kobber

Kobber findes i jordskorpen med et gennemsnitligt indhold på 55 g/t, idet mafiske bjergarter indeholder ca. 80 g/t og granitiske bjergarter ca. 30 g/t. Oceanbundssedimenter har det højeste naturlige indhold med 140 g/t. I ferskvand findes gennemsnitlig 7 mg/t, og i havvand 2 mg/t.

Gedigent kobber findes i naturen i bl.a. basalt på Færøerne. Kobber er chalcofilt og danner sulfidmineraler. De økonomisk vigtigste kobbermineraler er covellin, chalcocit (kobberglans), chalcopyrit (kobberkis) og bornit (broget kobbermalm). Eksempler på kobberholdige sulfosalt-mineraler er enargit, tennantit, tetrahedrit og bournonit. Kobbersulfider forvitrer let ved kontakt med luftens ilt og vand til det grønne malakit og i sjældnere tilfælde til det blå azurit. I aride områder kan sulfater og hydroxider være stabile, fx chalcantit, antlerit og atacamit. I kobberforekomsters oxidationszoner findes kobber mest udbredt som det røde cuprit og som tenorit, hvor det sidste ses som sort anløbning på rent kobber. Kobber indgår sammen med silicium i forvitringsmalme, fx som det grønne mineral chrysocol.

Forekomst

Kobber udvindes af sulfidmineraler fra fire forekomsttyper: Vigtigst er porfyr-kobber-forekomster, der er store i tonnage, men med et forholdsvis lavt kobberindhold og knyttet til granitiske intrusive bjergarter. De findes langs Rocky Mountains og Andesbjergene, og de vigtigste ligger i USA (Butte i Montana, Bingham i Utah og Bisbee i Arizona) og i Chile, hvor de helt store forekomster findes (Chuquicamata, El Teniente og El Salvador).

Den næstvigtigste gruppe er de sedimentære forekomster repræsenteret ved mergel og sandstensforekomsterne i Kobberbæltet i Afrika. Kobberskiferen i Tyskland-Polen og kobber i røde sandsten, eng. red beds, i USA hører også til denne kategori. Dernæst følger magmatogene, sedimentære forekomster, der er meget udbredte, men ofte har en begrænset tonnage. De er dannet på havbunden ved gasudblæsninger i vulkanske områder og findes i det iberiske pyritbælte, fx Neves Corvo, Portugal, i den skandinaviske fjeldkæde, fx Skorovass, Norge, på Cypern og som Kurokomalm fra Japan. Denne type kendes også i dag, fx i Det Røde Hav (se black smokers). Endelig brydes magmatiske forekomster med kobber og nikkel, fx i Sudbury, Canada.

Der udvindes årlig ca. 17 mio. t kobber fra malme (2012), og kobber er dermed det tredjemest udvundne metal (efter jern og aluminium). Produktionen er jævnt stigende med 1-2% om året, og det samme gælder genvindingen fra skrot og affald, som andrager ca. 5 mio. t alene i de vestlige lande. Genvinding dækker ca. 40% af forbruget.

Fra Chile kommer op mod en fjerdedel af al kobbermalm, og herefter følger Kina, Peru og USA som de vigtigste producentlande. Udvindingen af kobber på smelteværker foregår til dels i andre lande.

Kilde: Mineral Commodity Summaries 2013.

Kobber udvindes overvejende af svovlholdige malme med 0,3-5% kobber i form af kobber- og jernsulfid (chalcopyrit). Malmene er indlejret i andre bjergarter, og indvinding af 1 t kobber kræver typisk brydning og håndtering af 800 t bjerg, hvoraf opnås 200 t malm (med 0,5% kobber). Efter knusning og flotation fås 4 t koncentrat (med 25% kobber), hvoraf der udsmeltes 1 t råkobber. Brydningen foregår for det meste i store åbne miner (dagbrud), der efterhånden danner enorme huller i jordens overflade; de største er synlige fra Månen.

Udsmeltning af kobber fra koncentratet foregår som regel i to tempi: Først smeltes metalsulfiderne sammen til en homogen, sulfidisk "sten" (eng. matte), mens andre bjergarter smeltes til en slagge. Andet trin er en konverterbehandling af stenen: gennemblæsning af smelten med luft, som driver jern over i slaggen som jernsilikat, og som omdanner en del af kobbersulfidet til oxid, der igen oxiderer tilbageværende kobbersulfid til svovldioxid og frit kobber. Ristereduktion kaldes denne proces, som resulterer i blisterkobber med ca. 98,5% renhed. Slaggerne bruges som "sand" til sandblæsning eller som kobbertilskud til gødning.

Adskillige fremgangsmåder er udviklet (og patenteret) for at rationalisere smelteprocesserne, så de to tempi udføres sammen eller trinvis i én og samme ovn. Disse teknikker, der kaldes direct- eller flash-smeltning, benytter ren ilt til blæsningen og er derfor mere kapitalkrævende end den traditionelle fremgangsmåde. Mange nyere værker, bl.a. de skandinaviske, er baseret på flash-smeltning.

I stigende omfang udvindes kobber desuden ved ekstraktion fra magre malme og fra affald (tailings) fra tidligere minedrift. Materialet udludes (ekstraheres) med fortyndet svovlsyre, der opløser kobber og andre metaller. Af opløsningen udfældes kobber igen ved elektrolyse eller ved reaktion med jernpulver eller jernsvamp som cementkobber. De fleste urenheder følger med kobberet ved udludningen, men forbliver i opløsningen ved genudfældningen.

Blisterkobber og cementkobber gennemgår yderligere en ovnraffinering, der bringer renheden op på ca. 99,5%, hvorefter metallet støbes i anoder til elektrolytisk raffinering. Også elektrolytkobber fra ekstraktionsprocessen bliver på ny raffineret ved elektrolyse. Elektrolysen foregår i fortyndet svovlsyre og fører frem til katodekobber med 99,95% renhed eller bedre. Katodekobber er udgangspunkt for de fleste forarbejdede produkter af kobber og kobberlegeringer.

Sølv og guld, der ofte findes som urenheder i malmen, følger med kobber frem til elektrolysen. Her udskilles de imidlertid i anodeslammet og udvindes derfra. Denne biproduktion af ædelmetal bidrager væsentligt til økonomien i kobberudvinding.

Kobber genvindes fra produktionsskrot, der er rent og af kendt sammensætning; fra forarbejdnings- og installationsaffald, der er forurenet eller blandet med andre metaller; samt fra kasserede produkter, der leverer det mest blandede skrot. Det reneste affald (fx kabler og ledninger) recirkuleres sammen med nyt, raffineret kobber, mens resten gennemgår en mere eller mindre vidtgående raffinering til rent kobber eller til genanvendelige legeringer.

Kobber forarbejdes til halvfabrikata især ved valsning og trådtrækning. Udgangspunktet er katodekobber, der støbes i lange blokke, wirebars, som varmvalses til en tyk tråd (valsetråd) og derefter gennem mange trin trækkes til kobbertråde i de endelige dimensioner, der bl.a. indgår i elektriske kabler og ledninger. Kontinuert støbning (strengstøbning) anvendes også ved fremstilling af ledningskobber, der skal trækkes til meget fin tråd. Den støbte streng tjener da som wirebar. Til plader og folie støbes metallet i flade blokke, som først varm- og siden koldvalses til ønsket tykkelse.

Mange kobberlegeringer, først og fremmest messing, forarbejdes ligeledes til plader, bånd, folie, stænger og tråd gennem strengstøbning efterfulgt af valsning og trådtrækning eller ekstrudering (strengpresning).

Den videre forarbejdning til de endelige produkter foregår ved alle kendte teknikker, inklusive smedning (varmpresning) og trykstøbning af messing. De fleste andre kobberlegeringer, fx tinbronze, rødgods, aluminiumbronze og nikkelbronze, formgives især ved sandstøbning. Pulverpresning anvendes til fremstilling af specielle maskindele ud fra kobberpulver, legeret pulver (f.eks. tinbronze) eller pulverblandinger.

Rent kobber anvendes pga. metallets gode ledningsevne, formbarhed, korrosionsbestandighed og specielle farve. Næst efter sølv er kobber det metal, der har den bedste ledningsevne for elektrisk strøm og varme, hvilket udnyttes i alskens elektrisk og elektronisk udstyr og i varmevekslere. Aluminium konkurrerer med kobber på disse områder, men har knap så god ledningsevne i forhold til godstykkelsen. En aluminiumleder fylder derfor mere end en kobberleder med samme kapacitet, men pga. aluminiums lavere massefylde vejer den mindre. Kobber er mekanisk stærkere og mere korrosionsbestandigt end aluminium. De to metallers forskellige egenskaber gør, at de har delt markedet mellem sig.

Ca. ²/₃ af alt kobber anvendes til ledningsformål, heraf størsteparten som elektriske ledere i kabler og højspændingsledninger, elmotorer og -generatorer, transformatorer, elforsyningsnet, telekommunikation, elektriske apparater, signaler og styresystemer samt elektronik. Hertil bruges det reneste kobber. Varmeledningsevnen betinger kobbers anvendelse i varmevekslere til bl.a. kølere i benzin- og dieselmotorer, til industrielle formål samt til anlæg til energigenvinding. Også i fyrbokse, kedler og gryder udnyttes varmeledningsevnen i kobber, som til disse formål ligeledes er ulegeret, men ikke nødvendigvis så rent som til elektriske ledninger. Kedler og andre beholdere til føde- og drikkevarer er traditionelt blevet fortinnet indvendig for at undgå kobberoptagelse og misfarvning af produkterne; nu anvendes i stigende grad rustfrit stål på indersiden.

Kobberrør anvendes bl.a. i køle- og varmesystemer og i vandinstallationer for brugsvand, som ikke optager kobber fra rørene, og hvor korrosionsbestandigheden gør det muligt at anvende meget mindre dimensioner end i fx stålrør.

En tredjedel af kobberet anvendes i form af legeringer, der generelt har bedre styrke, hårdhed og slidstyrke, men nedsat ledningsevne og formbarhed. Korrosionsbestandighed og farve afhænger af legeringselementerne og deres mængde. Blandt kobberlegeringerne udgør legeringer med zink, messing, den største del; resten fordeler sig på en lang række legeringer med forskellige metaller, under ét kaldet bronze. Det store udvalg af legeringer gør det muligt at tilgodese vidt forskellige formål. Korrosionsbestandighed kombineret med formbarhed og styrke gør messing egnet til rør, ledninger og tilbehør, hvor kobber ikke er stærkt nok. Særlig høj styrke og bestandighed over for saltvand betinger anvendelsen af aluminiumbronze til skibspropeller. Styrke og korrosionsbestandighed ved høj temperatur karakteriserer nikkelbronze (kobber-nikkel-legeringer). Tin- og/eller blyholdige bronzer anvendes til lejer og bøsninger, gear og tandhjul pga. deres smøreegenskaber og slidstyrke. God bearbejdelighed ved spåntagning tæller også ved mange anvendelser af messing- og bronzelegeringer.

Metallets farve spiller en rolle ved dekorative anvendelser og i mønter. Kobberlegeringer dækker spektret fra det røde kobber over bronze, gyldne og gule farver til hvid. Dertil kommer anløbningsfarverne, hvor både rent kobber og messing- og bronzelegeringer i luften efterhånden antager en holdbar, lysegrøn farve (ir), som både udnyttes arkitektonisk i tag- og facadebeklædning på bygninger og kunstnerisk i statuer og monumenter. Endelig danner gods af kobber og kobberlegeringer ofte grundlaget for forsølvning eller forgyldning.

Mønter er i de fleste lande af kobberlegeringer, evt. med undtagelse af de laveste værdier. I Danmark cirkulerer 1996 omkring 7000 t mønter som består af tinbronze (25- og 50-øre), sølvfarvet nikkelbronze (1-, 2- og 5-krone) og aluminiumbronze (10- og 20-krone).

Kobber anvendes endvidere som en vigtig bestanddel i andre metallers legeringer, fx aluminium- (duralumin), cobalt- og nikkellegeringer (monelmetal), og i korrosionstræge stål (cortenstål).