Wie Kupfer abgebaut wird: Methoden, Geschichte und Vorkommen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Kupfer ist heute ein ungewöhnlich gefragtes Metall und findet sowohl im Alltag als auch in der Industrie breite Anwendung. In der Natur kommt Cu sowohl in reiner Form als auch in Form eines Erzes vor. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Kupfer aus den ursprünglichen Gesteinen zu extrahieren und zu gewinnen. In der Industrie sind sie jedoch weit verbreitet. Wie Kupfer abgebaut wird, wird im Artikel besprochen.

Ein bisschen Geschichte

In welchem Gebiet in der Antike Kupfer abgebaut und erstmals von Menschen genutzt wurde, konnten Archäologen leider nicht herausfinden. Sicher ist jedoch, dass es dieses Metall war, das die Menschen als allererstes verarbeiteten und im täglichen Leben verwendeten.

Kupfer ist den Menschen seit der Steinzeit bekannt. Einige von Archäologen gefundene Nuggets dieses Metalls weisen Spuren der Bearbeitung mit Steinäxten auf. Anfänglich verwendeten die Menschen Kupfer hauptsächlich als Dekoration. Gleichzeitig verwendeten die Menschen in der Antike ausschließlich die von ihnen gefundenen Nuggets dieses Metalls für die Herstellung solcher Produkte. Später lernten die Menschen zu verarbeiten undkupferh altiges Erz.

Die Idee, wie Cu abgebaut und verarbeitet wird, war vielen Völkern der Antike bekannt. Viele Beweise wurden von Archäologen gefunden. Nachdem der Mensch gelernt hatte, Legierungen aus Kupfer und Zink herzustellen, begann die Bronzezeit. Eigentlich wurde der Name „Kupfer“einst von den alten Römern geprägt. Dieses Metall wurde hauptsächlich von der Insel Zypern in dieses Land gebracht. Deshalb nannten es die Römer aes cyprium.

Wie Kupfer in der Antike abgebaut wurde

Da dieses Metall im menschlichen Leben einst sehr weit verbreitet war, waren die Technologien zu seiner Gewinnung natürlich ziemlich perfekt entwickelt. Unsere Vorfahren gewannen Kupfer hauptsächlich aus Malachiterzen. Eine Mischung aus solchem Material und Kohle wurde in ein irdenes Gefäß gegeben und in eine Grube gestellt. Als nächstes wurde die Masse im Topf angezündet. Das entstehende Kohlenmonoxid reduziert Malachit zu Kupfer.

Aktien in der Natur

Wo kann Kupfer heute in freier Wildbahn gefunden werden? Derzeit werden auf allen Kontinenten der Erde Vorkommen dieses beliebten Metalls entdeckt. Gleichzeitig gelten die Cu-Reserven als praktisch unbegrenzt. Geologen unserer Zeit finden neue Lagerstätten von reinem Kupfer sowie Erzen, die es enth alten. 1950 beliefen sich die Weltreserven dieses Metalls beispielsweise auf 90 Millionen Tonnen. Bis 1970 stieg diese Zahl bereits auf 250 Millionen Tonnen und bis 1998 auf 340 Millionen Tonnen. Im Moment wird angenommen, dass die Kupferreserven auf dem Planeten mehr als 2,3 Milliarden Tonnen betragen.

Lagerstätten und Methoden zur Gewinnung von reinem Kupfer

Wie bereits erwähnt, nutzten die Menschen zunächst natives Cu im Alltag. Natürlich wird es erh altenso reines Kupfer heute. Nuggets dieses Metalls entstehen in der Erdkruste durch exogene und endogene Prozesse. Die größte bekannte Lagerstätte von nativem Kupfer auf dem Planeten befindet sich derzeit in den Vereinigten Staaten in der Region Lake Superior. In Russland kommt natives Kupfer in der Lagerstätte Udokan sowie an einigen anderen Orten in Transbaikalien vor. Darüber hinaus lautet die Antwort auf die Frage, wo in Russland Kupfer in Form von Nuggets abgebaut werden kann, die Ural-Region.

In der Natur wird reines Metall dieser Sorte in der Zone der Oxidation von Kupfersulfatablagerungen gebildet. Normalerweise enth alten Nuggets selbst etwa 90-99% Kupfer. Der Rest entfällt auf andere Metalle. Als Antwort auf die Frage, wie natives Kupfer abgebaut wird, dienen jedenfalls zwei Haupttechnologien. Solche Lagerstätten werden ebenso wie Erzvorkommen durch ein geschlossenes Minen- oder Tagebauverfahren erschlossen. Im ersten Fall werden technologische Prozesse wie Bohren und Brechen verwendet.

Kupfernuggets können viel wiegen. Die größten von ihnen wurden einst am Lake Superior in den USA gefunden. Das Gewicht dieser Nuggets betrug etwa 500 Tonnen.

Wo in Russland Kupfer abgebaut wird, haben wir herausgefunden. Dies ist hauptsächlich Transbaikalien und der Ural. In unserem Land wurden natürlich zu verschiedenen Zeiten auch sehr große Nuggets dieses Metalls gefunden. So wurden im Mittleren Ural oft tonnenschwere Kupferstücke gefunden. Einer dieser 860 kg schweren Nuggets wird heute in St. Petersburg im Museum des Bergbauinstituts aufbewahrt.

Kupfererze und ihre Vorkommen

Aktuell gilt die Gewinnung von Cu auch dann als wirtschaftlich und sinnvoll, wenn es mindestens zu 0,3 % im Gestein enth alten ist.

Am häufigsten werden heute folgende Gesteine in der Natur abgebaut, um Kupfer industriell in der Natur zu isolieren:

• bornites Cu₅FeS_{4 - Sulfiderze, auch kupferpurpurne oder bunte Pyrite genannt und enth alten etwa 63,3 % Cu;}

• Chalkopyrit CuFeS_{2 - Mineralien hydrothermalen Ursprungs;}

• Chalcosine Cu_{2S mit mehr als 75 % Kupfer;}

• Cuprite Cu_{2O, auch häufig in heimischen Kupfervorkommen zu finden;}

• Malachite, die kohlenstoffh altiges Kupfergrün sind.

Das größte Kupfererzvorkommen Russlands befindet sich in Norilsk. Auch im Ural, in Transbaikalien, in Tschukotka, in Tuwa und auf der Kola-Halbinsel werden solche Gesteine in großen Mengen abgebaut.

Wie Kupfererzvorkommen erschlossen werden

Verschiedene Arten von Cu-h altigen Gesteinen sowie Nuggets können auf dem Planeten mit zwei Haupttechnologien abgebaut werden:

• geschlossen;
• offen.

Im ersten Fall werden auf der Lagerstätte Minen gebaut, deren Länge mehrere Kilometer erreichen kann. Um Arbeiter und Ausrüstung zu bewegen, sind solche unterirdischen Tunnel mit Aufzügen und Eisenbahnschienen ausgestattet. Gesteinszerkleinerung in Minen wird mit durchgeführtspezielle Bohrgeräte mit Spikes. Die Sammlung von Kupfererz und seine Verladung für den Transport nach oben erfolgen mit Eimern.

Liegen die Lagerstätten nicht weiter als 400-500 m von der Erdoberfläche entfernt, werden sie im offenen Verfahren abgebaut. Dabei wird zunächst die obere Gesteinsschicht mit Sprengkörpern aus dem Feld entfernt. Außerdem wird das Kupfererz selbst nach und nach abgebaut.

Methoden zur Metallgewinnung aus Gestein

Wie Kupfer abgebaut wird, bzw. Erze, die es enth alten, haben wir also herausgefunden. Aber wie erh alten Unternehmen anschließend Cu selbst?

Es gibt drei Möglichkeiten, Kupfer aus Gestein zu extrahieren:

• elektrolytisch;
• pyrometallurgisch;
• hydrometallurgisch.

Pyrometallurgisches Flotationsverfahren

Diese Technologie wird üblicherweise verwendet, um Kupfer aus Gestein zu isolieren, das 1,5-2 % Cu enthält. Solches Material wird durch das Flotationsverfahren angereichert. Gleichzeitig:

• Erz wird sorgfältig zu feinstem Pulver gemahlen;
• Mische das resultierende Material mit Wasser;
• der Masse spezielle Flotationsreagenzien zusetzen, bei denen es sich um komplexe organische Substanzen handelt.

Flotationsreagenzien beschichten kleine Körner verschiedener Kupferverbindungen und verleihen ihnen Nichtbenetzbarkeit.

Nächster Schritt:

• dem Wasser werden schaumerzeugende Stoffe zugesetzt;
• einen starken Luftstrom durch die Aufhängung leiten.

Leichte trockene Partikel von Kupferverbindungen bleiben dadurch an Luftblasen haften und schwimmen nach oben. Der sie enth altende Schaum wird gesammelt, aus Wasser ausgedrückt und gründlich getrocknet. Als Ergebnis erhält man ein Konzentrat, aus dem dann Roh-Cu isoliert wird.

Wie Kupfer aus Erz abgebaut wird: Anreicherung durch Rösten

Das Flotationsverfahren wird in der Industrie recht häufig eingesetzt. Manchmal wird aber auch Rösttechnik zur Anreicherung von Kupfererz eingesetzt. Diese Technik wird am häufigsten für Erze verwendet, die eine große Menge Schwefel enth alten. Dabei wird das Material auf eine Temperatur von 700-8000 °C vorgewärmt. Dadurch werden Sulfide oxidiert, wobei der Schwefelgeh alt im Gestein abnimmt.

Das so aufbereitete Erz wird im nächsten Schritt in Schachtöfen bei 14.500 °C geschmolzen. Letztendlich wird bei Verwendung dieser Technologie eine Matte erh alten - eine Legierung aus Kupfer und Eisen. Außerdem wird diese Verbindung durch Einblasen von Konvertern verbessert. Als Ergebnis geht Eisenoxid in Schlacke und Schwefel in SO4 über.

Herstellung von reinem Kupfer: Elektrolyse

Bei der Verwendung von Flotations- und Röstverfahren wird Blasenkupfer gewonnen. Tatsächlich enthält ein solches Material etwa 91 % Cu. Um reineres Kupfer zu erh alten, wird Rohkupfer weiter raffiniert.

Dabei werden zunächst dicke Anodenplatten aus Primärkupfer gegossen. Weiter:

• nimm eine Kupfersulfatlösung in das Bad;
• im Badezimmer hängenAnodenplatten;
• Als Kathoden werden dünne Bleche aus reinem Kupfer verwendet.

Während der Elektrolysereaktion wird Kupfer an den Anoden gelöst und an den Kathoden ausgefällt. Kupferionen bewegen sich zur Kathode, nehmen ihr Elektronen ab und gehen in Cu+2+2e-Atome über?>Cu.

Im Blisterkupfer enth altene Verunreinigungen können sich bei der Raffination anders verh alten. Zink, Cadmium, Eisen lösen sich an der Anode, setzen sich aber nicht an der Kathode ab. Tatsache ist, dass sie in der Reihe der elektrochemischen Spannungen links von Kupfer liegen, also negativere Potentiale haben.

Kupfersulfat wird durch langsame Oxidation von Sulfiderz mit Sauerstoff zu Kupfersulfat CuS + 2O₂ > CuSO_{4 gewonnen. Anschließend wird das Salz mit Wasser ausgelaugt.}

Hydrometallurgisches Verfahren

In diesem Fall wird Schwefelsäure verwendet, um Kupfer auszulaugen und anzureichern. Als Ergebnis der Reaktion unter Verwendung dieser Technologie wird eine mit Cu und anderen Metallen gesättigte Lösung erh alten. Kupfer wird dann daraus isoliert. Mit dieser Technik können neben Blisterkupfer auch andere Metalle, auch Edelmetalle, gewonnen werden. In jedem Fall wird diese Technologie am häufigsten verwendet, um Cu aus Gesteinen zu extrahieren, die nicht zu reich daran sind (weniger als 0,5 %).

Kupfer zu Hause

Die Trennung dieses Metalls von damit gesättigten Erzen ist daher technologisch relativ einfach. Einige interessieren sich daher dafür, wie man zu Hause Kupfer abbaut. Holen Sie sich dieses Metall aus Erz, Ton usw. mit Ihren eigenen Händen, ohnedie Verfügbarkeit von Spezialausrüstung wird jedoch sehr schwierig sein.

Manche interessieren sich zum Beispiel dafür, wie man mit eigenen Händen Kupfer aus Ton gewinnt. Tatsächlich gibt es in der Natur Vorkommen dieses Materials, das auch reich an Cu ist. Leider sind jedoch keine bewährten Technologien bekannt, um Kupfer aus Ton zu Hause zu gewinnen.

Mit eigenen Händen kann versucht werden, dieses Metall zu Hause zu isolieren, vielleicht nur aus Kupfersulfat. Letztere müssen dazu zunächst in Wasser gelöst werden. Als nächstes müssen Sie nur einen Eisengegenstand in die resultierende Mischung legen. Letzterer wird nach einiger Zeit durch die Substitutionsreaktion mit einer Kupferschicht überzogen, die dann einfach abgewischt werden kann.