Inhalt
- Kupfer - ein Metall, das im Laufe der Zeit verwendet wurde
- Wie setzen wir Kupfer heute ein?
- Alte Verwendungen von Kupfer
- Welche Eigenschaften machen Kupfer nützlich?
- Arten von Kupferablagerungen
- Kupferangebot, -nachfrage und -recycling
- Wie stellen wir eine ausreichende Kupferversorgung für die Zukunft sicher?
- Globale Bewertung von Kupferressourcen
Freiheitsstatue: 1886 stellte die Freiheitsstatue die größte Verwendung von Kupfer in einer einzigen Struktur dar. Um die Statue zu bauen, wurden ungefähr 80 Tonnen Kupferblech auf eine Dicke von ungefähr 2,3 Millimeter (3/32 Zoll) oder ungefähr die von zwei US-Pennies, die zusammengelegt wurden, geschnitten und gehämmert. Harris.
Kupfer - ein Metall, das im Laufe der Zeit verwendet wurde
Kupfer war eines der ersten Metalle, das jemals vom Menschen gewonnen und genutzt wurde, und es hat seit Anbeginn der Zivilisation entscheidende Beiträge zur Erhaltung und Verbesserung der Gesellschaft geleistet. Kupfer wurde erstmals in Münzen und Ornamenten ab etwa 8000 v. Chr. Verwendet, und um etwa 5500 v. Chr. Halfen Kupferwerkzeuge, die Zivilisation aus der Steinzeit hervorzubringen. Die Entdeckung, dass mit Zinn legiertes Kupfer Bronze produziert, markierte den Beginn der Bronzezeit um 3000 v.
In den Vereinigten Staaten wurde 2017 bei einem Begräbnis der amerikanischen Ureinwohner in der Küstenebene von Georgia ein Stück eines angeblichen Kupferarmbands gefunden. Bei dem Begräbnis handelte es sich um eine Einäscherung, die auf ungefähr 3500 Jahre datiert war. Das Kupfer enthielt Spurenelemente, die es mit geologischen Ablagerungen in der Region der Großen Seen verbanden. Diese Entdeckungen deuten auf eine Fernhandelsverbindung zwischen Georgien und der Region der Großen Seen hin, eine größere Entfernung als jemals zuvor.
Kupfer lässt sich leicht dehnen, formen und formen. ist korrosionsbeständig; und leitet Wärme und Strom effizient. Infolgedessen war Kupfer für die frühen Menschen wichtig und auch heute noch ein Material der Wahl für eine Vielzahl von Haushalts-, Industrie- und Hochtechnologieanwendungen.
Verwendung von Kupfer: Diese Grafik zeigt, wie Kupfer in den USA im Jahr 2017 von der Industrie verwendet wurde. Als Beispiel: Kupfer, das im Hochbau verwendet wird, könnte für Verkabelung, Installation, Wetterschutz und viele andere individuelle Verwendungszwecke verwendet worden sein. Die Daten für diese Grafik stammen aus der Mineralrohstoffzusammenfassung des United States Geological Survey für 2018.
Wie setzen wir Kupfer heute ein?
Gegenwärtig wird Kupfer im Hochbau, in der Energieerzeugung und -übertragung, bei der Herstellung elektronischer Produkte sowie bei der Herstellung von Industriemaschinen und Transportfahrzeugen verwendet. Kupferkabel und -leitungen sind ein wesentlicher Bestandteil der Haushaltsgeräte, Heiz- und Kühlsysteme sowie der Telekommunikationsverbindungen, die täglich in Privathaushalten und Unternehmen eingesetzt werden. Kupfer ist ein wesentlicher Bestandteil von Motoren, Kabeln, Kühlern, Steckverbindern, Bremsen und Lagern, die in PKWs und LKWs verwendet werden. Das durchschnittliche Auto enthält 1,5 Kilometer Kupferdraht, und die Gesamtmenge an Kupfer reicht von 20 Kilogramm in Kleinwagen bis zu 45 Kilogramm in Luxus- und Hybridfahrzeugen.
Römische Münze: Kupfer war eines der ersten Metalle, aus denen Münzen hergestellt wurden, und diese Praxis begann um 8000 v. Die oben abgebildete Münze ist ein römischer Follis mit einem Bild von Constantius I.
Alte Verwendungen von Kupfer
Wie in der Antike bleibt Kupfer ein Bestandteil der Münzprägung in vielen Ländern, aber es wurden viele neue Verwendungszwecke identifiziert. Eine neuere Anwendung von Kupfer ist die Verwendung in häufig berührten Oberflächen (wie Messing-Türklinken), wo antimikrobielle Eigenschaften von Kupfer die Übertragung von Keimen und Krankheiten verringern. Halbleiterhersteller haben auch damit begonnen, Kupfer für Schaltungen in Siliziumchips zu verwenden, wodurch Mikroprozessoren schneller arbeiten und weniger Energie verbrauchen können. Kürzlich wurde auch festgestellt, dass Kupferrotoren den Wirkungsgrad von Elektromotoren erhöhen, die einen Hauptverbraucher von elektrischer Energie darstellen.
Kupfer in Automobilen: Kupfer ist ein wesentlicher Bestandteil von Motoren, Kabeln, Kühlern, Steckverbindern, Bremsen und Lagern in PKW und LKW. Das durchschnittliche Auto enthält 1,5 Kilometer Kupferdraht, und die Gesamtmenge an Kupfer reicht von 20 Kilogramm in Kleinwagen bis zu 45 Kilogramm in Luxus- und Hybridfahrzeugen.
Welche Eigenschaften machen Kupfer nützlich?
Die hervorragenden Legierungseigenschaften von Kupfer haben es in Kombination mit anderen Metallen wie Zink (zur Bildung von Messing), Zinn (zur Bildung von Bronze) oder Nickel von unschätzbarem Wert gemacht. Diese Legierungen weisen wünschenswerte Eigenschaften auf und werden je nach Zusammensetzung für hochspezialisierte Anwendungen entwickelt. Beispielsweise wird Kupfer-Nickel-Legierung auf die Rümpfe von Schiffen aufgebracht, da sie im Meerwasser nicht korrodiert und die Anhaftung von Meereslebewesen wie Seepocken verringert, wodurch der Luftwiderstand verringert und die Kraftstoffeffizienz erhöht wird. Messing ist formbarer und hat bessere akustische Eigenschaften als reines Kupfer oder Zink; Folglich wird es in einer Vielzahl von Musikinstrumenten verwendet, einschließlich Trompeten, Posaunen, Glocken und Becken.
Kupfer in Edelsteinen: Kupfer ist ein wichtiges Element in einer Reihe von Edelsteinen wie Türkis, Azurit, Malachit und Chrysokoll. Es gibt diesen Mineralien ihre grüne oder blaue Farbe und ihr hohes spezifisches Gewicht. Die oben gezeigten Cabochons sind einige der vielen Edelsteine, die in Arizona abgebaut wurden.
Arten von Kupferablagerungen
Kupfer kommt in vielen Formen vor, aber die Umstände, die bestimmen, wie, wann und wo es abgelagert wird, sind sehr unterschiedlich. Infolgedessen kommt Kupfer in vielen verschiedenen Mineralien vor. Chalkopyrit ist das häufigste und wirtschaftlich bedeutendste der Kupfermineralien.
Eine wichtige Komponente des USGS Mineral Resources Program sind Untersuchungen zum besseren Verständnis der geologischen Prozesse, die zu Mineralvorkommen führen, einschließlich Kupfervorkommen. Kupfervorkommen werden grob auf der Grundlage der Art und Weise klassifiziert, wie sich die Vorkommen gebildet haben. Porphyrkupferlagerstätten, die mit magmatischen Einbrüchen einhergehen, liefern etwa zwei Drittel des weltweiten Kupfers und sind daher die weltweit wichtigste Art von Kupferlagerstätten. Große Kupfervorkommen dieser Art finden sich in Gebirgsregionen im Westen Nordamerikas und in den Anden Südamerikas.
Eine andere wichtige Art von Kupferlagerstätte - die Art, die in Sedimentgesteinen enthalten ist - macht etwa ein Viertel der weltweit identifizierten Kupfervorkommen aus. Diese Vorkommen kommen in Gebieten wie dem Kupfergürtel Zentralafrikas und dem osteuropäischen Zechstein-Becken vor.
Einzelne Kupfervorkommen können Hunderte Millionen Tonnen kupferhaltiges Gestein enthalten und werden üblicherweise im Tagebau erschlossen. Bergbauarbeiten, die in der Regel viele Jahre nach der Entdeckung des Erzes durchgeführt werden, dauern oft Jahrzehnte. Obwohl viele historische Bergbaubetriebe nicht verpflichtet waren, ihre Bergbautätigkeiten so durchzuführen, dass die Umwelt weniger belastet wird, schreiben die aktuellen Bundes- und Ländervorschriften vor, dass Bergbaubetriebe umweltverträgliche Praktiken anwenden, um die Auswirkungen der Mineralentwicklung auf die Gesundheit von Mensch und Ökosystem zu minimieren .
Die USGS-Mineralumweltforschung hilft bei der Charakterisierung der natürlichen und menschlichen Wechselwirkungen zwischen Kupferlagerstätten und den umgebenden aquatischen und terrestrischen Ökosystemen. Untersuchungen helfen bei der Definition der natürlichen Ausgangsbedingungen vor Beginn des Abbaus und nach der Schließung der Mine. USGS-Wissenschaftler untersuchen klimatische, geologische und hydrologische Variablen, um die Wechselwirkungen zwischen Ressourcen und Umwelt besser zu verstehen.
Kupferabbau in Arizona: Arizona produziert mehr Kupfer als jeder andere Staat. Diese kurze Geschichte zeigt, wie der Kupferbergbau in Arizona einen Staat errichtete und eine Nation veränderte.
Kupferangebot, -nachfrage und -recycling
Die weltweite Produktion (Angebot) und der weltweite Verbrauch (Nachfrage) von Kupfer haben in den letzten 25 Jahren dramatisch zugenommen. Mit dem Eintritt großer Entwicklungsländer in den Weltmarkt hat die Nachfrage nach Mineralrohstoffen, einschließlich Kupfer, zugenommen. In den letzten 20 Jahren hat sich die Andenregion Südamerikas zur produktivsten Kupferregion der Welt entwickelt. 2007 wurden rund 45 Prozent des weltweiten Kupfers aus den Anden produziert. Die Vereinigten Staaten produzierten 8 Prozent. Praktisch das gesamte in den USA produzierte Kupfer stammt in abnehmender Reihenfolge aus Arizona, Utah, New Mexico, Nevada oder Montana.
Das Risiko einer Störung der weltweiten Kupferversorgung wird als gering eingeschätzt, da die Kupferproduktion global verteilt und nicht auf ein Land oder eine Region beschränkt ist. Aufgrund seiner Bedeutung für den Bau und die Energieübertragung wären die Auswirkungen einer Unterbrechung der Kupferversorgung jedoch hoch.
Kupfer ist eines der am häufigsten recycelten Metalle. Etwa ein Drittel des weltweit verbrauchten Kupfers wird recycelt. Recyceltes Kupfer und seine Legierungen können umgeschmolzen und direkt verwendet oder zu raffiniertem Kupfer weiterverarbeitet werden, ohne dass die chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Metalle verloren gehen.
Kupferabbau in Arizona: Arizona produziert mehr Kupfer als jeder andere Staat. Diese kurze Geschichte zeigt, wie der Kupferbergbau in Arizona einen Staat errichtete und eine Nation veränderte.
Utah Kupfermine: Die aus dem Weltraum sichtbare Kupfermine Bingham Canyon in Utah hat mehr als 12 Millionen Tonnen Porphyrkupfer produziert. Die Mine hat einen Durchmesser von mehr als 4 Kilometern und eine Tiefe von 800 Metern und ist eines der technischen Wunder der Welt. Foto von C.G. Cunningham, USGS.
Wie stellen wir eine ausreichende Kupferversorgung für die Zukunft sicher?
Um vorhersagen zu können, wo sich zukünftige Kupfervorkommen befinden könnten, untersuchen USGS-Wissenschaftler, wie und wo bekannte Kupfervorkommen in der Erdkruste konzentriert sind, und verwenden dieses Wissen, um das Potenzial für unentdeckte Kupfervorkommen abzuschätzen. Techniken zur Bewertung des Potenzials an Bodenschätzen wurden von der USGS entwickelt und verfeinert, um die Verwaltung von Bundesländern zu unterstützen und die Verfügbarkeit von Bodenschätzen im globalen Kontext besser zu bewerten.
In den 1990er Jahren führte die USGS eine Bewertung der Kupferressourcen in den USA durch und kam zu dem Schluss, dass fast so viel Kupfer noch zu finden ist, wie bereits entdeckt wurde. Insbesondere stellte die USGS fest, dass etwa 350 Millionen Tonnen Kupfer entdeckt worden waren und schätzungsweise 290 Millionen Tonnen Kupfer in den Vereinigten Staaten unentdeckt blieben.
Kupferverbrauch: Die Eigenschaften von Kupfer, die es zum Material der Wahl für eine Vielzahl von Haushalts-, Industrie- und Hochtechnologieanwendungen gemacht haben, haben zu einem stetigen Anstieg des weltweiten Kupferverbrauchs geführt. USGS-Studien zum Kupferverbrauch zeigen einige interessante Trends für den Zeitraum 1990 bis 2012. Der Kupferverbrauch in aufstrebenden Volkswirtschaften wie China und Indien ist erheblich gestiegen, während der Verbrauch in den USA leicht zurückgegangen ist. Bis 2002 waren die Vereinigten Staaten der führende Kupferverbraucher und verwendeten jährlich etwa 16 Prozent des gesamten weltweit veredelten Kupfers (etwa 2,4 Millionen Tonnen). Im Jahr 2002 wurden die Vereinigten Staaten von China als weltweit führendem Verwender von raffiniertem Kupfer überholt. Die boomende Wirtschaft in China trug in den zwölf Jahren von 2000 bis 2012 zur Vervierfachung des jährlichen Verbrauchs an raffiniertem Kupfer bei. Grafik von USGS.
Globale Bewertung von Kupferressourcen
Die USGS bewertete unentdecktes Kupfer in zwei Lagerstätten, die rund 80 Prozent des weltweiten Kupferangebots ausmachen. Porphyrkupfervorkommen machen etwa 60 Prozent des weltweiten Kupfers aus. In Porphyrkupferlagerstätten werden Kupfererzmineralien in magmatischen Intrusionen verbreitet. In Sedimenten abgelagerte schichtgebundene Kupfervorkommen, in denen Kupfer in Schichten in Sedimentgesteinen konzentriert ist, machen etwa 20 Prozent der weltweit identifizierten Kupfervorkommen aus. Weltweit produzieren Minen in diesen beiden Lagerstätten jährlich etwa 12 Millionen Tonnen Kupfer.
In dieser Studie wurde das Potenzial für exponierte und verdeckte Ablagerungen innerhalb von 1 km Entfernung von der Oberfläche für Porphyr-Ablagerungen und bis zu 2,5 km Entfernung von der Oberfläche für sedimenthaltige Schichten-Ablagerungen berücksichtigt. Für Porphyr-Lagerstätten wurden 175 Gebiete abgegrenzt; 114 Gebiete enthalten mindestens eine identifizierte Lagerstätte. 50 Gebiete wurden für Kupferlagerstätten mit Sedimenten abgegrenzt. 27 enthalten 1 oder mehr identifizierte Einlagen.
Die Ergebnisse der Bewertung werden nach Einlagentyp für 11 Regionen angegeben (Tabelle 1). Die mittlere, insgesamt unentdeckte Ressource für Porphyrvorkommen beträgt 3.100 Millionen Tonnen, und die mittlere, insgesamt unentdeckte Ressource für Sedimentvorkommen beträgt 400 Millionen Tonnen, was einer weltweiten Gesamtmenge von 3.500 Millionen Tonnen Kupfer entspricht. Die Bereiche der Ressourcenschätzungen (zwischen dem 90. und dem 10. Perzentil) spiegeln die geologische Unsicherheit im Bewertungsprozess wider. Ungefähr 50 Prozent der weltweiten Gesamtmenge entfallen auf Südamerika, Südmittelasien und Indochina sowie Nordamerika zusammen.
Kupferlagerstättenkarte: Verteilung bekannter Kupfervorkommen im Jahr 2008. Rot kennzeichnet Kupfer, das mit magmatischen Einbrüchen in Verbindung gebracht wird (Porphyr-Kupfervorkommen), und Blau kennzeichnet Kupfer, das in Sedimentgesteinen enthalten ist (Kupfervorkommen in Sedimenten). Karte von USGS. Karte vergrößern.
Südamerika hat die größten identifizierten und unentdeckten Kupfervorkommen (etwa 20 Prozent der gesamten unentdeckten Menge). In dieser Region werden die weltweit größten Porphyrvorkommen abgebaut. Chile und Peru gehören zu den weltbesten Kupferproduzenten.
Mittelamerika und die Karibik beherbergen zwei unentwickelte riesige (> 2 Millionen Tonnen Kupfer) Porphyr-Kupfervorkommen in Panama. Die meisten der unentdeckten Ressourcen befinden sich in einem Gürtel, der sich von Panama bis in den Südwesten Mexikos erstreckt.
Nordamerika beherbergt hochmineralisierte Porphyrkupfervorkommen mit überragenden (> 25 Millionen Tonnen Kupfer) Porphyrvorkommen im Norden Mexikos, im Westen der USA und in Alaska sowie riesige Vorkommen im Westen Kanadas. Die geschätzten unentdeckten Porphyrkupfervorkommen entsprechen in etwa den identifizierten Vorkommen.
Die führenden kupferproduzierenden Staaten in den USA sind Arizona, Utah, New Mexico, Nevada und Montana. In den Vereinigten Staaten enthalten in Michigan, Montana und Texas unentdeckte Kupferlagerstätten mit Schichten aus Sedimenten schätzungsweise dreimal so viel Kupfer, wie identifiziert wurde. In Michigan und Montana sind zwei riesige Lagerstätten bekannt.
Nordostasien ist mit bescheidenen identifizierten Porphyrkupfervorkommen und nur einer identifizierten riesigen Porphyrkupferlagerstätte relativ wenig erforscht. Der Mittelwert der unentdeckten Ressourcen wird jedoch als recht hoch eingeschätzt. Diese Region weist das größte Verhältnis von unentdeckten zu identifizierten Ressourcen in der Studie auf.
Nord-Zentralasien verfügt über 35 Porphyrkupfervorkommen, darunter ein Überriesenvorkommen in der Mongolei und ein Riesenvorkommen in Kasachstan. Die Fläche enthält schätzungsweise das Dreifache der Menge der identifizierten Porphyr-Kupferressource. Diese Region beherbergt auch drei riesige Kupferlagerstätten mit Sedimenten in Kasachstan und Russland. Die USGS schätzt, dass möglicherweise so viel Kupfer in Sedimenten enthalten ist, wie bereits entdeckt wurde.
Südmittelasien und Indochina sind weniger gründlich erforscht als viele andere Teile der Welt; Auf dem tibetischen Plateau wurden jedoch bisher vier riesige Porphyr-Kupfervorkommen identifiziert. Unentdeckte Porphyrkupfervorkommen können das Achtfache der identifizierten Kupfermenge enthalten.
Südostasiatische Archipele beherbergen goldreiche Porphyrkupfervorkommen von Weltrang wie einen Überriesen in Indonesien und etwa 16 Riesenvorkommen in Indonesien, Papua-Neuguinea und den Philippinen. Obwohl Teile der Region gut erforscht sind, werden unentdeckte Porphyrressourcen wahrscheinlich die identifizierten Ressourcen überschreiten.
Ostaustralien hat eine riesige Porphyr-Kupferlagerstätte und mehrere kleine Porphyr-Lagerstätten. Bescheidene unentdeckte Ressourcen werden im Verborgenen erwartet. Australien ist seit Jahrzehnten ein führender Kupferproduzent.
Osteuropa und Südwestasien wurden seit der Antike nach Kupfer abgebaut, und kürzlich wurden riesige Porphyrkupfervorkommen identifiziert. Unentdecktes Kupfer wird voraussichtlich doppelt so hoch sein wie die identifizierten Ressourcen, sowohl für Porphyrvorkommen entlang eines Gürtels von Rumänien über die Türkei und den Iran als auch für sedimenthaltige Schichtenvorkommen in Afghanistan.
Westeuropa In Polen befindet sich das weltweit größte in Sedimenten beherbergte Kupfervorkommen mit schichtgebundenen Schichten. Es wird geschätzt, dass unentdeckte Kupferressourcen im Südwesten Polens, die sich in Sedimenten befinden, die identifizierten Ressourcen um etwa 30 Prozent überschreiten.
Afrika und Mittlerer Osten mit 19 riesigen Lagerstätten im Kupfergürtel Zentralafrikas in der Demokratischen Republik Kongo und in Sambia die weltweit größte Anhäufung von Kupferlagerstätten mit in Sedimenten enthaltenen Schichten. Wesentliche unentdeckte Kupfervorkommen müssen noch entdeckt werden.