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Kupfer


Verhüttung von Kupfer

Gießen von Kupfer
Gießen von Kupfer

Gießen von Kupfer im 20. Jahrhundert. Calumet, Houghton Co., Michigan, USA

Public Domain


Erzeugung von Kupfer aus sulfidischen Erzen

Kupfer wird je nach zugrundeliegendem Erz pyro- oder hydrometallurgisch gewonnen. Aus sulfidischen Erzen wird in einem Schachtofenprozess der sogenannte Kupferstein gewonnen und anschließend in einem sogenannten Pierce-Smith-Konverter zu Schwarz- oder Blisterkupfer mit 80–96 % Kupfergehalt verblasen. Dabei setzen Kupfersulfid und Kupferoxid unter Abspaltung von Schwefeldioxid zu Kupfer um, Eisen als Hauptbegleitelement wird verschlackt. Die Schachtofentechnik bezeichnete man fachsprachlich lange als „deutschen Weg“. Der „englische Weg“ ist ähnlich, erfolgt aber im Flammofen. Im weiteren Prozessverlauf erfolgt das „Dichtpolen“; früher wurde dazu die Schmelze mit Baumstämmen umgerührt, heute wird Erdgas in die Schmelze eingeblasen. Hierbei entsteht sogenanntes Garkupfer (Anodenkupfer), das zu Anodenplatten vergossen wird, die einer Raffinationselektrolyse unterzogen werden.


Erzeugung von Kupfer aus oxidischen und armen sulfidischen Erzen

Oxidische Erze und arme sulfidische Erze werden hingegen einer Gewinnungselektrolyse unterzogen. Dazu werden oxidische Erze mit Schwefelsäure gelaugt, für sulfidische Erze muss ein komplizierteres Drucklaugungsverfahren angewendet werden. Die kupferhaltige Lösung wird vor der Elektrolyse noch mittels Solventextraktion angereichert. Produkt ist ein mit 99,90 % Kupfergehalt sehr reines, aber wasserstoffhaltiges Kathodenkupfer (Elektrolyseprinzip: Wasserstoff und die Metalle schwimmen mit dem Strom).

Die im Flammofen oder elektrolytisch feinraffinierten Kupferschmelzen werden zu Blöcken (Masseln) aus reinem Kupfer oder zu Formaten (Stranggießen) vergossen. Wird zuvor legiert, dann um bestimmte Eigenschaften, vor allem der Knetlegierungen herbeizuführen.


Die schmelzmetallurgische Gewinnung von Kupfer


Kupferherstellung
Kupferherstellung

Diagramm

H. Lohninger CC 3.0

Die schmelzmetallurgische Gewinnung von Kupfer ("pyrometallurgisches Verfahren") geht von eisenhaltigen Kupfersulfiderzen aus. Der Prozess vom Kupfererz bis zum Reinkupfer ist ein vielstufiger Prozess der im Folgenden kurz beschrieben wird (siehe Prozessdiagramm rechts).

Da die meisten sulfidischen Kupfererze meist nur einen geringen Kupfergehalt aufweisen (typ. 2%), muss vor der metallurgischen Verarbeitung das Erz durch Flotation aufkonzentriert werden. Dabei wird das gemahlene Ausgangsmaterial in ein Bad mit Wasser und Holzteeröl gegeben, das stark schäumt. Das Öl benetzt die Teilchen mit dem Kupfererz wodurch diese im oben schwimmenden Ölschaum mitgenommen werden, während die Gangart im Wasser darunter zu Boden sinkt. Der Ölschaum wird dann ausgepresst und das Öl wieder dem Prozess zugeführt. Der Presskuchen enthält das angereicherte Kupfererz. Das so aufkonzentrierte Erz (ca. 25% Kupferanteil) wird in einem ersten Schritt durch Sauerstoff bei ca. 750°C oxidiert (Rösten), wobei nur das im Erz enthaltene Eisensulfid oxidiert wird:

Aus dem Röstgut ("Rohstein") wird nun das Eisenoxid durch Zugabe von Koks und Quarz bei 1200-1500°C durch Schlackenbildung entfernt. Die spezifisch leichtere Eisensilikatschlacke wird vom schwereren Kupferstein (Cu2S + variable Anteile von FeS) durch Überlauf getrennt, der Kupferstein kann vom Boden des Ofens abgestochen werden.

Der Kupferstein wird nun von enthaltenem Eisensulfid durch Einblasen von Sauerstoff und Zugabe von Quarz getrennt (ebenfalls Schlackenbildung nach der Oxidation des Eisensulfids).


Kupferschmelze
Kupferschmelze

Kupferschmelze in Peru

Archiv: Peter Seroka

Nachdem das Eisen entfernt ist, wird das übrig gebliebene Cu2S ("Sparstein") mit Sauerstoff zu Kupfer(I)oxid, Cu2O, umgewandelt, das seinerseits mit noch verbliebenem Cu2S zu metallischem Kupfer und SO2 reagiert:

Das erhaltene Rohkupfer (94-97% Cu) wird nun in zwei Schritten gereinigt. Im ersten Schritt werden in das geschmolzene Rohkupfer schlackenbildende Zusätze zugegeben und Luft eingeblasen. Das führt dazu, dass Blei, Zink, Antimon und Arsen sich als Oxide verflüchtigen oder mit Eisen-, Cobalt-, Nickel- und Zinnoxidschlacken bilden. Nach Abtrennung der Schlacke wird verbliebenes Kupfer(I)oxid mit Erdgas reduziert. Das so behandelte Kupfer ("Garkupfer") erreicht eine Reinheit von etwa 99% Cu und enthält als Verunreinigung die Edelmetalle. Das Garkupfer wird auch "Anodenkupfer" genannt, da es im letzten - elektrolytischen - Raffinationsschritt als Anodenmaterial eingesetzt wird. Der letzte Reinigungsschritt erfolgt nun elektrolytisch mit Kupfersulfat als Elektrolyt, wobei das Garkupfer als Anode eingesetzt wird und sich im Laufe der Elektrolyse auflöst. An der Kathode scheidet sich Kupfer mit einer Reinheit von 99.95% ab ("Kathodenkupfer"). Im Schlamm unterhalb der aufgelösten Anode befinden sich Selen, Tellur und die Edelmetalle, die in weiterer Folge aus dem Anodenschlamm extrahiert werden.

Quelle: Lohninger, H., 2011; Anorganische Chemie - eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Attribution: Creative Commons - NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported. (Anorganische Chemie steht unter einer Creative Commons-Lizenz zur Verfügung, die es erlaubt (und unterstützt), dass das Buch beliebig kopiert und verteilt werden darf).


Flotation


Flotationszelle
Flotationszelle

Flotation ist ein Trennverfahren, bei dem
in Wasser dispergierte oder suspendierte
Stoffe durch anhaftende Gasblasen;
an die Wasseroberfläche transportiert;
und dort mit einer Räume...

Dhatfield

Flotation (Schwimmaufbereitung) (von englisch: to float – schwimmen) ist ein physikalisch-chemisches Trennverfahren für feinkörnige Feststoffe aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit der Partikel. Dabei macht man sich zunutze, dass Gasblasen sich leicht an hydrophobe, d. h. durch Wasser schwer benetzbare Oberflächen anlagern und den Partikeln Auftrieb verleihen, so dass diese schwimmen. Voraussetzung ist, dass das verwendete Gas sich selbst schwer in Wasser löst. Unter diesen Bedingungen sammeln sich an den hydrophoben Partikeloberflächen die ebenfalls hydrophoben Gasblasen. Das Verfahren wird u.a. als Aufbereitungsverfahren eingesetzt, um Erze und Gangart in einer wässrigen Aufschlämmung (Suspension) zu trennen. Es hat in den meisten Anwendungsbereichen das traditionelle Abschlämmen abgelöst. Laut Definition gemäß VDMA-Einheitsblatt 24430 handelt es sich um ein Trennverfahren, bei dem in Wasser dispergierte oder suspendierte Stoffe durch anhaftende Gasblasen an die Wasseroberfläche transportiert und dort mit einer Räumeinrichtung entfernt werden. Die Kupfererze besitzen einen relativ geringen Kupfergehalt, daher müssen sie durch Flotation angereichert werden. Dabei werden die zermahlenen Erze mit Wasser verrührt. Metallsulfide und Metalloxide stoßen Wasser ab, während die Gesteine der Gangart (Quarz, Silikate) leicht benetzt werden. Durch Zugabe verschiedener Chemikalien, genannt Schäumer und Sammler, werden die schweren Erzteilchen an die Wasseroberfläche transportiert und können abgeschöpft werden.

In das Flotationsbad wird durch einen Schnellrührer oder Lanzen Luft eingetragen und fein verteilt. Im Flotationsbad enthaltene Tenside und Schaumstabilisatoren stabilisieren dabei die Luftblasen. Eine Sorte Partikel lässt sich schlechter mit Wasser benetzen und haftet daher besser an den Luftblasen. Diese Partikel schwimmen mit den Luftblasen auf und können mit dem Schaum abgeschöpft werden. Die übrigen Partikel sollen in der Trübe verbleiben und werden am Ende des Flotationsprozesses abgepumpt.


Heute werden 90 Prozent aller Kupfererze durch Flotation aufkonzentriert. Eine feine Vermahlung ist für diesen Prozess notwendig, um das enthaltene Erz ausreichend aufzuschließen und es den fein verteilten Luftblasen zu ermöglichen, Mineralkörnchen an die Oberfläche der Trübe zu befördern und in der Schaumdecke zu halten. Auch andere Stoffe wie Kaliumchlorid-Kristalle können durch Flotation angereichert werden.

Bei der Flotation werden verschiedene Hilfsstoffe eingesetzt, die das sogenannte Flotationsmedium bilden. In den meisten Anlagen wird das Flotationsmedium (z. B. Wasser, Öl usw.) dem Prozess zurückgeführt, d. h. wiederverwendet. Durch Anhaftung an den flotierenden Stoffen entstehen jedoch ein Verlust, der ersetzt werden muss. Die Hilfsstoffe können wie folgt eingeteilt werden:

  • Schäumer dienen zum Stabilisieren der Luftblasen.
  • Sammler machen den im Schaum auszubringenden Gemengeanteil wasserabstoßend (hydrophob), während die anderen Komponenten wasseranziehend (hydrophil) bleiben sollen. In die Aufschlämmung eingeblasene Luft haftet nur an den hydrophoben Teilchen und trägt sie zur Wasseroberfläche, während die hydrophilen Teilchen in der Trübe bleiben. Sammler sind entscheidend für die Wirksamkeit des Verfahrens. Als Sammler eignen sich bestimmte Schwefelverbindungen (wie Xanthogenate, Dithiophosphate, Mercaptane), Amine, Alkylsulfonate, sowie manche Fettsäuresalze.
  • Regler wie pH-Regulatoren, Flockungsmittel und andere dienen zur Optimierung und selektiven Auftrennung von Erzgemischen.
Flotation
Flotation

Jameson-Zelle mit internem Erzabfall-Recycling-System;
XStrata Technologie

Chris Fountain
Flotation
Flotation

Schematische Darstellung einer Jameson-Zelle;
XStrata Technologie

Chris Fountain
Schäumer zur Erztrennung
Schäumer zur Erztrennung

Schäumer in der Schwimmaufbereitung (industrial froth flotation) sulfidischer Kupfererze

Andreslan
Flotation
Flotation

Kupfersulphid-geladene Luftblasen schwimmen auf einer Jameson Zelle auf;
Prominent Hill, South Australia

Geomartin

Schwebeschmelzverfahren


Kupferstein
Kupferstein

Kupferstein (gerösteter Kupferkies);
Bild aus 57 Einzelaufnahmen zusammengerechnet.

Christian Schröder
El Teniente - Abgießen von Schlacke
El Teniente - Abgießen von Schlacke

Mina El Teniente, Chile; Abkippen von Eisensilikat-Schlacke (Caletones)

Javier Rubilar

Mittels Schwebeschmelzverfahren (flash smelting)(1) wird eine Mischung der durch die Flotation erhaltenen Konzentrate und Sand zu flüssigem Kupferstein und Eisensilikatschlacke aufgeschmolzen. Dieser Prozess nutzt die größere Leichtigkeit, Eisensulfide in Oxide zu konvertieren, welche wiederum mit Kieselsäure (silica) reagieren und eine Silikatschlacke bilden, welche auf der Oberfläche der erhitzten Masse schwimmt und so leicht abgegossen werden kann.

Der Kupferstein (Cu2S), (ein Gemisch aus Kupfer- und Eisensulfiden mit 65 % Cu) wird in einem Konverter (Pierce Smith Converter Furnace) durch das Einblasen von Sauerstoff (sogen. Verblasen) zum Rohkupfer mit einem Kupfergehalt von 98% oxidiert. Dieses Rohkupfer wird als Blisterkupfer bezeichnet.


(1) Das Schwebeschmelzverfahren (englisch Flash smelting) oder Outokumpu-Verfahren ist ein vielgenutztes Schmelzverfahren. Es wird überwiegend zur Gewinnung von Kupfer, aber auch von Nickel verwendet. Allerdings wird daran gearbeitet, Kupfer mit dem Schwebeschmelzverfahren direkt bis zum Blisterkupfer zu reduzieren. Solche Verfahren sind in Glogau und Olympic Dam bereits im Einsatz. In neuerer Zeit gewinnen auch Direktverfahren, bei denen alle Reaktionsschritte, Rösten, Schmelzen und Verblasen, in einem Prozess vereint sind, an Bedeutung. (https://www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/system/herstellung-kupfer.html) Quelle:


Elektrolytische Kupferraffination


Kupfer-Raffination
Kupfer-Raffination

Kupfer-Elektrolyse im Centro de Refinación;
Chuquicamata, Chile

Nuevamineraia Chile

Bei der elektrolytischen Kupferraffination hängt man Elektrodenplatten aus Garkupfer (Rohkupfer) als Anoden in eine angesäuerte Kupfersulfatlösung. Als Kathoden dienen entweder Bleche aus Reinkupfer, oder Edelstahlbleche (Mt. Isa-Verfahren). Die Elektrolyse wird in großen Elektrolysierwannen, in denen einige hundert Elektroden in Parallelschaltung zusammengeschaltet sind, durchgeführt.

Bei der Elektrolyse arbeitet man mit einer Spannung von etwa 0,2 bis 0,3 V, sodass außer Kupfer nur die undleren Bestandteile der Rohkupferanode oxidiert werden und in Lösung gehen. Die edleren Metalle fallen bei der elektrochemischen Oxidation der Anode als unlöslicher Schlamm herab. Aus diesem Anodenschlamm werden die Edelmetalle wie Platin, Palladium, Gold und Silber gewonnen. An den Kathoden scheidet sich hochreines Kupfer mit einem Gehalt von 99,99 Prozent ab.

Die Elektrolyse wird in großen Elektrolysierwannen, in denen einige hundert Elektroden in Parallelschaltung zusammengeschaltet sind, bei Spannungen von 0,2–0,3 Volt, durchgeführt. Eine Elektrolysezelle enthält bis zu 50 Kathoden/Anoden-Paare im Abstand von etwa 4 mm. Bei einer Stromdichte von etwa 200 A·m-2 ist die Anode nach etwa einem Monat zu 90 Prozent aufgelöst. Eine höhere Stromdichte würde den Vorgang beschleunigen, gleichzeitig aber auch verschiedene Nebenreaktionen wie das Abscheiden von Arsen fördern.


Kupfer-Raffination
Kupfer-Raffination

Mt. Isa Kidd copper refinery;
Handling copper cathodes in the electrolytic refinery at Townsville, Australia

XStrataTechnology

Da der reagierende Stoff an beiden Elektroden Kupfer ist, ist theoretisch keine Zersetzungsspannung nötig. Jedoch steigt die Menge abgeschiedenen Kupfers proportional mit der Spannung. Andererseits führt eine zu hohe Spannung dazu, dass die edleren Metalle oxidiert werden und somit das Kupfer an der Kathode wieder verunreinigt wird. Der Bedarf an elektrischer Energie beträgt nur 0,3 kWh pro Kilogramm Kupfer. Ein großer Teil der Betriebskosten einer Kupferhütte entfällt auf den Umweltschutz: In Bezug auf Emissionen für Blei, Arsen oder Cadmium gelten strenge Auflagen mit niedrigen Grenzwerten.

Bei der Elektrolyse laufen folgende Prozesse ab: An der Anode erfolgt eine Oxidation des Kupfers und aller unedleren Metalle, so dass die Kupferionen (Cu2+) und unedleren Metallionen (wie z. B. Ni2+) in Lösung gehen. Verunreinigungen aus edleren Metallen, die ein deutlich größeres Normalpotential (E0) als Kupfer besitzen, werden zwar nicht oxidiert, fallen aber, da sich die Anode auflöst, als sogenannter Anodenschlamm zu Boden. An der Kathode werden diejenigen Kationen der Lösung reduziert (Cu2+), die das größte Bestreben dazu haben, d. h., die das größte Normalpotential (E0) besitzen. Das reine Kupfer scheidet sich an der Kathode ab, während alle unedleren Metallionen wie z. B. Nickel-, Arsen- und Antimon in Lösung bleiben.

Reaktionsgleichung der elektrolytischen Raffination:

Anode


Cu → Cu2+ + 2 e-
Fe → Fe2+ + 2 e-
Zn → Zn2+ + 2 e-

Kathode


Cu2+ + 2 e- → Cu

Während die Anode sich langsam unter Bildung der Kationen auflöst, scheidet sich an der Kathode durch Reduktion von Kupferionen ausschließlich Kupfer, das Elektrolytkupfer, mit einem Massenanteil von w(Cu) = 99,99 % ab. Der als Nebenprodukt entstehende Anodenschlamm wird später weiter verwertet und dient als Ausgangsmaterial für die Gewinnung der Edelmetalle.


Kathodenkupfer

Die Kathode ist das Basisprodukt des Kupfers für hochwertige Anwendungen. In Form der Kathode scheidet sich reines Kupfer beim elektrolytischen Raffinationsprozess von Rohkupfer ab. Zur Gewährleistung einer hohen Leitfähigkeit erfolgt die Raffination von Kupfer im Allgemeinen mittels Elektrolyse, bei der hochreines Kathoden-Kupfer aus dem aus der Schmelze und Affination kommenden Blisterkupfer gewonnen wird. (nexans.ch)


Anodenschlamm

Bei der elektrolytischen Kupferraffination fallen zusätzlich Anodenschlämme (engl.: slime, sludge) an. Dieser Anodenschlamm bildet ein wertvolles Nebenprodukt; aus ihm werden in den Kupferhütten durch weitere Aufarbeitungen größere Mengen reines Silber, Gold, Palladium und Platin sowie aus Recyclingmaterial auch andere Edelmetalle gewonnen, die noch Kupfer, Silber und Gold, auch Selen und Tellur enthalten, was mit „Edelmetallrückgewinnung“ bezeichnet wird. Da diese Schlämme ein Kuppelprodukt darstellen, kann man ihre Aufarbeitung entweder dem primären Prozess, oder aber dem Recycling zuordnen.


Herstellung von Kupferlegierungen

Die Weiterverarbeitung des Raffinadekupfers passt sich gleich wie bei Eisen und Aluminium nach Qualität und Menge den Forderungen des Marktes an, für den Kupfer die Basis einer Vielzahl technisch wichtiger Legierungen ist. Einige sind schon seit der Antike bekannt. Legiertes Kupfer ist nicht nur Ausgangsmaterial für horizontal oder vertikal verarbeiteten Formateguss. Sowohl niedrig legiert, wie Chromkupfer mit 0,4–1,2 % Chrom wird es ebenso zu technisch wichtigem Formguss (Chromkupfer für Stranggusskokillen und andere thermisch stark beanspruchte Gussteile), wie die nach DIN EN 1982 genormten Bronzen mit 12 % Zinn.

Die Glockenbronze in der Zusammensetzung 80 % Kupfer, 20 % Zinn zählt zu den bekanntesten Kupferlegierungen. Seit dem Guss der ersten Kirchenglocken im 6. bis 8. Jahrhundert wird sie, kaum verändert, in überlieferter Technik vergossen (sehr wirklichkeitsnahe Beschreibung bei F. v. Schiller „Das Lied von der Glocke“). Die Zusammensetzung dieser Bronze- damals empirisch gefunden -liegt nahe dem Optimum der Zerreißfestigkeit bei einem Zinnanteil von 18 %.

Eine bei Kupfer, Messing und Aluminium schon seit dem 20. Jahrhundert, inzwischen auch bei Stahl angewendete Technik der Halbzeugverarbeitung ist die Herstellung von Drähten mittels des Properziverfahrens und des davon abgeleiteten Gießradverfahrens.

Zu den im 19. Jahrhundert wirtschaftlich bedeutend gewordenen Kupferlegierungen gehören neben Rotguss, einer Kupfer-Zinn-Zink-Blei-Legierung, (die den Messingen bereits näher steht, als den Bronzen) noch eine Reihe von Sonderbronzen, wie die Aluminiumbronze. Mit 10 % Aluminium ist sie ein wertvolles, weil kavitationsbeständiges, wegen der Oxidationsneigung des Aluminiumanteils jedoch schwierig zu erschmelzendes und zu vergießendes Material für den Guss von großen Schiffspropellern (Stückgewicht 30 t und mehr).

Metallurgisch ebenso bedeutsam wie die zahlreichen, zweckgerichteten Bronzelegierungen sind seit Beginn des Industriezeitalters die zusammenfassend als Messing bezeichneten Kupfer-Zink-Legierungen. Wegen der für die meisten Legierungen des Kupfers mit Zink charakteristischen Gelbfärbung, werden viele Messinge oft nicht als solche wahrgenommen. Beispiel ist hier Rotguss, oder Rotmessing (italienisch: „ottone rosso“).


Patronen / Geschosshülsen
Patronen / Geschosshülsen

Patronen 7,35 mm

Derek 280

Mit seinem unter 1000 °C liegenden Schmelzpunkt ist Messing vielfältig einsetzbar. Mit 63 % Kupfer, Rest Zink, wird es besonders für Formguss (Armaturen, Beschlagteile) verwendet. Mit 58 % Kupfer, max. 3 % Blei, Rest Zink, wird es zu Halbzeug (Bleche, Profile). Eine Erniedrigung des Zinkanteils auf 36 bis 28 % begünstigt die ziehende Verarbeitung zu Patronen- oder Geschosshülsen aller Kaliber, weshalb diese Legierungen als Patronen- oder Kartuschenmessing bezeichnet werden.

Der Bedarf an Messing wird nur in besonderen Fällen mit Primärlegierungen (siehe unter Recyclingmetallurgie) befriedigt, mehrheitlich sind es in einer Messinghütte (Messingwerk) aufgearbeitete Messingsammelschrotte (Altmetall), denen frische Fertigungsabfälle aus spanloser wie spanender Bearbeitung zugegeben werden. Geschmolzen wird überwiegend im Rinneninduktionsofen.

Kupfer-Nickel-Gusslegierungen mit bis zu 30 % Nickel sind sehr seewasserbeständig (Schiffbau). Mit einem Zinkzusatz bis 25 % in Kupfer-Mehrstofflegierungen mit Nickel, Blei und Zinn werden Messinge zu Weißkupfer oder Neusilber (CuNiZn). Verbreitet kennt man sie als Bestecklegierungen, unter anderem als Alpaka und Argentan (siehe Packfong).

Konstantan und Nickelin, eine Kupfer-Nickel-Legierung mit Manganzusatz, sind als Heizleiterlegierungen korrosionsfestes Ausgangsmaterial für Heizwiderstände.


Ältere metallurgische Verfahren

Gewinnung von Kupfer aus Kupferschiefer

Mansfeldsche Technologie

Mansfeld war ein mitteldeutsches Montanunternehmen, das sich mit der Gewinnung von Kupfer, Silber sowie anderen NE-Metallen aus Kupferschiefer und der Verarbeitung der gewonnenen Metalle beschäftigte. Das Unternehmen war von 1852 bis 1995 hauptsächlich im Gebiet um Mansfeld, Eisleben und Sangerhausen tätig. Technologie

Die Gewinnung von Kupfer und Silber aus dem Kupferschiefer erfolgte im Gegensatz zu anderen Erzen stets über den Umweg des Kupfersteins. Da die Erze im Kupferschiefer fein verteilt sind und deshalb nicht mit gängigen bergmännischen (physikalischen) Verfahren aufbereitet werden konnten, aber einen hohen Kohlenstoffanteil enthielt, wurde dieser über mehrere Wochen gebrannt und danach direkt und bei hohen Temperaturen in Schachtöfen eingeschmolzen. Der dabei erschmolzene Kupferstein wurde anschließend bis in die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts geröstet und das sulfidische Röstgut erneut in Schachtöfen zu Rohkupfer geschmolzen. Aus dem Rohkupfer wurde in Saigerhütten das Silber gewonnen. Das silberarme Kupfer verließ die Saigerhütte als Schwarzkupfer. Das Schwarzkupfer wurde in Flammöfen erneut eingeschmolzen, wobei noch vorhandene Fremdmetalle oxidiert wurden und anschließend nach Abzug der Schlacke die Schmelze zu Garkupfer reduziert wurde. Dieses Endprodukt ging als Mansfelder Feuerraffinat in den Handel.

Im 20. Jahrhundert änderte sich diese Technologie im Wesentlichen dahingehend, dass auf das Schieferbrennen verzichtet wurde und der Schiefer unter Ausnutzung des darin enthaltenen Kohlenstoffs in wassergekühlten Schachtöfen direkt geschmolzen wurde. Darüber hinaus wurde das Silber nicht mehr im Saigerprozess gewonnen, sondern das im Rohkupfer enthaltene Silber über einen erneuten Röstprozess in Silbersulfat umgewandelt, ausgewaschen und anschließend ausgefällt. Ab 1925 wurde der Kupferstein in Konvertoren im Bessemer-Verfahren direkt zu Rohkupfer verblasen. Das Rohkupfer wurde zu Anodenblechen gegossen; anschließend wurde mittels Elektrolyse Reinkupfer gewonnen. Aus dem anfallenden Anodenschlamm wurde unter anderen das Silber gewonnen. Neben den Hauptprodukten Kupfer und Silber wurden aus den Abprodukten der Kupferverhüttung, je nach Technologiestand und Verwendbarkeit immer mehr im Schiefer enthaltene Edel- und Spurenmetalle sowie eine Reihe weiterer Nebenprodukte gewonnen.

Kupfergewinnung
Kupfergewinnung

Kupfergewinnung zum Stand der Verhüttungstechnologie Ende des 19. Jh; Meyers Großes Konv. Lexikon, 1897.

Public Domain
  • 1. Mansfeldscher Ofen mit kontinuierlichem Schlackenabfluß. Durchschnitt.
  • 2. Mansfeldscher Ofen mit kontinuierlichem Schlackenabfluß. Querschnitt.
  • 3. Röstofen für Schwefelkiesabbrände.
  • 4. Tellerofen von Gibb und Gelstharp. Längsdurchschnitt.
  • 5. Tellerofen von Gibb und Gelstharp. Querdurchschnitt.
  • 6. Flammofen zum Rösten der Erze.
  • 7. Kiln zum Rösten der Erze.
  • 8. Schmelzofen.

Literatur

  • Andrieux, P., 2006-2007; Georgius Agricola, Ein europäisches Projekt. Erschmelzen von Kupfer in Chemnitz, 22. und 23. Juni 2007.
  • Otto, H. & Witter, W. (1952): Handbuch der ältesten vorgeschichtlichen Metallurgie in Mitteleuropa. Johann Ambrosius Barth Verlag Leipzig.


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