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Kupfer
chemisches Zeichen Cu, hellrotes, zähes, dehnbares, ziemlich weiches, 1-, 2- und sehr selten 3- und 4-wertiges Metall; Atommasse 63,546, Ordnungszahl 29, Dichte 8,96, Schmelzpunkt 1083 °C, Siedepunkt 2595 °C. Es hat nach Silber die beste elektrische Leitfähigkeit und ist auch ein guter Wärmeleiter.
Vorkommen
Kupfer kommt in gediegener Form in den USA, Australien und Chile vor; ferner in Form sulfidischer und oxidischer Erze als Kupferkies (CuFeS2),Kupferglanz (Cu2S), Buntkupfererz (Cu3FeS3),Kupferlasur (2CuCO3·Cu[OH]2); in Deutschland gibt es Kupfer bei Mansfeld.
Gewinnung
Das wichtigste Rohmaterial für die Gewinnung ist derKupferkies. Dieser wird in Röstöfen vorgeröstet; das erhaltene Röstgut wird in Schachtöfen zur Entfernung des beim Rösten gebildeten Eisenoxids mit Kohle und silicatischen Zuschlägen zusammengeschmolzen, wobei sich ein Gemisch von Eisensilicat und Kupferstein (Kupfer- und Eisensulfid) bildet, das sich infolge der verschiedenen Dichten der Bestandteile nach Abfluss aus dem Ofen in zwei Schichten trennt. Der Kupferstein kommt in einen Konverter, durch den Luft geblasen wird. Hierbei entsteht Eisenoxid, das mit Quarzzuschlägen verschlackt; weiter wird das Kupfersulfid z. T. zu Kupferoxid oxidiert. Dieses reagiert mit noch unverändertem Kupfersulfid zu metallischem Kupfer. - Kupferarme Erze werden mit Schwefelsäure ausgelaugt und die gewonnene Kupfersulfatlösung mit Eisenabfällen versetzt, die aufgrund der Spannungsreihe Ausfällung des Kupfers bewirken (Zementation). Das Rohkupfer wird von den noch in ihm enthaltenen Verunreinigungen (z. B. Arsen, Antimon und Blei) durch oxidierende und reduzierende Schmelze befreit (Garkupfer) und elektrolytisch gereinigt.
Verwendung
Kupfer ist schon sehr lange bekannt und hat besonders als Legierung mit Zinn (Bronze) in vorgeschichtlichen Zeiten Verwendung zur Herstellung von Waffen und Geräten gefunden. Heute wird es vorwiegend für elektrische Leitungen, als Dachbelag, als Münzmetall, für Braukessel und zur Herstellung vieler Legierungen verwendet. Von diesen sind die wichtigsten: Bronze, Messing, Alpaka (Neusilber); ferner Aluminiumbronzen (Kupfer und etwa 5-12% Aluminium; sehr zäh und hart) undKonstantan (60% Kupfer, 40% Nickel; der elektrische Widerstand ist fast temperaturunabhängig).
Verbindungen
Kupfer(I)-Oxid, Cu2O, je nach Verteilungsgrad gelb oder rot, leicht oxidierbar zum schwarzenKupfer-(II)-Oxid, CuO; Kupferhydroxid, Cu(OH)2, hellblau, Malerfarbe, löslich in Ammoniak unter Bildung eines Komplexsalzes (Schweizer'sche Reagenz); Kupfersulfat (Kupfervitriol), CuSO4·5H2O, blau, verwendet in der Galvanoplastik und zur Herstellung von Schädlingsbekämpfungsmitteln, z. B. als Bordeauxbrühe; Kupfer-(I)-Chlorid, CuCl, farblose Kristalle, in gelöster Form zur Absorption von Kohlenmonoxid verwendet; Kupfercarbonat, als basisches Salz in Form des Halbedelsteins Malachit, CuCO3 · Cu(OH)2, und als Kupferlasur.
Biologische Bedeutung
Kupfer ist ein wichtiges Element in pflanzlichen und tierischen Organismen. Es ist insbesondere an Elektronenübertragungsprozessen beteiligt, kommt in mehreren Enzymen vor, ist für die Chlorophyllsynthese der Pflanzen erforderlich. Größere Mengen Kupfer sind toxisch. Der tägliche Bedarf des Menschen liegt bei 2 mg. Kupfer ist vor allem in Milch, Obst, Eiern und Nüssen enthalten.
LINK
http://www.kupfer.org
Aluminium
[das; lateinisch alumen, "Alaun"]
chemisches Element, Zeichen Al, Ordnungszahl 13, Atommasse 26,9, Dichte 2,7, Schmelzpunkt 659 °C, Siedepunkt 2500 °C; das silberweiße Leichtmetall kommt gebunden mit etwa 7,5% in der Erdkruste vor.
Gewinnung
Zur Aluminiumgewinnung dienen Bauxite, aus denen zunächst wasserfreies und möglichst reines Aluminiumoxid (Al2O3) durch ein alkalisches Aufschlussverfahren erzeugt wird. Anschließend wird das Aluminiumoxid elektrolytisch zersetzt.
Verwendung
Aluminium ist eines der wichtigsten Gebrauchsmetalle (Fahrzeug- und Flugzeugbau, in der Elektrotechnik u. a.). Die Festigkeitseigenschaften des Aluminiums können durch Legierungszusätze, Verformung und Aushärtung stark verändert und somit den jeweiligen Anforderungen angepasst werden (Dural).
Geschichte
Auf Anregung von H. C. Oersted gelang F. Wöhler1827 die Darstellung von größeren Aluminiumblättchen. 1855 wurde Aluminium erstmals als technisches Produkt auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt.
Messing
Kupfer-Zink-Legierungen verschiedener Zusammensetzung: Rotguss (Rotmessing) mit etwa 80% Kupfer, sehr dehnbar und widerstandsfähig;Gelbguss mit 65-80% Kupfer, für Maschinenteile verwendet; Weißguss mit 50-80% Zink, schwachgelb gefärbt, nur gießbar. Gussmessing hat 35- 45% Zink, der Rest besteht aus Kupfer und etwas Blei.Schmiedemessing (mit 40% Zink) lässt sich kalt verarbeiten durch Pressen und Ziehen.Sondermessing wie Deltametall, Tombak undDuranametall hat Zusätze von Aluminium, Mangan, Zinn und Eisen. Messing lässt sich gut bearbeiten und polieren und ist gegen atmosphärische Einflüsse nicht sehr empfindlich; zu Schmuckwaren, Kunstgegenständen u. a. verarbeitet.
Metalle
Verwendung und Vorkommen
Aluminium
hohe Dehnfestigkeit und niedrige Dichte ermöglichen Verwendung für Karosseriebau, Sportausrüstungen, Starkstromkabel und Lebensmittelverpackungen
USA, GUS, Kanada, Australien, Brasilien
Blei
Ladungsspeicher in Säurebatterien; verwendet in Farben, Maschinenlagern und als Benzinzusatz
USA, GUS, Mexiko, Australien, Kanada
Chrom
verwendet bei der Galvanisierung und der Herstellung von rostfreiem Stahl
Südafrika, Simbabwe
Eisen
einer der wichtigsten Rohstoffe der Weltwirtschaft; verwendet bei der Produktion von rostfreiem Stahl
USA, Schweden, Frankreich, GUS, Brasilien, Australien, China, Kanada, Südafrika
Gold
durch seine Geschmeidigkeit geeignet für Blattgold und Schmuck; auch in elektronischen Schaltkreisen verwendet
Südafrika, GUS, USA, Kanada, China, Australien
Kupfer
guter Elektrizitätsleiter; wird für Elektrodrähte und Rohrleitungen verwendet; Bronze und Messing sind Kupferlegierungen
USA, Kanada, GUS, Kongo, Sambia
Mangan
Manganmischungen sind enthalten in Trockenbatterien und Farben; wichtige Legierung für Stahl
GUS, Südafrika, Brasilien, Indien
Nickel
verwendet bei der rostfreien Galvanisierung, in Trockenbatterien, wichtige Legierung für Stahl
GUS, Kanada, Australien
Platin
für Chemikalienbehälter, Operationsbesteck, Schmuck und Elektronik verwendet
GUS, Südafrika, Kanada, Japan
Silber
verwendet für Münzen, Zahnersatz, Schmuck, Filmmaterial und Fotopapier
Mexiko, Peru, GUS, USA, Kanada
Titan
Titanoxid ist in Farben, Papier und Werkzeugen enthalten; wird als Legierung für Flugzeuge verwendet
GUS, Japan, USA, Kanada
Wolfram
als Beimengung zu Stahl zur Erhöhung der Festigkeit; als Heizdrähte in Elektrogeräten
China, USA, Kanada
Zink
in Legierungen (Messing mit Kupfer), Batterien, Farben, Kosmetika, für Galvanisierung
Kanada, GUS, Peru, Australien
Zinn
verwendet als Korrosionsschutzschicht; in Lötmetall, Zahnpasta, Bronze, Bedachungen
Malaysia, Peru, GUS, USA, Kanada, Polen
Gießerei
Werkstätte zur Herstellung von Gegenständen durch Gießen schmelzbarer Stoffe in Hohlformen; wichtige Gießstoffe: Eisen-, Kupfer- und Aluminiumlegierungen, ferner Kunstharze u. a. Kunststoffe. - Die Gießerei besteht aus 3 Abteilungen: Formerei (mit Kernmacherei und Sandaufbereitung), Schmelzbetrieb und Putzerei; vielfach ist auch eine Modelltischlerei bzw.-schlosserei angegliedert.
Formerei
In der Formerei werden die Hohlformen überwiegend aus Sand oder Lehm hergestellt. Der dazu benötigte Formsand wird in der Sandaufbereitung aus geeignetem Sand und Ton bzw. Lehm zusammengestellt. Sandformen ("grüne" Formen) werden sogleich nach der Herstellung mit flüssigem Metall ausgegossen. Lehmformen (aus Formsand mit höherem Tongehalt) werden zuvor bei etwa 400-600 °C getrocknet und haben eine höhere Festigkeit als Sandformen.
Zur Herstellung der Form benutzt man ein Modell aus Holz, Gips oder Metall, das dem zu gießenden Gegenstand entspricht und nach der Zeichnung unter Berücksichtigung des Schwindmaßes angefertigt ist. Das meist ein- oder mehrfach geteilte Modell wird in einen genügend großen kastenförmigen Rahmen, den Formkasten, gestellt und mit neuem Formsand bedeckt; der übrige Zwischenraum wird mit Altsand ausgefüllt. Der Formsand wird schichtenweise fest gestampft. Durch passende Einlagen werden Kanäle zwischen dem Modell bzw. Hohlraum und der Außenfläche der Form hergestellt: zum Einfüllen des flüssigen Gießstoffs die Trichter, zum Entweichen der Luft aus dem Hohlraum die Steiger.
Hohlräume im Gussstück oder schwierige Einzelheiten der Form werden durch Kerne, entsprechende Gegenformen, meist aus Lehm, dargestellt. Wegen der oft hohen Beanspruchungen durch den Auftrieb im flüssigen Gießstoff werden sie durch Kerneisen und -stützen fest gehalten. Durch Einlagen, die beim Trocknen vergasen oder wegschmelzen, werden sie besonders gasdurchlässig gemacht.
Große Gussstücke formt man nicht in Formkästen ein, sondern in Gruben in der Sohle der Formerei(Herdformerei), die aus einer Sandschicht von 2 bis 3 m Dicke besteht. Als Decke der Form dient ein Formkasten. Lehmformen werden, ebenfalls ohne Formkasten, zunächst aus Lehmziegeln aufgebaut und die genauen Umrisse durch einen dünnflüssigen Lehmaufstrich mit Hilfe von Schablonen oder durch besondere Kerne gebildet. - Sand- und Lehmformen sind nach dem Guss nicht mehr verwendbar. Dauerformen, sog. Kokillen, werden aus Stahl oder Gusseisen in der Modellschlosserei hergestellt. Sie überstehen je nach Größe und Gießtemperatur bis zu dreitausend Abgüsse. - Zwei Formverfahren haben in der Industrie Bedeutung erlangt: das Croningverfahren (Formmaskenverfahren) und das Wachsausschmelzverfahren.
Schmelzbetrieb
Im Schmelzbetrieb werden die Gießstoffe aus den Ausgangsstoffen nach der Gattierungsvorschrift (gattieren) eingeschmolzen. Für Gusseisen benutzt man überwiegend den Kupolofen, für Stahlguss denSiemens-Martin- oder Elektroschmelzofen (diesen besonders für legierten Stahlguss), wenn nicht in einem Konverter (LD- oder LDAL-Tiegel) "erblasener" Stahl verwendet werden kann. Kupfer- und Leichtmetalllegierungen schmilzt man fast immer in Tiegelöfen. Der flüssige Gießstoff wird mit Gießpfannen oder -tiegeln zu den Formen gebracht und in diese eingefüllt. Aus kippbaren Schmelzöfen kann unmittelbar in die Formen gegossen werden. Bei Gießmaschinen für den Spritzguss sind Schmelztiegel und Gestell zur Formenaufnahme zusammengebaut.
Putzerei
In der Putzerei werden Trichter und Steiger abgetrennt, Gussnähte durch Schleifen oder mit dem Meißel entfernt und der anhängende Formsand und kleine Oberflächenfehler durch das Sandstrahlgebläse oder durch Rommeln "weggeputzt".
Metallgießerei
Die Gießerei für Nichteisenmetalle (Aluminium, Bronze, Bronzeguss, Messing, Magnesium u. a.). Das Modell, bei dessen Herstellung besonders auf dasSchwindmaß Rücksicht genommen werden muss, wird ähnlich wie in der Eisengießerei eingeformt. Beim Schmelzen müssen dem Metall Reinigungs- und Desoxidationspulver zugesetzt werden.
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