https://www.edelsteine-neuburg.de
https://www.mineral-bosse.de
https://www.mineraliengrosshandel.com
https://www.mineralbox.biz
'._('einklappen').'
 

Raffination von Metallen

Unter "Raffination" (Raffinieren) versteht man allgemein ein technisches Verfahren zur Reinigung, Veredlung von Rohstoffen, Nahrungsmitteln und technischen Produkten. In einer Raffinerie findet man Anlagen zur Raffination von Zucker, Erdöl, Metallen oder anderen Stoffen.

Nachfolgend ist die Metall-Raffination vom Kupfer bei dem VEB Mansfeldkombinat Eisleben erläutert.Man unterscheidet zwischen trockener Raffination (Raffinationsschmelzen) und nasser Raffination (Elektrolyse) . Beide Verfahren wurden auf der Gottesbelohnungshütte in Hettstedt nacheinander durchgeführt.

Raffinationsschmelzen

In der Raffinationsschmelze wird Schwarzkupfer mit 96,5 bis 98,5% Kupfergehalt zu Anodenkupfer mit 98,5 bis 98,9 % Kupfergehalt gereinigt. Dort ist der 1. Schritt das Oxidieren. Dabei wird Luft durch ummantelte Rohre, mit Überdruck,geblasen.Dabei gibt das Kupfer ,es wird reduziert,den Sauerstoff an die unedleren Metalle ab,sie oxidieren :

2 Cu + 1/2 O2 -> Cu2O und Cu2O + Me -> MeO + 2 Cu

Im 2. Schritt erfolgt das Polen des Kupfers in 2 Phasen: Beim Dichtpolen wird das noch vorhandene SO2 ausgetrieben.Dabei wird Holz,in Form von Baumstämmen,in die Schmelze gedrückt.Dann,beim Zähpolen,wird das im Metallbad gelöste Cu2O reduziert mit Holzkohle oder Anthracit.Es wurden auch trockene Polhölzer verwendet.Um den richtigen Punkt für den Guss der Anoden zubetsimmen,wurde diese Phase ständig mit Probenahmen,mittels einer Probekelle,kontrolliert.Dazu wurde die Probe,nach dem abkühlen,in der Mitte gebrochen.Das wurde solange durch geführt,bis die Farbe des Bruches rosarot und ein feinkörnig,hakeliger Bruch zu sehen war.Das so erhaltene Anodenkupfer, auch "Garkupfer" genannt,wird dann in die für Anoden typische Form,mit den Maßen 900mm x 920mm x 40mm und einem Gewicht von ca. 300kg,gegossen.Es besteht zu 98,5 bis 98,9 % aus Kupfer und enthält noch die ganzen Edelmetalle.

Die bei deisem Prozess gebildete Schlacke,wird als Krätze bezeichnet.

Dieser Reduktionsprozeß führt zu einem Sauerstoffgehalt von 0,02 % und die Verunreinigungen Arsen,Schwefel,Zinn,Blei,Wismut liegen bei ca. 0,01 % .

Schema der Raffination
Schema der Raffination
stark vereinfachte Darstellung
Copyright: Kupperdroll; Beitrag: Kupperdroll
Sammlung: Kupperdroll
Lexikon: Raffination von Metallen
Bild: 1610297954
Lizenz: Nur zur Mineralienatlas-Projekt-Verwendung
Schema der Raffination

stark vereinfachte Darstellung

Kupperdroll

Elektrolyse

Teil 2 der Raffination ist die hochkomplexe Elektrolyse,bei der die phys. Eigenschaften des Kupfers erzeugt werden und die schädlichen Verunreinigungen,besonders Arsen und Antimon,entfernt und alle edleren Metalle wirtschaftlich angereichert werden.Das Abscheiden der Metalle auf der Katode ist ein Kristallisationsvorgang.Hier soll nur skizzenhaft der Weg des Kupfers beschrieben werden. Obiges Garkupfer wird in eine schwefelsaure Kupfersulfatlösung gebracht,deren Temperatur um die 65°C liegt. Kathodisch setzt man Feinkupferblech-Platten,sog. Starterbleche,zwischen die Anoden.Der Abstand zwischen den einzelnen Platten liegt um die 100 mm. Heutzutage werden auch Mutterbleche aus Edelstahl benutzt.Nach dem Einschalten des Stroms,wird Kupfer anodisch gelöst,ebenso die unedleren Metalle. Diese bleiben in Lösung, wohin gegen sich das Kupfer hochrein (99,95%) an der Kathode abscheidet.Die Verunreinigungen in der Kupferkatode liegen bei < 0,003 bis 0,002%.

In neuerer Zeit werden auch Edelstahlplatten als Katode verwendet.Zwischen der Edelstahlkatode und dem sich auskristalliesierenden Kupfers befindet sich eine Trennschicht aus Wachs.Dieser und "Kantenschoner" aus PVC erleichtern dann das "Ernten" der Kupferplatten von der Edelstahlkatode.

Prinzip der Cu-Elektrolyse
Prinzip der Cu-Elektrolyse
sehr einfache Darstellung des Elektrolysepruzesses zu weiteren Reinigung von Kupfer
Copyright: Kupperdroll; Beitrag: Kupperdroll
Sammlung: Kupperdroll
Lexikon: Raffination von Metallen
Bild: 1610570223
Lizenz: Nur zur Mineralienatlas-Projekt-Verwendung
Prinzip der Cu-Elektrolyse

sehr einfache Darstellung des Elektrolysepruzesses zu weiteren Reinigung von Kupfer

Kupperdroll
Es gibt 3 mögliche Verhaltensweisen der Verunreinigungen aus dem Anodenkupfer
  • Fe,Zn,Mn,Co,Ni,Pb,As,Sb,Bi und Sn werden anodisch gelöst

    • Fe,Zn,Mn und Co aber nicht katodisch abgeschieden
    • Ni,Pb,As,Sb,Bi und Sn gehen in den Anodenschlamm oder bleiben im Elektrolyt gelöst
  • Au,Ag,Se,Pt und Te gehen anodisch nicht in Lösung und fallen in den Anodenschlamm
  • die nichtmetallischen Bestandteile Oxide,Sulfide,Selenide und Telluride gehen so oder chem. umgewandelt ebenfalls in den Anodenschlamm
Der Elektrolyt hat folgende Zusammensetzung
  • Cu 35...40 g/l,
  • Ni 15 g/l,
  • H2SO4 190...200 g/l
  • Cl 0,02...0,03 g/l

Die in dem Elektrolyten gelösten Metalle,die Sulfatverbindungen bilden,verbrauchen den Elektrolyten und müssen wieder entfernt werden.Hauptbestandteil hierbei ist das NiSO4. As und Sb bilden den Hauptbestandteil der "treibenden Schlämme".

Zusammenfassung der Endprodukte der Kupferelektrolyse : Kupferkatoden,Anodenschlamm und Nickelsulfat.


Literatur:

  • A.F. Hollemann & N. Wiberg. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.-100. Aufl. W. de Gruyter, Berlin, New York. 1985. S.998-99, 1012.
  • Erzeugung von NE-Metallen , Dipl.-Ing. Jürgen Simon (Abschn. 1-4), VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie,Leipzig, 1977

Weblinks:


Einordnung: