Reineres Hightech-Material: Forschende entwickeln neue Filtrationstechniken für den Kupferguss

Abguss einer Kupferlegierung.
Ob Bauwesen, Transport, Elektronik, Elektro- und Kommunikationstechnik oder Maschinenbau – fast alle Branchen benötigen möglichst reines Kupfer und Kupferlegierungen. Mit neuen Filter- und Recyclingtechniken will die Nachwuchsgruppe „PurCo“ der TU Bergakademie Freiberg innovative Lösungen bieten.

Kupfer ist ein gefragter Werkstoff mit besonderer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, einer hohen Korrosionsbeständigkeit und einer antibakteriellen Wirkung. Mit der steigenden Nachfrage wachsen auch die Anforderungen an die Reinheit des Kupfers. Verunreinigungen durch Gehalte an Gasen (Sauerstoff und Wasserstoff) sowie metallische und nicht-metallische Einschlüsse können die herausragenden Eigenschaften des Hightech-Werkstoffs negativ beeinflussen und seine Qualität mindern. Neue Technologien und Materialien sollen dies künftig verhindern und reineres Kupfer für die Industrie ermöglichen. Erforscht werden diese von der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Nachwuchsgruppe „PurCo – Purification of Copper – Beiträge zur Kupferfiltration und zum Recycling von Kupferschrotten“. Sie bündelt die Kompetenzen des Instituts für Keramik, Feuerfest und Verbundwerkstoffe (IKFVW) und des Instituts für Nichteisen-Metallurgie und Reinststoffe (INEMET) der TU Bergakademie Freiberg.

Entwicklung neuartiger Filtermaterialien

Die zu entwickelnden Filtermaterialien sollen künftig Verunreinigungen durch eine sogenannte Tiefenfiltration und gezielte Reaktionen mit der Filteroberfläche effizient entfernen. Um die Reinheit des Kupfers bewerten zu können, werden Methoden zur quantitativen Charakterisierung nicht-metallischer Einschlüsse und Wasserstoff im Kupfer erarbeitet. Dabei können die Forschenden um Dr. Claudia Voigt auf einen breiten Erfahrungsschatz der Freiberger Forschung zurückgreifen. Schließlich wurden hier bereits erfolgreich Filter aus keramischen Materialien, wie beispielsweise Schaumkeramikfilter, für den Reinigungsprozess im Aluminium- und Stahlguss entwickelt.  

Kupfer wird mittels Raffinationselektrolyse hergestellt und gereinigt. Dieser Prozess ist allerdings sehr aufwendig und energieintensiv und während der folgenden Prozessschritte in den Gießereien kann es zur Einbringung von neuen Verunreinigungen kommen. Hier bietet die Schmelzefiltration Optimierungspotenzial: „Die zu entwickelnden Filter sollen direkt in den Gießereien die Reinheit des Kupfers auf einem hohen Niveau halten und eine relativ einfache Möglichkeit bieten, Verunreinigungen zu entfernen“, erklärt Dr. Claudia Voigt, Leiterin der Nachwuchsgruppe. Das Entfernen von Verunreinigungen direkt in der Gießerei verringert die Ausschussraten, spart dadurch Energie sowie Ressourcen und reduziert den CO2-Ausstoß.

Forschungsarbeit beginnt ab Januar 2022

Die Nachwuchsgruppe erhielt Mitte Oktober 2021 den Förderbescheid und beginnt ab Januar 2022 mit ihrer Forschungsarbeit. Gefördert wird das Projekt für 4,5 Jahre im Rahmen des BMBF-Nachwuchswettbewerbs „NanoMatFutur“ mit rund 1,7 Millionen Euro. Die Nachwuchsgruppe wird zudem von zwei Unternehmen der kupferverarbeitenden Industrie, der KME Mansfeld GmbH (KME) und der Mecklenburger Metallguss GmbH (MMG), unterstützt. Die beiden Industriepaten stellen Proben und Versuchsmöglichkeiten zur Verfügung.

Fragen beantwortet / Contact: 
Dr. Claudia Voigt, Tel.: +49 3731 39-2305, E-Mail: Claudia.Voigt@ikfvw.tu-freiberg.de