Kupfer

Allgemein
Chemisches Element, Symbol Cu, hochschmelzendes Schwermetall.

Kupfer ist ein rötliches, sehr zähes und dehnbares Metall, das durch Verhüttung aus gerösteten Kupfererzen (Kupferstein) gewonnen wird (Primärgewinnung), oder durch die Aufarbeitung von Schrott verschiedener Qualität (Sekundärgewinnung) wieder verwendbar gemacht wird.

Die Gewinnung des Rohkupfers erfolgt in mehreren Reaktionsstufen. Der Reaktionsablauf führt über die Verfahrensstufen Schmelzen zu Kupferstein mit einem Cu-Gehalt von 30–80 %, Konvertieren zu Blisterkupfer (Cu-Gehalt 96–99 %) und zu der nachfolgenden Feuer-Raffination zu Anodenkupfer mit einem Cu-Gehalt ≥ 99 %.

Als hauptsächliches Gewinnungsverfahren wird das Schwebeschmelzverfahren (Outokumpu-Verfahren) angewendet.

In einem Reaktionsschacht werden die vorgetrockneten Konzentrate geröstet und geschmolzen. Ein darunter liegender Absetzherd trennt Schmelze und Schlacke. Alle Reaktionsschritte wie Rösten, Schmelzen und Verblasen sind in einem Prozessablauf vereint.

Abschließend wird Kupfer im Schmelzfluss und durch Elektrolyse raffiniert. Die Raffination ist deshalb notwendig, um geringste Verunreinigungen im Kupfer zu entfernen, da bereits sehr geringe Anteile die thermische und elektrische Leitfähigkeit des Kupfers stark herabsetzen.

Bei der Feuer-Raffination werden im Raffinier-Flammofen Verunreinigungen durch Einblasen von Luft entfernt und anschließend durch „Polen“ des flüssigen Kupfersteins im Drehofen (Anodenofen) die noch verbleibenden Anteuile an Schwefel entfernt und vor allem der Sauerstoffgehalt auf 500 ppm bis 2000 ppm reduziert. Früher erfolgte das „Polen“ durch das Eintauchen von Birken- oder Buchenstämmen in das flüssige Metall, das heute mit dem Einsatz von Erdgas, Propan, Naphtha, Reformiergas oder Ammoniak als Reduktionsmittel ausgeführt wird. Das feuerraffinierte, zähgepolte Kupfer wird zum Teil zu Halbzeugen wie Rundbolzen oder Walzplatten auf Stranggießanlagen verarbeitet. Ein hoher Produktionsanteil wird anschließend mit einer elektrolytischen Raffination verfeinert.

Bei der Kupferelektrolyse wird das Kupfer als Anode geschaltet, während als Katode ein Reinkupferblech dient. Der Elektrolyt besteht aus schwefelsaurer Kupfersulfatlösung. Das Kupfer geht aus der Anode in Lösung und wird an der Katode chemisch rein niedergeschlagen. Dieses ohne Umschmelzung gewonnene, elektrolytisch niedergeschlagene Kupfer wird als Katoden-Elektrolytkupfer bezeichnet und hat danach eine Konzentration von 99,99 % Cu. Die so erzeugten Kathodenplatten werden je nach Verwendungsprofil wieder eingeschmolzen und zu Formaten für die Halbzeugherstellung vergossen.

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