Chlorierendes Rösten von Cu-Erzen: Informationen zum Kieselrot

Experimente:
Versuch: Modellversuch zum chlorierenden Rösten


Der wegen seiner hohen Dioxinbelastung ins Gerede geratene rote Belag von Straßen und Sportplätzen ("Kieselrot") ist der Schlackenabfall aus einem veralteten Verfahren zur Gewinnung von Kupfer, dem "chlorierenden Rösten".

Das Verfahren
Mit diesem Verfahren arbeitete man kupferarme, eisenhaltige Erze (wie im sauerländischen Marsberg) oder kupferhaltige Kiesabbrände, die bei der Schwefelsäureproduktion aus Pyrit anfallen (wie vor längerer Zeit noch in der Duisburger Kupferhütte), auf.
Wenn man das Ausgangsmaterial, das Kupfersulfid und -oxid sowie Eisenverbindungen enthält, in Schachtöfen unter Sauerstoffüberschuss auf ca. 500 - 600 °C erhitzt, sollte sich vor allem Kupfersulfat bilden:

2 Cu2S + 5 O2 ———> 2 CuSO4 + 2 CuO

Kupfersulfat zersetzt sich beim Erhitzen über 500 °C leicht zu schwarzem Kupferoxid, das nicht herauslösbar ist:

CuSO4 ———> CuO + SO3

Dagegen ist das Chlorid von Kupfer stabil und leicht löslich. Dies ist der Grund, weshalb man dem Ausgangsmaterial vor dem Rösten Natriumchlorid zuschlägt:

CuSO4 + 2 NaCl ———> CuCl2 + Na2SO4

Daneben bilden sich auch Eisen(II)- und Eisen(III)-chlorid, die Kupfer(II)-oxid zu Kupfer(II)-chlorid umwandeln:

2 FeCl3 + 3 CuO ———> Fe2O3 + 3 CuCl2

Die Eisenoxide geben der Schlacke den typischen roten Farbton.

Durch Auswaschen der Röstgase erhält man eine verdünnte Mischsäure (HCl/H2SO4), mit der die Kupfersalze zusammen mit dem Natriumsulfat aus dem Röstgut herausgelöst werden. Anschließend reduziert man sie mit Eisenschrott zu metallischem Kupfer (Zementieren):

Cu2+ + Fe ———> Cu + Fe2+

(Diese Vorgänge kann man mit wasserfreiem Kupfersulfat im Reagenzglasversuch selbst untersuchen: -> Versuch.)

Das chlorierende Rösten wurde nach dem Kriege bald aufgegeben, da es sehr viel Abgase und Rückstände produzierte sowie zu energieaufwendig und somit völlig unwirtschaftlich war.
Heute werden die Kupferanteile armer Erze durch Auslaugen (Leaching) abgetrennt. Hierbei bedient man sich verdünnter Schwefelsäure, die auch Kupferoxid auflöst. Neuerdings beimpft man die Erzhalden mit Suspensionen von sulfurikanten Bakterien, die Kupfersulfid zu Sulfat oxidieren.

Dioxinbildung beim chlorierenden Rösten
Die Reaktionsbedingungen beim chlorierenden Rösten sind optimal zur Bildung von chlorierten Aromaten wie vor allem Hexachlorbenzol (HCB) und Dioxinen. Als in ihrer Bildungsreaktion thermodynamisch äußerst begünstigte aromatische Verbindungen entstehen sie in exothermer Reaktion in der Abkühlphase aus organischen Verbindungen, Sauerstoff und Chlor bzw. Chlorverbindungen.
Das organische Material stammt teilweise aus Erdgas oder Erdöl, die früher zur offenen Beheizung beim Rösten dienten. Das schwarze Marsberger Kupfererz ist insofern eine Besonderheit, als dieser Kupferschiefer aus dem Erdmittelalter von vornherein bis zu 10 Masse% Bitumen enthält.
Die Dioxinbildung läuft vor allem in kühleren Zonen des Schachtofens ab. Hinzu kommt, dass dieser Prozess (wie auch in den kühleren Filteranlagen von MVA) durch Schwermetalle katalysiert wird. Besonders wirksam sind hierbei ausgerechnet Kupfer und Eisen.


Weitere Texte zum Thema „Auto“


Diese Seite ist Teil eines großen Webseitenangebots mit weiteren Texten und Experimentiervorschriften auf Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie.
Letzte Überarbeitung: 02. Juli 2009, Dagmar Wiechoczek