Die Gewinnung des Rohkupfers aus Kupferkonzentraten, vorzugsweise aus Kupferkies (CuFeS2), erfolgt in mehreren Reaktionsstufen. Das früher angewandte Verfahren beinhaltet die drei Arbeitsgänge Teilrösten, Steinschmelzen, Konverterbetrieb, während die heute am häufigsten verwendete Technik, das Schwebeschmelzverfahren, Schmelzen und Rösten in einem Arbeitsgang verbindet. Eine dritte Möglichkeit ist die Kombination der drei Einzelarbeitsgänge zu einem kontinuierlichen Prozess. Grundsätzlich ist der Reaktionsablauf für alle eingesetzten schmelzmetallurgischen Gewinnungsverfahren gleich. Er führt über das Schmelzen des Kupferkonzentrates zu Kupferstein (Kupfer-Gehalt bis 80 %), über die Verfahrensstufe Konvertieren zu Blisterkupfer (Kupfer-Gehalt 96 bis 99 %) sowie mit nachfolgender Feuer-Raffination zu Anodenkupfer (Kupfer-Gehalt ≥ 99 %, Sauerstoff-Gehalt ≤ 0,2 %).

Um Kupferstein, ein Gemisch aus Kupfersulfid und Eisensulfid, zu erzeugen, werden Kupferkonzentrate unter Zugabe von Schlackenbildnern (SiO2) oxidierend erschmolzen. Je nach Verfahren wird dabei ein mehr oder weniger großer Teil der notwendigen Schmelzenergie durch teilweise Oxidation des Schwefels zu Schwefeldioxid und des Eisens zu Eisenoxid gewonnen. Für das Verschmelzen zu Kupferstein kommt es auf das richtige Mengenverhältnis zwischen Kupfer, Eisen und Schwefel an. Häufig muss deshalb zunächst ein Teil des Schwefels durch eine Erzröstung entfernt werden. Der Kupferstein trennt sich hier von der entstehenden, spezifisch leichteren Schlacke (Hauptbestandteile: Fe0, Si02, Ca0, Al203; 40 % Eisen, 1,5 % Kupfer), die als Schicht auf dem flüssigen Kupferstein schwimmt. Beim Erschmelzen von Kupferstein wird grundsätzlich zwischen Bad- und Schwebeschmelzverfahren unterschieden. Dabei finden beim ersten Verfahren im Erzflammofen die Reaktionen überwiegend in der flüssigen Phase und beim Letzteren in der Gasphase statt. Die nachgeschaltete Absatzzone im Unterofen beim Schwebeschmelzverfahren dient nur der Trennung von Kupferstein, Schlacke und Flugstaub.

Standardmäßig hat sich heute für große Kapazitäten das Schwebeschmelzverfahren (Outokumpu-Verfahren) durchgesetzt: Getrocknetes Erzkonzentrat (maximal 1 % Feuchtigkeit), Sandzuschläge und Flugstaub aus der Gasreinigung werden einem Bunker entnommen und in den Schwebeschmelz-Ofen eingebracht. Zusätzlich wird Luft, angereichert mit Sauerstoff, eingeblasen. Im oberen Teil des Ofens findet eine teilweise Oxidation des Schwefels und des Eisens durch den Sauerstoff statt (Teilrösten). Dabei ist das Rösten von Kupfer-Konzentrat ein stark exothermer Vorgang (CuFeS2 + 13/2 O2 2 CuO + Fe2O3 + 4 SO2 – 971 kJ). Die hierbei entstehende Reaktionswärme wird zur weiteren Aufheizung des herabsinkenden Konzentrates ausgenutzt. Die Teilchen erreichen dabei den Schmelzpunkt und sinken als Kupferstein bzw. Schlacke-Tropfen zu Boden. Der Kupferstein besteht aus Kupfersulfid und Eisensulfid (Cu2S + FeS) und enthält durchschnittlich etwa 65 % Kupfer, 20 % Schwefel und 15 % Eisen. Die entstandene Schlacke besteht aus Eisenoxid und Silikaten und enthält etwa 40 % Eisen und 1,5 % Kupfer. Dieser relativ hohe Kupfergehalt fordert eine weitere Aufarbeitung: Die Schlacke wird deshalb einem Elektro-Ofen zugeführt. Der Kupfergehalt geht durch diesen Prozess auf etwa 0,6 – 0,8 % unter Gewinnung von weiterem Kupferstein zurück. Das hier entstehende Abgas hat eine Temperatur von etwa 1300 °C. Es dient im Abhitzekessel zur Dampferzeugung bzw. Energiegewinnung. Das Abgas selbst enthält 20 – 40 % SO2. Es kann zur Schwefelsäuregewinnung verwendet werden. Der im Schwebeschmelz- und Elektro-Ofen gewonnene Kupferstein wird schließlich im schmelzflüssigen Zustand (ca. 1180 °C) zur weiteren Verarbeitung in den Konverter gegeben.

Hier erfolgt eine weitere Verringerung des Schwefel- und Eisengehaltes, in dem durch Einblasen von Luft in den flüssigen Kupferstein zuerst das restliche Eisensulfid oxidiert wird, wobei Schwefel als gasförmiges SO2 mit dem Abgas abgeführt und auf Schwefelsäure verarbeitet wird, während das Eisen mit zugeschlagener Kieselsäure eine Schlacke bildet, die abgegossen wird. Beim folgenden Verblasen zerlegt sich dann auch das Kupfersulfid, so dass der Konverterinhalt schließlich aus flüssigem Rohkupfer und einer stark kupferhaltigen Schlacke besteht. Das Endprodukt der Konverterarbeit ist das Blisterkupfer (Blasenkupfer) mit 98 bis 99 % Kupfergehalt. Dieses wird anschließend in den Anodenofen überführt.

Unter den Badschmelzverfahren haben die Direktverfahren, die in einem Zug alle drei Verfahrensschritte Rösten, Schmelzen sowie Verblasen in sich vereinen, große Bedeutung. Großtechnische Anwendung haben auf diesem Gebiet die als Mitsubishi-Verfahren und Noranda-Prozess bekannten Produktionsverfahren erlangt. Obwohl beim Mitsubishi-Verfahren der Verschleiß der Sauerstoff/Luft-Lanzen und die Qualität des erzeugten Blisterkupfers problematisch sind, wurde bei diesem Prozess der bisher einzige kontinuierlich und wirtschaftlich arbeitende Konverter integriert. Während sich die Badschmelzverfahren gut für den direkten Einsatz von Rücklaufmaterialien eignen, ist dies bei den Schwebeschmelzverfahren nur in begrenztem Maße möglich. Das bestimmt unter Umständen auch die Auswahl des Prozesses, da die Rückgewinnung aus Sekundärmaterialien eine immer größere Bedeutung gewinnt.

Die hydrometallurgische bzw. nass-chemische Gewinnung von Kupfer wird für oxidische und oxidisch-sulfidische Erze eingesetzt. Sie hat einen vergleichsweise niedrigen, aber stetig steigenden Anteil an der weltweiten Kupfergewinnung. Dabei wird zunächst Kupferkonzentrat mit einem Kupfergehalt von 15-30 % durch die Auslaugung der Erze mit Schwefelsäure gebildet. Beim anschließenden Vorgang der Zementation wird das saure Extrakt mit Eisenschrott versetzt, wodurch Eisen in Lösung geht und das edlere Kupfer als Metall freigesetzt wird. Das so entstandene Rohkupfer muss in einem Raffinationsschmelzen noch von Verunreinigungen wie z.B. Eisen, Blei, Zinn, Zink, Arsen oder Antimon getrennt werden bevor es den abschließenden Prozess der elekrolytischen Raffination durchläuft. Das Verhältnis zwischen pyrometallurgischer und hydrometallurgischer Gewinnung liegt bei ca. 80 % zu 20 %.

Durch die etwa 1970 erfolgte Einführung der Solventextraktionstechnik (Laugung mit Schwefelsäure und organischen Extraktionsmitteln) mit dem daran anschließenden Elektrowinning-Prozess (Winning-Elektrolyse) wurde die hydrometallurgische Verarbeitung -vorzugsweise von oxidischen Kupfererzen – entscheidend verbessert. Die gewonnenen SXEW-Kathoden stehen qualitativ den durch Raffinations- Elektrolyse gewonnenen Kathoden nicht nach.