Mineralogie: Grundlagen, Klassifikation & Kupfergewinnung

Mineralogie: Grundlagen und Definitionen

Mineralogie: Die Wissenschaft, die die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Mineralien untersucht.

Primäre Minerale

Entsprechen ursprünglichen Lagerstätten. Beispiel: Pyrit (FeS₂), das aufgrund seiner Farbe und seines Glanzes Gold ähnelt.

Sekundäre Minerale

Entstehen durch chemische Reaktionen von primären Mineralen. Beispiel: Anglesit (PbSO₄) ist ein sekundäres Mineral, das sich aus Bleiglanz (PbS), einem primären Mineral, bildet.

Kristalline Feststoffe

Partikel sind in den drei Dimensionen des Raumes geordnet und regelmäßig nach einer definierten Geometrie angeordnet.

Amorphe Feststoffe

Teilchen sind ungeordnet und haben eine formlose, flüssigkeitsähnliche Struktur.

Mineralien sind kristalline Feststoffe, d.h. ihre Teilchen sind im Raum nach einer präzisen, geordneten und periodischen Struktur angeordnet.

Ein Großteil der festen Materialien auf der Erde sind Kristalle, wie z.B. Quarz (SiO₂). Ausnahmen bilden amorphe Feststoffe wie vulkanische Gesteine. Kristalle bestehen aus einer Grundeinheit (Elementarzelle), die sich in drei Dimensionen des Raumes unbegrenzt wiederholt.

Klassifikation der Minerale

• Native Elemente

  Diamant (C), Gold (Au), Silber (Ag)

• Sulfide

  Pyrit (FeS₂), Chalkopyrit (CuFeS₂), Bleiglanz (PbS)

• Halogenide

  Halit (NaCl), Fluorit (CaF₂)

• Oxide und Hydroxide

  Korund (Al₂O₃), Limonit (FeO(OH))

• Carbonate

  Calcit (CaCO₃), Dolomit (CaMg(CO₃)₂)

• Sulfate, Wolframate, Molybdate und Chromate

  Gips (CaSO₄·2H₂O), Wolframit (FeMn(WO₄)), Krokoit (PbCrO₄)

• Phosphate, Arsenate und Vanadate

  Türkis (CuAl₆(OH)₈(PO₄)₂·5H₂O)

• Silikate

  Quarz (SiO₂), Opal (SiO₂·nH₂O), Talkum (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)

Kristallsysteme

• Pyrit: kubisch
• Kassiterit: tetragonal
• Siderit: trigonal
• Beryll: hexagonal
• Schwefel: rhombisch
• Gips: monoklin
• Axinit: triklin

Mohs-Härteskala

• Sehr weich (1-2)

  Gips (Pulver)

• Weich (3-5)

  Calcit, Fluorit, Apatit

• Hart (6-9)

  Orthoklas, Quarz, Topas, Korund

• Sehr hart (10)

  Diamant

Kupfergewinnungsprozess

1. Zerkleinerung (Fräsen)

   Das Erz wird zerkleinert und gemahlen, um die Partikelgröße auf 20 bis 25 mm Durchmesser zu reduzieren.

2. Laugung (Lixiviation)

   Das zerkleinerte Mineral wird mit einer wässrigen Schwefelsäurelösung behandelt, oft unter Einsatz von Bakterien (Bioleaching), um eine Kupfersulfatlösung mit einer Konzentration von bis zu 9 g/L zu erhalten.

3. Lösungsmittelextraktion

   Die konzentrierte Kupferlösung wird mit organischen Lösungsmitteln behandelt, die Kupferionen binden und Verunreinigungen entfernen. Dabei wird eine Konzentration von bis zu 45 g/L erreicht.

4. Elektrolyse

   Die schwefelsaure Kupferlösung wird einem elektrolytischen Prozess unterzogen, bei dem eine Kupferkathode mit einer Reinheit von 99,98 % gewonnen wird.

5. Flotation

   Das Erz wird mit schaumbildenden Substanzen gemischt, die Luftblasen erzeugen. Diese Blasen umschließen die Kupferpartikel und tragen sie an die Oberfläche, wodurch sie von Verunreinigungen getrennt werden.

6. Filtration und Trocknung

   Das Wasser wird entfernt und das Konzentrat getrocknet, sodass es weniger als 5 % Restwasser enthält.

7. Gießen

   Das Rohkupfer wird hohen Temperaturen ausgesetzt, um es zu verfeinern. Dabei wird Rohkupfer mit einer Reinheit von 99,5 % gewonnen.

8. Feuerraffination

   In Blisterkupferöfen wird das Kupfer feuerraffiniert, um Sauerstoff zu entfernen. Dabei wird Kupfer mit einer Reinheit von 99,9 % gewonnen.