ZU DEN KURSEN!

Werkstofftechnik 2 - Kupfer

Kursangebot | Werkstofftechnik 2 | Kupfer

Werkstofftechnik 2

Kupfer

Kupfer ist ein Nichteisenmetall, dass besonders in der Elektrotechnik zum Einsatz kommt.

Kupferrohr
Kupferrohr

Kupfer als Baustoff:

Kupfer als Baustoff
Kupfer als Baustoff

Dabei dient es als Werkstoff, an welchen besonders hohe Anforderungen in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit gestellt wird. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Kathodenkupfer [KE-CU] mit einer Reinheit von mehr als 99,9 %. 

Um Kupfer in Reinform herstellen zu können bedient man sich des Ausgangsstoffs Chalkopyrit (oder auch: Kupferkies) $ CuFeS_2$, welches mineralisch vorliegt. Die sulfidischen Kupfererze werden nach dem pyrometallischen Verfahren verarbeitet. Die anderen oxidischen Kupfererze [ca. 20 %] werden hingegen nach dem hydrometallurgischen Verfahren verarbeitet.

Zu Beginn der Kupfergewinnung wird das Roherz, welches fast immer einen Kupfergehalt von weniger als 2 Prozent besitzt, mit Hilfe von Flotation bearbeitet. Dabei kann bereits ein Teil des begleitenden Gesteins und Pyrits entfernt werden, womit sich der Kupfergehalt auf bescheidene 25 Prozent erhöht.

Im nächsten Schritt wird ein besonderer Schwefelgehalt eingestellt, wodurch ein Schmelzen von Kupferstein ermöglicht wird. Dabei wird das schwefelreiche Erz geröstet und 50 Prozent des Eisensulfidanteils oxidieren zu Eisenoxid und Schwefeldioxid [gasförmig]. 

Die Reaktionsgleichung für den Röstvorgang ist:

$\ 2 FeS_2 + 3 O_2 \rightarrow 2 FeO + 2 SO_2 $.

Anschließend wird, wie bei anderen Metallen, eine Schlacke mit besonders geringer Kupferlöslichkeit erzeugt mit der die Gangart entfernt werden kann. Das verbliebene Eisenoxid wird im Schmelzprozess zu Kupferstein geschmolzen. 

Der gewonnene Kupferstein wird in einen Blaskonverter überführt. Im nächsten Schritt wird durch seitliche Gebläse Sauerstoff in den Konverter geblasen und daraufhin oxidiert die Schmelze. 

Der Oxidationsvorgang erfolgt in zwei Teilschritten:

1. Konverterphase:

$ 2 FeS_2 + 3O \rightarrow 2 FeO + 2SO_2 $

$ 2 FeO + SiO_2 \rightarrow Fe_2SiO_4 $

Nach der Oxidation des Eisens und der Überführung in die Schlacke, muss letzteres entfernt werden. 

2. Konverterphase: 

$Cu_2S + O_2 \rightarrow 2 Cu + SO_2 $

Nach der 2. Konverterphase liegt ausschließlich Rohkupfer vor. 

Merke

Da während der beiden Phasen eine nicht unerhebliche Menge an Kupfer über den Schlackenabzug ausgetragen wird, ist es ratsam die Schlacken erneut aufzubereiten.

Am Ende des Konvertierens liegt bereits eine Kupferschmelze mit einer Reinheit von bis zu 98 % vor. Trotzdem schließt sich fast immer eine pyrometallurgische und/oder elektrolytische Raffination an das Konvertieren an um die Reinheit noch weiter zu erhöhen.  

Nachfolgend eine Übersicht aller Verfahrensschritte

Herstellung von Kupfer
Herstellung von Kupfer