A réz a mindennapi életünk része, főként, ha gyártással foglalkozunk. Álmunkból felébresztve is tudjuk a fizikai, kémiai tulajdonságait, de azt nem, hogyan képződik, hogyan találjuk meg a természetben?
A réz elemi állapotban is, de főleg szulfidásványokban fordul elő a természetben, a földkéreg 26. leggyakoribb eleme. A vas és az alumínium után a réz a legnagyobb tömegben termelt fém. Megközelítőleg évi 8 millió tonna rezet állítanak elő a világban, mely ranglista élén Chile áll, 22%-kal. Magyarországon a Mátra, Recsk környéke említhető meg, mint rézlelőhely. Legfontosabb ásványai a teljesség igénye nélkül a kalkopirit, a kalkozin, a kuprit, a malachit és az azurit.
Mint termésfém a réz az arannyal és az ezüsttel alkot egy csoportot. Kristálytani szempontból a fémréz a szabályos rendszerbe sorolandó. Mit is jelent ez? A kristályok rácsszerkezettel rendelkező természetes képződmények, melyeken belül az atomok, ionok, vagy molekulák meghatározott rendben, egy térrács rácspontjain helyezkednek el. Egy kristály térrácsa elemi cellák ismétlődéséből épül fel. Ezen elemi cellák határozzák meg nagyság és irány szerint a kristályrendszerek tengelykeresztjét. A szabályos rendszerű kristályok tengelykeresztje egymásra merőleges, egyenlő hosszúságú tengelyekből áll, melyek egymással felcserélhetők.
Szabályos tengelykereszt, a termésréz térrácsa és jellemző morfológiája (forrás: tankonyvtar.hu)
A termésréz fő formái a hexaéderes, oktaéderes ásványok, ám a természetben leginkább ágas-bogas, drótszerű halmazként, vagy kérges bevonatként, tömegesen találjuk meg.
Termésréz (forrás: Koch-Sztrókay: Ásványtan)
A termésréz igen elterjedt ásvány a természetben, bár nagymennyiségű felhalmozódása ritka. A szulfidos érctelepek oxidációs-cementációs folyamatai során, az ércek felszínközeli bomlásából származó oldatokból, redukció eredményeként képződhet termésréz. Az oxidációs-cementációs zóna ott alakul ki, ahol a magmatömeg benyomul egy üledékes kőzetbe, melyet repedések járnak, ahol a csapadékvíz beszivároghat. A vízszint felett a repedéseket levegő tölti ki, így adva az oxidációs övet, míg a vízszint alatt az úgynevezett cementációs öv található. Ezen fajta lelőhelyek, képződési helyek világszerte előfordulnak.
Gazdasági jelentőségű a termésréz hidrotermás felhalmozódása, melyre egy példa van a világon, az amerikai Felső-Tó (Michigan állam) területén kialakult hatalmas telep. Termésréz kialakulhat hidrotermásan, utómagmás folyamatok hatására gőz, gáz vagy oldat kölcsönhatásával bázisos (a kőzet SiO2 tartalma 45-52 %), eruptív (a felszínre került és ott megszilárdult magmás kőzet) képződményekben is.
Termésréz megjelenési formái (fotó: Lovas Viktória)
1. A réz gyakori ásványai
1.1. Kalkopirit
A réz egyik legjelentősebb ásványa egy szulfid, melyet kalkopiritnek (CuFeS2) hívnak. A szulfidok az ásványok egy olyan csoportját képzik, melyekben legtöbbször a kén, mint anion alkot vegyületet különböző fémekkel. A kalkopirit, vagy másnéven a rézkovand a természetben leggyakrabban vaskos, szemcsés tömegeket alkotva, vagy érkitöltésként, hintésként jelenik meg, de megtalálható szabályos, tetraédes formában is.
Kalkopirit szerkezete és jellegzetes morfológiája (forrás: Koch-Sztrókay: Ásványtan)
A kalkopirit széles hőmérsékleti határok között képződik. Legjellemzőbb a bázisos, mélységi (felszín alatt kristályosodott) magmás kőzetekben alakul ki, a még folyékony magma szulfidos szételegyedési termékeivel társulva. Ezen telepek a legjelentősebbek gazdasági szempontból (pl.: Kanada).
Szintén nagy mennyiségben megtaláljuk a kalkopiritet pegmatitos-pneumatolitos fázisok ásványaként, bár gazdasági jelenőssége elenyésző az előző képződéshez képest (pl.: Románia). A pegmatitos és a pneumatolitos fázisok az utókristályosodáshoz kötődnek, mikor a szilárduláskor a még folyékony magma benyomul a mellékkőzet repedéseibe, hasadékaiba és ott kiválik a korábban kioldott anyag. A pegmatitos szakasz jellemzően 500-700°C-on, a pneumalitolitos fázis pedig 500-300°C között zajlik.
A hidrotermás képződés minden fokozatában megjelenik kalkopirit, akár önálló, nagyobb tömegekben is (pl.: Románia, Urál környéke, Spanyolország). E képződési típusnál fontosnak tartom megjegyezni, hogy a spanyolországi telepek (Minas de Riotinto) Európa legnagyobb rézkitermelését adják. A hidrotermás kifejezés arra a képződési környezetre utal, amikor az ásvány a magma megszilárdulását követően az utólagos (utómagmás) gőzök, gázok, folyadékok (fluidumok) hatására bizonyos anyagok, elemek kioldódnak és elszállítódnak a magmás kőzetből, majd a mellékkőzet repedéseiben kikristályosodnak.
Üledékes környezetben is keletkezhet kalkopirit, mint például a németországi mansfeldi rézpalában, melynek réztartalma a kalkopiritből származik. A kalkopirit könnyen oxidálódhat azurittá vagy malachittá.
Kalkopirit természetes kristályai (forrás: rruff.com és Dakota matrix mineral)
1.2. Kalkozin
A kalkozin (Cu2S), mely szintén egy réz-szulfid, a természetben általában finomszemcsés formában tömegesen, ritkábban hexagonális kristályok alakjában megtalálható. A kalkozin, a kalkopirithez hasonlóan, nagy szerepet kap a rézelőállításban.
Kalkozin ásvány a természetben (forrás: mineralplaza.hu)
A kalkozin olyan hirdotermás érctelepek kísérő ásványa, amelyek vasban szegények. Képződési hőmérsékletük 105 – 200°C körüli. Hazánkban Recsk környéki területeken és Rudabányán található szórványosan. Európán belül szlovák, román, spanyol lelőhelyein nagyobb mennyiségben is megjelenik.
1.3. Kuprit
Kuprit (Cu2O), vagy más néven a vörösrézérc az egyszerű oxidok közé sorolandó ásvány. Ezen ásványokban gyakori a tiszta réz tartalmú zárványok megjelenése. A kristálytanban a zárvány fogalma alatt olyan gáz-, cseppfolyós vagy szilárd halmazállapotú idegen anyagot értünk, melyet növekedése során a kristály körbenőtt, körbezárt. Kristálytani osztályba sorolva, a kuprit is szabályos rendszerű, mint a termésréz.
Kuprit morfológiája és szerkezete (forrás: Koch-Sztrókay: Ásványtan)
Természetben legtöbbször oktaéderes formában megtalálható, ritkábban finomszemcsés bevonatként, vagy nagyobb kristályokból kialakult csoportban is rátalálhatunk. A kuprit egy másodlagos ásvány, a szulfidos rézércek oxidációjának terméke. Hazánkban főként Rudabányán gyűjthetünk kuprit ásványt. Világviszonylatban minden nagyobb érctelepen megtalálható az Uráltól Szlovákián át egészen Chiléig.
Kuprit a természetben (forrás: geomania.hu)
1.4. Malachit
A malachit ((Cu2CO3(OH)2)) egy réztartalmú karbonát. A karbonátok osztályát a [CO3]2- összetett anionnal felépített kristályvegyületek csoportja adja. Ez az ásványcsoport a természetben számottevő mennyiségben megtalálható a földkéreg felszín közeli részén és a felszínen. Kristálytanilag a malachit a monoklin rendszerű ásványok közé tartozik. Ebben a kristálytani rendszerben a három tengely különböző hosszúságú, két tengely derékszöget, míg a harmadik ferdeszöget zár be egymással. Természetben a malachit kifejlett kristályai ritkák, általában rostos-szálas vagy vesés-fürtös halmazokban jelenik meg. A malachit, mint a legtöbb karbonát is, sósavas csepegtetésre pezsgéses oldódással reagál. Az ásvány hevítve elfeketedik, és szénen hagyva rézzé redukálódik. Képződését tekintve réztelepek oxidációs övének gyakori, másodlagos ásványa, mely legtöbbször azuritból képződik. A malachit tömör fajtája jól faragható, kezelhető, így dísztárgyak, ékszerek gyakori alapanyaga.
Malachit megjelenési formái a természetben (forrás: tankonyvtar.hu)
1.5. Azurit
Az azurit (Cu3(CO3)2(OH)2) a malachithoz hasonlóan egy monoklin kristályrendszerű, réztartalmú karbonát ásvány. A kirándulások során fürtös-vesés formában, vagy kéregszerű bevonatként találkozhatunk az azurittal, mely hosszabb idő után átalakul malachittá. Majdnem minden réztelepen fellelhető, de kisebb mennyiségben, mint a malachit. Képződését tekintve szintén a rézérctelepek oxidációs övének ásványa, a réz-szulfát oldat és a karbonátok kölcsönhatásaként alakul ki.
Azurit természetbeni megjelenése (forrás: tankonyvtar.hu)
Malachittá alakult azurit (forrás: tankonytar.hu)
Természetesen a felsorolt rézásványok listája nem teljes, hiszen jelenleg több mint háromszáz réztartalmú ásványt ismerünk. A fent kiemelt ásványok remélhetőleg egy átfogó képet adtak a réz természetbeni megjelenéséről. Az említett ásványok közül hazai viszonylatban mindegyik megtalálható, gyűjthető a természetben, kirándulások során.
2. A réz előállítása
A rezet leggyakrabban szulfidos ércből, kalkopiritből állítják elő. Az előkészítési fázisban az ércet aprítják, őrlik, míg egészen finomszemcséjű (kb. 0,5 mm) anyagot nem kapnak. Ezt a dúsítás követi, mely folyamat eredménye a további felhasználásra kész koncentrátum. Kemencében pörköléssel (nagysebességű levegővel lebegtetett ércpor pörköléssel, vagy lángkemencés pörköléssel) részlegesen oxidálják a kalkopiritet. Az oxidáció során a réztartalom a kezdeti 35%-ról akár 50%-ra is emelkedhet. E pörkölés eredményét kéneskőnek nevezik, amely már rézszulfidként tartalmaz rezet. A kén a vegyületből oxidáció segítségével gyorsan kinyerhető, mivel affinitása nagyobb az oxigénhez, mint a réznek (CuS2 + O2 = 2 Cu + SO2). A fenti folyamat során tiszta levegőt fújnak az olvadt rézszulfid felületére, az így keletkező gázt, a kéndioxidot pedig leválasztják és elvezetik. A kivált réz, kis mennyiségben oldja a ként, valamint az oxigént is. A csapolást követően a nyers réz hűlni kezd, és ezzel párhuzamosan csökken az oldóképessége. Miután a fém kikristályosodott, az oldott anyagok zárványként visszamaradnak az anyagban, mivel ekkor már nem képesek eltávozni. A zárványok tartalma általában kén és oxigén, de a feldolgozott érctől függően előfordulhat arany, ezüst, nikkel, tellúr tartalmú zárvány is.
Ezután a nyers réz finomítása következik elektrolízissel. Az elektrolizáló kádban a tisztítandó rézből készített lemez az anód, míg egy, már tiszta rézből készült vékonyabb lemez a katód szerepét játssza. Rézszulfát vizes oldatába merítve, elektromos áram hatására a réz kioldódik az anódról, majd a katódon tisztán kiválik. Eközben a szennyezők és kísérő fémek a kád alján iszap formában összegyűlnek. A folyamat eredménye az úgynevezett elektrolitréz, melynek tisztasága nagy, az idegen anyag tartalma maximum 0,1%.
A következő folyamat a feldolgozás, mely során a réz jó fizikai és kémiai tulajdonságait kihasználva különböző mechanikai technológiákon keresztül huzalokat, lemezeket, csöveket gyártanak.
SzerzőLovas Viktória
Forrás:
Koch-Sztrókay : Ásványta I. – II. , Nemzeti Tankönyvkiadó
www.tankonyvtar.hu
www.tudasbazis.sulinet.hu
www.copperalliance.hu