Koper en zijn veelvoorkomende toepassingen

Alles over koper, zijn legeringen en talloze eindgebruiken

Koperen buizen worden gebruikt voor sanitair en verwarmingstoepassingen. Afbeelding met dank aan Wolseley/Newscast

Van gewone huishoudelijke elektrische bedrading tot scheepspropellers en van fotovoltaïsche cellen tot saxofoons, koper , en zijn legeringen worden gebruikt in een groot aantal eindgebruiken.

Het gebruik van het metaal in een breed scala van kernindustrieën heeft ertoe geleid dat de investeringsgemeenschap zich tot koperprijzen wendde als een indicator van de algehele economische gezondheid, wat de bijnaam 'Dr. Koper'.

Om de verschillende toepassingen van koper beter te begrijpen, Copper Development Association (CDA) heeft ze onderverdeeld in vier eindgebruiksectoren: elektriciteit, bouw, transport en andere.

Het percentage van de wereldwijde koperproductie dat door elke sector wordt verbruikt, wordt door het CDA geschat op:

• Elektrisch: 65%
• Constructie: 25%
• Vervoer: 7%
• Overig: 3%

Elektrisch

Afgezien van zilver is koper het meest effectief geleider van elektriciteit . Dit, in combinatie met zijncorrosieweerstand, ductiliteit , maakbaarheid , en het vermogen om binnen een breed scala aan stroomnetwerken te werken, maakt het metaal ideaal voor elektrische bedrading.

Vrijwel alle elektrische bedrading, behalve bovengrondse hoogspanningsleidingen (die zijn gemaakt van lichtere) aluminium ) worden gevormd met koper.

Busbars, geleiders die stroom verdelen, transformatoren en motorwikkelingen zijn ook allemaal afhankelijk van de geleidbaarheid van koper. Vanwege hun effectiviteit als geleider van elektriciteit, kunnen koperen transformatoren tot 99,75 procent efficiënt zijn.

Elektrische toepassingen, waaronder computertechnologie, televisies, mobiele telefoons en draagbare elektronische apparaten, zijn de afgelopen decennia een grote koper van koper geworden. Binnen deze apparaten is koper van vitaal belang voor de productie van:

• Elektronische connectoren
• Circuitbedrading en contacten
• Printplaten
• Microchips
• Halfgeleiders
• Magnetrons in magnetrons
• Elektromagneten
• Vacuüm buizen
• commutatoren
• Laselektroden
• Brand sprinklerinstallaties
• Koellichamen

Een andere industrie die sterk afhankelijk is van het element is telecommunicatie. Fijn getwiste koperdraden worden gebruikt in ADSL- en HDSL-bedrading voor LAN-internetlijnen (Local Area Network). Unshielded twisted pair (UTP)-lijnen bevatten acht kleurgecodeerde geleiders, die zijn opgebouwd uit vier paar dunne koperdraden. En ondanks de toename van draadloze technologie blijven interface-apparaten zoals modems en routers afhankelijk van koper.

De sector van de hernieuwbare energie heeft ook geprofiteerd van de geleidende eigenschappen van koper. Het basismetaal wordt gebruikt bij de productie van zowel koper-indium- gallium -selenide (CIGS) fotovoltaïsche cellen en windturbines. Een enkele windturbine kan bijvoorbeeld tot 1 ton (MT) van het metaal bevatten. Naast de productie van elektriciteit is koper ook een integraal onderdeel van de motoren en distributiesystemen die verband houden met alternatieve energietechnologie.

Bouw

Koperen buizen zijn nu het standaardmateriaal voor drinkwater- en verwarmingssystemen in de meeste ontwikkelde landen. Dit is gedeeltelijk te wijten aan de bacteriostatische eigenschappen, of met andere woorden het vermogen van koper om de groei van bacteriële en virale organismen in water te remmen.

Andere voordelen van koper als buismateriaal zijn de kneedbaarheid en soldeerbaarheid - het kan gemakkelijk worden gebogen en geassembleerd - evenals de weerstand tegen extreme hittecorrosie.

Koper en zijn legeringen worden als stabiel en corrosiebestendig beschouwd, waardoor ze niet alleen ideaal zijn voor het transport van drinkwater, maar ook voor gebruik in zout water en industriële omgevingen. Enkele voorbeelden van dergelijke toepassingen zijn onder meer in:

• Warmtewisselaarbuizen voor condensors in stoomkrachtcentrales en chemische fabrieken
• Irrigatie- en landbouwsproeisystemen
• Leidingen bij distillatie-installaties
• Zeewater toevoerleidingen
• Cementpompen voor boorwatervoorziening
• Buizen voor distributie van natuurlijke en vloeibare aardolie
• Distributieleidingen voor brandstofgas

Al honderden jaren wordt koper ook gebruikt als architectonisch metaal. Enkele van de oudste voorbeelden van het gebruik van koper als een esthetisch, structureel metaal zijn de deuren van het district Amun-Re in Karnak, in Egypte, dat 3000-4000 jaar oud is, en het koperen shingledak bovenop de 162 meter hoge Loha van Sri Lanka. Maha Paya-tempel, gebouwd in de derde eeuw voor Christus.

Zuiver koper siert de koepels en torenspitsen van veel middeleeuwse kerken en kathedralen, en in modernere tijden is het gebruikt op overheidsgebouwen, zoals de parlementsgebouwen van Canada, en privéwoningen, waaronder vele ontworpen door Frank Lloyd-Wright.

Een reden voor het wijdverbreide gebruik van koper als constructiemateriaal is de natuurlijke vorming van een visueel aantrekkelijke groene aanslag - bekend als patina — die het gevolg is van de verwering en oxidatie van koper. Afgezien van het esthetische uiterlijk, geven architecten en ontwerpers de voorkeur aan het metaal omdat het lichtgewicht, duurzaam, corrosiebestendig en gemakkelijk te verbinden is.

Koperen decoratieve en architecturale hardware is echter niet beperkt tot externe toepassingen. Interieurontwerpers gebruiken het metaal en zijn legeringen, messing en brons vaak voor armaturen zoals:

• Handgrepen
• Deur knoppen
• Sloten
• Tafels
• Verlichting en sanitair
• Kranen
• Scharnieren

Met name ziekenhuizen en medische instellingen waarderen koper vanwege zijn bacteriostatische eigenschappen, wat heeft geleid tot een groeiend gebruik als onderdeel van interieurinrichtingen, zoals kranen en deurgrepen, in medische gebouwen.

Vervoer

Kerncomponenten van vliegtuigen, treinen, auto's en boten zijn allemaal afhankelijk van de elektrische en thermische eigenschappen van koper. In auto's zijn koperen en messing radiatoren en oliekoelers sinds de jaren 70 de industriestandaard. Meer recentelijk heeft het toenemende gebruik van elektronische componenten, waaronder navigatiesystemen aan boord, antiblokkeerremsystemen en stoelverwarming, de vraag naar het metaal uit deze sector verder doen toenemen.

Andere koperhoudende auto-onderdelen zijn onder meer:

• Bedrading voor glasontdooisystemen
• Fittingen, bevestigingsmiddelen en messing schroeven
• Hydraulische leidingen
• Bronzen glijlagers
• Bedrading voor raam- en spiegelbediening

De groeiende vraag naar hybride en elektrische auto's zal het wereldwijde koperverbruik verder doen toenemen. Gemiddeld bevatten elektrische auto's ongeveer 25 kg koper.

In beide zijn metaalfolies en koperchemicaliën verwerkt nikkel-metaalhydride en lithium-ionbatterijen die zuinige voertuigen aandrijven, terwijl gegoten koperen rotoren zijn gebruikt als alternatief voor zeldzame-aardmagneetmotoren.

Hogesnelheidstreinen kunnen tot 10 MT koper per kilometer spoor gebruiken, terwijl krachtige locomotieven maar liefst 8 MT van de onedel metaal .

Bovengrondse rijdraden voor trams en trolleys zoals die in San Francisco en Wenen worden gebruikt, zijn gemaakt van koper-zilver of koper-cadmiumlegeringen.

Twee procent van het gewicht van een vliegtuig kan worden toegeschreven aan koper, dat maar liefst 190 kilometer aan bedrading omvat.

Vanwege hun uitstekende weerstand tegen zoutwatercorrosie mangaan - en nikkel-aluminiumbronzen worden gebruikt om scheepsschroeven te gieten die tot enkele tonnen kunnen wegen. Scheepscomponenten, waaronder pijpen, fittingen, pompen en kleppen, zijn ook gemaakt met vergelijkbare legeringen.

Ander

De lijst met kopertoepassingen gaat maar door. Enkele meer bekende toepassingen zijn onder meer:

Kookgerei en thermische toepassingen : De thermische eigenschappen van koper maken het ideaal voor kookgerei, zoals potten en pannen, maar ook voor airconditioningunits, koellichamen, boilers voor waterverwarming en koelunits.

Klokken en horloges : Omdat het niet- magnetisch koper interfereert niet met de werking van kleine mechanische apparaten. Als gevolg hiervan gebruiken horlogemakers en klokkenmakers koperen pinnen en tandwielen bij het ontwerpen van uurwerken.

Kunst : Koper en zijn legeringen worden ook vaak gezien in kunstwerken, waarvan misschien wel de bekendste het Vrijheidsbeeld is. Het beeld was bedekt met meer dan 80 ton koperplaat, bevestigd met meer dan 1500 koperen zadels en 300.000 koperen klinknagels, wat resulteert in haar groene patinakleur.

munten : Tot 1981 werd het Amerikaanse stuk van één cent - of penny - voornamelijk geslagen van koper (95 procent), maar sindsdien wordt het geslagen als verkoperd zink (0,8-2,5 procent koper).

Muziekinstrumenten : Wat zou een brassband zijn zonder koper? Messing wordt gebruikt om hoorns, trompetten, trombones en saxofoons te produceren vanwege de weerstand tegen corrosie en antibacteriële eigenschappen van koper.

_bronnen

• Europees koperinstituut. Toepassingen.
• Toepassingen van de Copper Development Association Inc.