Koper

Koper was waarschijnlijk het eerste metaal dat door mensen werd gebruikt. Aangenomen wordt dat neolithische mensen rond 8000 v.Chr. Steen gebruikten als vervanging voor steen. Rond 4000 v.Chr. Gieten de Egyptenaren koper in mallen. Rond 3500 v.Chr. begon het te worden gelegeerd met tin brons te produceren. Het is ondoorzichtig, helder en metaalachtig zalmroze op vers gebroken oppervlakken, maar wordt al snel dofbruin. Kristallen zijn ongebruikelijk, maar wanneer ze worden gevormd, zijn ze kubisch of dodecaëdrisch, vaak gerangschikt in vertakkende aggregaten. De meeste worden aangetroffen als onregelmatige, afgeplatte of vertakte massa. Het is een van de weinige metalen die in de ‘oorspronkelijke’ vorm voorkomen zonder gebonden te zijn aan andere elementen. Natief koper lijkt een secundair mineraal te zijn, een resultaat van de interactie tussen koperhoudende oplossingen en ijzerhoudende oplossingen mineralen.

Naam: Van het Latijnse cuprum, op zijn beurt van het Griekse kyprios, Cyprus, van welk eiland het metaal al vroeg werd geproduceerd.

Chemie: Meestal met slechts kleine hoeveelheden andere metalen.

Vereniging: Zilver, chalcociet, borniet, cupriet, malachiet, azurite, tenoriet, ijzer oxiden, vele andere mineralen.

Chemische eigenschappen

Koper is een chemisch element met het symbool Cu en atoomnummer 29. Het is een zacht, kneedbaar en taai metaal met een zeer hoge thermische en elektrische geleidbaarheid. Hier zijn enkele van de belangrijkste chemische eigenschappen van koper:

1. Atoomnummer: 29
2. Atoomgewicht: 63.55
3. Dichtheid: 8.96 g / cm³
4. Smeltpunt: 1,083 °C (1,981 °F)
5. Kookpunt: 2,562 °C (4,644 °F)
6. Oxidatietoestanden: +1, +2
7. Elektronegativiteit: 1.9
8. Ionisatie-energie: 745.5 kJ/mol
9. Thermische geleidbaarheid: 401 W/(m·K)
10. Elektrische geleidbaarheid: 59.6 × 10^6 S/m

Koper is ook zeer reactief met sommige zuren en niet-metalen zoals zuurstof en zwavelDaarom ontwikkelt het na verloop van tijd vaak een groenachtige patina bij blootstelling aan lucht en vocht. Deze patina is eigenlijk een laagje kopercarbonaat dat het onderliggende metaal beschermt tegen verdere corrosie.

Fysieke eigenschappen

Kleur	Rood op een fris oppervlak, dofbruin op een dof oppervlak
Streep	Metallic koperrood
Glans	Metalen
Decollete	Geen
doorschijnenheid	Ondoorzichtig
Mohs hardheid	2.5 tot 3
Soortelijk gewicht	8.9
Diagnostische eigenschappen	Kleur, glans, soortelijk gewicht, kneedbaarheid, ductiliteit
Crystal-systeem	Isometrische
Vasthoudendheid	Smeedbaar
Breuk	Slechtbewerkend
Dichtheid	8.94 – 8.95 g/cm3 (gemeten) 8.93 g/cm3 (berekend)

Optische eigenschappen

Koper heeft een aantal interessante optische eigenschappen die het bruikbaar hebben gemaakt in een verscheidenheid aan toepassingen. Hier zijn enkele optische eigenschappen:

1. Kleur: Koper heeft in zuivere staat een kenmerkende roodoranje kleur, maar kan er ook bruin of grijs uitzien, afhankelijk van de oppervlakteafwerking en de aanwezigheid van andere elementen of verbindingen.
2. Glans: Koper heeft een heldere metaalglans, wat betekent dat het licht goed reflecteert en er glanzend uitziet.
3. Transparantie: Koper is niet transparant voor zichtbaar licht, wat betekent dat er geen licht doorheen kan gaan.
4. Reflectiviteit: Koper is sterk reflecterend, wat betekent dat het licht zeer effectief van het oppervlak weerkaatst. Dit maakt het bruikbaar in toepassingen waar reflectie gewenst is, zoals in spiegels.
5. Elektrische geleidbaarheid: Koper is een uitstekende geleider van elektriciteit, waardoor het nuttig is in elektrische bedrading en andere toepassingen waarbij elektriciteit efficiënt moet worden geleid.
6. Thermische geleidbaarheid: Koper is ook een uitstekende warmtegeleider, waardoor het nuttig is in toepassingen zoals koellichamen en kookpannen.
7. Absorptiespectra: Koper heeft verschillende absorptiespectra in de zichtbare en infrarode gebieden, die kunnen worden gebruikt voor analyse- en detectiedoeleinden.

Over het geheel genomen maken de optische eigenschappen van koper het tot een veelzijdig materiaal dat bruikbaar is in een verscheidenheid aan toepassingen.

Classificatie van kopermineralen

Kopermineralen kunnen worden geclassificeerd op basis van hun chemische samenstelling en kristalstructuur. Enkele veel voorkomende classificaties zijn:

1. Inheems koper: Koper dat voorkomt in zijn pure metaalvorm, meestal aangetroffen als klompjes of draden.
2. Sulfiden: Kopersulfide-mineralen omvatten chalcopyriet (CuFeS2), borniet (Cu5FeS4), chalcociet (Cu2S), coveliet (CuS) en enargiet (Cu3AsS4).
3. Oxiden: Koperoxidemineralen omvatten cupriet (Cu2O) en tenoriet (CuO).
4. Carbonaten: Kopercarbonaatmineralen omvatten malachiet (Cu2CO3(OH)2) en azurite (Cu3(CO3)2(OH)2).
5. Silicaten: Kopersilicaatmineralen omvatten chrysocolla (CuSiO3·2H2O) en dioptase (CuSiO2(OH)2).
6. Inheemse elementen: Koper kan ook in zijn pure metaalvorm voorkomen als dendritische of draadachtige structuren.

Deze mineralen zijn te vinden in verschillende geologische omgevingen, waaronder porfierkoper deposito's, door vulkanisch gehoste enorme sulfideafzettingen, door sediment gehoste koperafzettingen, en scharen deposito's.

Gemeenschappelijke kopermineralen en hun eigenschappen

Hier zijn enkele veel voorkomende kopermineralen en hun eigenschappen:

1. chalcopyriet: Dit is het meest voorkomende kopermineraal en heeft de chemische formule CuFeS2. Chalcopyriet heeft een kopergele kleur, een metaalachtige glans en een hardheid van 3.5-4 op de schaal van Mohs. Het wordt vaak aangetroffen samen met andere sulfidemineralen.
2. Borniet: Borniet, ook bekend als pauwerts vanwege de iriserende paarsblauwe kleur, heeft de chemische formule Cu5FeS4. Het heeft een hardheid van 3 op de schaal van Mohs en wordt vaak aangetroffen in hydrothermale aderen met andere kopermineralen.
3. Malachiet: Dit groene mineraal heeft de chemische formule Cu2CO3(OH)2 en wordt gevormd door de verwering of kopererts deposito's. Het heeft een hardheid van 3.5-4 op de schaal van Mohs en wordt vaak gebruikt als decoratieve steen.
4. Azuriet: Dit blauwe mineraal heeft de chemische formule Cu3(CO3)2(OH)2 en wordt mede gevormd door de verwering van koper ertsafzettingen. Het heeft een hardheid van 3.5-4 op de schaal van Mohs en wordt vaak aangetroffen in combinatie met malachiet.
5. Cupriet: Dit rode mineraal heeft de chemische formule Cu2O en wordt gevormd door de oxidatie van kopersulfiden. Het heeft een hardheid van 3.5-4 op de schaal van Mohs en wordt vaak aangetroffen in combinatie met andere kopermineralen.
6. Covelliet: Dit blauwzwarte mineraal heeft de chemische formule CuS en wordt vaak aangetroffen in hydrothermale aderen met andere sulfidemineralen. Het heeft een hardheid van 1.5-2.5 op de schaal van Mohs.
7. Tetraëdrische: Dit grijszwarte mineraal heeft de chemische formule Cu12Sb4S13 en wordt vaak aangetroffen in hydrothermale aderen met andere sulfidemineralen. Het heeft een hardheid van 3-4 op de schaal van Mohs.

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van de vele kopermineralen die er bestaan, en hun eigenschappen kunnen variëren afhankelijk van hun specifieke chemische samenstelling en geologische context.

Factoren die de kopermineralisatie beïnvloeden

Er zijn verschillende factoren die de vorming en concentratie van kopermineralisatie kunnen beïnvloeden, waaronder:

1. Geologie: De aanwezigheid van een geschikte gastheer rotsen en gunstige geologische structuren, zoals fouten of breuken, kunnen routes bieden voor het stromen van mineraliserende vloeistoffen en het afzetten van kopermineralen.
2. Tektonische omgeving: Kopermineralisatie wordt vaak geassocieerd met gebieden met tektonische activiteit, zoals subductiezones, waar magma en hydrothermale vloeistoffen kunnen worden gegenereerd en naar het aardoppervlak worden getransporteerd.
3. Temperatuur en druk: Kopermineralisatie wordt over het algemeen geassocieerd met hydrothermische activiteit, die wordt beïnvloed door temperatuur- en drukomstandigheden. Hoge temperaturen en hoge drukomstandigheden kunnen de afzetting van kopermineralen vergemakkelijken.
4. Vloeistofchemie: De chemische samenstelling van mineraliserende vloeistoffen, inclusief hun pH, oxidatietoestand en de concentratie van metalen en liganden, kan de oplosbaarheid en afzetting van kopermineralen beïnvloeden.
5. Tijd: Hoe langer een mineralisatiesysteem actief is, hoe groter de kans dat kopermineralen zich ophopen en economisch levensvatbare afzettingen vormen.

Exploratiemethoden voor kopermineralen

Exploratie naar kopermineralen omvat gewoonlijk een combinatie van technieken, waaronder geologische kartering, geochemische bemonstering, geofysisch onderzoek en boren.

Geologische kartering omvat het gedetailleerd onderzoeken en in kaart brengen van oppervlaktegesteenten en ontsluitingen om de geologische kenmerken te identificeren die verband houden met kopermineralisatie, zoals wijziging zones, aderen en breccias.

Geochemische bemonstering omvat het verzamelen en analyseren van gesteente-, bodem- en watermonsters om afwijkende concentraties van koper en andere elementen die verband houden met mineralisatie te detecteren.

Geofysische onderzoeken maken gebruik van verschillende methoden, waaronder magnetische, zwaartekracht- en elektromagnetische onderzoeken, om veranderingen in de fysieke eigenschappen van gesteenten te detecteren die kunnen wijzen op de aanwezigheid van kopermineralisatie.

Boren wordt gebruikt om de aanwezigheid en omvang van kopermineralisatie op diepte te testen en te bevestigen. Diamond boren is de meest gebruikelijke methode, maar er kunnen ook andere methoden worden gebruikt, zoals boren met omgekeerde circulatie.

Moderne verkenningstechnieken maken ook gebruik van teledetectietechnologieën, zoals satellietbeelden en luchtfotografie, om potentiële gebieden voor verdere verkenning te helpen identificeren.

Voorval

Koper is een relatief overvloedig aanwezig element in de aardkorst, met een geschatte concentratie van ongeveer 50 delen per miljoen (ppm). Het wordt aangetroffen in verschillende mineralen, waaronder chalcopyriet (CuFeS2), borniet (Cu5FeS4), chalcociet (Cu2S), cupriet (Cu2O), malachiet (Cu2CO3(OH)2) en azuriet (Cu3(CO3)2(OH)2). , onder andere.

Koperafzettingen worden doorgaans gevormd door hydrothermische processen die verband houden met stollingsactiviteit. Deze processen omvatten de circulatie van hete, mineraalrijke vloeistoffen door breuken en andere openingen in het omringende gesteente. Terwijl de vloeistoffen afkoelen, worden de mineralen die ze vervoeren afgezet in aderen, breuken en andere structurele kenmerken.

Koper wordt ook aangetroffen in sedimentair gesteente en in sommige afzettingen die verband houden met vulkanische activiteit. Bovendien kan koper in sporenhoeveelheden in zeewater worden aangetroffen, hoewel de concentratie te laag is om economisch rendabel te zijn voor mijnbouw.

Geologische instellingen van kopermineralisatie

Kopermineralisatie kan in verschillende geologische omgevingen voorkomen, maar de meest voorkomende zijn:

1. Porfierkoperafzettingen: Dit zijn 's werelds belangrijkste bronnen van koper en worden geassocieerd met grote, opdringerige stollingsgesteenten. Porfier-koperafzettingen vormen zich in de ondiepe korst (binnen een diepte van 1-6 km) wanneer hete, metaalrijke vloeistoffen uit afkoelende magmakamers opstijgen en koeler gesteente tegenkomen, waardoor koper en andere metalen in het omringende gesteente neerslaan.
2. Door sediment gehoste koperafzettingen: Deze afzettingen komen voor in sedimentair gesteente dat is afgezet in mariene of lacustriene omgevingen. Het koper wordt meestal geassocieerd met schalie, zandsteenen carbonaatgesteenten, en de afzettingen kunnen stratiform zijn (parallel aan de bodembedekking) of structureel gecontroleerd zijn.
3. Vulkanogeen massief sulfide (VMS) stortingen: Dit zijn doorgaans kleine tot middelgrote afzettingen die zich op of nabij de zeebodem vormen in vulkanisch of sedimentair gesteente. Ze worden gekenmerkt door hoge koperkwaliteiten, zink, leidenen andere metalen, en worden vaak geassocieerd met hydrothermale ventilatieopeningen op de zeebodem.
4. Koperen skarns: Dit zijn hydrothermische afzettingen die voorkomen in carbonaatgesteenten, meestal in de buurt van intrusies van graniet- of dioritische rotsen. Skarn-afzettingen worden meestal gekenmerkt door hoge koperkwaliteiten, evenals aanzienlijke hoeveelheden andere metalen zoals goud, zilveren molybdeen.
5. Afzettingen van koperoxide: Deze afzettingen worden meestal aan het oppervlak aangetroffen en worden gevormd door verwering en oxidatie van kopersulfidemineralen. Ze komen meestal voor in droge of semi-aride gebieden, waar kopermineralen door zuur grondwater uit de rotsen worden uitgeloogd en zich ophopen in de vorm van koperoxidemineralen.

Dit zijn slechts enkele van de meest voorkomende geologische omstandigheden voor kopermineralisatie, en er zijn nog veel meer.

Belang van kopermineralen

Kopermineralen zijn belangrijk omdat ze de belangrijkste bron zijn van kopermetaal, een waardevol industrieel metaal dat in een breed scala aan toepassingen wordt gebruikt. Koper is een uitstekende geleider van elektriciteit en wordt veel gebruikt in de elektrische en elektronische industrie voor bedrading, motoren, generatoren en andere apparatuur. Koper wordt ook gebruikt in bouw-, sanitair- en verwarmingssystemen vanwege de hoge thermische geleidbaarheid en weerstand tegen corrosie. Bovendien wordt koper gebruikt bij de productie van messing en brons, twee belangrijke legeringen die worden gebruikt bij de vervaardiging van verschillende producten. Koper is ook een essentiële voedingsstof voor de menselijke gezondheid, met een reeks biologische rollen in het lichaam, waaronder de vorming van rode bloedcellen en het behoud van gezond bindweefsel.

Gebruikt gebied

Koper heeft een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën en toepassingen vanwege zijn uitstekende elektrische geleidbaarheid, kneedbaarheid, ductiliteit en corrosieweerstand. Enkele van de belangrijkste gebieden waar koper wordt gebruikt zijn onder meer:

1. Elektrische industrie: Koper is een zeer geleidend metaal en wordt veel gebruikt in elektrische bedrading, energieopwekking en transmissie. Het wordt ook gebruikt bij de productie van motoren, transformatoren, schakelaars en andere elektrische apparatuur.
2. Bouwsector: Koper wordt gebruikt in loodgieterswerk, dakbedekking en bekleding vanwege zijn corrosieweerstand en duurzaamheid. Het wordt ook gebruikt in verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen.
3. Auto-industrie: Koper wordt gebruikt bij de productie van radiatoren, warmtewisselaars en elektrische bedrading.
4. Elektronica-industrie: Koper wordt gebruikt bij de productie van printplaten, computerchips en andere elektronische componenten.
5. Medische industrie: Koper wordt gebruikt in medische apparatuur, zoals röntgenapparatuur, vanwege zijn uitstekende elektrische geleiding en radiopaciteit.
6. Munten: Koper wordt gebruikt bij de productie van munten vanwege de duurzaamheid en weerstand tegen corrosie.
7. Decoratieve toepassingen: Koper wordt gebruikt in sieraden, sculpturen en andere decoratieve toepassingen vanwege de aantrekkelijke roodbruine kleur en kneedbaarheid.
8. Antimicrobiële eigenschappen: Koper heeft natuurlijke antimicrobiële eigenschappen en wordt gebruikt bij de productie van ziekenhuisapparatuur, deurknoppen en andere oppervlakken die vaak worden aangeraakt om de verspreiding van infecties te verminderen.

Over het algemeen is koper een veelzijdig metaal met een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën en toepassingen.

Wereldwijde distributie van kopermineralen

Kopermineralen worden in veel delen van de wereld aangetroffen en de koperproductie is in veel landen een belangrijke industrie. De grootste koperproducerende landen ter wereld zijn Chili, Peru, China, de Verenigde Staten, Australië, de Democratische Republiek Congo, Zambia, Rusland en Canada.

Chili is de grootste koperproducent ter wereld, goed voor ongeveer 28% van de mondiale koperproductie in 2020. Peru is de tweede grootste producent, gevolgd door China en de Verenigde Staten. Andere belangrijke koperproducerende landen zijn Indonesië, Mexico, Kazachstan en Polen.

Kopermineralen worden doorgaans aangetroffen in combinatie met andere mineralen zoals goud, zilver, lood en zink, en worden vaak gewonnen als bijproducten van deze andere metalen. Enkele van de belangrijkste kopersoorten minerale afzettingen ter wereld omvatten de Chuquicamata-mijn en de Escondida-mijn in Chili, de Grasberg-mijn in Indonesië en de Olympic Dam-mijn in Australië.

• In de VS zijn er opmerkelijk grote massa's en uitstekende, grote kristallen in afzettingen van het Keweenaw-schiereiland, Keweenaw en Houghton Cos., Michigan; in verschillende porfier afzettingen in Arizona, inclusief die in de New Cornelia-mijn, Ajo, Pima Co.; de Copper Queen en andere mijnen in Bisbee, Cochise Co.; en bij Ray, Gila Co.; op dezelfde manier in de Chino-mijn in Santa Rita, Grant Co., New Mexico.
• In Namibië, bij de Onganja-mijn, 60 km ten noordoosten van Windhoek, en bij Tsumeb.
• In grote kristallen uit de mijn van Turijn, Bogoslovsk, Oeralgebergte, Rusland.
• In Duitsland, in Rheinbreitbach, Noord-Rijnland-Westfalen, en de mijn van Friedrichssegen, nabij Bad Ems, Rijnland-Palts.
• In mooie exemplaren uit vele mijnen in Cornwall, Engeland.
• In Australië, in Broken Hill, New South Wales.
• In Chili, in Andacolla, vlakbij Coquimbo. Uit Bolivia, in Corocoro.

Vraag naar koper en productietrends

Koper is een veelgebruikt metaal met een breed scala aan toepassingen, waaronder elektrische bedrading, loodgieterswerk, constructie en elektronica. Als gevolg hiervan wordt de mondiale vraag naar koper sterk beïnvloed door trends in deze industrieën.

De afgelopen decennia is de vraag naar koper gestaag toegenomen als gevolg van het toenemende gebruik van elektronische apparaten, de ontwikkeling van de infrastructuur in opkomende economieën en de elektrificatie van het transport. Volgens de International Copper Study Group (ICSG) groeide de mondiale koperconsumptie tussen 3.4 en 2000 met gemiddeld 2019% op jaarbasis.

De koperproductie is ook toegenomen om aan deze groeiende vraag te voldoen. De grootste producenten van koper zijn Chili, Peru, China, de Verenigde Staten en de Democratische Republiek Congo. In 2020 werd de wereldwijde productie van kopermijnen geschat op ongeveer 20 miljoen ton.

De koperproductie kan echter worden beïnvloed door verschillende factoren, zoals natuurrampen, arbeidsstakingen en schommelingen in de grondstoffenprijzen. De COVID-19-pandemie in 2020 leidde bijvoorbeeld tot een tijdelijke daling van de koperproductie als gevolg van mijnsluitingen en verstoringen van de toeleveringsketen.

Over het geheel genomen wordt verwacht dat de vraag naar koper de komende jaren zal blijven toenemen, aangedreven door de groei van hernieuwbare energie, elektrische voertuigen en andere hightechtoepassingen.

Referenties

Bonewitz, R. (2012). Rotsen en mineralen. 2e druk. Londen: DK Publishing.
Handbookofmineralogy.org. (2019). Handboek van Mineralogie. [online] Beschikbaar op: http://www.handbookofmineralogy.org [Geraadpleegd op 4 maart 2019].
Mindat.org. (2019). Koper: minerale informatie, gegevens en locaties..
Verkrijgbaar op: https://www.mindat.org/min-727.html [Betreden 4 maart 2019].