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Gewinnung von Metallen aus Erzen

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André Otto
Gewinnung von Metallen aus Erzen
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Gewinnung von Metallen aus Erzen

Inhalt

Metalle und Metallgewinnung – Chemie

Hast du dich schon einmal gefragt, woher Eisen, Kupfer, Zinn oder Blei kommen? Diese Metalle befinden sich in Form von Erzen in der Erdkruste. Doch wie gewinnt man aus den Erzen reine Metalle? In diesem Lerntext wird auf einfache Weise erklärt, wie die Metallgewinnung aus Erzen funktioniert.

Was sind Erze? – Definition

Viele Metalle kommen in der Natur als Erz vor, wobei das eigentliche Metall mit Gestein vermischt ist. Einfach erklärt sind Erze natürliche Verbindungen der Metalle, die Sauerstoff $(\ce{O2})$ und/oder Schwefel $(\ce{S})$ enthalten. Diese Verbindungen werden aus der Erdkruste abgebaut. Beispiele für Erze sind Antimon, Blei, Eisen, Gold, Kobalt, Kupfer, Mangan, Nickel, Silber, Uran, Wismut, Wolfram, Zinn und Zink.

Wie wird aus Erz Metall gewonnen?

Wie kann man also Metall gewinnen? Für die Metallgewinnung muss den Erzen Sauerstoff und Schwefel durch chemische Reaktionen entzogen werden. Dazu wird das Erz zunächst zerkleinert. Man spricht dabei von Zerkleinerung. Danach findet die Flotation, die Verhüttung und zuletzt die Raffination statt. Den Grundablauf der Metallgewinnung siehst du hier in der Tabelle.

Gewinnung von Metallen Beschreibungen
Zerkleinerung Das Erz wird nach der Förderung in Erzmühlen zerkleinert.
Flotation Anreicherung des Erzes. Dem Wasser und dem zerkleinerten Erz wird ein Schaum zugesetzt, der das reine Erz umschließt und nach oben hebt.
Die sogenannte Gangart, die die anderen Bestandteile (z. B. Silicate) bezeichnet, sinkt dabei auf den Boden.
Verhüttung In Öfen, wie in einem Hochofen, werden dem Erz Sauerstoff $(\ce{O2})$ und Schwefel $(\ce{S})$ entzogen.
Raffination Das verunreinigte Metall muss gereinigt werden. Das kann beispielsweise mit einer Elektrolyse gemacht werden. Bei der Metallgewinnung durch die Elektrolyse wird eine Redoxreaktion durch Strom erzwungen, wobei durch die Reduktion reines Metall gewonnen wird.

Metallgewinnung aus Erzen – Beispiele

Die Metallgewinnung aus Erzen schauen wir uns nun für Eisen, Kupfer, Zinn und Blei etwas genauer an.

Eisenherstellung

Bei der Eisenherstellung wird das Eisen $(\ce{Fe})$ durch den sogenannten Hochofenprozess gewonnen, indem dem Erz unter hohen Temperaturen Koks zugesetzt wird. Das Koks besteht hauptsächlich aus dem Element Kohlenstoff $(\ce{C})$. Das sorgt dafür, dass Sauerstoff dem Erz entzogen wird und Roheisen entsteht. Dieses wird gereinigt, indem wiederum Sauerstoff zugesetzt wird. Der Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff, der im Roheisen vorhanden ist. Diese Reaktion erfolgt in einem technischen Verfahren – dem Thomas-Verfahren. Durch dieses Verfahren und der Weiterverarbeitung im Siemens-Martin-Ofen wird das Eisen reiner. Es handelt sich jetzt um Stahl.

Kupferherstellung

Die Kupfererze werden mit Koks versetzt, sodass Rohkupfer entsteht. Dieses wird über eine Elektrolyse raffiniert (also gereinigt). Als Ergebnis über die Metallgewinnung durch die Elektrolyse wird reines Elektrolytkupfer erhalten.

Zinnherstellung

Das Zinnerz wird auch mit Koks versetzt, sodass der Sauerstoff entzogen wird und Rohzinn entsteht. Ein großer Teil des Zinns gelangt in die Schlacke, die wieder der Verhüttung zugeführt wird. Unter Schlacke versteht man ein nichtmetallisches Stoffgemisch aus Oxiden. Das Rohzinn wird, genau wie bei der Kupferherstellung, über eine Elektrolyse raffiniert, sodass man Elektrolytzinn erhält.

Bleiherstellung

Das Bleierz ist mit Schwefel versetzt. Dieses lässt man zunächst mit Sauerstoff reagieren, was als Rösten bezeichnet wird. Im Erz befinden sich nun also Sauerstoff und Schwefel. Diesem fügt man nun Koks hinzu, was auch als Reduzieren bezeichnet wird. Man erhält nun Rohblei. Anschließend wird mittels einer Elektrolyse raffiniert, sodass reines Elektrolytblei entsteht. Dem Bleierz wird oft noch Sand hinzugegeben, um den Bleianteil zu verdünnen. Das wird gemacht, da sonst im weiteren Verarbeitungsprozess zu viel Blei verloren gehen würde.

Gewinnung von Metallen aus Erzen – Zusammenfassung

Einige Metalle liegen in der Erdkruste als Erze vor, die aus Metall, Sauerstoff und/oder Schwefel bestehen. Um daraus reines Metall gewinnen zu können, müssen die folgenden Stufen der Metallgewinnung durchlaufen werden:

  • Zerkleinerung
  • Flotation
  • Verhüttung
  • Raffination

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Metallgewinnung, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Gewinnung von Metallen aus Erzen

Hallo und Herzlich willkommen! Dieses Video heißt „Die Gewinnung von Metallen aus Erzen“. Du kennst bereits Metalle, Nichtmetalle, Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Oxidation, Oxide. Nachher kannst du den Grundablauf der Metallgewinnung aus Erzen erklären. Der Film besteht aus sechs Abschnitten:Was sind Erze? Der Grundablauf der Metallgewinnung EisenherstellungKupferherstellung Zinnherstellung BleiherstellungWas sind Erze? Erze sind natürliche Verbindungen der Metalle. Sie enthalten neben dem Metall meist Sauerstoff und/oder Schwefel. Der Grundablauf der Metallgewinnung Wenn ein Erz Sauerstoff und Schwefel enthält, so müssen wir diese durch chemische Reaktionen entziehen. Man muss den Sauerstoff entfernen und den Schwefel entfernen. Wenn alles gut geht, erhält man so das Metall. Dem Erz werden Sauerstoff und Schwefel entzogen. Doch bevor es soweit ist, muss das Erz vorbereitet werden. Nach der Förderung wird es zunächst zerkleinert, das geschieht in sogenannten Erzmühlen. Wichtig für die Metallgewinnung ist, dass das Erz angereichert wird. Das geschieht häufig durch Flotation. Dabei wird dem Wasser mit dem zerkleinerten Erz ein Schaum zugesetzt. Der Schaum umschließt das reine Erz und hebt es nach oben. Die sogenannte Gangart, die das Metall nicht erhält, sinkt auf den Boden ab. Jetzt findet die Verhüttung statt, d.h., Sauerstoff und Schwefel werden dem Erz entzogen. Sie findet in verschiedenen Öfen, z.B. in einem Hochofen statt. Man erhält so Metall, was aber noch verunreinigt ist. Daher schließt sich an die Verhüttung die Raffination an. Eine Möglichkeit der Metallreinigung ist die Elektrolyse. EisenherstellungEisen wird durch den sogenannten Hochofenprozess gewonnen. Dem Erz wird unter hohen Temperaturen Koks zugesetzt. Koks besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff. Durch den Koks wird dem Erz der Sauerstoff entzogen, es entsteht Roheisen. Roheisen wird nun gereinigt. Ihm wird, so komisch es klingt, Sauerstoff zugesetzt. Der Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff, der noch im Roheisen enthalten ist. Zwei wichtige technische Verfahren sind für diese chemische Reaktion zu nennen: das Thomas-Verfahren und die Weiterverarbeitung im Siemens-Martin-Ofen. Dadurch wird das Eisen reiner. Man nennt es nun Stahl. Kupferherstellung Kupfererze, egal ob schwefel- oder sauerstofffaltig, werden mit Koks versetzt. Im Ergebnis erhält man Rohkupfer. Anschließend wird das Rohkupfer gereinigt, raffiniert. Das geschieht wieder durch Elektrolyse. Im Ergebnis erhält man reines Elektrolytkupfer. Zinnherstellung Auch das Zinnerz wird mit Koks zur chemischen Reaktion gebracht. Ihm wird der Sauerstoff entzogen und man erhält Rohzinn. Bei der Zinnherstellung gelangt ein großer Teil des Metalls in die Schlacke. Die Schlacke wird daher wieder der Verhüttung zugeführt. Rohzinn wird durch Raffination gereinigt. Das kann wieder durch Elektrolyse geschehen. Im Ergebnis erhält man Elektrolytzinn. BleiherstellungBleierz enthält Schwefel. Hier tut man etwas, was zunächst widersinnig erscheint: Man lässt das Erz mit Sauerstoff reagieren. Den Vorgang nennt man Rösten. Aber nun hat man den Sauerstoff im Erz. Wie man damit umgeht, wissen wir. Man lässt das Erz nun mit Koks reagieren. Diesen Vorgang nennt man Reduzieren. Im Ergebnis erhält man Rohblei. Die Bleiherstellung hat eine zweite Besonderheit. Man gibt häufig dem Erz Sand dazu, um es sozusagen im Bleianteil zu verdünnen. Die Obergrenze von Blei ist 50%, anderenfalls würde das Blei durch die Schmelze abfließen und verloren gehen. Die Raffination kennen wir bereits. Sie kann auch beim Blei durch Elektrolyse erfolgen. Und schließlich erhalten wir reines Blei, Elektrolytblei. Das was wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

1 Kommentar

1 Kommentar
  1. ein bisschen komisch. ihm wird Kokain hinzugefügt:-)

    Von Martinjo, vor etwa 2 Jahren
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