Aus- und Weiterbildung

Chemie – Kupfergewinnung (Mittelstufe)

1. Einleitung

Gründe für die Kupferproduktion

Eine Welt ohne Kupfer ist schwer vorstellbar. Wir verlassen uns auf Kupfer beim Strom, der Beleuchtung, der Heizung, der Kommunikation, der Wasserversorgung und dem Transport. Kupfer macht unsere Häuser, Schulen und Unternehmen effizient, gemütlich und dekorativ und es hält viele Jahre. Kupfer verfügt über eine hervorragende Eigenschaftskombination. Es ist sowohl ein guter elektrischer und thermischer Leiter als auch dehnbar und kann bakterielles Wachstum verhindern.

Wie alle weltweit vorkommenden Ressourcen ist die Versorgung mit Kupfer aus dem Erdboden begrenzt. Seitdem Kupfer zum ersten Mal abgebaut wurde, wird es recycelt. Heute werden 40 % des Bedarfs mit recyceltem Kupfer gedeckt – wodurch die Ressourcen der Erde geschont werden.

Kupfer eignet sich sehr gut fürs Recyceln, weil es unendlich viele Male wieder eingeschmolzen werden kann ohne dabei seine Eigenschaften zu verlieren. So sind zum Beispiel alte Kupferrohrleitungen, Kupferarmaturen und Autokühler eine Hauptquelle für recyceltes Kupfer. Sie können alle eingeschmolzen werden und aus ihnen können neue Produkte entstehen. In Zukunft wird es sich sogar lohnen, die wenigen Gramm Kupfer in eurem Handy wiederzugewinnen.

In diesem Abschnitt schauen wir uns die Arten an, auf die wir Kupfer aus dem Boden und durch Recyceln erhalten.

2. Woher kommt Kupfer?

In der Natur findet man Metalle normalerweise in Verbindungen (in der Regel in Verbindung mit Sauerstoff oder Schwefel). Diese Verbindungen sind vermengt in Gesteinen oder Mineralien, die Erze genannt werden. 

Was ist ein Erz?

Ein Erz ist ein Gestein, das genug Metall beinhaltet, dass es sich lohnt, dieses zu extrahieren. Die wichtigsten Kupfererze sind:
 • Chalkopyrit
 • Bornit
 • Malachit
 Mehr als 50 % des weltweiten Kupfers stammen aus Chalkopyrit und Bornit.

Natürliches Kupfer

Kupfer ist ein reaktionsunfähiges Metall – es reagiert nur langsam mit der Atmosphäre. Das bedeutet, dass große Kupfermetallklumpen im Erdboden als Nuggets vergraben gefunden werden. Dies nennt man natürliches Kupfer. Das größte Nugget aus natürlichem Kupfer, das je gefunden wurde, kam aus Minnesota in den USA und wog über 400 Tonnen. Natürliches Kupfer wird nicht abgebaut, weil es davon so wenig gibt. Daher hat es eine geringe wirtschaftliche Bedeutung.

3. Kupfergewinnung

Metalle werden als in der Erdkruste vergrabene Erze gefunden. Wie kommen wir dann zum endgültigen Metall? Es gibt drei Hauptphasen: Abbau, Gewinnung und Reinigung.

Schauen wir uns diese drei Phasen genauer an.

Abbau

Das Kupfererz muss aus dem Erdboden ausgegraben werden. Das Erz beinhaltet einige Kupfermineralien und viel Nichterz. Zum Beispiel können in einer Kupfermine 6 Tonnen Kupfer pro 1000 Tonnen Erz gewonnen werden.

Gewinnung

Ein Erz muss chemisch in Metall umgewandelt werden. Diesen Prozess nennt man Reduktion. Wie das gemacht wird und wie viel es kostet hängt von der Reaktionsfähigkeit des Metalls ab. Generell gilt: Je reaktionsfähiger das Metall, desto schwieriger ist es, es aus seinem Erz zu gewinnen.

Reinigung

Viele Metalle sind unrein, wenn sie aus ihren Erzen gewonnen werden. Verunreinigungen müssen entfernt werden. Kupfer wird mittels Elektrolyse gereinigt. In diesem Verfahren wird Kupfer von einer unreinen Anode auf die Kathode einer elektrolytischen Zelle übertragen. Die unlöslichen Verunreinigungen fallen auf den Boden. Das durch dieses Verfahren gewonnene Kupfer ist zu 99,99 % reines Kupfer.
Mit diesem Verfahren verhält es sich ähnlich wie bei der Elektrolyse, die in einem Schullabor durchgeführt wird.

4. Recycling

Gründe für das Recyceln

Kupfer ist eines vieler Metalle, die recycelt werden können. Die Gründe für das Recyceln von Kupfer sind: der Preis, die begrenzten Ressourcen, die Energieeffizienz, die Deponiekosten und die Umwelt.

• Preis: Es ist günstiger, Kupfer zu recyceln als neues Kupfer abzubauen und zu gewinnen. Der Wert von recyceltem Kupfer entspricht bis zu 90 % der Kosten natürlichen Kupfers. Durch das Recyceln werden die Kosten der Kupferprodukte niedrig gehalten.

• Begrenzte Ressourcen: Bis heute wurden nur 12 % bis 13 % aller bekannten Vorräte abgebaut. Allerdings ist es nach wie vor sinnvoll, das verbleibende Erz durch Recycling zu erhalten.

• Energieeffizienz: Für das Recyceln einer Tonne Kupfer werden nur 15 % der Energie verbraucht, die für den Abbau und die Gewinnung des gleichen Kupfers verwendet werden würde. Das Recyceln hilft also dabei, den weltweiten Vorrat an fossilen Brennstoffen zu erhalten und die Kohlendioxidemissionen zu verringern.

• Deponiekosten: Haushalts- und Industrieabfälle werden in der Regel in Löcher im Boden gekippt – sogenannte Mülldeponien. Diese Löcher füllen sich schnell und die Kosten für die Nutzung der Übriggebliebenen sind gestiegen. Müll auf Deponien zu entsorgen ist sehr teuer geworden und durch Recycling können diese Kosten vermieden werden.

• Umwelt: Beim Abbau und der Veredelung von Metall werden Gase und Staub freigesetzt. Obwohl diese von Halbzeugherstellern gesammelt werden, gibt es beim Recyceln praktisch keine Emissionen. Das hilft der Umwelt.

Woher stammt das recycelte Kupfer?

Es gibt zwei Arten von Altkupfer:

Altschrott kommt von uns. Er wird aus weggeworfenen, zerlegten oder veralteten Produkten zum Ende ihrer Nutzungsdauer gesammelt. Zum Beispiel: Kupferrohre aus alten Gebäuden, alte Armaturen von einer Badezimmerrenovierung, alte Warmwasserzylinder oder ausgediente elektrische Kabel.

Neuschrott stammt aus Fertigungsanlagen, die Waren aus Kupfer, Messing oder Bronze herstellen. Ihre Maschinen produzieren Verschnitte und Späne, die gesammelt und dem Wiederverwertungsprozess zugeführt werden können.

Je nach der Anwendung wird Kupfer in verschiedenen Reinheitsgraden hergestellt. Das hochwertigste Kupfer ist E-Kupfer. Es hat einen Reinheitsgrad von 99,99 % und wird für elektrische Kabel verwendet, da es die beste elektrische Leitfähigkeit besitzt. E-Schrott darf nie mit anderem Schrott von einem geringeren Reinheitsgrad, z. B. Installationsrohrschrott, vermischt werden. Dieser enthält zu viel Phosphor, der die elektrische Leitfähigkeit stark reduziert.

Weniger hochwertiger Schrott kann für die Herstellung von Kupferlegierungen oder -chemikalien verwendet werden. Das Kupfersulfat, das ihr in eurem Schullabor verwendet, wurde wahrscheinlich aus Kupferschrott hergestellt.

Messingschrott (z. B. alte Armaturen) dürfen nur zum Einschmelzen und der Herstellung neuer Messingartikel verwendet werden.

5. Wie viel Kupfer haben wir noch?

Wie lange wird Kupfer noch ausreichen?

Diese Frage kann aus den folgenden Gründen nicht genau beantwortet werden:

• Bekannte Vorkommen werden bearbeitet und neue Methoden der Kupfergewinnung werden entwickelt, z. B. Nutzung von Bakterien, damit diese das Kupfer aus minderwertigem Erz ‚heraus essen‘
• Einige Vorkommen enthalten nicht ausreichend Kupfer, um im Augenblick eine Extraktion wirtschaftlich zu machen
• Es gibt viele Kupferablagerungen, die noch nicht gefunden worden sind
• Vorkommen bauen sich am Meeresboden immer noch auf.

Allerdings kann Kupfer als eines der wenigen Metalle betrachtet werden, das umfassend nachhaltig ist, das heißt, dass uns Kupfer nie vollständig ausgeht. Kupfer und seine Legierungen sind vollständig wiederverwertbar.

Als in der Natur vorkommendes Spurenelement durchläuft es auch die gesamte Nahrungskette. Kupfer, das aus Gesteinen und Böden ausgewaschen wird, formt sich schließlich als Ablagerungen auf dem Meeresboden um.

Nicht verschwenden

Es ist wichtig, dass wir versuchen, das vorhandene Kupfer sinnvoll zu nutzen und so viel wie möglich zu recyceln. Während uns das Kupfer nicht ausgehen sollte, wächst die Nachfrage nach Kupfer und dies kann in Zukunft zu Engpässen führen, bis neue Vorkommen wirtschaftlich abgetragen werden können.

Wenn Sie diese Seite weiter verwenden, stimmen Sie der Nutzung von Cookies zu. Falls Sie dazu mehr erfahren möchten, informieren Sie sich hier. Akzeptieren