Kupfer

Eigenschaften

Geschichte
Kupfer ist das am längsten bekannte Metall der Menschheit. Das gediegen vorkommende Kupfer wurde bereits in der Steinzeit vor über 10'000 Jahren verwendet. Erst 4'500 v. Chr. wurde mit dem Schmelzen begonnen. Sechshundert Jahre später (ca. 3'900 v. Chr.) begannen die Aegypter die Gewinnung von Kupfer aus Erz.
Die Römer benannten Kupfer nach der kupferreichen Insel Zypern (cyprium), später nannten sie es cuprum, wovon sich der Name Kupfer ableiten lässt.

Vorkommen
Kupfer ist in der Erdkruste mit durchschnittlich 60g/t vorhanden. 0.006% der Erdkruste besteht aus Kupfer. Es ist damit an 25. Stelle der häufigsten Elemente. Kupfer kann auch gediegen (d.h. metallisch rein) vorkommen. Der durchschnittliche Kupfergehalt bei Erzen beträgt von unter 1% bis zu 2%. Wichtige Abbaugebiete finden sich auf dem gesamten Globus (Afrika, Süd-Amerika, Nord-Amerika, Australien, China, Europa und weitere).

Gewinnung / Herstellung
Die Erze werden im Tag- und Untertagbau gewonnen. Die wichtigsten Erze dabei sind das Kupferkies (Cu Fe S2) und der Kupferglanz (Cu S2). Buntkupferkies
Nach dem trennen vom tauben Gestein wird das Erz gemahlen und durch Flotation (aufschwemmen mit Wasser und Chemikalien) auf einen Kupfergehalt von bis zu 35% konzentriert.
Die Verhüttung erfolgt nach der Art des Erzes. Sulfidische (schwefelgebundene) Erze werden meist im Schwebeschmelzverfahren (moderne trockene Verhüttung) und oxidische (sauerstoffgebundene) Erze im Solventextraktionsverfahren (nassmetalurgische Verhüttung) verhüttet.
Die anschliessende Raffination erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe, der Feuer-Raffination, werden dem flüssigen Kupfer durch einblasen von Luft weitere Verunreinigungen entfernt. Danach wird dem Kupfer durch die Zugabe von Reduktionsmitteln (Birken- und Buchenholz) Sauerstoff entzogen. Anschliessend wird es zu Platten vergossen. Die zweite Stufe besteht aus der Elektrolyse.Elektrolysevorgang bei der KupfergewinnungDaten vom April 1986 LME:
Jährliche Produktion: 14'092'000 Tonnen
Grösster Hersteller ist Nord-Amerika (25%) gefolgt von Süd-Amerika (21%). Europa belgt mit einem weltweiten Produktionsanteil von 17% (2'399'000 t) den dritten Platz.

EigenschaftenBeschreibung EinheitWertSpezifikation:DIN 17650
EN 1172DHP bzw. DLP-Cu =
sauerstofffreies KupferDichte:kg/m38'930Schmelzpunkt: C1083Ausdehnungskoeffizient: mm/m 100K1,7Kupfer ist in verschiedenen Härten lieferbar. Für übliche Spenglerarbeiten wird der Härtegrad F22 (weich) und für erhöhte Ansprüche wie bsp. Fassaden F24 (halbhart) eingesetzt.
Kupfer, welches durch die Bearbeitung erhärtet ist, kann durch ausglühen wieder "weich" gemacht werden.
Kupfer unterliegt keiner temperaturbedingten Verformbarkeit.
Kupfer besitzt unter Witterungseinflüssen einen natürlichen Abtrag. D.h. der Gestaltung von Tropfkanten ist dahingehend Beachtung zu schenken, dass kein "Kupferwasser" über Fassaden oder andere Bauteile fliesst. Insbesondere helle Bauteile können gut sichtbare Fliesspuren aufweisen.
Kupfer lässt sich hervorragend verformen, weichlöten, hartlöten und elektrisch schweissen (TIC / MAG). Es ist daher eines der beliebtesten Metalle bei den Verarbeitern.
Unter Temperatureinwirkung verbindet sich Kupfer sehr schnell mit Sauerstoff. Es lässt sich daher äusserst schlecht giessen und autogen Schweissen.
Für Tauchverzinnungen, Galvanisierungen sowie für elektro-chemisches und mechanisches Polieren eignet sich Kupfer hervorragend.

Korrosionsbeständigkeit
Wird Kupfer der Atmosphäre ausgesetzt überzieht es sich innert Stunden mit einer Oxidschicht, die das Metall vor Korrosion und zu starkem Abtrag schützt. Die anfängliche Oxidschicht (Patina) ist vom Auge nicht wahrnehmbar. Mit der Zeit bzw. mit weiteren Witterungseinflüssen verstärkt sich die Patina und ist gut sichtbar bzw. gibt dem Kupfer das Erscheinungsbild.
Die Korrosionsbeständigkeit von Kupfer ist sehr gut und Schadensfälle, bei richtiger Verarbeitung, sehr selten.
Kupfer ist beständig gegen Tauwasser, vorhandener Feuchte sowie gegen alkalische Baustoffe. Auch gegenüber basischen und leicht sauren Angriffen widersteht Kupfer.
Ammoniak (Viehzucht, Betonzusätze, Dünger) wie auch Schwefel- (Kamine), Salpeter- (Viehzucht) und organische Säuren greifen Kupfer an. Auch Kanalgase können eine Korrosion herbei führen.
Kupfer besitzt ein sehr hohes Spannungspotenzial unter den Metallen. Während eine Verbindung mit rostfreien Stählen problemlos ist, dürfen Zink oder Aluminium nicht mit Kupfer in Berührung kommen. Selbst das ableiten von "Kupferwasser" auf andere Metalle kann zu Korrosionsproblemen oder optischen Beeinträchtigungen führen. Hingegen ist der umgekehrte Fall, z.B. "Zinkwasser" in eine Kupferrinne zu führen, unbedenklich.

Verarbeitung / Anwendung
Kupfer lässt sich ausserordenlich gut verarbeiten. Sämtliche bekannten Techniken können angewendet werden.
Wird Kupfer hartgelötet, ist darauf zu achten, dass die Hartlötnaht und dessen Randzone durch die Temperatureinwirkung (ausglühen) weich wird.
Für das Punktschweissen müssen Elektroden mit Wolframeinsätzen verwendet werden. Die zu punktschweissenden Flächen müssen mit Widerstandspaste bestrichen werden. Notfalls kann auch Verzinnungspaste verwendet werden. In diesem Fall ist jedoch von einer deutlich kleineren Festigkeit der Schweisspunkte auszugehen.
Kupfer kann in sämtlichen Bereichen eingesetzt werden. Es eignet sich sowohl für die Bedachung, Fassade, Flachdach wie auch der Entwässerung.
Der Kupferverbrauch gliedert sich wie folgt (Angabe LME vom April 1986):
Bauwesen 48%, Elektrik 17%, allg. technische Anwendungen 16%. Der Rest verteilt sich in mehrere kleinere Anwendungsgebiete.

Optik
Wird metallisch blanker Kupfer der Atmosphäre ausgesetzt überzieht es sich innert Stunden mit einer Oxidschicht. Die anfängliche Oxidschicht (Patina) ist vom Auge noch nicht wahrnehmbar. Mit der Zeit bzw. mit weiteren Witterungseinflüssen verstärkt sich die Patina und ist gut sichtbar bzw. gibt dem Kupfer das Erscheinungsbild.
Der Zeitraum, welcher für eine gleichmässige Patinierung benötigt wird, hängt einerseits von den Witterungseinflüssen (Regenperiode, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität bzw. Aggressivität des Niederschlags, Temperatur) ab, der Lage der Kupferbleche (flach oder steil geneigt, Wetterseite, Vordachbereich etc.) wie auch von der Oberfläche der Bleche (Ölrückstände, Oberflächenrauheit, sonstige Verunreinigungen auf der Oberfläche). Im Normalfall genügen wenige Wochen um ein homogenes Erscheinungsbild zu erhalten. Normale optische Beeinträchtigungen wie z.B. Fingerabdrücke von der Montage sind dann bereits nicht mehr erkennbar. Der Vorgang der Patinierung setzt sich über Jahre fort. Ein "stabiles" Aussehen stellt sich unter normalen Umständen innert Jahresfrist ein. Für das Auge finden dann vorerst, wenn überhaupt, nur noch marginale Veränderungen statt. Einzig geneigte Flächen können sich weiter, bis hin zur grünen Patina, entwickeln. Senkrechte Flächen können von sich aus nicht grün patinieren.
Schwarze Flecken während oder kurz nach der Montage: Blankes Kupfer besitzt eine sehr dünne Patina welches das Material schützt. Gelangt in diesem Anfangsstadium der Patinabildung z.B. aggressiver Regen oder Nebel auf das Blech, findet eine verstärkte Oxidation statt. Mit dem Fortschreiten der Patinierung gleichen sich die Flecken aus und es entsteht ein homogenes Erscheinungsbild.
Blau-Grün Verfärbung: Dabei handelt es sich vorwiegend um ungiftige Karbonate. Verursacht werden diese durch Ausschwemmungen von frischem Mörtel, Putz, Betonplatten... Auch Reinigungsmittel, welche alkalisch sind, können dies verursachen. Mit dem Nachlassen dieser Ausschwemmungen entstehen keine weiteren solchen Verfärbungen.
Diese Verfärbungen bauen sich nicht von alleine ab und müssen mechanisch entfernt werden (Messing- oder Rostfrei-Bürste). Das Kupferblech nimmt dadurch keinen ernsthaften Schaden.
Grün Verfärbung (Grünspan): Entsteht durch den Einfluss von Essigsäure.

Kupfergewinnung

Kupfergewinnung