|  | ||||||
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 tetraëdriet (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.
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, Australië, 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.
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+.
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 Israël 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-Kaïn, 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 Joegoslavië (bij de stad Niš) en in Helgoland gevonden. In de dertiende tot vijftiende eeuw werd ook in België (Maasvallei, Dinant) koper en brons geproduceerd.
De oude Egyptenaren gebruikten het kopererts om glas te kleuren (Egyptisch blauw).
Koper werd bereid door koperhoudende ertsen of mineralen te verhitten met houtskool, bijvoorbeeld:
CuO + C → Cu + CO
De bereidingswijze van koper is afhankelijk van het soort mineraal of erts waaruit het metaal wordt geïsoleerd.
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 °C). 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 °C) 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 O2 → 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 bacteriën.
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 Monel®-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.
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.
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 België 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 à 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.
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 à 3,6 % Si en 0,5 à 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 à 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 CuBr2 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 kleurstof Cu-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