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Kupferraffination

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by

Laura Wanner

on 5 March 2015

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Transcript of Kupferraffination

1. Kupfer
2. Kupferraffination
Gliederung
1. Kupfer
1.1 allgemeine Informationen
1.2 Eigenschaften
1.3 Geschichte
1.4 Vorkommen
1.5 Produktion
1.6 Kupfer im menschlichen Körper
1.7 Verwendung
2. Kupferraffination
2.1 Begriff
2.2 Zweck
2.3 Ablauf des Prozesses
2.4 Affinerien
2.5 Vorteile
2.6 Nachteile
3. Quiz
1.1 Allgemeine Informationen
1.1 Eigenschaften
1.3 Geschichte
1. 4 Vorkommen
1. 5 Produktion
1. 6 Kupfer im menschlichen Körper
1. 7 Verwendung
2.1 Begriff
2. 2 Zweck
2. 3 Prozess
2. 4 Affinerien
2. 5 Vorteile
2. 6 Nachteile
3. Quiz
1. Frage
Lösung:
2. Frage
Lösung:
3. Frage
Lösung:
Quellen
- chemisches Element
- lat. cuprum; abgeleitet von aes cyprium ( Erz von der Insel Zypern)

Übergangselemente (auch Übergangsmetalle)
- Position im Periodensystem

Typische Eigenschaften:
- bilden gefärbte Verbindungselemente
- können sehr viele Oxidationszustände annehmen
- gute Katalysatoren
Schwermetalle
- bestimmte Gruppe von Metallen
- Dichte > 5,0g/cm³
Kupfergruppe
- Kupfer, Gold, Silber und Roentgenium (seit 1994)
- ähnliche Eigenschaften
- Oxidationsstufen +1 bis +3 häufig
- Münzmetalle
- kommen alle gediegen vor

- rötlich glänzend
- ist wiederverwendbar
- Reinkupfer relativ weich, zäh, gut schmiedbar und dehnbar
- nach Silber beste elektrische Leitfähigkeit + Wärmeleitfähigkeit
- tritt in den Oxidationsstufen 0, +1, +2, +3 und +4 auf
- löst sich in Schwefelsäure, Salpetersäure und Königswasser auf
- wird von Sauerstoff stark abgegriffen
an feuchter Luft bildet sich ein grüner Überzug (Patina), der im Wesentlichen aus Malachit besteht und das Kupfer vor weiterer Korrosion schützt
Malachit
- häufig vorkommendes Mineral der Mineralklasse der Carbonate
CU ((OH) /CO )
- Kupferanteil von 57%
- ausschließlich grüne Farbe in allen Variationen
Versuch: Kupfermünzen reinigen


Möglichkeiten:
- Tabasco
- Ketchup
- Essig
- Cola

alle diese Lebensmittel enthalten leichte Säuren,
z.B. Phosphorsäure in Cola
- Kupfer wurde von den ersten bekannten Kulturen vor 10.000 Jahren verwendet
- um 4000 v.Chr. erste Massenproduktionsstädte in Jordanien
- erste Spiegel wurden aus Kupfer hergestelllt
- größter vorindustrieller Kupferhersteller:
Römisches Reich (ca. 15.000t jährlich)
bauten auch erste Wasserleitungen aus Kupfer
Kupferzeit
auch Kupfersteinzeit; beschreibt den Zeitraum, in dem der Kupferbergbau sowie grundlegenden Techniken der Berarbeitung von Metallen erfunden wurden
- kommt von Natur aus selten gediegen (=elementar) vor
- als Mineral anerkannt
- gediegenes Kupfer konnte an 2900 Orten nachgewiesen werden
- größte Vorkommen in Chile, Peru, USA
- Kupfererze kommen sehr häufig vor,
z.B.: Malachit

Mineral
= Element oder chemische Verbindung, die im Allgemeinen kristallin ist
nicht zufällig, sondern regelmäßig in einer Kristallstruktur angeordnet
Chuquicamata (Chile)
- in der Atacama-Wüste
- ehemals größter Kupfertagebau der Welt
- 1915-2005: 2,3 Milliarden Erz gefördert
- große Umweltbelastung
Produktion in den letzten 50 Jahren massiv gestiegen
Verbrauch auch enorm gestiegen

größter Produzent: Chile mit ca. 5,7 Mio.t pro Jahr
- essentielles Spurenelement
- findet man v.a. in der Leber, aber auch in den Muskeln, im Blut und im Gehirn
- Kupfer-Eiweiß-Verbindungen sind wichtig für:
Sauerstoffverwertung und Elektronentransport; haben eine Art Katalysatorfunktion
- täglicher Bedarf: 80-150 mg
- findet man in Fleisch, Muscheln, Schokolade
Kupfermangel
selten, z.B. bei ausgeprägten Darmerkrankungen
- bewirkt Blutarmut und Knochenschäden
Kupferüberschuss
- bei starkem Stress und in der Schwangerschaft
- freies Kupfer kann zellschädigende Sauerstoffverbindungen erzeugen (freie Radikale)
- Münzen
- Heizrohre, Braukessel, Kochgeschirr, Lötkolben ( guter
Wärmeleiter
)
- Drähte und Stromschienen ( guter
Stromleiter
)
- Abdeckung von Türmen und Dächern; Dachrinnen (
korrosionsbeständig
)
elektrolytische Kupferraffination
technisches Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von Kupfer
elektrischer Strom ermöglicht Redoxreaktion
- Leitfähigkeit des Kupfers hängt von seiner Reinheit ab:
Arsen-Anteil von 0,07% Leitfähigkeit um 1/3 vermindert
- weltweiter Bedarf an Reinkupfer kann nicht durch natürliche Vorkommen gedeckt werden
Kupfererze
Abrösten
Rohkupfer
(Garkupfer)
elektrolytische

Raffination
Reinkupfer
kommen oft vor
Reinheit 94- 97%
Reinheit 99,98%
reicht für Elektroindustrie nicht aus
- Rohkupfer wird als Anode;
- Reinkupfer als Kathode verwendet
- in verdünnter Schwefelsäure mit Kupfersulfat ( CuSO )
- Spannung 0,2 - 0,4 Volt, um den Widerstand des Elektrolysebads zu überwinden und die Unterschiede an den Elektrodenpotenzialen auszugleichen
4
Verunreinigunugen des Kupfers bestehen aus Platin, Gold, Silber, Eisen, Blei, Arsen, Zink
- Metalle mit niedrigem Elektrodenpotenzial
Lösung
- Metalle mit hohem Elektrodenpotenzial
unlöslicher Anodenschlamm am Boden
Reaktionsgleichung
Anode: Cu (roh) Cu +2e
Kathode: Cu + 2e Cu (rein)

Redox: Cu (roh) Cu (rein)
2+
2+
-
-
- Gewinnung von Reinkupfer erfolgt in Raffinerien

Aurubis AG

- Sitz in Hamburg
- einer der größten Kupferproduzenten + weltgrößter Kupferrecycler
- jährlich über 1 Mio. Kupferkathoden
weltweit: China an 1.Stelle
- Anodenschlamm wertvolles Nebenprodukt
durch weitere Aufbereitung: reines Silber, Gold, Platin


- Reinkupfer ist sehr weich, zäh, schmiedbar + dehnbar
2
2
2
Nachteile der Kupferproduktion
Beispiel
Chuquicamata
- hohe Feinstaub-Belastung (verursacht z.B. Staublungen, Asthma und Krebs)
Bewohner ungesiedelt
- große Umweltbelastung: Arsen und andere Giftstoffe haben den Boden verseucht
Nachteile der Kupferraffination:

- sehr kostspielig
- energieaufwendig: 250kWh werden benötigt, um 1t Reinkupfer herzustellen

Beispiel
Aurubis AG (Hamburg)
- 1985 Arsenskandal: Schwermetalle verseuchten den Boden
Wann wird ein Überzug über das Kupfer gebildet und aus was besteht dieser Überzug?
An feuchter Luft bildet sich ein Überzug aus Malachit, um das darunterliegende Kupfer vor weiterer Korrosion zu schützen.
Was kann man aus Anodenschlamm gewinnen?
Aus Anodenschlamm kann man in weiteren Aufbereitungsprozessen reine Edelmetalle wie z.B. Gold, Silber oder Platin gewinnen.
Nennt Vorteile der Kupferraffination.
- Das Reinkupfer ist weich, zäh, gut schmied- und dehnbar und kann auf vielfältige Weise in der Elektroindustrie eingesetzt werden.
- Anodenschlamm bildet ein wichtiges Nebenprodukt.
Danke für eure Aufmerksamkeit!
Noch Fragen
- Rampf, Heribert: Chemie Aufbauwissen. Allgemeine und anorganische Chemie, 2007, S.102f.
- Schäfer/Wolf: Protonen und Elektronen. Abitur-Wissen Chemie, 2002, S.79/164f.
- www.wikipedia.de
- http://www.investor-verlag.de/rohstoffe/edelmetalle/kupfer-als-geldanlage/kupfer-die-minenproduktion/111186751/
- http://www.seilnacht.com
- http://www.chemie.de/lexikon/Kupferraffination.html
- http://www.apotheken-umschau.de/laborwerte/kupfer
- http://www.studenthelp.de/p/referate/02/4450.htm
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