Kupfer

Kupfer war wahrscheinlich das erste Metall, das vom Menschen genutzt wurde. Man geht davon aus, dass neolithische Menschen bereits 8000 v. Chr. Stein als Ersatz für Stein verwendeten. Um 4000 v. Chr. gossen die Ägypter Kupfer in Formen. Um 3500 v. Chr. begann man damit, es zu legieren Zinn Bronze herzustellen. Auf frisch gebrochenen Oberflächen ist es undurchsichtig, hell und metallisch lachsrosa, verfärbt sich aber bald mattbraun. Kristalle sind selten, aber wenn sie gebildet werden, sind sie entweder kubisch oder dodekaedrisch und oft in verzweigten Aggregaten angeordnet. Die meisten werden als unregelmäßige, abgeflachte oder verzweigte Massen gefunden. Es ist eines der wenigen Metalle, die in der „nativen“ Form vorkommen, ohne an andere Elemente gebunden zu sein. Natives Kupfer scheint ein Sekundärmineral zu sein, das aus der Wechselwirkung zwischen kupferhaltigen und eisenhaltigen Lösungen resultiert Mineralien.

Name und Vorname: Vom lateinischen cuprum, wiederum vom griechischen kyprios, Zypern, der Insel, auf der das Metall früher gewonnen wurde.

Chemie: Typischerweise mit nur geringen Mengen anderer Metalle.

Gesellschaft: Silbermedaille, Chalkosin, Bornit, Cuprite, Malachit, Azurit, Tenorit, Eisen Oxide, viele andere Mineralien.

Chemische Eigenschaften

Kupfer ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cu und der Ordnungszahl 29. Es ist ein weiches, formbares und duktiles Metall mit sehr hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Hier sind einige der wichtigsten chemischen Eigenschaften von Kupfer:

1. Ordnungszahl: 29
2. Atomgewicht: 63.55
3. Dichte: 8.96 g / cm³
4. Schmelzpunkt: 1,083 °C (1,981 °F)
5. Siedepunkt: 2,562 °C (4,644 °F)
6. Oxidationsstufen: +1, +2
7. Elektronegativität: 1.9
8. Ionisierungsenergie: 745.5 kJ/mol
9. Wärmeleitfähigkeit: 401 W/(m·K)
10. Elektrische Leitfähigkeit: 59.6 × 10^6 S/m

Kupfer ist auch gegenüber einigen Säuren und Nichtmetallen wie Sauerstoff und anderen hochreaktiv SchwefelDeshalb entwickelt es bei Luft- und Feuchtigkeitseinwirkung mit der Zeit oft eine grünliche Patina. Diese Patina ist eigentlich eine Schicht aus Kupfercarbonat, die das darunter liegende Metall vor weiterer Korrosion schützt.

Physikalische Eigenschaften

Farbe	Rot auf einer frischen Oberfläche, mattbraun auf einer trüben Oberfläche
Streifen	Metallisches Kupferrot
Glanz	Metallisch
Spaltung	Andere
Durchsichtigkeit	Undurchsichtig
Mohs-Härte	2.5 bis 3
Spezifisches Gewicht	8.9
Diagnoseeigenschaften	Farbe, Glanz, spezifisches Gewicht, Formbarkeit, Duktilität
Kristallsystem	Isometrisch
Entschlossenheit	Formbar
Fracture	Hackly
Signaldichte	8.94 – 8.95 g/cm3 (gemessen) 8.93 g/cm3 (berechnet)

Optische Eigenschaften

Kupfer hat einige interessante Eigenschaften Optische Eigenschaften die es in einer Vielzahl von Anwendungen nützlich gemacht haben. Hier sind einige seiner optischen Eigenschaften:

1. Farbe: Kupfer hat im reinen Zustand eine charakteristische rötlich-orange Farbe, kann aber je nach Oberflächenbeschaffenheit und dem Vorhandensein anderer Elemente oder Verbindungen auch braun oder grau erscheinen.
2. Glanz: Kupfer hat einen hellen metallischen Glanz, was bedeutet, dass es Licht gut reflektiert und glänzend erscheint.
3. Transparenz: Kupfer ist für sichtbares Licht nicht transparent, was bedeutet, dass Licht nicht durchdringen kann.
4. Reflexionsvermögen: Kupfer ist stark reflektierend, was bedeutet, dass es Licht sehr effektiv von seiner Oberfläche reflektiert. Dies macht es bei Anwendungen nützlich, bei denen Reflexion erwünscht ist, beispielsweise bei Spiegeln.
5. Elektrische Leitfähigkeit: Kupfer ist ein ausgezeichneter Stromleiter und eignet sich daher für elektrische Leitungen und andere Anwendungen, bei denen Strom effizient geleitet werden muss.
6. Wärmeleitfähigkeit: Kupfer ist außerdem ein ausgezeichneter Wärmeleiter und eignet sich daher für Anwendungen wie Kühlkörper und Kochpfannen.
7. Absorptionsspektren: Kupfer weist ausgeprägte Absorptionsspektren im sichtbaren und infraroten Bereich auf, die für Analyse- und Nachweiszwecke verwendet werden können.

Insgesamt machen die optischen Eigenschaften von Kupfer es zu einem vielseitigen Material, das für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich ist.

Klassifizierung von Kupfermineralien

Kupfermineralien können anhand ihrer chemischen Zusammensetzung und Kristallstruktur klassifiziert werden. Einige gängige Klassifizierungen umfassen:

1. Natives Kupfer: Kupfer, das in seiner reinen metallischen Form vorkommt und typischerweise in Form von Nuggets oder Drähten vorkommt.
2. Sulfide: Zu den Kupfersulfidmineralien gehören Chalkopyrit (CuFeS2), Bornit (Cu5FeS4), Chalkosin (Cu2S), Covellit (CuS) und Enargit (Cu3AsS4).
3. Oxide: Zu den Kupferoxidmineralien gehören Cuprit (Cu2O) und Tenorit (CuO).
4. Karbonate: Zu den Mineralien Kupferkarbonat gehören Malachit (Cu2CO3(OH)2) und Azurit (Cu3(CO3)2(OH)2).
5. Silikate: Zu den Kupfersilikatmineralien gehören chrysocolla (CuSiO3·2H2O) und dioptase (CuSiO2(OH)2).
6. Einheimische Elemente: Kupfer kann auch in reiner metallischer Form als dendritische oder drahtartige Strukturen vorkommen.

Diese Mineralien kommen in verschiedenen geologischen Umgebungen vor, darunter Porphyr-Kupfer Ablagerungen, vulkanisch beherbergte Massivsulfid-Lagerstätten, sedimenthaltige Kupfer-Lagerstätten und Skarn Einlagen.

Gängige Kupfermineralien und ihre Eigenschaften

Hier sind einige gängige Kupfermineralien und ihre Eigenschaften:

1. Chalkopyrit: Dies ist das häufigste Kupfermineral und hat die chemische Formel CuFeS2. Chalkopyrit hat eine messinggelbe Farbe, einen metallischen Glanz und eine Härte von 3.5–4 auf der Mohs-Skala. Es kommt häufig zusammen mit anderen Sulfidmineralien vor.
2. Bornit: Aufgrund seiner schillernden violett-blauen Farbe wird Bornit auch Pfauenerz genannt und hat die chemische Formel Cu5FeS4. Es hat eine Härte von 3 auf der Mohs-Skala und kommt häufig in hydrothermalen Adern zusammen mit anderen Kupfermineralien vor.
3. Malachit: Dieses grüne Mineral hat die chemische Formel Cu2CO3(OH)2 und wird durch gebildet Verwitterung of Kupfererz Einlagen. Er hat eine Härte von 3.5–4 auf der Mohs-Skala und wird häufig als Dekorationsstein verwendet.
4. Azurit: Dieses blaue Mineral hat die chemische Formel Cu3(CO3)2(OH)2 und entsteht ebenfalls durch die Verwitterung von Kupfer Erzvorkommen. Es hat eine Härte von 3.5–4 auf der Mohs-Skala und wird oft in Kombination mit Malachit gefunden.
5. Cuprit: Dieses rote Mineral hat die chemische Formel Cu2O und entsteht durch die Oxidation von Kupfersulfiden. Es hat eine Härte von 3.5–4 auf der Mohs-Skala und wird häufig in Verbindung mit anderen Kupfermineralien gefunden.
6. Covellit: Dieses blauschwarze Mineral hat die chemische Formel CuS und kommt häufig in hydrothermalen Adern zusammen mit anderen Sulfidmineralien vor. Es hat eine Härte von 1.5–2.5 auf der Mohs-Skala.
7. Tetrahedrit: Dieses grauschwarze Mineral hat die chemische Formel Cu12Sb4S13 und kommt häufig in hydrothermalen Adern zusammen mit anderen Sulfidmineralien vor. Es hat eine Härte von 3-4 auf der Mohs-Skala.

Dies sind nur einige Beispiele der vielen existierenden Kupfermineralien, deren Eigenschaften je nach ihrer spezifischen chemischen Zusammensetzung und dem geologischen Kontext variieren können.

Faktoren, die die Kupfermineralisierung beeinflussen

Es gibt mehrere Faktoren, die die Bildung und Konzentration der Kupfermineralisierung beeinflussen können, darunter:

1. Geologie: Das Vorhandensein eines geeigneten Wirts Felsen und günstige geologische Strukturen, wie z Fehler oder Brüche können Wege für den Fluss mineralisierender Flüssigkeiten und die Ablagerung von Kupfermineralien bieten.
2. Tektonische Lage: Kupfermineralisierung wird oft mit Regionen tektonischer Aktivität in Verbindung gebracht, wie z. B. Subduktionszonen, in denen Magma und Hydrothermale Flüssigkeiten erzeugt und an die Erdoberfläche transportiert werden.
3. Temperatur und Druck: Kupfermineralisierung ist im Allgemeinen mit hydrothermaler Aktivität verbunden, die von Temperatur- und Druckbedingungen beeinflusst wird. Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen können die Ablagerung von Kupfermineralien erleichtern.
4. Flüssigkeitschemie: Die chemische Zusammensetzung mineralisierender Flüssigkeiten, einschließlich ihres pH-Werts, ihres Oxidationszustands und der Konzentration von Metallen und Liganden, kann die Löslichkeit und Ablagerung von Kupfermineralien beeinflussen.
5. Zeit: Je länger ein Mineralisierungssystem aktiv ist, desto größer ist die Chance für Kupfermineralien, sich anzusammeln und wirtschaftlich rentable Lagerstätten zu bilden.

Explorationsmethoden für Kupfermineralien

Die Exploration von Kupfermineralien erfordert in der Regel eine Kombination verschiedener Techniken, darunter geologische Kartierungen, geochemische Probenahmen, geophysikalische Untersuchungen und Bohrungen.

Die geologische Kartierung umfasst die detaillierte Untersuchung und Kartierung von Oberflächengesteinen und Aufschlüssen, um die mit der Kupfermineralisierung verbundenen geologischen Merkmale zu identifizieren, wie z Veränderung Zonen, Adern und Brekzien.

Bei der geochemischen Probenahme werden Gesteins-, Boden- und Wasserproben gesammelt und analysiert, um anomale Konzentrationen von Kupfer und anderen mit der Mineralisierung verbundenen Elementen festzustellen.

Geophysikalische Untersuchungen nutzen verschiedene Methoden, darunter magnetische, Schwerkraft- und elektromagnetische Untersuchungen, um Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften von Gesteinen zu erkennen, die auf das Vorhandensein einer Kupfermineralisierung hinweisen könnten.

Bohrungen dienen dazu, das Vorhandensein und Ausmaß der Kupfermineralisierung in der Tiefe zu testen und zu bestätigen. Diamond Bohren ist die gebräuchlichste Methode, es können jedoch auch andere Methoden wie das Umkehrspülbohren verwendet werden.

Moderne Explorationstechniken nutzen auch Fernerkundungstechnologien wie Satellitenbilder und Luftaufnahmen, um potenzielle Gebiete für weitere Explorationen zu identifizieren.

Auftreten

Kupfer ist ein relativ häufig vorkommendes Element in der Erdkruste mit einer geschätzten Konzentration von etwa 50 Teilen pro Million (ppm). Es kommt in verschiedenen Mineralien vor, darunter Chalkopyrit (CuFeS2), Bornit (Cu5FeS4), Chalkosin (Cu2S), Cuprit (Cu2O), Malachit (Cu2CO3(OH)2) und Azurit (Cu3(CO3)2(OH)2). , unter anderen.

Kupfervorkommen entstehen typischerweise durch hydrothermale Prozesse im Zusammenhang mit magmatischer Aktivität. Bei diesen Prozessen zirkulieren heiße, mineralreiche Flüssigkeiten durch Brüche und andere Öffnungen im umgebenden Gestein. Wenn die Flüssigkeiten abkühlen, lagern sich die darin enthaltenen Mineralien in Adern, Brüchen und anderen Strukturmerkmalen ab.

Kupfer kommt auch vor Sedimentgestein und in einigen Lagerstätten im Zusammenhang mit vulkanischer Aktivität. Darüber hinaus kommt Kupfer in Spuren im Meerwasser vor, allerdings ist die Konzentration zu gering, als dass sich der Abbau wirtschaftlich lohnen würde.

Geologische Bedingungen der Kupfermineralisierung

Kupfermineralisierungen können in verschiedenen geologischen Umgebungen auftreten, zu den häufigsten gehören jedoch:

1. Porphyr-Kupfer-Lagerstätten: Dies sind die weltweit wichtigsten Kupferquellen und werden mit großen, intrusiven Vorkommen in Verbindung gebracht Magmatische Gesteine. Porphyr-Kupfer-Ablagerungen bilden sich in der flachen Kruste (innerhalb von 1–6 km Tiefe), wenn heiße, metallreiche Flüssigkeiten aus kühlenden Magmakammern aufsteigen und auf kühleres Gestein treffen, wodurch Kupfer und andere Metalle im umgebenden Gestein ausfallen.
2. Sedimentgelagerte Kupfervorkommen: Diese Ablagerungen treten in Sedimentgesteinen auf, die in Meeres- oder Seeumgebungen abgelagert wurden. Das Kupfer wird normalerweise damit in Verbindung gebracht Schiefer, sand~~POS=TRUNCund Karbonatgesteine, und die Ablagerungen können stratiform (parallel zur Schichtung) oder strukturell kontrolliert sein.
3. Vulkanogenes Massivsulfid (VMS) Einlagen: Hierbei handelt es sich typischerweise um kleine bis mittelgroße Ablagerungen, die sich am oder in der Nähe des Meeresbodens in Vulkan- oder Sedimentgesteinen bilden. Sie zeichnen sich durch hohe Kupfergehalte aus, Zink, führenund andere Metalle und werden häufig mit hydrothermalen Quellen am Meeresboden in Verbindung gebracht.
4. Kupferskarne: Diese sind Hydrothermale Ablagerungen die in Karbonatgesteinen vorkommen, typischerweise in der Nähe von Intrusionen von Granit- oder Dioritgesteinen. Skarn-Lagerstätten zeichnen sich in der Regel durch hohe Kupfergehalte sowie erhebliche Mengen anderer Metalle wie z Gold, Silberund Molybdän.
5. Kupferoxidablagerungen: Diese Ablagerungen befinden sich meist in der Nähe der Oberfläche und entstehen durch Verwitterung und Oxidation von Kupfersulfidmineralien. Sie kommen typischerweise in trockenen oder halbtrockenen Regionen vor, wo Kupfermineralien durch saures Grundwasser aus den Gesteinen ausgelaugt werden und sich in Form von Kupferoxidmineralien anreichern.

Dies sind nur einige der häufigsten geologischen Bedingungen für Kupfermineralisierungen, und es gibt noch viele andere.

Bedeutung von Kupfermineralien

Kupfermineralien sind wichtig, da sie die Hauptquelle für Kupfermetall sind, ein wertvolles Industriemetall, das in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird. Kupfer ist ein ausgezeichneter Stromleiter und wird in der Elektro- und Elektronikindustrie häufig für Leitungen, Motoren, Generatoren und andere Geräte verwendet. Kupfer wird aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auch in Bau-, Sanitär- und Heizungssystemen verwendet. Darüber hinaus wird Kupfer bei der Herstellung von Messing und Bronze verwendet, zwei wichtigen Legierungen, die bei der Herstellung verschiedener Produkte verwendet werden. Kupfer ist auch ein essentieller Nährstoff für die menschliche Gesundheit und spielt im Körper eine Reihe biologischer Funktionen, darunter die Bildung roter Blutkörperchen und die Erhaltung eines gesunden Bindegewebes.

Verwendet Bereich

Kupfer findet aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit, Formbarkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit ein breites Einsatzspektrum in verschiedenen Branchen und Anwendungen. Zu den wichtigsten Einsatzgebieten von Kupfer gehören:

1. Elektroindustrie: Kupfer ist ein hochleitfähiges Metall und wird häufig in der elektrischen Verkabelung, Stromerzeugung und -übertragung verwendet. Es wird auch bei der Herstellung von Motoren, Transformatoren, Schaltern und anderen elektrischen Geräten verwendet.
2. Bauindustrie: Kupfer wird aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit in Sanitäranlagen, Dächern und Verkleidungen verwendet. Es wird auch in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen eingesetzt.
3. Automobilindustrie: Kupfer wird bei der Herstellung von Kühlern, Wärmetauschern und elektrischen Leitungen verwendet.
4. Elektronikindustrie: Kupfer wird bei der Herstellung von Leiterplatten, Computerchips und anderen elektronischen Bauteilen verwendet.
5. Medizinische Industrie: Kupfer wird aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit und Strahlenundurchlässigkeit in medizinischen Geräten wie Röntgengeräten verwendet.
6. Münzprägung: Kupfer wird aufgrund seiner Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bei der Herstellung von Münzen verwendet.
7. Dekorative Anwendungen: Kupfer wird aufgrund seiner attraktiven rotbraunen Farbe und Formbarkeit in Schmuck, Skulpturen und anderen dekorativen Anwendungen verwendet.
8. Antimikrobielle Eigenschaften: Kupfer hat natürliche antimikrobielle Eigenschaften und wird bei der Herstellung von Krankenhausgeräten, Türgriffen und anderen häufig berührten Oberflächen verwendet, um die Ausbreitung von Infektionen zu reduzieren.

Insgesamt ist Kupfer ein vielseitiges Metall mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Branchen und Anwendungen.

Weltweiter Vertrieb von Kupfermineralien

Kupfermineralien kommen in vielen Teilen der Welt vor und die Kupferproduktion ist in vielen Ländern ein wichtiger Wirtschaftszweig. Zu den wichtigsten kupferproduzierenden Ländern der Welt gehören Chile, Peru, China, die Vereinigten Staaten, Australien, die Demokratische Republik Kongo, Sambia, Russland und Kanada.

Chile ist der weltweit größte Kupferproduzent und machte im Jahr 28 etwa 2020 % der weltweiten Kupferproduktion aus. Peru ist der zweitgrößte Produzent, gefolgt von China und den Vereinigten Staaten. Weitere bedeutende kupferproduzierende Länder sind Indonesien, Mexiko, Kasachstan und Polen.

Kupfermineralien kommen typischerweise in Verbindung mit anderen Mineralien wie Gold, Silber, Blei und Zink vor und werden oft als Nebenprodukte dieser anderen Metalle gewonnen. Einige der wichtigsten Kupfer Mineralvorkommen Zu den Minen weltweit gehören die Chuquicamata-Mine und die Escondida-Mine in Chile, die Grasberg-Mine in Indonesien und die Olympic-Dam-Mine in Australien.

• In den USA als bemerkenswert große Massen und ausgezeichnete, große Kristalle in Lagerstätten der Keweenaw-Halbinsel, Keweenaw und Houghton Cos., Michigan; in verschiedenen Porphyrvorkommen in Arizona, einschließlich der Mine New Cornelia, Ajo, Pima Co.; die Copper Queen und andere Minen in Bisbee, Cochise Co.; und bei Ray, Gila Co.; Ähnliches gilt für die Chino-Mine in Santa Rita, Grant Co., New Mexico.
• In Namibia, in der Onganja-Mine, 60 km nordöstlich von Windhoek, und in Tsumeb.
• In großen Kristallen aus der Mine Turinsk, Bogoslovsk, Ural, Russland.
• In Deutschland, in Rheinbreitbach, Nordrhein-Westfalen, und im Bergwerk Friedrichssegen, bei Bad Ems, Rheinland-Pfalz.
• In schönen Exemplaren aus vielen Minen in Cornwall, England.
• In Australien, in Broken Hill, New South Wales.
• In Chile, in Andacolla, in der Nähe von Coquimbo. Aus Bolivien, in Corocoro.

Kupfernachfrage und Produktionstrends

Kupfer ist ein weit verbreitetes Metall mit einem breiten Anwendungsspektrum, einschließlich elektrischer Leitungen, Sanitärinstallationen, Bauwesen und Elektronik. Daher wird die weltweite Nachfrage nach Kupfer stark von den Trends in diesen Branchen beeinflusst.

In den letzten Jahrzehnten ist die Kupfernachfrage aufgrund der zunehmenden Nutzung elektronischer Geräte, der Infrastrukturentwicklung in Schwellenländern und der Elektrifizierung des Transportwesens stetig gestiegen. Laut der International Copper Study Group (ICSG) wuchs der weltweite Kupferverbrauch zwischen 3.4 und 2000 jährlich um durchschnittlich 2019 %.

Auch die Kupferproduktion wurde erhöht, um dieser wachsenden Nachfrage gerecht zu werden. Die größten Kupferproduzenten sind Chile, Peru, China, die Vereinigten Staaten und die Demokratische Republik Kongo. Im Jahr 2020 wurde die weltweite Kupferminenproduktion auf rund 20 Millionen Tonnen geschätzt.

Allerdings kann die Kupferproduktion durch verschiedene Faktoren wie Naturkatastrophen, Arbeitsstreiks und Schwankungen der Rohstoffpreise beeinträchtigt werden. Beispielsweise führte die COVID-19-Pandemie im Jahr 2020 aufgrund von Minenschließungen und Unterbrechungen der Lieferkette zu einem vorübergehenden Rückgang der Kupferproduktion.

Insgesamt wird erwartet, dass die Nachfrage nach Kupfer in den kommenden Jahren weiter steigen wird, angetrieben durch das Wachstum erneuerbarer Energien, Elektrofahrzeuge und anderer High-Tech-Anwendungen.

Bibliographie

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Verfügbar unter: https://www.mindat.org/min-727.html [Abgerufen am 4. März 2019].