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Raffination von Kupfer
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Raffination von Kupfer
Lena und Miriam
Allgemeines
- Kupfer (Cu) -> Metall
- 4. Periode, 11. Gruppe
- eins der ältesten Metalle der Menschheit
- sehr selten in reiner Form vorzufinden
- Kupfer und Gold -> einzige farbigen metallischen Elemente
- Kupfer und Silber -> beste Leiter für Wärme/Elektrizität
- langlebig
- neue Eigenschaften in Legierungen mit anderen Metallen
- ohne Qualitätsverlust recyclebar
Allgemeines
Geschichte
- mit das erste Metall, das den Menschen bekannt war
- Verwendung schon seit 4000 v. Chr.
-> Herstellung von Waffen, Werkzeugen aber auch Schmuck
- 400m lange Wasserleitung im Tempel des Sahuré (2500 v. Chr.)
- Kupferzeit (5500-2200 v. Chr.):
-> wirtschaftliche Bedeutung von Kupfer wächst
- immer mehr Verarbeitungsmöglichkeiten
-> hämmern
-> schmelzen
-> gießen
Geschichte
Der Mann aus dem Eis
- Ötzi (ca. 3000 v. Chr.)
- lebte während der Kupferzeit
-> Werkzeuge aus Kupfer
- Arsen in Ötzis Haaren
-> Arsen=Begleitelement in kupferhaltigen Gesteinen
- beim Schmelzen und verarbeiten seiner Werkzeuge wurde das Gift freigesetzt
kleiner Exkurs...
Rekonstruktion des Beils
Vorkommen und Verwendung
Vorkommen
und
Verwendung
- 0,006% Kupfergehalt in der Erdkruste
- ständige Vergrößerung der Kupfervorkommen
- Bedarf an Kupfer kann zu 35% mit recyceltem Kupfer gedeckt werden
Zweck
- Reinheit von Kupfer bestimmt seine Eigenschaften
-> chemische Stabilität
-> elekt. Leitfähigkeit
-> Wärmeleitfähigkeit
- Problem: kupferhaltige Erze sind verunreinigt (Eisen, Gold,...)
- Aufbereiten mittels der elektrolytischen Raffination
--> bestmögliche Ausnutzung der Eigenschaften
Bonus: anfallender Anodenschlamm enthält weitere Metalle
Technische Durchführung
technische Durchführung
- verschiedene Verfahren, die der Kupfer-Raffination voraus gehen
-> Flotation
-> Verhüttung (Rösten)
-> Feuer-Raffination
-> Schwebeschmelzverfahren
- Elektrolytische Raffination
-> Rohkupfer -> Reinkupfer
Verhüttung
Flotation und Verhüttung
Prozess um das Kupfer möglichst stark zu bereinigen
1. Flotatioion
2.Rösten: Kupferkies (chem. Verbindung aus Kupfer, Eisen, Schwefel) wird erhitzt, bis Röstgase ( z. B. Schwefeloxid) entstehen, die durch Silicumoxid verschlackt werden und durch ihre geringer Dichte abgetragen werden können.
Durch eine Vermischung mit Koks entsteht Kupferstein (70% Kupferanteil)
3. Schlackeblasen: in einem Konverter bilden sich Sauerstoffblasen, wodurch das restliches Eisen mit Sauerstoff zu Eisenoxid reagieren kann
4. Garblasen: Kupfersulfid reagiert mit Sauerstoff zu Rohkupfer und Schwefeloxid (98% Kupferanteil)
Kupfer-Raffination
Reaktionsgleichungen
Anode:
Cu (roh) -> Cu2+ + 2e-
Fe -> Fe2+ + 2e-
Zn -> Zn2+ + 2e-
Kathode:
Cu2+ + 2e- -> Cu (rein)
Elektrolyt:
2H2O -> 4H+ + O2 + 4e-
2Cu + O2 -> 2CuO
H2SO4 + CuO -> CuSO4 + H2O
--> Kupfer wird maschinell von Kathode getrennt und weiterverarbeitet
Vor- und Nachteile
Vorteile
Nachteile
- hoher Engerieaufwand
- große Umweltgefährdung (auch beim Erzabbau)
- hoher Zeitaufwand
Vor- und Nachteile
- sehr reines Kupfer
- wertvolle Nebenprodukte aus dem Anodenschlamm
- günstig
Quellen
Textquellen
- Chemie Buch
- https://kupfer.de/
- https://www.mecu.de/lp/kupfer-ein-metall-mit-geschichte-natuerlich-von-mecu/
- https://www.kinderzeitmaschine.de/vorgeschichte/ereignisse/jungsteinzeit/kupferverarbeitung/
- https://www.leifichemie.de/anorganische-chemie/metalle-und-erze/grundwissen/kupferherstellung-elektrolytische-raffination
- https://www.seilnacht.com/Lexikon/kupfraf.html
- https://www.leifichemie.de/anorganische-chemie/metalle-und-erze/grundwissen/kupferherstellung-roesten-und-schlackeblasen
- https://knowunity.de/knows/chemie-kupferraffination-3139f0bc-a699-4c74-aa80-775be9e8c362
Bildquellen
- https://q9j8s3a5.rocketcdn.me/wp-content/uploads/2020/04/Kupferreserven_2019_nach-L%C3%A4ndern.jpg
- https://d1u2r2pnzqmal.cloudfront.net/content_images/images/16215/normal/Stromkabel_mit_Kupferdr%C3%A4hten.jpg?1685097400
- https://image.stern.de/7799352/t/q8/v1/w1440/r1.7778/-/muenzen-euro.jpg
- https://selection4.store/media/image/71/0c/4b/kupfertopf-serie-mit-keramik-innenbeschichtung-kupfermanufaktur-weyersberg-4.jpg
- https://www.heizsparer.de/wp-content/uploads/images/heizungsrohre-kupfer-olegdoroshin-adobestock.jpg
- https://www.altes-handwerk.ch/wp-content/uploads/2016/02/Kupferschmuck_aus_Vinelz_am_Bielersee.jpg
- https://asset.museum-digital.org/bawue/resources/images/201810/500w_20181009103611.jpg
- https://aid-magazin.de/wp-content/uploads/sites/3/2023/05/Kupferobjekte.jpg
- https://www.leifichemie.de/sites/default/files/images/150b02ee5ef67fc2759a7deef4bfd83d/0Kupferbeil_%C3%96tzi.webp
- https://images.tagesschau.de/image/ce7c44b0-70d3-4ed1-b06d-341d2f5289e3/AAABif7cZE4/AAABibBxrfI/16x9-1920/oetzi-112.jpg
- https://www.chemieunterricht.de/dc2/haus/images/bild37.jpg
- https://www.seilnacht.com/Lexikon/rohkupf.JPG
- https://www.seilnacht.com/Lexikon/reinkupf.JPG
- https://www.mineralienatlas.de/VIEWmaxFULL.php/param/1261412363-Atacamit.jpg
- https://th.bing.com/th/id/R.787f3eede4184287a5c4980fd641ebc9?rik=kezXh7jABTprxw&riu=http%3a%2f%2fwww.spektrum.de%2flexika%2fimages%2fchemie%2ffff704_w.jpg&ehk=%2bpvU06WDziwhEVHMC3GW78hg09NQlSLIv2t3BqgEy1M%3d&risl=&pid=ImgRaw&r=0