29  Cu
Koper 


Voorkomen
Wingebieden
Naam
Ontdekking
Bereiding vroeger
Bereiding nu
Toepassingen en toelichting
Verdere toepassingen

 

 

 

VOORKOMEN

0,0060 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit koper; het is het 26e element in rangorde van voorkomen.

­Men treft het zowel in gedegen toestand (als metaal) aan, als in ver­bindingen. Er is een zeer grote verschei­denheid aan koper­mineralen. De belang­rijkste zijn:

antacamiet Cu2Cl(OH)3
azuriet of koperazuur Cu3(CO3)2(­OH)2
berzelianiet Cu2Se
borniet Cu5FeS4
bournoniet of zwarte spiesglans  CuPbSbS3
chalcanthiet CuSO4.5H2O
chalcopy­riet of koperkies  CuFeS2
chalcosien of koperglans  Cu2S
chrysocolla (Cu,Al)2H2Si2­O5(OH)4.n­H2O
covellien CuS
cupriet Cu2O
dioptaas of kopersmaragd  CuSiO2(OH)
domeykiet Cu3As
enargiet Cu3AsS4
malachiet Cu2CO3(OH)2
pseudo-malachiet  Cu5(PO4)2(OH)4
tennantiet (Cu,Fe,Ag,Sn)12 As4S13
tenoriet CuO
 tetraŽdriet (Cu,Fe,Ag,Sn)12 Sb4S13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mangaanknollen op de bodem van de oceaan bevatten tot ca. 2 % koper. Ook in meteorieten en op de zon is de aanwezigheid van koper aangetoond.

WINGEBIEDEN

De belangrijkste wingebieden voor koperhoudende ertsen (met name borniet en koperkies) liggen in Chili, de Verenigde Staten van Amerika (Arizona, Utah, Rocky­ Mountains), Rusland (Petsamo, Oeral), Kazachstan, Canada (Sudbury), Democratische Republiek Congo, Polen, China, Peru, Mexico, AustraliŽ, Papoea-Nieuw-Guinea, de Filipijnen, Zuid-Afrika, Zambia en Japan.

Gedegen koper komt voornamelijk voor in de Verenigde Staten van Amerika en Rusland (Oeral).

De zogenoemde mangaanknollen op de oceaanbodem bevatten ongeveer 0,5 % koper. De totale voorraad koper in deze knollen wordt geschat op 1010 - 1012 ton. 

NAAM

De naam is afgeleid van het Latijnse woord Cyprium, later verkort tot cuprum (of het Griekse woord kupros). Beide woorden zijn afgeleid van Cypres of Cyprus, de voor­naam­ste vindplaats van kopererts in de Oudheid (ca. 6.000 jaar geleden). Het eiland kreeg deze naam door de talrijke cipresbomen die er groeiden. 

Het metaal werd, van­wege de vind­plaats, verbon­den met de godin Aphrodite, hetgeen in het oudste symbool voor koper tot uitdrukking kwam: O+.

ONTDEKKING

Koper is, met goud, het element dat het langst bekend is. De oudst bekende voorwerpen, koperen kralen, zijn onge­veer 11.000 jaar oud en komen uit het noorden van Irak. Ze zijn gemaakt van vrijwel zuiver koper, dat destijds in gedegen toestand werd aange­troffen.

7.000 jaar geleden werd koper uit koperertsen gemaakt in het gebied van IsraŽl tot de Perzische Golf, het noorden van de zogeheten Vrucht­bare Halve Maan. De oude Egyptenaren hadden hun kopermijnen in het gebied van de huidige Negev-woestijn. In Iran zijn ca. 6.000 jaar oude potten gevonden waarin koper gesmolten werd. 

In de Oudheid was koper een bekend en veel gebruikt metaal, vooral voor het maken van wapens. Het diende ook ter vervanging van goud vanwege zijn mooie "goud"glans. Het bewerken van koper (en ijzer) was belangrijk; er was een 'gilde' van smeden (vgl. Genesis 4 : 22 : "en Zilla baarde ook Tubal-KaÔn, de smeder van allerlei snijwerktuigen van koper en ijzer". Hij wordt de 'vader of leer­meester der sme­den' genoemd.

De oudste kopermijnen in Europa (ca. 6.000 jaar oud) zijn in het voormalige JoegoslaviŽ (bij de stad Niš) en in Helgoland gevon­den. In de dertiende tot vijftiende eeuw werd ook in BelgiŽ (Maasvallei, Dinant) koper en brons geproduceerd.

 

De oude Egyptenaren gebruikten het kopererts om glas te kleuren (Egyptisch blauw).

BEREIDING VROEGER

Koper werd bereid door koperhoudende ertsen of minera­len te verhitten met houtskool, bijvoorbeeld:

 

     CuO + C → Cu + CO

BEREIDING NU

De bereidingswijze van koper is afhankelijk van het soort mineraal of erts waaruit het metaal wordt geÔsoleerd.

De bereiding vindt meestal plaats met de sulfidehoudende ertsen als koperkies, borniet en chalcosiet. De ruwe ertsen bevatten weinig koper (ca. 1 %). Door allerlei fysische bewer­kingen, bijv. flotatie, wordt erts verkregen dat ca. 20 - 45 % koper bevat. Het erts wordt eerst geroost. Onder verhitten en inblazen van lucht wordt een deel van het aanwezige sulfide omgezet in het oxide. Hierbij komt zwaveldioxide vrij, dat gebruikt wordt voor de productie van zwavelzuur. Daarna wordt het erts in een tweede oven verhit tot de meeste verbin­dingen smelten (ca. 900 į­C). Vervolgens wordt er zuurstof (lucht) ingebla­zen en zand toegevoegd om respectievelijk zwavel en ijzer (en enkele andere verontreinigingen) te verwijderen. Bijvoorbeeld:

 

4 CuFeS2  + 5 O2  +  2 SiO2   →   2 Cu2S.FeS  +  2 FeSiO3   +  4 SO2

 

Het ijzersilicaat komt in de slak en kan gemakkelijk wor­den verwijderd.

In een derde oven, de converter, wordt bij hoge tempera­tuur (ca. 1.400 įC) opnieuw lucht ingeblazen en zand toegevoegd. Het ijzergehalte kan zo worden teruggebracht tot minder dan 1 %, waarna het resterende kopersulfide wordt omgezet in koper(I)oxide:

 

     2 Cu2S  +  3 O   →  2 Cu2O  +  2 SO2

 

Het gevormde koperoxide wordt omgezet in koper door reactie met het aanwezi­ge koper(I)sulfide: 

 

     2 Cu2O  +  Cu2S  →  6 Cu    +  SO2  .

 

In sommige gevallen worden de koperverbindingen gere­du­ceerd met kool­stof/kool­stofmonooxide of met water­stof.

 

Het gevormde koper is ca. 98 % zuiver. Zuiver koper kan worden verkregen door het ruwe koper als anode te ge­brui­ken en te elektrolyseren in een kopersul­faatoplossing. Aan de kathode wordt zeer zuiver koper gevormd (> 99,95 %). Uit het anodeslib worden diverse andere metalen ge­wonnen, o.a. zilver, goud, metalen van de platina-groep, molybdeen, kobalt, nikkel, seleen en telluur. 

 

In plaats van bovenstaande methode kunnen de mineralen ook bewerkt worden met zwavelzuur, ijzer(II)sulfaat of ammonia. Uit de verkregen verbindingen wordt het metaal gewonnen door elektro­lyse. Ook kan ijzer(afval) of zinkpoeder wor­den toege­voegd, waardoor het koper neerslaat.

 

Een nieuwe methode, die momenteel wordt uitge­test, is het vrijmaken van koper uit ertsen met behulp van bacteriŽn.

 

In de praktijk wordt weinig zuiver koper gebruikt. Meestal zijn het koperlegeringen zoals brons (koper met tin - tot 30 %), mes­sing of geel koper (koper met zink - tot 40 %) en Monelģ-metaal (koper met nikkel). 

Koper zelf is zacht - een eigenschap waarvan veel gebruik gemaakt wordt - en kan harder gemaakt worden door toevoe­gen van arseen of antimoon. Toevoegen van telluur verbetert de bewerking van koper(legeringen), vooral het verspanen; men spreekt in dit geval van ‘automaten­ko­per’. 

 

De wereldproductie bedraagt ongeveer 10 miljoen ton per jaar. Een behoorlijk deel hiervan (ca. 40 %) wordt verkre­gen via recy­cling van gebruikt koper. In volume is koper de derde belangrijkste metaalindustrie na ijzer en aluminium.

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Draad, kabel

Vanwege de goede elektrische gelei­ding en de geringe corrosie wordt koper gebruikt voor elektri­sche bedra­ding. Er kan tot maximaal 5 % andere metalen worden toege­voegd om de kwaliteit van het metaal te verhogen. De eigen­schappen van zilver zijn iets beter, maar zilver is voor deze toepassing te duur.

 

Print

Voor gebruik op printplaten moeten metalen een goede ge­leidbaarheid hebben en corrosiebestendig zijn. Vereisten waaraan koper voldoet.

 

Brons: beeld, medaille 

Voor het gieten van standbeelden en beeldjes wordt brons gebruikt. Om de eigenschappen van de legering te verbeteren, wordt lood of zink toege­voegd. Het materiaal lijkt dan iets meer op messing. 

Ook magnimat (koper met 25 % nikkel) is geschikt voor het gieten van beeldjes. Voor medailles wordt meestal brons met 3 tot 8 % tin ge­bruikt.

 

Munt

Voor het maken van munten is metaal nodig dat hard en corrosiebestendig is. Men gebruikt hiervoor meestal ko­perle­geringen, bijvoorbeeld brons met 3 tot 8 % tin of magnimat (CuNi25, een muntme­taal met 25 % nikkel). Een zeer groot deel van de buitenlandse munten met 'zil­ver'kleur is hiervan gemaakt.

De Nederlandse stuiver (5 ct) is gemaakt van koper met 4 % tin en 1 % zink; de munten van vijf gulden van nikkel (de kern) met daarom heen een laagje brons (88 % koper en 12 % tin). In de oude zilveren munten (voor 1967) was koper verwerkt.

In BelgiŽ is het muntstuk van 20 en 5 BF van koper (92 %) met aluminium (2 %) en nikkel (6 %) respectievelijk met aluminium (6 %) en nikkel (2 %). De munten van 50 centiem zijn van koper met tin (3 %) en zink (2 %).

 

In de Euro’s wordt - naar EEG richtlijnen -  het nikkelgehalte teruggedrongen. Het muntstuk van 2 Euro heeft een buitenkant van koper met 25 % nikkel en een binnenkant met 3 lagen: koper met 20 % zink en 5 % nikkel/ nikkel/ koper met 20 % zink en 5 % nikkel. Het muntstuk van 1 Euro heeft een buitenkant van koper met 20 % zink en 5 % nikkel en een binnenkant met 3 lagen: koper met 25 % nikkel/ nikkel/ koper met 25 % nikkel. 

De munten van 0,5, 0,2 en 0,1 Euro zijn gemaakt van ‘Nordic Gold’, een legering van koper (89 %), aluminium (5 %), zink (5 %) en tin (1 %); die van 0,05, 0,02 en 0,01 Euro van staal met een buitenlaag van koper.

Voor het invoeren van deze munten is 350.000 ŗ 400.000 ton muntmetaal nodig.

 

Buis

Voor (zee-)waterleidingbui­zen en apparatuur waaraan hoge eisen worden gesteld, zoals bijvoorbeeld brouwketels, wordt een koperle­gering gebruikt met 10 tot 13 % nikkel. Deze legering heeft een grote corrosie­besten­dig­heid. 

 

Kraan

Een kraan wordt meestal van messing gemaakt. De gebruikte legering bevat veelal tin (1 tot 5 %) en soms ook aluminium, ijzer, nikkel of mangaan, om het materiaal iets harder te maken. Sommige waterkra­nen zijn van brons met 8 tot 10 % tin en ongeveer 3 % zink.

 

Pijp

Condensorpijpen worden gemaakt van messing met 1 tot 5% tin en - afhankelijk van gebruiksomstandigheden - aluminium, ijzer, nikkel of mangaan. Deze legeringen hebben een grote treksterkte en veerkracht en zijn zeer corrosie­bestendig. 

 

Scheepsschroef

Een scheepsschroef wordt gemaakt van cunial, een legering van koper met ongeveer 9 % aluminium en nikkel, of van cunifer een legering koper, nikkel en ijzer met 1 % mangaan. Dit materiaal is bijzonder hard en bestendig tegen de inwer­king van zeewater.

 

Luidklok, carillon (beiaard) 

Voor (luid)klokken in kerktorens en voor de klokken van carillons of beiaards wordt brons gebruikt met 20 tot 30 % tin. In deze legering worden de trillingen langzaam gedempt, hetgeen de nagalm bevor­dert. 

VERDERE TOEPASSINGEN

Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering: 

autoradiator (brons)

biervaten en brouwketels (div. Cu-legeringen)

chemische apparatuur (15,5 % Ni en 0,5 % Mn)

condensator (7 % Al, 12 % Ni)

dakbedekking

drijf- en gietwerk (brons)

elektrisch weerstandmateriaal (45 % Ni)

elektrode

elektromotoren (contacten; Ag/Cu)

gegraveerde platen

gloeilamphuls (messing, 28 % Zn)

lager (2,6 % Be)

munitiehulzen (messing, tot 33 % Zn)

pannen en potten

precisiebalans (38 % Zn, 2 % Pb) 

reflector koplamp (messing, 37 % Zn)

schroeven (2,7 ŗ 3,6 % Si en 0,5 ŗ 1,3 % Mn)

siervoorwerpen (messing tot 20 % Zn, brons)

sprinkler op schepen (6 % Ni, 1 % Fe, 0,5 % Mn)

stroomafnemers voor treinen (Cu/Ag)

tafelzilver (afkomstig uit China; omstreeks 1700 door de Engelsen ontdekt en nagemaakt; bekend onder de naam ‘Duits zilver; bevat naast koper, ongeveer 8 – 30 % nikkel en 15 – 30 % zink). 

tandraderen, machine-onderdelen (brons met 8 ŗ 12 % Sn)

telefoonrelais (27 % Zn en 18 % Ni)

trapleuning, vitrine, muziekinstrumenten (18 % Ni, 20 % Zn, z.g. nieuwzilver)

vonkvrij gereedschap (9 % Al,4 % Fe, 4 % Ni)

warmtewisselaar (messing of brons)

wijzerplaat zonnewijzer (36 % Zn)

 

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding): 

algenbestrijder CuSO4
beitsmiddel Cu(OH)2
blauwe kleur van imitatie-edelsteen CuO
conserveren van hout en textiel CuBr
  Cu(II)nafte­naat
  -arse­naat
  -formiaat,
  CuSO4
  Cu(NO3)2
fluorescerende kleurstof CuCNS
  CuS
fotografie CuCl2
  CuBr
  CuI2
  CuBr
  CuI
  CuSO4
galvanoplastiek CuSO4
galvanotechniek CuCN
  CuSO4
geneesmiddel       behandeling van arthritis Cu-complex
                        tegen bloedarmoede 
                        in combinatie met ijzer­verbindingen, bijvoor­beeld              Cu(CH3COO)2,
                        ijzerfuma­raat, bij tekort aan koper CuSO4
glas-emailkleurstof,        rood Cu2O
                                 groen CuO
inktkleurstof  Cu(NO3)2
katalysator in uitlaat en schoorsteen hoogoven, raffinaderij 
             (voor NOx → N2 en O2 en CO → CO2) Cu2O
kleurstofCu-ftalocyanine
  Cu(NO3)2
kunstzijde (rayon) bereiding Cu-complexen
lichtecht maken van textiel CuSO4
onkruidbestrijder CuSO4
  CuSO4.3Cu(OH)2
  CuF
  Cu(CH3COO)2
  Cu-arsena­ten
                   voor groente, fruit, wijnbouw, bananenteelt Cu2(OH)3Cl
ontzwavelen van aardolie CuO
pigment in keramiek CuF2
  Cu(CH3COO)2
  CuCO3
pigment in glas   blauw/groen CuO
                       rood  Cu2O
  CuCO3
pig­ment in verf  Cu(NO3)2
  CuSO4
  CuSCN 
  Cu­CO3.Cu(OH)2
pigment in verf  (groen in oude verfsoorten t.b.v. restaura­ties) Cu(AsO2)2
schimmelbestrijder, o.a. tegen meeldauw in wijngaarden CuSO4
  Cu(OH)2
  Cu2OCl2
  CuCO3
supergeleidend keramiek Cu-oxiden
          dit keramiek kan hoge magneetvelden aan en lijkt geschikt voor 
          zweeftrei­nen, ener­gieopslag en supergeleidende spoelen 
temperatuurindicator Cu2HgI4
textieldruk  CuCl2
 Cu(CH3COO)2
veevoeder (toevoeging) Cu-verbindingen
(koper is essentieel, zowel bij dier als mens, o.a. voor de inbouw van ijzer in hemoglobine, botvorming, activeren van enzymen)
verf voor scheepsbodem CuO
 Cu2O
 CuSiO3 
 Cu(OH)2
verven van kunstzijde Cu(CNS)2
vuurwerk     groene kleur Cu(NO3)2
 CuCl2
 CuCO3
waterzuivering CuSO4
zonnecollector   CuO
zonnecellen  CuInSe2