Kupfer ist ein Metall, das in unserem Alltag vielseitig eingesetzt wird. Du kennst Kupfer zum Beispiel von unseren Cent-Münzen (Abb. 1) oder als Material von Regenrinnen. Aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit wird es heutzutage zudem häufig als elektrischer Leiter, z. B. in Kabeln, eingesetzt. Die Gewinnung von Kupfer aus kupferhaltigen Gesteinen erfolgt in mehreren Schritten.
In diesem Beitrag zeigen wir dir, wo Kupfer auf unserer Welt vorkommt und die ersten Schritte der Kupferherstellung. Dazu gehört die sogenannte Flotation, durch die der Kupfergehalt erhöht wird. Dieser erste Schritt wird daher auch Anreicherung von Kupfer genannt.
Vorkommen von Kupfer und Produktionsländer
Im Durchschnitt beträgt der Kupfergehalt der Erdkruste 0,006 %. In Bezug auf die Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste liegt Kupfer an 23. Stelle. Wie die meisten anderen Metalle auch, liegt Kupfer auf der Erde häufig in kupferhaltigem Gestein, dem sogenannten Erz (Abb. 2), in Form von Oxiden oder Sulfiden vor. Oxide und Sulfide sind Verbindungen mit Sauerstoff bzw. Schwefel.
Darüber hinaus ist Kupfer neben Silber und Gold eines der wenigen Elemente, das auf unserer Erde auch in elementarer Form (gediegen) vorkommt. Gediegenes Kupfer wurde weltweit an über 3000 verschiedenen Fundstellen in den unterschiedlichsten Ländern (z. B. Chile, Kasachstan, Deutschland, Neuseeland, Finnland uvm.) gefunden. Zudem konnte gediegenes Kupfer beispielsweise auch in Gesteinsproben vom Mond nachgewiesen werden.
Insgesamt gibt es Kupfervorkommen in mehr als 20 Ländern auf der Welt. Der größte Kupferproduzent ist heutzutage Chile, gefolgt von Peru und China. Bei uns in Europa sind Polen, Portugal und Schweden die größten Kupferproduzenten. In Deutschland wird der Kupferbedarf heutzutage durch Importe und Recycling gedeckt. Bis 1990 gab es auch Kupferbergbau in Deutschland. Kupfererze kommen auf der Welt deutlich häufiger vor als gediegenes Kupfer, denn sie sind in der gesamten Erdkruste verteilt. Im Durchschnitt beträgt der Kupfergehalt in den äußeren 10 km der Erdkruste 33 g Kupfer pro einer Tonne Gestein. Doch wie wird aus dem Gestein reines Kupfer gewonnen?
Gewinnung von Rohkupfer aus dem Erz
Mit Erz wird ein Gestein bezeichnet, das ausreichend wertvolles Mineral enthält, sodass sich dessen Abbau lohnt. Bei Kupfer lohnt sich eine Extraktion, wenn eine Tonne Erz ca. 2 kg Kupfer (0,2 %) enthält. Es gibt viele verschiedene Kupfererze. Etwa 80 % der Kupfererze sind Chalkopyrit (Kupferkies) (Abb. 2) und Bornit (Buntkupferkies) (Abb. 3), die Kupfersulfide und Eisensulfide enthalten.
1. Kupferschleifen
Im ersten Schritt wird das kupferhaltige Gestein zerkleinert und zu Pulver gemahlen.
2. Anreicherung von Kupfererz
Anschließend wird das Erz angereichert. Das bedeutet, dass unerwünschtes Material, wie die Gesteinsbestandteile Quarz oder Silikat, entfernt werden. So wird der Massenanteil des Kupfers und auch anderer Metalle im Erz gesteigert. Um das Erz anzureichern, wird eine sogenannte Schwimmaufbereitung, auch Flotation genannt, durchgeführt (Abb. 5). Das zu Pulver gemahlene Erz wird dabei mit Wasser verrührt. Die unerwünschten Gesteinsbestandteile, wie beispielsweise Quarze und Silikate lassen sich leicht mit Wasser benetzen (hydrophil), während die Metalloxide und Metallsulfide durch zugegebene Tenside eher wasserabweisend sind (hydrophob). Durch schnelles Rühren werden feinverteilt Luftblasen eingebracht, an denen die Metalloxide und -sulfide haften und somit zur Wasseroberfläche transportiert werden. Die zugegebenen Tenside stabilisieren die Luftblasen und unterstützen den Prozess. An der Oberfläche entsteht auf diese Weise ein Schaum, der eine große Menge der gewünschten Mineralpartikel enthält und abgeschöpft werden kann (Abb. 4). Die unerwünschten Gesteinsbestandteile, die Gangart, sinken zu Boden bzw. verbleiben in dem Flotationsbad und werden am Ende des Flotationsprozesses abgepumpt.
Abb. 5: Schematischer Ablauf der Flotation
Zusammenfassung
Kupfer kommt auf der Erde häufig in kupferhaltigem Gestein (Erz) in Form von Verbindungen mit Sauerstoff (Oxiden) oder Schwefel (Sulfiden) vor. Manchmal liegt das Kupfer auch gediegen vor. Wenn wir Kupfer verarbeiten, um z. B. Kabel herzustellen, benötigen wir elementares Kupfer. Dieses kann in mehreren Schritten aus kupferhaltigen Erzen gewonnen werden. Im ersten Schritt findet die Flotation statt, wodurch der Kupfer-Anteil im Erz angereichert bzw. erhöht wird.