Koppar är den metall, som näst guld och silfver var tidigast känd och använd. Bronsålderns folk nyttjade en legering af denna metall och tenn (brons) för tillverkning af vapen och eggverktyg. Först under en långt senare tid kom jernet allmänt i bruk. Grekerna och romarna hemtade kopparmalmen företrädesvis från ön Cypern (Grek. Kypros, Lat. Cyprus). Romarna kallade derför kopparn aes cyprium eller endast cyprium, senare cuprum (hvaraf Sv. koppar). Medeltidens alkemister kallade den Venus och betecknade den med [Venus]. -- 1. Kem. I naturen förekommer kopparn ej sällan gedigen, men vanligen i förening med svafvel, äfven med syre och med klor. Mycket små mängder koppar hafva anträffats i lefvern och blodserum, i hummerns och några fiskars blod samt i vissa foglars fjädrar. Den rena kopparmetallen utmärkes af en vackert röd och karakteristisk färg. Kopparn är hårdare än silfver, men mjukare än platina. I hållfasthet öfverträffas den endast af jernet. Den har stor ledningsförmåga för värme och elektricitet. Dess värmeledningsförmåga förhåller sig till silfrets som 912 : 1,000, och dess förmåga att leda elektricitet förhåller sig till nämnda metalls som 77,5 : 100. Näst guld och silfver är kopparn smidigast. Den lär kunna uthamras till bleck af endast 0,0026 mm. tjocklek. Äfven kunna kopparstycken genom svetsning förenas. Kopparn smälter svårare än silfver, men lättare än guld, ungefär vid 1,200°. Smält koppar uppsuper gaser, som vid stelnandet åter afsöndras och göra metallen porös eller blåsig. Kopparns specifika vigt är 8,94. I torr luft är kopparn vid vanlig temperatur oföränderlig, men vid upphettning syrsätter den sig på ytan, först till oxidul och sedan till oxid. I fuktig och kolsyrehaltig luft betäcker sig metallen med en grön skorpa (erg), som utgöres af basiskt kopparkarbonat. Äfven svaga organiska syror, fett och olja angripa kopparn vid lufttillträde, likaså ammoniak och ammoniaksalter. Koncentrerad, men ej utspädd, svafvelsyra löser koppar med utveckling af svafvelsyrlighet, hvarunder kopparsulfat bildas. Af salpetersyra löses metallen under utveckling af qväfoxid till kopparnitrat. Med svafvel förenas kopparn direkt samt med utveckling af värme. Redan vid vanlig temperatur svärtas koppar af svafvelväte. -- Kopparns atomvigt, som tecknas Cu (af Lat. cuprum) är 63. I kemiskt hänseende är kopparn en två-atomig och en-atomig metall, alldeles som kvicksilfver. Med syre ger den oxiderna Cu O, kopparoxid, och Cu2 O, kopparoxidul; med klor ger den kloriden Cu Cl2 och kloruren Cu Cl o. s. v. Man antager dock vanligen, att i kopparoxidulen och kopparkloruren kopparn icke är en-atomig, utan två-atomig liksom i oxiden och kloriden, men att de sistnämnda föreningarna innehålla två-atomiga dubbel-atomer, således (Cu -- Cu)O och Cu Cl--Cu Cl. -- Kopparoxidulen, Cu2 O, förekommer i naturen kristalliserad i röda oktaedrar och erhålles som ett rödt pulver, om man med drufeller mjölksocker upphettar en lösning af vinsyrans kopparoxidsalt i kali. Den löses i ammoniak till en färglös vätska, som i luften uppsuper syre och hastigt färgas blå. Med klorvätesyra ger kopparoxidulen kopparklorur, men med syresyror koppar och kopparoxidsalter. -- Kopparoxiden, Cu O, erhålles genom glödgning af koppar i luft eller af nitratet, hydratet och karbonatet. Den är svart och smälter i stark glödgningshetta, löses lätt i syror och ger blåa lösningar af kopparoxidsalter. Den reduceras lätt till metallisk koppar genom upphettning i vätgas med kol eller organiska ämnen. Kopparoxidens hydrat erhålles som en mörkblå, geléartad fällning, då man till lösningar af kopparoxidsalter tillsätter kali eller natron. Detta hydrat, som har sammansättningen Cu(OH)2, färgas svart vid lindrig upphettning eller genom tillsats af öfverskott af kali eller natron samt har sedan sammansättningen 6Cu O, H2 O eller, enl. andra uppgifter, 3Cu O, H2 O. Med syror ger kopparoxiden salter, hvilka i vattenhaltigt tillstånd äro blåa eller gröna, men i vattenfritt tillstånd ofta hvita. Deras lösningar utmärkas af en sammandragande och vidrig smak. De äro mycket giftiga och förorsaka kräkningar samt, i något större doser, hastig död. Som motgift nyttjas ägghvita och kräkmedel (se Kopparförgiftning). Ur kopparoxidsalternas lösningar fäller metalliskt jern koppar i metallisk form. Om derför ett jernstycke indoppas i en lösning af ett kopparoxidsalt, betäckes det med en röd hinna af koppar. -- Med svafvel ger kopparn tvänne föreningar, som motsvara de bägge oxiderna, nämligen Cu2 S och Cu S. Den förra föreningen, som är mest beständig, bildas genom direkt förening och finnes i naturen såsom grå kopparmalm. Den är svartgrå, lättsmält och smidig. Den enkla svafvelkopparn, Cu S, erhålles som en svart fällning, då man inleder svafvelväte i lösningar af kopparsalter. Den oxideras i fuktigt tillstånd hastigt i luften. Den förekommer mera sällan i mineralriket och utgör mineralet kopparindigo. -- Klor ger med koppar kloruren Cu Cl eller Cu2/sub> Cl2 och kloriden Cu Cl2. Den förra är hvit, kristallisk och föga löslig i vatten. Den senare är i kristalliseradt och vattenhaltigt tillstånd blågrön, i vattenfritt brunaktig. Den sönderdelas vid upphettning i klorgas och klorur.
2. Metallurg. De i naturen förekommande mineral eller malmer, af hvilka kopparn framställes (se Kopparmalmer), innehålla ganska litet koppar, emedan sjelfva kopparmineralet förekommer ganska sparsamt inblandadt i den omgifvande bergarten. Den qvantitet berg, som brytes i koppargrufvorna, är derför i allmänhet många gånger större än den erhållna malmen. En följd deraf är också att den arbetsvärda malmens frånskiljande från gråberget, eller den s. k. skrädningen, måste vara både arbetsamt och dyrbart; och dock lyckas man vanligen ej, åtminstone icke i Sverige, att uppbringa den skrädda malmens kopparhalt till högre än 3 à 6 proc. För att på mekanisk väg kunna afskilja en större proc. af det ofyndiga gråberget och äfven för att kunna tillgodogöra kopparhalten hos en del malm, som är så fattig, att den vid handskrädningen kastas på varpen, anlades under en period vid de större kopparverken dyrbara anrikningsverk (se Anrikning), eller, såsom de i Sverige vanligen kallades, bokoch vask-verk, i hvilka den sönderkrossade och efter olika kornstorlek noga sorterade malmen genom skakning i lådor under inverkan af rinnande vatten sorteras efter specifika vigten, så att de lättare, ofyndiga bergarterna samlas för sig och kunna afskiljas. Huru sinnrikt dessa anrikningsverk än voro konstruerade, befanns emellertid efter längre eller kortare tids användande, att det arbete och de kostnader de erfordrade ej motsvarade de genom dem vunna fördelarna, hvarför de numera på de flesta ställen blifvit öfvergifna, i synnerhet sedan man öfvergått från de gamla smältningsmetoderna till kopparns tillgodogörande på den s. k. våta vägen. Som emellertid metoderna för kopparns framställande ur malmerna äro stadda i ett öfvergångsskede, må här endast i korthet redogöras såväl för de äldre smältningsmetoderna som för de nyare metoderna på våta vägen. -- Till följd af malmernas olika natur äro de gamla processerna för deras tillgodogörande olika. Lättast framställes kopparn ur malmer, i hvilka metallen förekommer gedigen eller såsom oxid med eller utan förening med kolsyra och vatten. Sådana malmer behöfva helt enkelt smältas med kol i en schaktugn, under tillsats af nödiga flussmedel för att förslagga den åtföljande bergarten. På bottnen af smältrummet erhålles då s. k. råkoppar, hvilken sedan renas på samma sätt som den af andra malmer framställda råkopparn. -- De svafvelhaltiga malmerna befrias från en större eller mindre del af sitt svafvel genom s. k. kallrostning (se d. o.). Efter malmens beskaffenhet, såsom rikare eller fattigare, förande mer eller mindre svafvelkis, måste denna röstning göras starkare eller svagare eller t. o. m. alldeles uraktlåtas. I äldre tider skedde denna röstning i hopar på marken, med underlag af ved, på hvilken malmen uppstaplades, stundom i mycket stora stycken. Numera slås malmen i mindre stycken, till omkr. knytnäfvestorlek, och rostas i gropar, förlagda i en backsluttning, med tre sidor invändigt murade med gråsten och framsidan öppen. Genom att i rostgropens bakvägg upptaga hål, som leda till trummor af sten eller trä, kan ur svafvelrika malmer en del af det bortgående svaflet tillvaratagas. Der man ej afser att tillgodogöra detta svafvel, kan en starkare och jämnare röstning åstadkommas i s. k. pyramidrostar (se fig.).
Pyramindrost.
På ett lager af ved, hvari kanaler bildas för antändning och luftens inträde i rosten samt förbränningsprodukternas ledning till en af bräder hopslagen skorsten i rostens midt, upplägges malmen, slagen till knytnäfvestorlek, pyramidformigt, med lagervis i mån af behof inlagda småkol, hvarefter det hela öfvertäckes med smärre malm och slutligen ett lager af fint malmgrus, eller s. k. grufsylta, för att åstadkomma täppning. Rosten, åt hvilken man kan på längden gifva en stor utsträckning, skötes sedan som en kolmila, och förbränningen regleras genom att upptaga hål i det yttre täppande lagret. Rostningen upptager en tid af
flere veckor. Om kopparkisens bergart är svafvelkis, i hvilket fall malmen plägar kallas blötmalm, och röstningen drifves långsamt, inträffar det märkvärdiga förhållandet att större delen af kopparhalten koncentrerar sig i midten af malmbitarna, så att en kopparrik kärna bildas, som sedan kan frånskrädas och särskildt smältas. De i skalet qvarvarande kopparhaltiga salterna utlakas för sig. Denna s. k. kärnrostning användes ännu på ett och annat ställe i utlandet, t. ex. Agordo i norra Italien, och har förr varit i bruk äfven i Norge. I utlandet, i synnerhet i Tyskland, utföres ofta kallrostningen i s. k. kilns, eller låga schaktugnar, hvarigenom vinnas fördelarna af bränslebesparing och ett bättre tillgodogörande af svaflet, som användes till fabrikation af svafvelsyra. -- Med kallrostningen afser man att oxidera kisens jernhalt och förflyktiga en viss del af dess svafvelhalt för att i den följande processen, eller sulu-smältningen, kunna bortskaffa största delen af jernet tillsammans med bergarten i form af slagg och erhålla den i malmen ingående kopparn tillsammans med en del jern och svafvel koncentrerad till en svafvelmetall, som benämnes skärsten. Den ugn, som för denna smältning begagnas, kallas sulu-ugn (se fig.), en tämligen
Sulu-ugn.
låg schaktugn, som invändigt är utfodrad med ett eldhärdigt material, och hvars yttermurar sammanhållas genom jernförstärkningar. Sjelfva smältrummet (härden) är jämförelsevis stort och framskjuter ett stycke utanför ugnens framsida (bröstet) till en s. k. framhärd. I härden, hvarest värmen underhålles genom kolens förbränning framför 3 à 4 i bakväggen bredvid hvarandra sittande formor, samlas på bottnen den bildade skärstenen och derofvanpå den specifikt lättare slaggen, hvars yta genom den yttre luftens afkylande inverkan stelnar i framhärden, så att den tid efter annan kan aflyftas i form af tunna skifvor. Då mängden af denna slagg varder ganska stor och det ej kan undvikas, att 0,3 à 0,5 proc. koppar ingår deri, är det af vigt att beskickningen göres sådan, att slaggen blir så lättflytande, att de nedsmältande skärstenskulorna hinna väl sjunka genom den, och att således kopparförlusten ej ökas genom mekaniskt med slaggen följande skärstenskorn. Beskickningen utgöres vanligen af rostad och orostad malm samt kopparrikare slagg från den efterföljande råkopparsmältningen, hvartill komma andra af bergartens beskaffenhet beroende flussmedel. Skärstenen, som vanligen håller 15 à 20 proc. koppar, uttappas hvart eller hvart annat dygn och uppsamlas i en i hyttsanden tillredd grop, eller s. k. sump. Skärstenen, som är att betrakta som en koncentrerad och från bergart befriad malm, sönderslås derefter i större stycken och underkastas s. k. vändrostning i rostmurar (se fig.).
Vändrost.
Sedan den på bottnen af rostgropen inlagda veden blifvit antänd, tjenar skärstenens betydliga svafvelhalt såsom bränsle i denna första rostning. Då denna rost blifvit utbränd, sönderslås skärstenen till mindre stycken och vändes, eller upplägges, blandad med småkol, på ett i den följande rostmuren upplagdt vedlager, hvarest den undergår en ny rostning. Denna operation med sönderslagning och förnyad bränning företages ännu 3 à 4 gånger, med iakttagande att alltmera kol inlägges i rosten, i mån som svafvelhalten genom de upprepade bränningarna minskas. Såväl kopparn som jernet blifver genom vändrostningen till största delen oxiderad, och det sålunda förberedda godset (redet) uppsattes derefter tillsammans med qvartsrika mineral, som med det oxiderade jernet bilda slagg, på råkopparugnen, en schaktugn af ungefär samma utseende som sulu-ugnen, men af något mindre dimensioner. Der utreduceras åter kopparn i beröring med kolen och de reducerande ugnsgaserna jämte en del jern och andra föroreningar samt bildar s. k. råkoppar, som håller 90 till 96 proc. koppar. För att förhindra äfven jern och andra metaller att i för stor mängd utreduceras, tillsätter man bland redet på denna ugn något litet orostad rik malm eller skärsten, hvaraf i härden bildas ett tunt lager kopparrik svafvelmetall, s. k. trottsten, hvilken i anseende till sin specifika vigt lägger sig emellan råkopparn och slaggen. Denna trottsten brukar hålla omkr. 56 proc. koppar, 16 proc. jern och 28 proc. svafvel; den behandlas vidare på samma sätt som skärsten. Den vid råkopparsmältningen erhållna slaggen innehåller 1-1,5 proc. koppar, hvarför densamma åter omsmältes på sulu-ugnen. -- För råkopparns rening från de medföljande främmande metallerna (jern, bly, antimon, arsenik, nickel, vismut, tenn, zink o. s. v.) måste den underkastas garning i en s. k. garhärd, en öppen
skålformig härd (se fig.) med starkt stupande bläster, genom hvilken de mera lättoxiderade
Garhärd.
metallerna syrsättas och bilda en trögsmält slagg, eller s. k. krats, ofvanpå den smälta kopparns yta. Sedan kopparn blifvit tillräckligt renad och garkratsen med räkor afdragits från dess yta, slås vatten på den smälta kopparn, hvarigenom den stelnar på ytan, så att en tunn skifva kan aflyftas. På samma sätt fortsättes, till dess man genom aflyftande af den ena skifvan efter den andra tömt härden. Dessa skifvor gå i handeln under namn af rosettkoppar. På senare tider har man emellertid öfvergifvit att framställa garkopparn i denna form, utan man öser den med skopor ur härden i tackjernsformar (kokiller), så att den nu finnes i handeln under form af små regelbundna tackor. Den sålunda erhållna garkopparn är användbar till framställning af mässing m. m. Men som det ej kan förekommas, att genom den starka blästern i garhärden äfven en del koppar oxideras och ingår i metallen under form af kopparoxidul, så blir kopparn derigenom osmidig och måste underkastas en ytterligare reducerande smältning, den s. k. hammargarningen (se Gara), som försiggår i en mindre garhärd med mindre stupande forma. Kopparn nedsmältes med träkol, hvarefter fuktiga träkäppar instickas i den smälta metallen. Dervid utvecklas reducerande gaser, som borttaga syret från kopparn. Äfven vid hammargarningen får man vanligen göra ett eller annat kratsafdrag, innan uttagna prof visa kopparn vara fullt smidig. Den hammargarade kopparn uppsamlas i stämplade tackjernsmått; den kopparrika garkratsen både från denna och den föregående garningen tillgodogöres åter på råkopparugnen. Garning och raffinering, eller de sista processerna för kopparns rening och bringande till smidig form, utföras numera allmänt vid större kopparverk i regenerativa gasflammugnar (se Gas), i hvilka man erhåller kopparn af större renhet än som är möjligt i garhärden. De särskilda operationerna vid dessa processer benämnas insmältning, dnfning (råkopparns oxidering), stekning (det smälta metallbadets upp-pösning genom bortgående svafvelsyrlighet m. m., derunder koppar i fina korn, s. k. spritskoppar, uppkastas, hvarvid oxidulhaltig garkoppar erhålles), polning (syrets borttagande genom införande i kopparbadet af råa björkstänger, från hvilka reducerande gaser utvecklas) och ösning (kopparns uttagning från härden medelst stora lerstrukna jernskopor och dess gjutning i tackjernsformar). Under processen uttagas som oftast prof i små slefvar, och af profvens brottyta, äfvensom genom utförda smidesprof, bedömer man när kopparn är färdig. -- I England och annanstädes, der stenkol äro billiga, använder man flammugnar för hela koppartillverkningsprocessen, såväl rostningar som smältningar. Skärstenen uttappas dervid i vatten, hvarvid den erhålles i form af korn, granuleras; i denna form är den lämpligast för den efterföljande rostningen i flammugn, hvilken lemnar bättre resultat än den ofvan omtalade vändrostningen, som till sin natur är en långsam, svår och dyrbar operation. Den rostade skärstenen, som plägar hålla omkring 30 proc. koppar, och hvars vigt, genom upptaget syre i st. f. det aflemnade svaflet, är ungefär lika med den orostade skärstenens, smältes till en ännu rikare skärsten, s. k. koncentrationssten, som håller omkr. 70 proc. koppar, hvarvid metallen till en viss grad befrias från förorenande ämnen, såsom arsenik, antimon, bly etc. Denna rostas och smältes åter, under syrets och svaflets inverkan på hvarandra, till råkoppar, som håller omkr. 90 proc. koppar, och hvilken vidare underkastas garning och raffinering. Slaggerna, som erhållas vid flammugnssmältning, äro i allmänhet mera kopparhaltiga än vid smältning i schaktugn, hvarför de alla måste omsmältas, så när som på dem, hvilka falla vid den första skärstenssmältningen. I utlandet har man äfven gjort och gör fortfarande försök att ur skärsten med minst 30 proc. kopparhalt under tillsats af kiselsyra för jernets förslaggning utbringa kopparn genom inverkan af mycket stark bläster och använder dervid en metod, snarlik jernhandteringens bessemermetod. Dessa försök hafva dock hittills ej ledt till önskadt resultat. -- Alla de nu omtalade metoderna för kopparns framställande genom smältning medföra emellertid åtskilliga olägenheter, såsom stor kolåtgång, mycket och långsamt arbete, betydlig förlust af koppar i den stora mängd slagg, som nödvändigtvis åtföljer dem, i synnerhet då malmerna äro fattiga o. s. v. Man har derför länge varit betänkt på och slutligen äfven lyckats utarbeta ganska tillfredsställande metoder för kopparns framställande på våta vägen, hvarigenom de nämnda olägenheterna i viss mån kunnat undanrödjas och tillverkningen göras billigare. Redan sedan lång tid tillbaka har man ur det kopparhaltiga vatten, som upp-pumpats ur grufvorna och uppsamlats i stora sumpar, utfällt kopparn på jernskrot; men på senare tider har man börjat i stor skala bringa den i malmen innehållna kopparn till löslig form medelst syror och derefter utfälla den på jern. Då kopparn, såsom oftast är fallet, är bunden vid svafvel, måste malmen, innan den behandlas med syror, rostas för att öfverföra svafvelkopparn till kopparoxid. Såsom lösningsmedel hafva användts svafvelsyra, saltsyra, sura jernlösningar o. s. v. F. n. begagnaroman flerestädes i utlandet, liksom vid Falun och Åtvidaberg (jfr Cementkoppar), en metod, som går ut på att i flammugn med koksalt rosta den förut till en viss grad kallrostade och fint krossade malmen, hvarigenom kopparn förvandlas till klorkoppar och kopparsulfat. Den vid rostningen utvecklade saltsyran, jämte något svafvelsyra, får passera genom ett torn, fyldt med koks, öfver hvilken ständigt droppar vatten, som upptager de nämnda syrorna och uppsamlas i en nedanför belägen reservoar Med detta sura vatten utlakas i stora blyklädda sumpar malmens kopparhalt så nära, att blott 0,2 à 0,3 proc. koppar plägar återstå i rostgodset. Om silfver funnits i malmen, afskiljes detta med jodkalium, hvarefter lösningen uttappas i andra sumpar, der kopparn utfälles på jernskrot för att sedermera på vanligt sätt underkastas garning och raffinering i flammugn. Då arsenik och antimon förefinnas i malmerna, bortgår en del deraf vid rostningen, och det öfriga kan sedan till största delen utfällas i form af arseniksyrad och antimonsyrad jernoxid. I stället för att utfälla kopparn ur dess lösning på jern har man äfven försökt att fälla den medelst elektricitet; men denna metod har ännu ej blifvit till fullo utarbetad.
Kopparn har en mycket stor användning, men kan icke ensamt för sig begagnas till gjutning, emedan den oblandade kopparn lemnar blåsigt och otätt gjutgods till följd deraf att den smälta metallen upptager syre eller andra gaser, hvilka bortgå vid stelnandet och lemna blåsor efter sig. Detta förekommes genom legering med vissa andra metaller och äfven med fosfor. De vigtigaste af dessa kopparns legeringar äro de med zink till mässing, med tenn till brons, med nickel till nysilfver och med fosfor till fosforbrons. Kopparn begagnas för öfrigt till sjudpannor i sockerfabrikerna, destillerings- och kylapparater i brännerier, kokkärl, skiljemynt, taktäckning, graveringsplåt, patron- och knallhatts-hylsor, ledningstråd för elektricitet, förkoppring af andra metaller på galvanisk väg, kopparvitriol, hvilken åter nyttjas till galvaniska staplar, konservering af trä, färgning och framställning af målarefärger, såsom Braunschweig-grönt, Scheeles-grönt, Schweinfurt-grönt, spanskgröna m. fl. -- Tillverkningsbeloppet af koppar i hela verlden, som 1866 uppgick till endast omkr. 72,000 tons, har under den sista tiden högst betydligt tilltagit, synnerligen genom tillgodogörande af de ofantliga malmtillgångarna vid Lake Superior i Nord-Amerika. År 1883 uppgick kopparproduktionen till följande belopp:
Tons Afrika 5,600 Australien 12,000 England 3,000 Frankrike 3,000 Italien 1,600 Japan 2,800 Nord-Amerika (Förenta staterna 52,000)53,900 Transp. 81,900
Tons. Transp. 81,900 Norge 2,600 Ryssland 3,000 Spanien och Portugal43,700 Sverige 800 Syd-Amerika (deraf Chile 41,000)49,000 Tyskland och Österrike
(deraf Mansfeld 12,600)14,400 Ungern 1,000 -------------------- 196,400
Den i handeln gående kopparn är af ganska olika beskaffenhet och betingar derför olika pris. Den sämsta kopparn, som är förorenad af litet arsenik, antimon etc., kallas på den engelska marknaden tile copper; en mellansort heter tough cakes. Den bästa kallas best selected och betingar ett omkr. 5 pd sterl. pr ton högre pris än "tile copper". Den svenska kopparn plägar åtnjuta rang af "best selected". Med den ökade tillverkningen af koppar har äfven priset derå fallit sedan 1860 från omkr. 107 pd sterl. till omkr. 60 pd sterl. pr ton "best selected". 1. P. T. C. 2. C. A. D.
