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NE - METALLE:

*Kupfer*

*Energie- und Wärmeleiter, Dächer und Fassaden*

    Kupfergießwalzdraht-Produktion (Quelle: NA)   
    Kupfergiesswalzdraht-Produktion
    Stanzteile für Kontakte (Quelle: Wieland)   
    Leadframes
   

*Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung*
Der Name Kupfer leitet sich von dem lateinischen "aes cyprium" ? Erz aus
Zypern - ab. Es gehört zu den ältesten Metallen der
Menschheitsgeschichte. Bereits 4800 v. Chr. wurden Gegenstände aus
gediegenem Kupfer von den Ägyptern verwendet. Die Steinmetze des Pharao
Cheops bearbeiteten sein Grabmal, die Cheops-Pyramide, mit
Kupferwerkzeugen. Die Bronzezeit (Beginn zirka 3500 v. Chr.) wurde nach
der Legierung von Kupfer mit Zinn benannt. Die frühesten Bronzefunde
hatten nur einen sehr geringen Zinnanteil, der mit der Zeit erhöht
wurde, bis um 2500 v. Chr. ein Anteil um 14% üblich war. Noch lange
nachdem man auch Eisen verarbeiten konnte, war Kupfer das wichtigste
Gebrauchsmetall. Nur langsam wurde Bronze von Eisen verdrängt. Seit dem
14. Jahrhundert wurden Bronzen mit einem Zinnanteil von bis zu 25%
hergestellt. Sie dienten zur Herstellung von Glocken und Kanonen. Noch
im 18. Jahrhundert wurden viele Geschütze aus Bronze gegossen, bis sie
durch Gussstahl verdrängt wurde. Kupfer ist heute neben Aluminium das
wichtigste Nichteisenmetall.

*Vorkommen*
Kupfer kommt in der Natur als gediegenes Metall und in Mineralien vor,
wovon die bekanntesten Azurit, Chalkopyrit und Malachit sind.
Kupfermineralien kommen meist in Begleitung anderer Metalle wie Eisen,
Blei, Gold und Silber vor. Die bedeutendsten Kupfervorkommen finden sich
in Chile und in den USA, wo jeweils 20 Prozent der Weltreserven von 500
Mio. Tonnen lagern. Weitere wichtige Fördergebiete sind Afrika, Kanada
und die GUS. Die Lagerstätte in Mansfeld (?Mansfelder Kupferschiefer?)
ist der größte Fundort in Deutschland, inzwischen aber stillgelegt.

*Physikalisch-Chemische Eigenschaften*
Kupfer ist ein relativ weiches, verformbares, rötliches Metall, das die
kubisch-dichteste Kugelpackung aufweist. Entsprechend der Mohs'schen
Skala hat es den Härtegrad 3,0. An der Luft bildet sich rasch eine
dünne, schützende Oxidschicht, die eine weitere Reaktion unterbindet.
Ist es über lange Zeit feuchter Luft ausgesetzt, bildet sich ein Belag
von Kupfer-Salzen (z.B. Cu-Sulfate, Cu-Carbonate), der als grüne Patina
in Erscheinung tritt. Die Patina-Schicht schützt das Metall vor
Korrosion. Patina-Bildung wird aus diesem Grunde bei Kupferplatten auf
Dächern künstlich beschleunigt. Das Metall hat bereits einen recht edlen
Charakter, ist aber weniger edel als Silber und Gold. Von
nichtoxidierenden Säuren wie Salzsäure wird es nicht angegriffen. Von
konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure wird es unter Bildung
entsprechender Kupfersalze oxidiert. Das Metall ist für seine
hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit bekannt und wird
deshalb gerne als Kabelmaterial zur Stromleitung verwendet. Nur Silber
hat in dieser Hinsicht noch bessere Eigenschaften.

# Relative Atommasse: 63, 546
# Schmelzpunkt: 1083,5 °C
# Siedepunkt: 2595 °C
# Dichte: 8,92 g/cm³
# Oxidationszahlen: 4, 3, 2, 1
# Atomradius: 127,8 pm
# Ionenradius: 72 pm (+2); 96 pm (+1)
# Elektrische Leitfähigkeit: 0,598 µW-1cm-1

*Industrielle Gewinnung*
Bergbau und Aufbereitung zu Konzentraten liegen wegen der niedrigen
Kupfergehalte der Roherze räumlich dicht beieinander. Die Konzentrate
mit einem Kupfergehalt von 25 bis 35 Prozent werden in vielen Fällen
erst in den Verwenderländern zu Kupfer verarbeitet. Die Verhüttung zum
Rohmetall und die Raffination zum Reinmetall erfolgen sowohl in
Entwicklungs- als auch in Industrieländern zumeist an einer Stelle.
Die Anreicherung der Kupfererze erfolgt durch Flotation
(Schwimmaufbereitung). Dabei werden die zermahlenen Erze mit Wasser
verrührt. Metallsulfide und Metalloxide stoßen Wasser ab, während die
Gesteine der Gangart (Quarz, Silicate) leicht benetzt werden. Durch
Zugabe eines Schaums werden die schweren Erzteilchen an die
Wasseroberfläche transportiert und können abgeschöpft werden.
Das gereinigte Erz wird in mehreren Schritten in Röstöfen zuerst zu
Kupferoxid oxidiert, das dann mit Kupfersulfid (aus dem Erz) zu unreinem
Garkupfer reduziert wird, welches einen Reinheitsgrad von etwa 98,5%
besitzt. Für eine ganze Reihe von Produktionsbereichen, z.B. für die
Elektroindustrie reicht jedoch die Reinheit von Garkupfer nicht aus.
Daher wird noch eine elektrolytische Kupferraffination durchgeführt, bei
der man Elektrodenplatten aus Garkupfer als Anoden in eine angesäuerte
Kupfersulfatlösung hängt. Die Elektrolyse wird in großen
Elektrolysierwannen, in denen einige hundert Elektroden
hintereinandergeschaltet sind, bei Spannungen von 0,4 - 1 Volt
durchgeführt.
An der Kathode werden diejenigen Kationen der Lösung reduziert (Cu2+),
die das größte Bestreben dazu haben, d.h. die das größte Normalpotential
(U0) besitzen. Das reine Kupfer scheidet sich an der Kathode ab, während
alle unedleren Metallionen wie Eisen-, Zink- und Bleiionen in der Lösung
bleiben.

*Anwendungen / Produkte*
Kupfer ist aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit in der Elektrotechnik und
Elektronik unverzichtbar. Als Leitmaterial wird es in Kabeln,
Generatoren und Transformatoren eingesetzt. Leiterbahnen aus Kupfer
ermöglichen eine weitere Miniaturisierung und Leistungssteigerung von
Chips. In Kraftfahrzeugen wird Kupfer unter anderem für Bremsleitungen
und elektrische Antriebe verwendet, im Bauwesen wird es als Dach-,
Dachrinnen- und Fassadenmaterial eingesetzt. Wegen ihrer Beständigkeit
und gesundheitlichen Unbedenklichkeit werden Kupferrohre seit langem für
die öffentliche Trinkwasserversorgung, aber auch für
Heizungsinstallationen genutzt. Da viele Bakterien durch Kupfer im
Wachstum gehemmt werden, wird es als Kupfer-Zink-Legierung (Messing) in
öffentlichen Gebäuden und Verkehrsmitteln für Haltegriffe und Türklinken
eingesetzt, um die Übertragung von Krankheitskeimen zu verhindern.

*Wirtschaftliche Bedeutung*
Weltweit werden gut fünfzehn Millionen Tonnen des roten Metalls jährlich
verwendet, davon in Deutschland rund 1,7 Millionen Tonnen. Die
inländische Produktion von raffiniertem Kupfer und Kupfergusslegierungen
betrug 2000 rund 770.000 Tonnen, Halbzeugproduktion (incl. Leitmaterial)
und Metallguss lagen bei 2,0 Millionen Tonnen. Große Bedeutung hat die
Sekundärindustrie, da über 45 Prozent der deutschen Kupferproduktion aus
Schrotten und kupferhaltigen Zwischenprodukten (Schlacken, Krätzen etc.)
stammen. Mit einem Umsatz von dreizehn Milliarden DM im Jahr 2000,
bezogen auf die Erzeugung und die erste Verarbeitung des Metalls, nimmt
die deutsche Kupferindustrie eine herausgehobene Stellung in der
NE-Metallwirtschaft ein. In der Erzeugung und ersten Verarbeitung sind
rund 20.000 Mitarbeiter beschäftigt.

*Gesundheit*
Kupfer ist ein lebenswichtiges Spurenelement. Es wirkt mit bei der
biologischen Energiegewinnung der Körperzellen, es hilft bei der Bildung
des roten Blutfarbstoffes und übernimmt wesentliche Funktionen im
Stoffwechsel der Knochen und des zentralen Nervensystems. Da es im
Körper nicht gespeichert, sondern laufend ausgeschieden wird, muss der
Mensch Kupfer immer wieder neu mit den Lebensmitteln zu sich nehmen.
Pflanzen sind auf Kupfer für ein gesundes Wachstum angewiesen.

*Recycling*
Das Recycling von Kupfer kann als größte und wirtschaftlichste
Kupfermine bezeichnet werden und war schon in der Antike
selbstverständlich. Die produktbezogene Recyclingrate beträgt
mittlerweile mehr als 90 Prozent. Wie alle NE-Metalle lässt sich auch
Kupfer ohne Qualitätsverlust im Kreislauf von Primärgewinnung,
Verarbeitung, Nutzung und Rückgewinnung führen. Typisches Beispiel für
ein erfolgreiches Recycling von Metallen ist die Zerlegung von alten
Kabeln und Leitungen. Sie verbergen unter ihrer Ummantelung einen Kern
aus Kupfer von höchster Reinheit. Mühlen zerschneiden die alten
Kunststoffkabel und -leitungen in kleinste Teile. Umweltfreundliche
Sichtungsverfahren trennen die entstehende Mischung aus Kunststoff und
Metall.




*Links:*
Deutsches Kupferinstitut
<http://
www.kupferinstitut.de>
Initiative "Pro Metalldach"
<http://www.umweltforum-kupfer-zink.de>
Gütegemeinschaft Kupferrohr
<http://www.guete-kupferrohr.de>
Organisation of European Copper Alloy Ingot Makers
OECAM
<http://www.oecam.org>

NE-METALLE:

*Zink*

*metallisches Multitalent*

    Titanzink-Fassade Jüdisches Museum Berlin (Quelle: Initiative Zink,
Düsseldorf)   
    Titanzink-Fassade Jüdisches Museum Berlin
   

*Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung*
Der Name Zink leitet sich von dem lateinischen ?zincum? ab. Die
Etymologie geht auf das Wort "Zinke" zurück, da manche Zinkerze eine
stachelige Form haben. Im Altertum wurde Zink vor allem in Form von
Zinkspat als Legierungsbestandteil für die Herstellung von Messing
genutzt. Die Messing-Formel, zwei Drittel Kupfer und ein Drittel Zink,
war schon im 3. Jahrtausend v. Chr. Babyloniern und Assyrern bekannt.
Erste schriftliche Hinweise auf zinkhaltige Kupferlegierungen finden
sich bei Homer (8. Jh. v. Chr.) und dem griechischen Gelehrten
Aristoteles um 330 v. Chr. In Indien und China kannte man Zink
spätestens seit dem 12. Jahrhundert v. Chr. Eine gezielte Gewinnung und
Verarbeitung des Metalls lässt sich für diese Regionen um 600 n. Chr.
nachweisen. Über die Handelswege gelangte die Kenntnis des Metalls im
Mittelalter nach Europa. Frühe schriftliche Zeugnisse aus dem 16.
Jahrhundert stammen von Paracelsus und Agricola. Industriell genutzt
wird Zink erst seit rund 200 Jahren. Die ersten Anwendungen erfolgten
nach der Entwicklung geeigneter Walztechniken im Bauwesen.

*Vorkommen*
In der Natur kommt Zink niemals als elementare metallische Form vor.
Vorkommen werden stets von anderen Metallen wie Kupfer, Blei und Silber
begleitet. Zink-Mineralien sind weltweit verbreitet. Die bekanntesten
sind: Kieselzinkerz, Rotzinkerz, Zinkblende und Zinkspat. Die
wichtigsten europäischen Zink-Vorkommen findet man in Frankreich,
Belgien und Polen. Hauptförderländer sind die Vereinigten Staaten,
Australien, Kanada und China.

*Physikalisch-Chemische Eigenschaften*
Zink ist ein weiches, silbrig-weißes Metall, das eine hexagonales
Metallgitterstruktur aufweist. Das Metall hat mit ca. 419°C einen
geringen Schmelzpunkt. An der Luft überzieht es sich schnell mit einer
dünnen, schützenden Oxidschicht, die bläulich schimmert. Durch diese
Oxidschicht ist es auch in Wasser sehr beständig.
Von Säuren und Laugen wird es unter Freisetzung von Wasserstoffgas
leicht angegriffen und oxidiert. Zink hat in seinen Verbindungen stets
die Oxidationsstufe +2. Die wichtigsten Zink-Verbindungen sind Zinkoxid,
Zinkchlorid, Zinkhydroxid, Zinksulfat und Zinksulfid.

# Relative Atommasse: 65,39
# Schmelzpunkt: 419,4 °C
# Siedepunkt: 906 °C
# Dichte: 7,14 g/cm³
# Oxidationszahlen: 2
# Atomradius: 133,2 pm
# Ionenradius: 83 pm (+2)
# Elektrische Leitfähigkeit: 0,1724 µW-1cm-1

*Industrielle Gewinnung*
Das Zinkerz wird zunächst fein gemahlen und dann durch Flotation
angereichert. Die Zinksulfide werden geröstet, die Zinkcarbonate durch
Brennen in Zinkoxid verwandelt.
Das als Nebenprodukt anfallende Schwefeldioxid dient zur Herstellung von
Schwefelsäure. Heute existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung
von Zink aus Zinkoxid. Das "trockene Verfahren" ist die älteste Methode
und geht auf die Reduktion des Oxids mit Kohlenstoff, bzw. mit
Kohlenstoffmonoxid bei Temperaturen um 1100-1300°C zurück. Dabei
entsteht gasförmiges Zink, das mit den Röstgasen mitgeführt und
außerhalb des Reaktionsofens in luftgekühlten Vorlagen abgekühlt wird.
Der Hauptanteil wird heute jedoch nach dem "nassen Verfahren" gewonnen.
Hierbei werden die Röstprodukte zunächst mit konzentrierter
Schwefelsäure zu Zinksulfat umgewandelt. Eine wässrige Lösung dieses
Zinksalzes wird bei ca. 3,5 Volt elektrolysiert, wobei sich sehr reines
Zink an der Aluminiumkathode abscheidet und Sauerstoff an der Anode
entweicht. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der hohen Reinheit des
Endprodukts (ca. 99,99%).

*Anwendungen / Produkte*
Hauptverwendungsgebiet von Zink ist mit 31% die Verzinkung von Stahl zum
Korrosionsschutz. 28% gehen in den Markt der Messingfabrikate. 26% Zink
werden als Halbzeug in Form von Blechen (Titanzink für die Bereiche
Dachdeckung, Fassade und Dachentwässerung), Drähten (thermische
Spritzdrähte), Bändern (Schmelzsicherungen) und Anoden eingesetzt. 6%
des Zinkeinsatzes werden in Form von Legierungen im Zinkguss
weiterverarbeitet. 9% finden als Zinkoxid, Zinkpulver und Zinkstaub in
unterschiedlichsten industriellen Bereichen als Zusatzstoffe
vielfältigste Verwendung. Beispielsweise kommen Zinkverbindungen als
Stabilisatoren für Kunststoffe zum Einsatz. Zink-Sulfate verbessern
Eigenschaften in der Textil- und Kunstfaserindustrie. Bei Farben und
Lacken dient Zink als Aktivpigment zur Steuerung bestimmter
Lackeigenschaften wie Durchtrocknung, Pilzfestigkeit und
Wetterbeständigkeit. Zinkoxide sind bei der Herstellung von Klebemitteln
auf Natur- und Synthesekautschukbasis von großem Nutzen.
Profile, Rohre und Stangen haben eine untergeordnete Bedeutung.
International wird Zink auch als Münzmetall eingesetzt.

*Wirtschaftliche Bedeutung*
Die deutsche zinkerzeugende und ?verarbeitende Industrie gliedert sich
in Metallerzeugung, Verzinkereien, Halbzeugherstellung und Gießereien.
Die Verwendung von Zink lag 2000 bei rund 724.000 t.
In der zinkerzeugenden und ?verarbeitenden Industrie und in ihrem
direkten und indirekten Umfeld sind 16.000 Mitarbeiter beschäftigt. Im
Jahr 2000 wurden in Deutschland 357.000 t Zink erzeugt.
Im Bereich Feuerverzinkung wurden im Jahr 2000 in Deutschland 223.000 t
Zink eingesetzt. Darunter fällt die Verzinkung von Stahlträgern,
Serienprodukten, Behältern, Schlosserware und Kleinteilen. Zinkhalbzeug
wird hauptsächlich zu Bändern und Blechen (Titanzink) verarbeitet. Von
Bedeutung ist auch noch die Herstellung von Drähten und Anoden. Die
Halbzeug-Produktion lag 2000 bei 169.000 t. Die deutschen
Metallgießereien verarbeiten Zinklegierungen fast ausschließlich im
Druckguss. 2000 lag die Produktion bei 69.000 t. Zink wird auch bei der
Messingherstellung in großem Umfang eingesetzt. 2000 gingen 201.000 t in
diesen Bereich. Bedeutend ist auch die Herstellung von Zinkoxid und
anderen Zinkverbindungen.

*Recycling*
Die produktbezogene Recyclingrate liegt zwischen 80 und 90 Prozent und
zum Teil auch noch darüber. Der überwiegende Anteil von Zinkerzeugnissen
geht in längerlebige Produkte mit einer Nutzungsdauer von einigen
Dutzend bis zu 100 und mehr Jahren. Messingschrott ist eine der größten
Recyclingquellen für Zink. Jährlich werden weltweit ca. 600.000 Tonnen
Zink zurückgewonnen und dem Messing-Kupferkreislauf wieder zugeführt.
Zinküberzüge auf Stahlschrott können nach der Trennung von Stahl und
Zink erneut zur Verzinkung verwendet werden. Auch Verzinkungsrückstände,
die alle einen hohen Zinkgehalt aufweisen, werden physikalisch getrennt
und dienen der Primär- und Sekundärzinkproduktion als Rohstoff. Ein
hoher Anteil dient der direkten Herstellung von Zinkoxid, Zinkstaub und
Zinkchemikalien. Zinkdruckgussteile als Altmaterial, im besonderen aus
der Verschrottung von Autos und Haushaltsgeräten, sind wertvolle
Vorstoffe zur Zinkerzeugung. Zinkbleche von Dächern, Fassaden,
Dachrinnen sind das ideale Ausgangsmaterial zur Erzeugung von Sekundär-
und Umschmelzzink. Zinkhaltige Stäube, die bei der Abgasreinigung der
Elektrostahlwerke in Filtern abgeschieden werden, stellen ebenfalls
wertvolle Ressourcen dar. Allein in Deutschland kommen aus diesem
Bereich rund 30.000 Tonnen Zink pro Jahr in den Kreislauf zurück.
Zinkhaltige Produktionsrückstände, die u.a. bei der Erzeugung von
Zinkoxid bzw. Zinkstaub anfallen, werden zum überwiegenden Teil
innerhalb der Industrie direkt recycelt.




*Links:*
Initiative "Pro Metalldach"
<http://www.umweltforum-kupfer-zink.de>
Initiative Zink
<http://www.initiative-zink.de>

NE-METALLE:

*Feuerverzinkung*


*Das Verfahren*
Von den metallischen Überzügen, die für Korrosionsschutzzwecke
eingesetzt werden, kommt der Feuerverzinkung sowohl nach der Höhe des
Zinkeinsatzes als auch nach der Größe der gegen Korrosion geschützten
Fläche die größte Bedeutung zu. Als industriell durchgeführtes
Tauchverfahren erfüllt die Feuerverzinkung alle Anforderungen, die an
einen sicheren Langzeit-Korrosionsschutz gestellt werden. Feuerverzinken
heißt, Stahl nach geeigneter Vorbehandlung durch Tauchen in ein Bad mit
schmelzflüssigem Zink an der Oberfläche zu legieren und mit Zink zu
überziehen. Dadurch entsteht ein gleichmäßiger, porenfreier, fest
haftender und verschleißfester Überzug, der bei normaler atmosphärischer
Beanspruchung jahrzehntelangen Schutz vor Korrosion bietet. Von
besonderer wirtschaftlicher Bedeutung sind das diskontinuierliche
Verzinken von Einzelteilen, das sog. Stückverzinken sowie das
kontinuierliche Bandverzinken. Darüber hinaus sind das Rohr- und
Drahtverzinken zu erwähnen.

*Die Branche*
In Deutschland gibt es derzeit rund 180 Stückverzinkereien. Im
Industrieverband Feuerverzinken e.V. sind ca. drei Viertel der
Verzinkungskapazität organisiert. Die Mitgliedsunternehmen haben 2000
insgesamt 1,1 Millionen Tonnen Stahl feuerverzinkt. Das sind viele
Millionen Einzelteile unterschiedlichster Art und Größe - von kleinen
Schrauben und Muttern bis hin zum 26 Tonnen schweren Flutlichtmast. Die
Feuerverzinkungsindustrie ist mit durchschnittlich rund 35 bis 40
Mitarbeitern pro Betrieb typisch mittelständisch strukturiert. Insgesamt
beschäftigte die Branche 2000 rund 6.700 Mitarbeiter.


*Der Markt*
Der Markt für feuerverzinkte Produkte beträgt in Deutschland rund 1,5
Millionen Jahrestonnen und wird zu mehr als 90 Prozent von inländischen
Betrieben abgedeckt. Wichtige Marktsegmente sind Bauwesen,
Straßenausrüstung, Energieversorgung, Landwirtschaft und Transportwesen.
Das Marktaufkommen entspricht einem Verbrauch von rund 20 Kilogramm
feuerverzinkten Stahls pro Einwohner und Jahr ? weltweit ein
Spitzenwert. Die Auslastung der Feuerverzinkungsbäder ist mit 280 Tonnen
pro Kubikmeter Badvolumen (t/m³) und Jahr im europäischen Vergleich eher
unterdurchschnittlich. Wettbewerber aus Belgien und Frankreich erreichen
Werte zwischen 310 und 360 t/m³, Wettbewerber aus Spanien und Italien
erzielen Werte zwischen 370 und 400 t/m³. Die geringe Auslastung in
Deutschland ist zum einen auf vorhandene Überkapazitäten zurückzuführen,
zum anderen sind aus Umwelt- und Arbeitsschutzgründen die jährlichen
Betriebszeiten der Anlagen deutlich geringer niedriger als in
Wettbewerbsländern. Eine europaweite Harmonisierung des Regelwerkes ist
daher unverzichtbar für einen fairen Wettbewerb.


*Umwelt und Recycling*
Besondere Umweltschutzerfolge in der Produktion konnte die
Feuerverzinkungsindustrie in den zurückliegenden zehn Jahren
verzeichnen: Die von den Verzinkungsbädern ausgehenden staubförmigen
Emissionen wurden seit 1985 um 95 Prozent reduziert und durch die
Kreislaufführung des Prozesswassers gelangen mittlerweile keine
Produktionsabwässer mehr in die Kanalisation. Die geringen Mengen
Abwässer, die heute noch anfallen, werden gesammelt und behandelt. Die
weitaus meisten Stoffe werden recycelt und erneut genutzt. Mit Blick auf
den Produktnutzen schonen feuerverzinkte Stahlprodukte die Ressourcen
und leisten damit einen weiteren wichtigen Beitrag zum Umweltschutz.


1) Alle Zahlenangaben des gesamten Textes beziehen sich auf das
Stückverzinken.



*Links:*
Industrieverband Feuerverzinken
<http://www.feuerverzinken.com>

NE-METALLE:

*Blei*

*Energiespeicher, Schall- und Strahlenschutz*

    Bleischmelze (Quelle: Varta)   
    Rohblei
   

*Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung*
Der Name Blei stammt vom lateinischen ?plumbum metallicum?.
Archäologische Funde beweisen, dass es seit ca. 2500 v. Chr. verarbeitet
wurde. Es gehört somit neben Kupfer, Silber, Gold, Zinn, Eisen und
Quecksilber zu den Metallen, die schon im Altertum bekannt waren. Alle
bedeutenden Kulturen des Mittelmeerraums beherrschten schon früh seine
Verarbeitung. Am einfachsten zugänglich war Bleiglanz, aus dem das
Metall herausgeschmolzen werden konnte. In großem Stil nutzten erstmals
die Römer Blei für den Bau ihrer Wasserleitungen. Der größte Teil des
römischen Bleis stammte aus Minen in Spanien, in denen zeitweilig bis zu
50.000 Sklaven gearbeitet haben sollen. Blei war im alten Rom aber nicht
nur ein beliebter Baustoff, sondern es wurde auch zu Trinkbechern und
Essgeschirr verarbeitet. Bleiverbindungen dienten als Farben, Schminke
und sogar als Heilmittel. Auch im Mittelalter war Blei ein wichtiger
Baustoff. Um 1000 nach Christus gab es im Harz zahlreiche Bleigruben und
Bleihütten. Auch die Anwendungsbereiche wurden mit der Zeit
vielfältiger: So wurden kirchliche und weltliche Repräsentationsgebäude
mit Dächern aus Bleiplatten versehen, und man fertigte Bleigläser. Aus
Blei waren die Lettern für den Buchdruck und die Kugeln für Gewehre und
Pistolen. Bis in die 20er Jahre des 20. Jahrhunderts stieg es zum
wichtigsten Nichteisenmetall auf! Nach 1925 verlor es wieder an Boden
und hat sich inzwischen nach Aluminium, Kupfer und Zink auf dem vierten
Platz eingeordnet.

*Vorkommen*
Blei ist zumindest in geringen Mengen allgemein verbreitet. An einigen
Stellen kommt es auch gediegen vor. Bleierze sind häufig
vergesellschaftet mit anderen Metallen: zum Beispiel mit Zink, Kupfer
oder Antimon. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist Bleiglanz, eine
sulfidische Verbindung. Die größten Vorkommen findet man in den
Vereinigten Staaten, Australien, der GUS und Kanada. Die größten
Förderländer in Europa sind Schweden und Polen. In Deutschland wurde
Bleierz im Erzgebirge, im Harz, in der Eifel und im Ruhrgebiet abgebaut.
Anfang der 90er Jahre des 20. Jahrhunderts wurde der Blei-Bergbau in
Deutschland eingestellt.

*Physikalisch-Chemische Eigenschaften*
Blei ist ein verformbares, mattgraues Metall, das die kubisch-dichteste
Kugelpackung aufweist. Das Metall ist so weich, dass es auf Papier einen
grauen Abrieb hinterläßt! An frischen Schnittstellen glänzt es silbrig.
Das Metall ist mit 327°C niedrigschmelzend. An Luft bildet es aber
sofort eine dünne, schützende Oxidschicht. In hartem Wasser ist Blei
sehr beständig; in enthärtetem, CO2-reichem Wasser wird es unter Bildung
von Bleihydrogencarbonat gelöst. Auch von Salzsäure, Schwefelsäure und
Salpetersäure wird es zersetzt. Blei hat sehr geringe thermische und
elektrische Eigenschaften. Aufgrund seiner Elektronenkonfiguration ist
seine wichtigste Oxidationsstufe +2.

# Relative Atommasse: 207,2
# Schmelzpunkt: 327,5°C
# Siedepunkt: 1740 °C
# Dichte: 11,34 g/cm³
# Oxidationszahlen: 4, 2
# Atomradius: 175,0 pm
# Ionenradius: 132 pm (+2); 84 pm (+4)
# Elektrische Leitfähigkeit: 0,048 µW-1cm-1

*Industrielle Gewinnung*
Die wichtigsten Förderländer für Bleierz sind die GUS, die Vereinigten
Staaten, Australien und Kanada. Die Bleigewinnung umfasst mehrere
Schritte: Dem Erzabbau und der Aufbereitung zu einem stark
angereicherten Bleikonzentrat folgt die Hüttentechnik. Die bedeutendste
Methode besteht im Sinterrösten. Dabei werden die schwefelhaltigen
(sulfidischen) Vorstoffe in einem ersten Verfahrensschritt unter
Verbrauch von Luftsauerstoff in Bleioxide und gasförmiges Schwefeldioxid
überführt. Danach wird das Schwefeldioxid zu Schwefelsäure
weiterverarbeitet, während das Bleioxid im Sinter zu Blei reduziert
wird. Das noch stark verunreinigte "Werkblei" wird schließlich in
komplexen Raffinationsprozessen von weiteren Metallen gereinigt, bis es
einen Reinheitsgrad von 99,9 Prozent und mehr hat. Moderne
kontinuierliche Direkt-Bleischmelzprozesse wie das QSL- oder
Badschmelzverfahren ersetzen heute das herkömmliche zweistufige
Röst-Reduktionsverfahren durch einen einstufigen Prozess. Die
staubförmigen Emissionen (vor allem Blei und Cadmium) konnten drastisch
reduziert werden.

*Anwendungen / Produkte*
Blei ist ein vielseitiges Metall, das aus technischen Anwendungen
ebensowenig wegzudenken ist wie aus persönlichen Lebensbereichen. Blei
wird heute vorwiegend als Energiespeicher und Schutzwerkstoff verwendet.
Sein größtes Anwendungsgebiet ist die Energiespeicherung in
Akkumulatoren: z. B. den Autostarterbatterien. Seine hohe Dichte macht
es besonders geeignet zur Abschirmung: So schützt es in der
Medizintechnik vor Röntgenstrahlung und Radioaktivität, im Bauwesen
dient es dem Schallschutz. Blei ist ein wichtiger Legierungsbestandteil.
Seine chemische Beständigkeit gegenüber Säuren macht Blei zudem zu einem
wertvollen Werkstoff zur Auskleidung von Rohrleitungen und Apparaten in
der chemischen Industrie. Bleioxide werden zur Herstellung von Pigmenten
für Farben und Lacke, optischen Gläsern und Halbzeugen eingesetzt.

*Wirtschaftliche Bedeutung*
Weltweit werden rund 6,4 Millionen Tonnen Blei verwendet, davon 395.000
Tonnen in Deutschland. Die inländische Bleiproduktion aus importierten
Bleierzen und Recyclingblei betrug 2000 rund 387.000 Tonnen.
Halbzeugproduktion und Metallguss lagen im Jahr 2000 bei 57.000 Tonnen
bzw. 5.000 Tonnen.

*Gesundheit*
Bleiverbindungen sind toxisch. Daher war die gesundheitsgefährdende
Bleiaufnahme durch Stäube und Dämpfe in früheren Zeiten ein großes
Problem in der Arbeitswelt. Heute ist der Gesundheitsschutz am
Arbeitsplatz aber dank strenger innerbetrieblicher Schutz- und
Kontrollvorschriften umfassend gewährleistet. Mit der Einführung von
bleifreiem Benzin ist darüber hinaus die bedeutendste allgemeine
Emissionsquelle für Bleiverbindungen drastisch zurückgegangen. Moderne
Umwelttechnologien zur Luftreinhaltung und Abwasserbehandlung haben
weiteren Anteil daran, dass auch die industriell bedingten
Bleiemissionen in den letzten Jahrzehnten ständig zurückgegangen sind
und keine Gesundheitsbelastung darstellen.

*Recycling*
Der Metallhandel erfasst Bleischrotte in Form von Blechen, Rohren und
Kabelmänteln. Entsprechend der industriellen Verwendung entfällt die
weitaus größte Menge des Schrottaufkommens auf Altbatterien: Über
100.000 Tonnen Blei werden in der Bundesrepublik Deutschland über das
Batterierecycling zurückgewonnen. Das entspricht einer produktbezogenen
Recyclingrate von rund 80 Prozent. Gleiches gilt für die übrigen
Anwendungsgebiete.


NE-METALLE:

*Nickel*

*für nichtrostende Stähle*

*Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung*
Nickel wurde nach den gleichnamigen Bergkobolden benannt, die ? so
glaubten die mittelalterlichen Bergleute ? Kupfer in das damals wertlose
Nickelerz (?Kupfernickel? = falsches Kupfer) verwandelten. Zwar sind
Nickellegierung schon aus dem antiken Griechenland bekannt, doch sie
wurden ohne das Wissen hergestellt, dass es sich bei Nickel um ein
eigenes Metall handelt. So findet man in metallischen
Gebrauchsgegenständen aus China, die ungefähr 2000 v. Chr. hergestellt
wurden, einen Nickelanteil von bis zu 20%. Im Jahr 1751 erkannte der
schwedische Bergbauingenieur Axel F. Cronstedt die wahre Natur des
Elements. Dennoch setzte sich die Erkenntnis, dass es sich beim
'Kupfernickel' nicht um eine besondere Form von Kupfererz, sondern um
ein eigenständiges Element handelte, nur langsam durch. Erst T. Bergman
konnte die Existenz von Nickel belegen, indem er 15 Jahre nach der
Entdeckung Nickel mit wesentlich höherem Reinheitsgrad herstellte. Seit
Mitte des 19. Jahrhundert erlangte das Metall große wirtschaftliche
Bedeutung, nachdem der Engländer Michael Farraday 1843 ein Verfahren zur
galvanischen Vernickelung vorgestellt hatte.

*Vorkommen*
Während der Anteil von Nickel in der Erdkruste nur bei ca. 0,009
Gewichtsprozent liegt, hat der Kern der Erde einen wesentlich höheren
Anteil dieses Metalls, da er im Wesentlichen aus Eisen und Nickel
besteht. Exakte Angaben über die Anteile lassen sich aber nicht machen.
Auch Eisenmeteoriten enthalten ungefähr 8% Nickelerz. Nur an Stellen, wo
solche Meteorite auf die Erdkrust aufgeschlagen sind, kommt Nickel
gediegen vor. Ansonsten tritt es unter natürlichen Bedingungen nur
gebunden in Erscheinung. Das Metall ist häufig mit Cobalt, Antimon und
Arsen vergesellschaftet. Zumindest in kleinen Mengen kommen seine
Mineralien praktisch überall vor. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist die
Gewinnung von (Nickel-)Magnetkies (Pentlandit) und Garnierit.
Abbauwürdige Vorkommen findet man in Kanada (Magnetkies), der GUS,
Australien und Kuba.

*Physikalisch-Chemische Eigenschaften*
Nickel ist ein verformbares, dehnbares, silbrig-weißes Metall, das die
kubisch-dichteste Metallgitterstruktur aufweist. Entsprechend der
Mohs'schen Skala beträgt seine Härte 3,8. Nickel wird durch eine dünne
Oxidschicht passiviert, so dass es gegen Luft und Wasser sehr beständig
ist. Abgesehen von konzentrierter Salpetersäure wird es von Säuren
langsam unter Freisetzung von Wasserstoffgas zersetzt. In Alkalilaugen
ist es nicht löslich. Das Metall bildet leicht Legierungen mit Eisen,
Kupfer, Mangan etc. aus. In Verbindungen spielt praktisch nur die
Oxidationsstufe +2 eine Rolle, obwohl zum Teil auch +4, +3 und +1 vorkommen.

# Relative Atommasse: 58,69
# Schmelzpunkt: 1453 °C
# Siedepunkt: 2732 °C
# Dichte: 8,91 g/cm³
# Oxidationszahlen: 4, 3, 2, 1, 0, -1
# Atomradius: 124,6 pm
# Ionenradius: 78 pm (+2); 62 pm (+3)
# Elektrische Leitfähigkeit: 0,146 µW-1cm-1

*Industrielle Gewinnung*
Nickel wird in den meisten Fällen durch das Erhitzen von
(Nickel-)Magnetkies gewonnen. Dabei werden die sulfidischen Verbindungen
in oxidische umgewandelt. Die Oxide werden wiederum mit Säure behandelt,
die nur mit Eisen und nicht mit Nickel reagiert.

*Anwendungen / Produkte*
Nickel ist ein vielseitig einsetzbares Metall. Am bedeutendsten ist
jedoch sein Einsatz als Legierungsmetall: Schon geringe Nickelzusätze
erhöhen die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl. Mehr als die Hälfte des
weltweiten Nickelbedarfs dient zur Herstellung und Veredlung
nichtrostender Stähle: zum Beispiel für Geschirrspüler, Kochgeschirr,
Rolltreppen, Tankwagen und medizinische Instrumente. Da Stahl unter
Beigabe von Nickel auch bei Temperaturen von minus 200° Celsius nicht
brüchig wird, eignen sich nickelhaltige Stähle für Kältemaschinen und
Behälter zur Lagerung flüssiger Gase. Nickel ist ebenso Basismetall für
Hochleistungs- und Superlegierungen. Deshalb werden diese Legierungen
für besonders anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt: in der chemischen
und petrochemischen Industrie, in der Energie- und Umwelttechnik, in
Luft- und Raumfahrt sowie in der Elektrotechnik und Elektronik. Mit
Hilfe von Superlegierungen aus Nickelchromeisen wurden neue
Hochleistungswerkstoffe entwickelt, die in der Abwassertechnik,
Ölfeldtechnik, bei Rauchgasentschwefelungsanlagen, Gasturbinen und
Reaktoren eingesetzt werden.
Auch bei der Einführung des Euro spielt Nickel eine entscheidende Rolle.
Die Ein- und Zwei-Euromünzen werden aus nickelhaltigen Materialien
unterschiedlicher Werkstoffgruppen hergestellt, mit einem hohen Maß an
Automaten- und Fälschungssicherheit. Übrigens enthalten auch die
50-Pfennig- sowie 1-, 2- und 5-DM-Münzen Nickel.

*Wirtschaftliche Bedeutung*
Die weltweite Hüttenproduktion von Nickel beträgt rund eine Million
Tonnen pro Jahr. Hauptproduzenten sind die GUS, Japan, Kanada und
Australien. Im Gegensatz zu anderen europäischen Ländern ist die
Metallerzeugung in Deutschland seit Anfang der 90er Jahre eingestellt.
Die deutsche Produktion von Nickelhalbzeug (Walz-, Press- und
Ziehprodukte) lag 2000 bei 25.000 Tonnen.

*Recycling*
Da Nickel überwiegend als Legierungsmetall verwendet wird und deshalb
nur selten in seiner ursprünglichen Einsatzform zurückgewonnen wird,
sind seriöse Recyclingquoten kaum zu ermitteln. Da Nickel aber vor allem
in der Stahlveredlung eingesetzt wird, sind Edelstahlschrotte auch die
ergiebigste Altmetallquelle. Bei der Herstellung und Verschrottung von
Anlagen und Einrichtungen in der chemischen Industrie, der Lebensmittel-
und Haushaltsindustrie sowie im medizinischen Bereich fallen große
Mengen Edelstahlschrott in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen an.
Schätzungen gehen davon aus, dass rund die Hälfte des in Deutschland
hergestellten Edelstahls aus diesen Schrotten gewonnen wird. Vor dem
erneuten Wiedereinschmelzen in den Edelstahlwerken stehen auch hier das
Sammeln, Sortieren und Aufbereiten der verschiedenen Sorten durch den
Metallhandel. Die Behandlung von Schrotten, die neben hohen
Nickelanteilen auch andere wertvolle Metalle enthalten, erfordert
umfangreiche Materialkenntnisse und spezielle technische Einrichtungen.
Die produktbezogene Recyclingrate von Nickel wird auf über 80 Prozent
geschätzt.

 

 

 

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J. Maier, Abdichtungs-, Dach-, Metall- und Spenglertechnik - Blitzschutz und Erdung | maiertec@gmail.com, Fon: +49 831 930 670 -9; Fax -99; Mobil: +49 1579 2300132