลหะทองคำ เงิน และทองแดงในบริเวณนั้น รวมถึงการผลิตทองสัมฤทธิ์^{[ 22 ]}เมื่อดิเอโก เด อัลมาโกรผู้พิชิตเดินทางข้ามทะเลทรายอาตากามาในปี 1536 คนของเขาสามารถหา เกือกม้าทองแดงสำหรับม้าของพวกเขาได้ อย่างง่ายดาย ^{[ 23 ]}

เทคโนโลยีการถลุงทองแดงก่อให้เกิดยุคทองแดงหรือที่รู้จักกันในชื่อยุคหินทองแดง และต่อมาคือยุคสำริดยุคสำริดจะไม่เกิดขึ้นได้เลยหากปราศจากการพัฒนาเทคโนโลยีการถลุงโลหะ

การนำเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนมาใช้ในชิลีราวปี ค.ศ. 1830 โดยCharles Saint Lambert ^{[ 24 ]}ได้ปฏิวัติการทำเหมืองทองแดงของชิลี^{[ 25 ]}นอกจากนี้ยังมีการปรับปรุงการขนส่งอันเนื่องมาจากการพัฒนาทางรถไฟและการเดินเรือด้วยไอน้ำ^{[ 26 ]}นักสำรวจJosé Tomás Urmenetaค้นพบแหล่งแร่ที่อุดมสมบูรณ์ที่Tamayaในปี ค.ศ. 1850 ซึ่งต่อมากลายเป็นเหมืองทองแดงหลักแห่งหนึ่งของชิลี^{[ 25 ]}ทั้งหมดนี้ทำให้ชิลีเป็นผู้จัดหาทองแดง 18% ของทองแดงที่ผลิตทั่วโลกในศตวรรษที่ 19 และประเทศนี้เป็นผู้ผลิตทองแดงอันดับหนึ่งของโลกตั้งแต่ปี ค.ศ. 1850 ถึง ค.ศ. 1870 ^{[ 27 ] [ 28 ]}ในบางปี การผลิตทองแดงของชิลีคิดเป็นประมาณ 60% ของผลผลิตทั่วโลก และภาษีส่งออกคิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของรายได้ของรัฐ^{[ 29 ]}

ความสำเร็จของแลมเบิร์ตในการปรับปรุงอุตสาหกรรมทองแดงของชิลีในช่วงไตรมาสที่สองของศตวรรษที่สิบเก้า เชื่อกันว่าเป็นจุดเริ่มต้นของการล่มสลายของธุรกิจถลุงทองแดงของเขาเอง (และธุรกิจอื่นๆ) ในสวอนซีใน เวลาต่อมา ^{[ 30 ] [ 31 ]}

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 อุตสาหกรรมเหมืองแร่ของชิลีล้าหลังการพัฒนาทางเทคโนโลยีอีกครั้ง (เช่นการลอยตัว การชะล้างการทำเหมืองแบบเปิดขนาดใหญ่) ซึ่งส่งผลให้ส่วนแบ่งการผลิตทั่วโลกลดลงเหลือ 5–6% ในช่วงทศวรรษ 1890 และส่วนแบ่งที่ใกล้เคียงกันยังคงอยู่ในช่วงทศวรรษ 1900 และ 1910 โดยลดลงต่ำสุดที่ 4.3% ในปี 1914 ^{[ 27 ] [ 32 ] [ 33 ]}จนถึงทศวรรษ 1940 และ 1950 ยังขาดความพยายามในการสำรวจทองแดงครั้งใหญ่จากบริษัทเหมืองแร่ขนาดใหญ่ ซึ่งอาศัยการซื้อแหล่งแร่ที่ทราบอยู่แล้วจากกิจกรรมของคนงานเหมืองขนาดเล็กและ คน งานเหมือง ขนาดเล็ก ^{[ 34 ]}

จนกระทั่งช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 การถลุงแร่ซัลไฟด์แทบจะเป็นวิธีการเดียวในการผลิตโลหะทองแดงจากแร่ที่ขุดได้ ( การผลิตทองแดง ขั้นต้น ) ณ ปี 2545 ร้อยละ 80 ของการผลิตทองแดงขั้นต้นทั่วโลกมาจากแร่ทองแดง-เหล็ก-กำมะถัน และส่วนใหญ่ได้รับการบำบัดด้วยการถลุง^{[ 35 ]}

ในระยะแรก ทองแดงจะถูกสกัดจากแร่ซัลไฟด์โดยการถลุงแร่โดยตรงในเตาหลอม^{[ 36 ]}โรงถลุงแร่ในระยะแรกตั้งอยู่ใกล้กับเหมืองเพื่อลดต้นทุนการขนส่ง ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงต้นทุนที่สูงเกินไปในการขนส่งแร่เหลือทิ้ง รวมถึงกำมะถันและเหล็กที่มีอยู่ในแร่ที่มีทองแดง อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นของทองแดงในแหล่งแร่ลดลง ต้นทุนพลังงานในการถลุงแร่ทั้งหมดก็สูงขึ้นจนไม่คุ้มค่า และจำเป็นต้องทำให้แร่มีความเข้มข้นก่อน

เทคนิคการเพิ่มความเข้มข้นในระยะเริ่มต้น ได้แก่ การคัดแยกด้วยมือ^{[ 37 ]}และการเพิ่มความเข้มข้นด้วยแรงโน้มถ่วง ซึ่งส่งผลให้สูญเสียทองแดงไปเป็นจำนวนมาก ดังนั้น การพัฒนา กระบวนการ ลอยตัวด้วยฟองจึงเป็นก้าวสำคัญในการแปรรูปแร่^{[ 38 ]}กระบวนการลอยตัวด้วยฟองสมัยใหม่ได้รับการคิดค้นขึ้นโดยอิสระในช่วงต้นทศวรรษ 1900 ในออสเตรเลียโดย CV Potter และในเวลาเดียวกันโดยGD Delprat [ ^{39 ] ซึ่ง}ทำให้การพัฒนาเหมือง Bingham Canyon ขนาดใหญ่ ในยูทาห์เป็นไปได้^{[ 40 ]}

ในศตวรรษที่ 20 แร่ส่วนใหญ่จะถูกทำให้เข้มข้นก่อนการถลุง การถลุงในระยะแรกดำเนินการโดยใช้โรงงานซินเตอร์และเตาหลอมแบบระเบิด^{[ 41 ]}หรือด้วยเตาคั่วและเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน [ ^{42 ] การ}คั่วและการถลุงด้วยเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนเป็นวิธีการหลักในการผลิตทองแดงขั้นต้นจนถึงทศวรรษ 1960 ^{[ 35 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 การดำเนินงานเหมืองแร่ทองแดงขนาดใหญ่ของบริษัทสหรัฐฯถูกโอนเป็นของรัฐในหลายประเทศผู้ผลิตทองแดงหลัก^{[ 43 ]}ดังนั้นในช่วงทศวรรษ 1980 วิสาหกิจของรัฐจึงเข้ามามีบทบาทเหนือกว่าบริษัทสหรัฐฯ เช่นAnaconda CopperและKennecottที่เคยมีมาก่อน^{[ 43 ]}ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 บริษัทน้ำมันต่างๆ เช่นARCO , Exxon ( Exxon Minerals ) และStandard Oil Companyได้ขยายกิจการเข้าสู่การทำเหมืองทองแดงเป็นเวลาสองสามปีก่อนที่จะขายสินทรัพย์ทองแดงของตน^{[ 43 ]}มีรายงานว่าผลกำไรไม่สูงเท่าที่คาดไว้^{[ 43 ]}การลงทุนในการทำเหมืองทองแดงกระจุกตัวอยู่ในชิลีในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 เนื่องจากเหมืองแร่ทองแดงในประเทศอื่นๆ เผชิญกับปัญหาต่างๆ เช่น ความไม่มั่นคงทางการเมือง ( เปรู ) ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น (ประเทศพัฒนาแล้ว) หรือความไม่สนใจโดยรวมในการลงทุนจากต่างประเทศในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ที่เป็นของรัฐ( ซาอีร์แซมเบีย) ^{[ 43 ]}

ในช่วงปี 2013-2023 กำลังการผลิตถลุงทองแดงในจีนและแซมเบียเพิ่มขึ้น ในขณะที่กำลังการผลิตในชิลีและสหรัฐอเมริกาลดลง^{[ 3 ]}จีนมีกำลังการผลิตถลุงทองแดงมากที่สุด โดยมีมากกว่าครึ่งหนึ่งของกำลังการผลิตทั้งหมดของโลก นอกจากประเทศที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ประเทศอื่นๆ ที่มี กำลังการผลิต แคโทด ติดตั้งจำนวนมาก เมื่อเทียบกับกำลังการผลิตทั้งหมดของโลกในปี 2023 ได้แก่ ญี่ปุ่น (8%), รัสเซีย (5%), โปแลนด์ (3-4%) และบัลแกเรีย (3-4%) ^{[ 3 ]}

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา ไม่มีการสร้างโรงถลุงทองแดงแห่งใหม่ในชิลี^{[ 44 ]}หลังจากการปิดตัวของFundición Ventanasในภาคกลางของชิลีในปี 2022 ได้มีการพูดคุยกันในที่สาธารณะเกี่ยวกับการสร้างโรงถลุงทองแดงขนาดใหญ่แห่งใหม่ในชิลี^{[ 3 ]} นักวิชาการอุตสาหกรรมของชิลีเสนอให้ภูมิภาคอันโตฟาแกสต้าหรือภูมิภาคอาตากา มาเป็นสถานที่ทดแทนที่เหมาะสม ^{[ 45 ]}บางคนโต้แย้งให้คงการถลุงไว้ในภูมิภาควัลปาราอิโซ เนื่องจากมีเหมืองอยู่ใกล้เคียง^{[ 45 ]}ในขณะที่บางคนโต้แย้งว่าโรงงานทดแทนควรอยู่ใกล้ชายฝั่ง แต่ภูมิภาคชูคิกามาตาและเอลซัลวาดอร์ ที่อยู่ภายในแผ่นดิน ก็ได้รับการเสนอให้เป็นทางเลือกเช่นกัน^{[ 45 ]}ดิเอโก เอร์นันเดซ ประธานสมาคมเหมืองแร่แห่งชาติ (Sonami) ประมาณการว่าระยะเวลาก่อสร้างโรงงานถลุงแห่งใหม่จะอยู่ที่ 5 ถึง 7 ปี^{[ 45 ]}การศึกษาในปี 2024 ระบุว่าภูมิภาคอันโตฟาแกสต้าเป็นสถานที่ที่ดีที่สุดสำหรับโรงถลุงทองแดงแห่งใหม่ เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านโลจิสติกส์และมีแหล่งแร่ทองแดง เข้มข้นที่มีอยู่และสามารถขยายได้ จากเหมืองใกล้เคียง^{[ 5 ]}

โรงถลุงทองแดงกุ้ยซีในพื้นที่ตอนในของภาคตะวันออกเฉียงใต้ของจีนเป็นโรงถลุงทองแดงที่ใหญ่ที่สุดในโลกเมื่อพิจารณาจากกำลังการ ผลิต ^{[ 46 ]}ในปี 2558 มีกำลังการผลิตทองแดงต่อปี 900,000 ตัน^{[ 2 ] [ 47 ]}

โดยเฉลี่ยแล้ว แร่ทองแดงในศตวรรษที่ 21 มีปริมาณทองแดงต่ำกว่า 0.6% และสัดส่วนของแร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจมีน้อยกว่า 2% ของปริมาตรทั้งหมดของหินแร่ ดังนั้น ในการทำเหมืองทุกครั้งแร่จะต้องผ่านกระบวนการเพิ่มความเข้มข้น (การแปรรูป) ก่อน โดยปกติแล้ว แร่เข้มข้นที่ได้จะถูกขายให้กับโรงถลุง แร่ที่อยู่ห่างไกลออก ไป แม้ว่าเหมืองขนาดใหญ่บางแห่งจะมีโรงถลุงแร่ตั้งอยู่ใกล้เคียงก็ตาม การตั้งเหมืองและโรงถลุงแร่ในบริเวณใกล้เคียงกันนั้นเป็นเรื่องปกติมากกว่าในศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อโรงถลุงแร่ขนาดเล็กสามารถดำเนินการได้อย่างคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ เทคนิคการแปรรูปในขั้นตอนต่อไปจะขึ้นอยู่กับลักษณะของแร่

ในกรณีปกติ เมื่อแร่ทองแดงส่วนใหญ่เป็นซัลไฟด์ (เช่นแชลโคไพไรต์ , FeCuS2 ₎แร่จะถูกบดละเอียด โดย หินจะถูกบดให้เป็นอนุภาคขนาดเล็ก (<100 μm) ที่ประกอบด้วยเฟสแร่แต่ละชนิด จากนั้นอนุภาคเหล่านี้จะพร้อมสำหรับการแยกเพื่อกำจัดแร่ที่ไม่ต้องการ (เศษหินซิลิเกต) โดยใช้การลอยตัวด้วยฟอง^{[ 1 ]}

ในกระบวนการลอยตัวด้วยฟอง (froth flotation) แร่ที่บดแล้วจะถูกทำให้เปียก แขวนลอยอยู่ในสารละลายข้น และผสมกับสารเคมีที่ทำให้อนุภาคซัลไฟด์ มีคุณสมบัติ ไม่ชอบน้ำ สารเคมี ทั่วไป ("สารดักจับ") ได้แก่โพแทสเซียมเอทิลแซนเทตและโซเดียมเอทิล แซนเทต แต่ ก็มีการใช้ ไดไทโอฟอสเฟตและไดไทโอคาร์บาเมตด้วยเช่นกัน สารละลายข้นจะถูกป้อนเข้าไปในถังเติมอากาศที่บรรจุน้ำและมี สาร ลดแรงตึงผิวเช่นเมทิลไอโซบิวทิลคาร์บินอล (MIBC) อากาศจะถูกอัดผ่านสารละลายข้นอย่างต่อเนื่อง ฟองอากาศจะเกาะติดกับอนุภาคคอปเปอร์ซัลไฟด์ที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งจะถูกลำเลียงไปยังพื้นผิว จากนั้นจึงตักฟองออก ส่วนที่ตักออกนี้โดยทั่วไปจะถูกส่งไปยังเซลล์ทำความสะอาดและกำจัดเพื่อกำจัดซิลิเกตส่วนเกินและแร่ซัลไฟด์อื่นๆ ที่อาจส่งผลเสียต่อคุณภาพของแร่เข้มข้น (โดยทั่วไปคือแร่กาเลนา ) และแร่เข้มข้นสุดท้ายจะถูกส่งไปถลุง หินที่ไม่ลอยตัวในเซลล์การลอยตัวจะถูกทิ้งเป็นกากหรือนำไปแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อสกัดโลหะอื่นๆ เช่น ตะกั่ว (จากแร่กาเลนา) และสังกะสี (จากแร่สฟาเลอไรต์ ) หากมีอยู่ มีการใช้มาตรการต่างๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการลอยตัวด้วยฟองมีการใช้ปูนขาว เพื่อเพิ่ม ค่า pHของอ่างน้ำ ทำให้สารดักจับจับกับซัลไฟด์ของทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น กระบวนการนี้สามารถผลิตแร่เข้มข้นที่มีปริมาณทองแดง 27–29% และ 37–40% จากแร่ชาลโคไพไรต์และชาลโคไซต์ตามลำดับ

แร่ทองแดงออกซิไดซ์ ได้แก่ คาร์บอเนต เช่นอะซูไรต์และมาลาไคต์ซิ ลิเกตอย่าง คริโซคอลลาและซัลเฟต เช่น แชล แคนไท ต์ ในบางกรณี แร่ซัลไฟด์จะถูกปล่อยให้เสื่อมสภาพกลายเป็นออกไซด์ แร่เหล่านี้เหมาะสำหรับกระบวนการไฮโดรเมทัลลurgy โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แร่ออกไซด์ดังกล่าวจะถูกสกัดด้วยกรดซัลฟิวริก ในน้ำ โดยปกติ จะใช้วิธี การชะล้างแบบกองหรือแบบกองทิ้งสารละลายที่ได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการสกัดด้วยตัวทำละลาย (SX) โดยจะใช้ตัวทำละลายอินทรีย์และสารคีเลตอินทรีย์ สารคีเลตจะจับกับไอออนทองแดง (และไม่ควรจับกับไอออนอื่น ๆ) สารประกอบเชิงซ้อนที่เกิดขึ้นจะละลายในเฟสอินทรีย์ ตัวทำละลายอินทรีย์นี้จะถูกระเหยออกไป เหลือไว้เพียงสารตกค้างของสารประกอบเชิงซ้อนทองแดง ไอออนทองแดงจะถูกปลดปล่อยออกจากสารตกค้างด้วยกรดซัลฟิวริก กรดซัลฟิวริกที่ปราศจากไอออนทองแดงจะถูกนำกลับไปใช้ในกองแร่ ลิแกนด์อินทรีย์จะถูกกู้คืนและนำกลับมาใช้ใหม่เช่นกัน หรืออีกทางหนึ่ง ทองแดงสามารถตกตะกอนออกจากสารละลายที่มีทองแดงอยู่ได้โดยการสัมผัสกับเศษเหล็ก ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการตกตะกอนด้วยซีเมนต์ ทองแดงที่ได้จากซีเมนต์มักมีความบริสุทธิ์น้อยกว่าทองแดง SX-EW ^{[ 48 ]}

ซัลไฟด์ทุติยภูมิ—ซึ่งเกิดจาก การเสริมความเข้มข้นทุติยภูมิแบบ ซูเปอร์จีน —มีความทนทาน ( ดื้อต่อการชะล้าง) ต่อกรด ซัลฟิวริก ^{[ 49 ]}ซัลไฟด์ทองแดงทุติยภูมิส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่แชลโคไซต์ ซึ่งเป็นแร่ที่เกิดจากซัลไฟด์ปฐมภูมิ เช่นแชลโคไพไรต์ที่ผ่านกระบวนการทางเคมี เช่น การออกซิเดชันหรือการรีดักชัน^{[ 50 ]}โดยทั่วไป แร่ซัลไฟด์ทุติยภูมิจะถูกทำให้เข้มข้นโดยใช้การลอยตัวด้วยฟอง^{[ 51 ]}กระบวนการสกัดอื่นๆ เช่น การชะล้าง ถูกนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพในการสกัดซัลไฟด์ทองแดงทุติยภูมิ แต่เนื่องจากความต้องการทองแดงเพิ่มสูงขึ้น จึงจำเป็นต้องมีกระบวนการสกัดที่เหมาะสมสำหรับแร่เกรดต่ำ เนื่องจากทรัพยากรทองแดงกำลังร่อยหรอ^{[ 52 ]} กระบวนการต่างๆ รวมถึงการชะล้าง ในแหล่งกำเนิด การชะล้างแบบกอง และการชะล้างแบบกองซ้อน เป็นวิธีการที่คุ้มค่าและเหมาะสมสำหรับการสกัดทองแดงจากแร่เกรดต่ำ^{[ 53 ]}

กระบวนการสกัดซัลไฟด์ทองแดงรองและแร่เกรดต่ำรวมถึงกระบวนการไบโอลิชชิ่งแบบกอง ไบโอลิชชิ่งแบบกองเป็นวิธีการสกัดที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนซึ่งต้องการพลังงานน้อยกว่า ส่งผลให้มีกำไรสูงขึ้น^{[ 54 ]}กระบวนการสกัดนี้สามารถนำไปใช้กับแร่เกรดต่ำจำนวนมากได้ ด้วยต้นทุนการลงทุนที่ต่ำกว่าและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด^{[ 54 ] [ 55 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การลอยตัวด้วยฟองโดยตรงจะไม่ถูกนำมาใช้ในการทำให้แร่ทองแดงออกไซด์มีความเข้มข้นมากขึ้น เนื่องจากโครงสร้างของพื้นผิวแร่ทองแดงออกไซด์ส่วนใหญ่เป็นไอออนิกและชอบ น้ำ ^{[ 56 ]}โดยทั่วไปแล้ว แร่ทองแดงออกไซด์จะได้รับการบำบัดผ่านการลอยตัวด้วยสารคีเลตและการลอยตัวด้วยกรดไขมัน ซึ่งใช้สารอินทรีย์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการดูดซับบนพื้นผิวแร่ผ่านการก่อตัวของสารประกอบที่ไม่ชอบน้ำบนพื้นผิวแร่^{[ 56 ] [ 57 ]}

แหล่งแร่ซัลไฟด์ซูเปอร์จีนบางแห่งสามารถชะล้างได้โดยใช้ กระบวนการชะล้างกองแร่ออกซิเดชัน ด้วยแบคทีเรียเพื่อออกซิได ซ์ซัล ไฟด์ ให้เป็นกรดซัลฟิวริก ซึ่งยังช่วยให้สามารถชะล้างพร้อมกับกรดซัลฟิวริกเพื่อผลิตสารละลาย คอปเปอร์ซัลเฟตได้ [ ^{58 ] [ 59 ] สำหรับ}แร่ออกไซด์จะใช้เทคโนโลยีการสกัดด้วยตัวทำละลายและการแยกด้วยไฟฟ้า เพื่อกู้คืนทองแดงจาก สารละลายชะล้างที่มีทองแดง^{[ 60 ]}เพื่อให้แน่ใจว่าการกู้คืนทองแดงมีประสิทธิภาพสูงสุด จำเป็นต้องตระหนักถึงผลกระทบของการละลายของทองแดง การบริโภคกรด และองค์ประกอบของแร่กากที่มีต่อประสิทธิภาพของการสกัด^{[ 60 ]}

แร่ซัลไฟด์ซูเปอร์จีนที่มีทองแดงธรรมชาติสูงนั้นทนต่อการบำบัดด้วยการชะล้างด้วยกรดซัลฟิวริกในทุกช่วงเวลาที่สามารถปฏิบัติได้ และอนุภาคโลหะที่มีความหนาแน่นสูงจะไม่ทำปฏิกิริยากับตัวกลางการลอยตัวแบบฟอง โดยทั่วไป หากทองแดงธรรมชาติเป็นส่วนประกอบเล็กน้อยของโปรไฟล์ซูเปอร์จีน จะไม่สามารถกู้คืนได้และจะตกไปอยู่ในกากแร่เมื่อมีปริมาณมากพอ แหล่งแร่ทองแดงธรรมชาติอาจได้รับการบำบัดเพื่อกู้คืนทองแดงที่มีอยู่โดยการแยกด้วยแรงโน้มถ่วงบ่อยครั้งที่ลักษณะของแร่ที่ไม่ใช่ทองแดงมีความสำคัญ เนื่องจากแร่ทองแดงธรรมชาติที่มีดินเหนียวสูงนั้นยากต่อการแยก เนื่องจากแร่ดินเหนียวจะทำปฏิกิริยากับสารที่ใช้ในการลอยตัวในกระบวนการสกัด ซึ่งจะถูกใช้ไป ส่งผลให้การกู้คืนทองแดงเข้มข้นคุณภาพสูงมีน้อย^{[ 61 ]}

โดยทั่วไป กระบวนการคั่วจะดำเนินการควบคู่ไปกับเตาเผาแบบสะท้อนความร้อนในเตาคั่ว แร่ทองแดงเข้มข้นจะถูกออกซิไดซ์บางส่วนเพื่อผลิต " แคลซีน " และ เกิด ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ขึ้นอัตราส่วนทางเคมีของปฏิกิริยาคือ:

CuFeS₂ + 3 O₂ _{→ 2} FeO + 2 CuS + 2 _SO₂

โดยทั่วไปแล้ว การคั่วจะทำให้มีกำมะถันเหลืออยู่ในผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการเผามากกว่า (15% ในกรณีของเครื่องคั่วที่เหมือง Mount Isa ^{[ 62 ]} ) เมื่อเทียบกับโรงงานเผาผนึกที่ทิ้งไว้ในผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการเผาผนึก (ประมาณ 7% ในกรณีของโรงถลุงแร่ Electrolytic Refining and Smelting ^{[ 63 ]} )

นับตั้งแต่ปี 2548 การคั่วไม่เป็นที่นิยมในการบำบัดแร่ทองแดงเข้มข้นอีกต่อไป เนื่องจากการรวมเข้ากับเตาเผาแบบสะท้อนความร้อนไม่มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน และความเข้มข้นของ SO2 _ในก๊าซไอเสียจากการคั่วเจือจางเกินไปสำหรับการดักจับที่คุ้มค่า ปัจจุบันนิยมใช้การถลุงโดยตรง และใช้เทคโนโลยีการถลุงดังต่อไปนี้: การถลุงแบบแฟลช , เตา Isasmelt , Noranda, Mitsubishi หรือ El Teniente ^{[ 35 ]}

ขั้นตอนการหลอมวัสดุเริ่มต้นที่จะนำไปถลุงมักจะเรียกว่า ขั้นตอน การถลุงหรือการถลุงแมทสามารถดำเนินการได้ในเตาหลอมหลายประเภท รวมถึงเตาหลอมแบบระเบิดและเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน ซึ่งล้าสมัยไปแล้ว ตลอด จนเตาหลอมแบบแฟลชเตา หลอม Isasmeltเป็นต้น ผลิตภัณฑ์จากขั้นตอนการถลุงนี้คือส่วนผสมของทองแดง เหล็ก และกำมะถันที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบหลัก ซึ่งเรียกว่าแมทหรือ แม ททองแดง^{[ 35 ]} โดยปกติแล้ว คำว่าเกรดแมทจะใช้เพื่ออ้างถึงปริมาณทองแดงในแมท^{[ 64 ]}

จุดประสงค์ของขั้นตอนการถลุงแมทคือการกำจัดเหล็ก กำมะถัน และแร่ธาตุอื่นๆ ที่ไม่ต้องการ (เช่น ซิลิกา แมกนีเซีย อลูมินา และหินปูน) ให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ พร้อมทั้งลดการสูญเสียทองแดงให้น้อยที่สุด^{[ 35 ]}ซึ่งทำได้โดยการทำปฏิกิริยาของเหล็กซัลไฟด์กับออกซิเจน (ในอากาศหรืออากาศที่อุดมด้วยออกซิเจน) เพื่อผลิตเหล็กออกไซด์ (ส่วนใหญ่เป็นFeOแต่มีแมกนีไทต์ (Fe ₃ O ₄ ) อยู่บ้าง) และซัลเฟอร์ไดออกไซด์^{[ 64 ]}

คอปเปอร์ซัลไฟด์และเหล็กออกไซด์สามารถผสมกันได้ แต่เมื่อเติมซิลิกาในปริมาณที่เพียงพอจะเกิดชั้นตะกรัน แยกต่างหาก ^{[ 65 ]}การเติมซิลิกายังช่วยลดจุดหลอมเหลว (หรือที่ถูกต้องกว่าคือ อุณหภูมิ ลิควิดัส ) ของตะกรัน ซึ่งหมายความว่ากระบวนการถลุงสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิต่ำลง^{[ 65 ]}

ปฏิกิริยาการก่อตัวของตะกรันคือ:

FeO + SiO ₂ → FeO SiO ₂ ^{[ 64 ]}

ตะกรันมีความหนาแน่นน้อยกว่าแมทท์ ดังนั้นจึงก่อตัวเป็นชั้นที่ลอยอยู่ด้านบนของแมทท์^{[ 66 ]}

ทองแดงสามารถสูญเสียไปจากแมทได้สามวิธี: ในรูปของคิวปรัสออกไซด์ (Cu ₂ O) ที่ละลายในสแลก^{[ 67 ]}ในรูปของทองแดงซัลไฟด์ที่ละลายในสแลก^{[ 68 ]}หรือในรูปของหยดเล็กๆ (หรือเม็ดเล็กๆ ) ของแมทที่แขวนลอยอยู่ในสแลก^{[ 69 ] [ 70 ]}

ปริมาณทองแดงที่สูญเสียไปในรูปออกไซด์ทองแดงจะเพิ่มขึ้นเมื่อศักยภาพออกซิเจนของตะกรันเพิ่มขึ้น^{[ 70 ]}โดยทั่วไปศักยภาพออกซิเจนจะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณทองแดงในแมทเพิ่มขึ้น^{[ 71 ]}ดังนั้น การสูญเสียทองแดงในรูปออกไซด์จึงเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณทองแดงในแมทเพิ่มขึ้น^{[ 72 ]}

ในทางกลับกัน ความสามารถในการละลายของทองแดงซัลไฟด์ในตะกรันจะลดลงเมื่อปริมาณทองแดงในแมทเพิ่มขึ้นเกินประมาณ 40% ^{[ 68 ]}นากาโมริคำนวณว่าทองแดงที่ละลายในตะกรันจากแมทที่มีทองแดงน้อยกว่า 50% มากกว่าครึ่งหนึ่งเป็นทองแดงซัลไฟด์ เมื่อปริมาณทองแดงสูงกว่านี้ ทองแดงออกไซด์จะเริ่มมีบทบาทเด่น^{[ 68 ]}

การสูญเสียทองแดงในรูปเม็ดที่แขวนลอยอยู่ในตะกรันขึ้นอยู่กับขนาดของเม็ด ความหนืดของตะกรัน และเวลาในการตกตะกอน^{[ 73 ]} Rosenqvist แนะนำว่าการสูญเสียทองแดงในตะกรันประมาณครึ่งหนึ่งเกิดจากเม็ดที่แขวนลอยอยู่^{[ 73 ]}

มวลของตะกรันที่เกิดขึ้นในขั้นตอนการถลุงโลหะขึ้นอยู่กับปริมาณเหล็กในวัตถุดิบที่ป้อนเข้าเตาถลุงและเกรดของแมทที่ต้องการ ยิ่งปริมาณเหล็กในวัตถุดิบป้อนเข้ามากเท่าใด ก็ยิ่งต้องกำจัดเหล็กออกไปเป็นตะกรันมากขึ้นเท่านั้นเพื่อให้ได้เกรดแมทที่กำหนด ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มเกรดของแมทที่ต้องการก็จำเป็นต้องกำจัดเหล็กออกไปมากขึ้นและปริมาณตะกรันก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

ดังนั้น ปัจจัยสองประการที่ส่งผลต่อการสูญเสียทองแดงไปสู่ตะกรันในขั้นตอนการถลุงโลหะมากที่สุด ได้แก่:

• เกรดด้าน
• มวลของตะกรัน^{[ 65 ]}

นั่นหมายความว่ามีข้อจำกัดในทางปฏิบัติเกี่ยวกับระดับคุณภาพของแร่แมทที่สามารถสูงที่สุดได้ หากต้องการลดการสูญเสียทองแดงไปสู่ตะกรันให้น้อยที่สุด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีขั้นตอนการแปรรูปเพิ่มเติม (การแปลงสภาพและการกลั่นด้วยความร้อน)

หัวข้อย่อยต่อไปนี้จะอธิบายโดยสังเขปถึงกระบวนการบางส่วนที่ใช้ในการถลุงแร่แมทท์

เตาเผาแบบสะท้อนกลับเป็นเตาเผายาวที่สามารถใช้กับสารเข้มข้นแบบเปียก แห้ง หรือคั่วได้ เตาเผาแบบสะท้อนกลับส่วนใหญ่ที่ใช้ในช่วงหลังๆ ใช้กับสารเข้มข้นที่คั่วแล้ว เนื่องจากการนำวัตถุดิบแห้งเข้าเตาเผาแบบสะท้อนกลับนั้นประหยัดพลังงานมากกว่า และเนื่องจากการกำจัดกำมะถันบางส่วนในเตาคั่วส่งผลให้ได้เกรดแมทที่สูงขึ้น^{[ 35 ]}

วัตถุดิบสำหรับเตาเผาสะท้อนความร้อนจะถูกเติมเข้าไปในเตาเผาผ่านรูป้อนตามด้านข้างของเตาเผา และวัตถุดิบที่เป็นของแข็งจะถูกหลอมละลาย^{[ 35 ]}โดยปกติจะมีการเติมซิลิกาเพิ่มเติมเพื่อช่วยในการก่อตัวของตะกรัน เตาเผาจะถูกจุดไฟด้วยหัวเผาโดยใช้ถ่านหินบด น้ำมันเชื้อเพลิง หรือก๊าซธรรมชาติ^{[ 74 ]}

นอกจากนี้ เตาหลอมสะท้อนยังสามารถป้อนตะกรันหลอมเหลวจากขั้นตอนการแปลงในภายหลังเพื่อกู้คืนทองแดงและวัสดุอื่นๆ ที่มีปริมาณทองแดงสูงได้อีกด้วย^{[ 74 ]}

เนื่องจากอ่างเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนอยู่นิ่ง การออกซิเดชันของวัตถุดิบจึงเกิดขึ้นน้อยมาก (และด้วยเหตุนี้กำมะถันจึงถูกกำจัดออกจากสารเข้มข้นน้อยมาก) โดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการหลอม^{[ 73 ]}ด้วยเหตุนี้ เตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนที่บรรจุวัตถุดิบเปียกจึงมีทองแดงในผลิตภัณฑ์แมทน้อยกว่าเตาหลอมที่บรรจุวัตถุดิบเผา และยังมีการสูญเสียทองแดงไปยังตะกรันน้อยกว่าด้วย^{[ 74 ]} Gill อ้างถึงค่าทองแดงในตะกรันที่ 0.23% สำหรับเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนที่บรรจุวัตถุดิบเปียก เทียบกับ 0.37% สำหรับเตาหลอมที่บรรจุวัตถุดิบเผา^{[ 74 ]}

ในกรณีของเตาเผาที่บรรจุแคลซีน กำมะถันส่วนใหญ่จะถูกกำจัดออกไปในระหว่างขั้นตอนการคั่ว และแคลซีนประกอบด้วยส่วนผสมของออกไซด์และซัลไฟด์ของทองแดงและเหล็ก เตาเผาแบบสะท้อนความร้อนช่วยให้สารเหล่านี้เข้าสู่สมดุลทางเคมีที่อุณหภูมิการทำงาน ของเตาเผา (ประมาณ 1600 °C ที่ปลายหัวเผาของเตาเผาและประมาณ 1200 °C ที่ปลายปล่องไฟ^{[ 75 ]}แมทอยู่ที่ประมาณ 1100 °C และสแลกอยู่ที่ประมาณ 1195 °C ^{[ 74 ]} ) ในกระบวนการปรับสมดุลนี้ ออกซิเจนที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบทองแดงจะแลกเปลี่ยนกับกำมะถันที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบเหล็ก ทำให้ปริมาณออกไซด์ของเหล็กในเตาเผาเพิ่มขึ้น และออกไซด์ของเหล็กจะทำปฏิกิริยากับซิลิกาและวัสดุออกไซด์อื่นๆ เพื่อสร้างสแลก^{[ 74 ]}

ปฏิกิริยาสมดุลหลักคือ:

Cu ₂ O + FeS → Cu ₂ S + FeO ^{[ 74 ]}

ตะกรันและแมทก่อตัวเป็นชั้นที่แยกจากกันซึ่งสามารถนำออกจากเตาหลอมได้เป็นกระแสที่แยกจากกัน ชั้นตะกรันจะถูกปล่อยให้ไหลผ่านรูในผนังของเตาหลอมเป็นระยะๆ เหนือระดับความสูงของชั้นแมท แมทจะถูกนำออกโดยการระบายผ่านรูลงในกระบวยเพื่อให้เครนยกไปยังเครื่องแปลง^{[ 74 ]}กระบวนการระบายนี้เรียกว่าการเทเตาหลอม^{[ 74 ]}รูเทแมทมักจะเป็นรูที่เจาะผ่านบล็อกทองแดงที่ระบายความร้อนด้วยน้ำเพื่อป้องกันการกัดเซาะของอิฐทนไฟที่บุเตาหลอม เมื่อการนำแมทหรือตะกรันออกเสร็จสมบูรณ์ รูมักจะถูกอุดด้วยดินเหนียว ซึ่งจะถูกกำจัดออกเมื่อเตาหลอมพร้อมที่จะเทอีกครั้ง

เตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนมักใช้ในการบำบัดตะกรันแปลงสภาพที่หลอมเหลวเพื่อกู้คืนทองแดงที่มีอยู่^{[ 74 ]}ตะกรันนี้จะถูกเทลงในเตาหลอมจากกระบวยที่ยกโดยเครน อย่างไรก็ตาม ตะกรันแปลงสภาพมีแมกเนไทต์สูง^{[ 76 ]}และแมกเนไทต์บางส่วนจะตกตะกอนจากตะกรันแปลงสภาพ (เนื่องจากจุดหลอมเหลวที่สูงกว่า) ก่อตัวเป็นตะกอนบนพื้นเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน และจำเป็นต้องปิดเตาหลอมเพื่อกำจัดตะกอน^{[ 76 ]}การก่อตัวของตะกอนนี้จำกัดปริมาณของตะกรันแปลงสภาพที่สามารถบำบัดได้ในเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน^{[ 76 ]}

แม้ว่าเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนจะมีการสูญเสียทองแดงไปยังตะกรันน้อยมาก แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากนัก และความเข้มข้นต่ำของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในก๊าซไอเสียทำให้การดักจับไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ด้วยเหตุนี้ ผู้ประกอบการโรงถลุงจึงทุ่มเงินจำนวนมากในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 เพื่อพัฒนาวิธีการถลุงทองแดงแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น^{[ 77 ]}นอกจากนี้ เทคโนโลยีการถลุงแบบแฟลชได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงหลายปีก่อนหน้านั้นและเริ่มเข้ามาแทนที่เตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน ภายในปี 2002 เตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน 20 จาก 30 เตาที่ยังคงใช้งานอยู่ในปี 1994 ได้ถูกปิดตัวลง^{[ 35 ]}

ในการหลอมแบบแฟลชสารเข้มข้นจะถูกกระจายในกระแสอากาศหรือออกซิเจน และปฏิกิริยาการหลอมส่วนใหญ่จะเสร็จสมบูรณ์ในขณะที่อนุภาคแร่ยังคงลอยอยู่ในอากาศ^{[ 77 ]}จากนั้นอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาแล้วจะตกตะกอนลงในอ่างที่ด้านล่างของเตาหลอม ซึ่งจะทำปฏิกิริยาเหมือนกับแคลซีนในเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อน^{[ 78 ]}ชั้นตะกรันจะก่อตัวขึ้นบนชั้นแมท และสามารถแยกออกจากเตาหลอมได้^{[ 78 ]}

กระบวนการISASMELT เป็นกระบวนการ ถลุงแร่ที่ประหยัดพลังงาน ซึ่งได้รับการพัฒนาร่วมกันระหว่างบริษัท Mount Isa Mines (บริษัทในเครือMIM Holdingsและปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของGlencore ) และCSIROของรัฐบาลออสเตรเลียตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1970 ถึง 1990 กระบวนการ นี้มีต้นทุนการลงทุนและต้นทุนการดำเนินงานค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับกระบวนการถลุงแร่ชนิดอื่นๆ

เทคโนโลยี ISASMELT ได้ถูกนำไปใช้ในการถลุงตะกั่ว ทองแดง และนิกเกล ณ ปี 2021 มีโรงงาน 22 แห่งที่กำลังดำเนินการอยู่ใน 11 ประเทศ พร้อมด้วยโรงงานสาธิตอีก 3 แห่งที่ตั้งอยู่ที่ภูเขาไอซา กำลังการผลิตติดตั้งของโรงงานถลุงทองแดง/นิกเกลในปี 2020 อยู่ที่ 9.76 ล้านตันต่อปีของวัตถุดิบป้อนเข้า และ 750,000 ตันต่อปีของโรงงานถลุงตะกั่ว^{[ 79 ]}

โรงถลุงทองแดงที่ใช้กระบวนการ ISASMELT ถือเป็นโรงถลุงทองแดงที่มีต้นทุนต่ำที่สุดในโลก^{[ 80 ]}

แมท (matte) ที่ผลิตในโรงถลุงแร่ประกอบด้วยทองแดง 30–70% (ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ใช้และหลักการดำเนินงานของโรงถลุงแร่) โดยส่วนใหญ่เป็นทองแดงซัลไฟด์ รวมถึงเหล็กซัลไฟด์ด้วย กำมะถันจะถูกกำจัดออกที่อุณหภูมิสูงในรูปของซัลเฟอร์ไดออกไซด์โดยการเป่าลมผ่านแมทที่หลอมเหลว:

2 CuS + 3 O ₂ → 2 CuS + 2 SO ₂

CuS + O ₂ → Cu + SO ₂

ในปฏิกิริยาคู่ขนาน ซัลไฟด์ของเหล็กจะถูกเปลี่ยนเป็นตะกรัน:

2 เฟ2S + 3 O ₂ → 2 เฟ2O + 2 SO ₂

2 FeO + SiO ₂ → Fe ₂ SiO ₄

ผลิตภัณฑ์นี้มีความบริสุทธิ์ 98% เรียกว่า " ทองแดงฟอง" (blister copper) เนื่องจากพื้นผิวที่แตกเป็นรอยเกิดจากการระเหยของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ขณะที่แท่ง ทองแดง หรือก้อนทองแดงเย็นตัวลง ผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่เกิดขึ้นในกระบวนการคือซัลเฟอร์ไดออกไซด์และตะกรันซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะถูกดักจับและเปลี่ยนเป็นกรดซัลฟิวริก จากนั้นจึงนำไปขายในตลาดเปิดหรือใช้ในกระบวนการสกัดทองแดง

ทองแดงดิบจะถูกนำไปใส่ในเตาแอโนดซึ่งเป็นเตาที่กลั่นทองแดงดิบให้เป็นทองแดงเกรดแอโนดในสองขั้นตอน โดยขั้นตอนแรกคือการกำจัดกำมะถันและเหล็กที่เหลืออยู่ส่วนใหญ่ และขั้นตอนที่สองคือการกำจัดออกซิเจนที่เข้ามาในขั้นตอนแรก ขั้นตอนที่สองนี้ มักเรียกว่าการโพลิง (poling)จะทำโดยการเป่าก๊าซธรรมชาติหรือสารรีดิวซ์อื่นๆ ผ่านออกไซด์ทองแดงหลอมเหลว เมื่อเปลวไฟเปลี่ยนเป็นสีเขียว ซึ่งแสดงถึงสเปกตรัมการออกซิเดชันของทองแดง แสดงว่าออกซิเจนส่วนใหญ่ถูกเผาไหม้ไปแล้ว กระบวนการนี้ทำให้ได้ทองแดงที่ผ่านการกลั่นด้วยความร้อนสูง มีความบริสุทธิ์ประมาณ 99%

ขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตทองแดงคือการกลั่นด้วยไฟฟ้า การกลั่นทำได้โดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสซึ่งใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนสารละลายทองแดง(II) ให้เป็นโลหะได้ง่าย (ศักยภาพต่ำ) และเลือกได้ ขั้วบวกที่หล่อจากทองแดงที่ผ่านกระบวนการแล้วจะถูกวางลงในสารละลาย ที่มี ซัลเฟตทองแดง 3–4% และ กรดซัลฟิวริก 10–16% ขั้วลบเป็นแผ่นทองแดงบริสุทธิ์สูงที่รีดบางๆ หรือที่นิยมใช้กันในปัจจุบันคือแผ่นสแตนเลสที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ (เช่นในกระบวนการ IsaKidd ) ^{[ 81 ]}ต้องใช้ศักยภาพเพียง 0.2–0.4 โวลต์ในการเริ่มต้นกระบวนการ ในโรงงานอุตสาหกรรม ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงถึง 420 A/m² ^เป็นไปได้^{[ 82 ]}

ที่ขั้วบวก ( ปฏิกิริยา ออกซิเดชัน ) ทองแดงและโลหะที่ด้อยค่ากว่าจะละลายโลหะที่ด้อยค่ากว่าและ ธาตุ ที่ละลายได้ยาก กว่า เช่นเงินทองซีลีเนียมและเทลลูเรียมจะตกตะกอนลงที่ก้นเซลล์เป็นตะกอนขั้วบวกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่สามารถนำไปขายได้ ไอออนทองแดง(II) จะเคลื่อนที่ผ่าน อิเล็ก โทรไลต์ไปยังขั้วลบ ที่ขั้วลบ ( ปฏิกิริยา รีดักชัน ) ไอออน Cu ²⁺จะถูกรีดิวซ์เป็นโลหะทองแดงและ Cu _(s)จะตกตะกอนออกมา แต่ส่วนประกอบที่ด้อยค่ากว่า เช่นสารหนูและสังกะสีจะยังคงอยู่ในสารละลาย เว้นแต่จะใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า^{[ 83 ]}

ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับทองแดงโลหะและ ไอออน Cu ²⁺ที่ขั้วไฟฟ้ามีดังต่อไปนี้:

– ที่ขั้วบวก	(การออกซิเดชันและการละลาย)	: Cu (s)	→ Cu 2+ + 2 e −
– ที่ขั้วแคโทด	(การลดลงและการตกตะกอน)	: Cu 2+ + 2 e −	→ Cu (s)

แร่ทองแดงเข้มข้นที่ได้จากเหมืองจะถูกขายให้กับโรงถลุงและโรงกลั่น ซึ่งจะนำแร่ไปแปรรูปและกลั่นทองแดง โดยคิดค่าบริการผ่านค่าแปรรูป (TCs) และค่ากลั่น (RCs) ค่าแปรรูปคิดเป็นดอลลาร์สหรัฐต่อตันของแร่เข้มข้นที่แปรรูป และค่ากลั่นคิดเป็นเซนต์ต่อปอนด์ที่แปรรูป โดยกำหนดราคาอ้างอิงเป็นดอลลาร์สหรัฐทุกปีโดยโรงถลุงแร่รายใหญ่ของญี่ปุ่น ในกรณีนี้ ลูกค้าอาจเป็นโรงถลุงที่ขายแท่งทองแดงดิบต่อให้กับโรงกลั่น หรืออาจเป็นทั้งโรงถลุงและโรงกลั่นที่บูรณาการในแนวดิ่ง

แร่ทองแดงเข้มข้นรูปแบบหนึ่งที่พบได้ทั่วไปนั้นมีทองคำและเงินเป็นส่วนประกอบ เช่นเดียวกับที่ผลิตโดย Bougainville Copper Limited จากเหมือง Panguna ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 ถึงปลายทศวรรษ 1980 ^{[ 84 ]}

โดยทั่วไป สัญญาสำหรับผู้ทำเหมืองจะกำหนดราคาตามราคาตลาดโลหะลอนดอน หักด้วย TC-RCs และค่าปรับหรือเครดิตที่เกี่ยวข้อง ค่าปรับอาจถูกเรียกเก็บจากแร่ทองแดงเข้มข้นตามระดับของธาตุที่เป็นอันตราย เช่นสารหนูบิสมัทตะกั่วหรือทังสเตนเนื่องจากแหล่งแร่ทองแดงซัลไฟด์ส่วนใหญ่มีเงินหรือทองคำในปริมาณมาก จึงสามารถจ่ายเครดิตให้แก่ผู้ทำเหมืองสำหรับโลหะเหล่านี้ได้หากความเข้มข้นของโลหะในแร่เข้มข้น สูงกว่าปริมาณที่กำหนด โดยปกติแล้วโรง กลั่นหรือโรงถลุงจะเรียกเก็บค่าธรรมเนียมจากผู้ทำเหมืองตามความเข้มข้น สัญญาโดยทั่วไปจะระบุว่าต้องได้รับเครดิตสำหรับโลหะทุกออนซ์ในแร่เข้มข้นที่มีความเข้มข้นสูงกว่าปริมาณที่กำหนด หากต่ำกว่านั้น หากมีการกู้คืนโลหะได้ โรงถลุงจะเก็บโลหะไว้และขายเพื่อชดเชยค่าใช้จ่าย

แร่ทองแดงเข้มข้นมีการซื้อขายกันทั้งในรูปแบบสัญญาซื้อขายทันทีหรือสัญญาซื้อขายระยะยาว โดยถือเป็นสินค้าขั้นกลาง บ่อยครั้งที่โรงถลุงแร่จะเป็นผู้ขายโลหะทองแดงในนามของผู้ทำเหมือง ผู้ทำเหมืองจะได้รับเงินตามราคา ณ เวลาที่โรงถลุงแร่ทำการขาย ไม่ใช่ราคา ณ วันที่ส่งมอบแร่เข้มข้น ภายใต้ระบบการกำหนดราคาตามใบเสนอราคา ราคาจะถูกตกลงกันในวันที่กำหนดในอนาคต โดยทั่วไปคือ 90 วันนับจากวันที่ส่งมอบให้กับโรงถลุงแร่

ทองแดง แคโทดเกรด A มีความบริสุทธิ์ 99.99% เป็นแผ่นขนาดประมาณ 1 ตารางเมตร ความหนาและน้ำหนักขึ้นอยู่กับผู้ผลิต โดยทั่วไปแผ่นหนา 1 เซนติเมตรจะมีน้ำหนักประมาณ 200 ปอนด์ (ประมาณ 90 กิโลกรัม) ทองแดงแคโทดเป็นสินค้าโภคภัณฑ์ที่สามารถส่งมอบและซื้อขายได้ในตลาดโลหะในนิวยอร์กซิตี้ (COMEX) ลอนดอน (London Metals Exchange) และเซี่ยงไฮ้ (Shanghai Futures Exchange) บ่อยครั้งที่ทองแดงแคโทดมีการซื้อขายในตลาดโดยอ้อมผ่านใบสำคัญแสดงสิทธิ สัญญาซื้อขายล่วงหน้า หรือสัญญาแลกเปลี่ยน ทำให้ทองแดงส่วนใหญ่มีการซื้อขายใน LME/COMEX/SFE แต่การส่งมอบจะเกิดขึ้นโดยตรงผ่านการขนส่งทองแดงจริงและการโอนแผ่นทองแดงจากคลังสินค้า

ข้อกำหนดทางเคมีสำหรับ ทองแดงเกรด อิเล็กโทรไลต์คือ ASTM B 115-00 (มาตรฐานที่ระบุความบริสุทธิ์และค่าความต้านทานไฟฟ้า สูงสุด ของผลิตภัณฑ์)

• คอปเปอร์.org
• "US Minerals Databrowser" . Mazama Science . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 11 มีนาคม 2011 . เรียกดูเมื่อวันที่ 25 มีนาคม 2010 .
• RB Gordon*, M. Bertram และ TE Graedel (31 มกราคม 2549). "หุ้นโลหะและความยั่งยืน" . วารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences . 103 (5). US National Academy of Sciences : 1209– 1214. Bibcode : 2006PNAS..103.1209G . doi : 10.1073/pnas.0509498103 . PMC  1360560 . PMID  16432205 .

วิกิซอร์ซมีเนื้อหาจากบทความ American Cyclopædia ค.ศ. 1879 เรื่องCopper Smelting

• ข้อมูลการผลิตทองแดง ของสมาคมพัฒนาทองแดง (Copper Development Association) ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 7 กันยายน 2013 ในหน้าWayback Machine
• กระบวนการแปรรูปทองแดงจากเอกสารออนไลน์เกี่ยวกับโลหะ ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความยั่งยืนแห่งรัฐอิลลินอยส์มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์จัดเก็บเมื่อเดือนพฤษภาคม 2017
• เอกสารข้อมูลเกี่ยวกับทองแดงและสารประกอบทองแดงจากบัญชีรายชื่อสารมลพิษแห่งชาติ
• บันทึกห้องปฏิบัติการการลอยตัวด้วยฟอง (Froth Flotation) จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีและปิโตรเลียม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กเก็บถาวรเมื่อ 2005-12-06 ที่Wayback Machine
• หลักสูตรวิชา เหมืองทองแดงระดับวิทยาลัย เน้นวิชาเคมี ปรับปรุงล่าสุดปี 2000

• กามู, ฟรานซิสโก (2005) "La minería y la evolución de la exploración en Chile". ในลากอส กุสตาโว (เอ็ด) Minería y desarrollo (ภาษาสเปน) ซานติอาโก ชิลี: Ediciones Universidad Católica de Chile . หน้า  229– 270 ISBN 956-14-0844-9.
• Gill, CB (1980) โลหะวิทยาการสกัดโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก , John Wiley and Sons: นิวยอร์ก, ISBN 0-471-05980-3
• ซาเกรโด, ราฟาเอล (2005) "ชิลี ปาอิส มิเนโร" ในลากอส กุสตาโว (เอ็ด) Minería y desarrollo (ภาษาสเปน) ซานติอาโก ชิลี: Ediciones Universidad Católica de Chile . หน้า  271– 294. ISBN 956-14-0844-9.
• ซูตูลอฟ, อเล็กซานเดอร์ (1975) "บรรพบุรุษ históricos de la producción de cobre en Chile" ใน Sutulov อเล็กซานเดอร์ (เอ็ด) เอล โคเบร ชิเลโน (ภาษาสเปน) Corporación Nacional del Cobre เดอชิลี หน้า  1–62 .