- Lebenszyklus
Fachinformationen
KupferProduktgruppeninformation |
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 Kupferblech | |
BegriffsdefinitionKuperKupfer ist heute neben Aluminium das wichtigste Nichteisenmetall und dient zur Herstellung zahlreicher Legierungen mit Zink zu Messing und Zinn zu Bronze. Des Weiteren findet Kupfer Anwendung „als anorgnischer Bestandteil von Wirkstoffkombinationen im KupferlegierungenBei Messing beträgt der Kupfergehalt mindestens 50 %. Legierungen mit geringerem Gehalt sind so spröde, dass sie technisch nicht verwendbar sind. Vom Zinkgehalt und den weiteren Legierungsbestandteilen hängen die Verarbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten ab. Mit Zusätzen von Al, Fe, Ni, Mn, Sn und Si steigen je nach Zusammensetzung Zug- und Verschleißfestigkeit, aber auch die Korrosionsbeständigkeit. Die gelbe Metallfarbe, die gute Polierbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit machen Messing auch für dekorative Zwecke verwendbar. Bronze ist eine Kupfer-Zinn-Legierungen mit bis zu 13% Zinn. Für Legierungen mit Zink-Zusatz ist der Handelsname Rotguss üblich aufgrund seiner charakteristischen rot-goldenen Farbe. | |
Wesentliche BestandteileHauptbestandteil
Legierungselemente
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CharakteristikKupfer ist gut verformbar, besitzt eine hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit sowie einen hohen Korrosionswiderstand. | |
Besonders wichtige Eigenschaft hinsichtlich Umwelt- und GesundheitsrelevanzMetallisches Kupfer wird nicht als gesundheitsgefährdend eingestuft. Trotzdem metallisches Kupfer im Allgemeinen als nicht wassergefährdend zählt wird empfohlen ein Einleiten in Abwasser, Gewässer oder Erdreich zu vermeiden bzw. das Eindringen von abgewittertem Kuper z. B. von Kupferdachdeckungen in Boden und Gewässer zu verhindern. Oral aufgenommene Kupfersalze führen bei Erwachsenen zu Erbrechen und Schwäche und stellen bei Säuglingen eine große Gefahr dar (beispielsweise aufgenommen durch das Trinkwasser). Kupfersalze (zu unterscheiden von metallischem Kupfer) sind in die Wassergefährdungsklassen 2 und 3 (wassergefährdend bis stark wassergefährdend) eingestuft.1 Gesundheitsgefahren gehen überwiegend von der ätzenden Wirkung der aus den Weichlöten freiwerdenden Ammoniak- und Salzsäuredämpfen aus. | |
Lieferzustand
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Anwendungsbereiche (Besonderheiten)Kupfer
Kupfer-Zink-Legierungen (Messing)
Kupfer-Zinn-Legierungen (Bronze)
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Hinweise für die ökologische ProduktauswahlFür die Mehrzahl der Anwendungen von Kupfer stehen alternative Materialien, zumeist ebenfalls Metalle zur Verfügung. Als Ersatzstoffe bei der Sanierung oder im Neubau stehen als alternative Materialien Aluminium, Zink, Titanzink, Kunststoffe, Edelstahl, verzinntes Kupfer oder organisch beschichtetes Zink zur Verfügung. | |
1Zwiener, Mötzl: Ökologisches Baustofflexikon, 2006, 3. Auflage, C.F. Müller Verlag, Heidelberg |
Gehen Sie, wie gewohnt über das große Ausklappmenü. Wenn Sie in dem linken Feld die Auswahl ändern möchten so entriegeln Sie einfach das Schloss durch anklicken.KupferRisikobetrachtung Lebenszyklusphasen |
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KupferPlanungs- und Ausschreibungshilfen |
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KupferUmweltdeklarationen |
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Referenz | |
Referenz | |
KupferBewertungssystem |
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KupferTechnisches |
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Baustoffklasse nach DIN 4102-1A1 Euroklasse nach DIN EN 13501-1A1 Färbunglachsrosa, metallisch BeständigkeitUnempfindlich gegen Zement, Kalk, Gips Bei Kontakt mit unedleren Metallen (Zink, Aluminium, Eisen) können diese durch Kupfer elektrolytisch angegriffen werden. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Technische Regeln (DIN, EN)
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BauregellisteDas Deutsche Institut für Bautechnik stellt in den Bauregellisten A, B und C die technischen Regeln für Bauprodukte und Bauarten sowie bauaufsichtlich geregelte und nicht geregelte Bauprodukte und Bauarten auf. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
KupferLiteraturtipps |
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Hullmann, Heinz / Kraft, Udo / Lichtnecker, Herbert / Willkomm, Wolfgang: Deutsches Kupfer Institut: Nr. i004 Kupfer-Vorkommen Gewinnung Eigenschaften Verarbeitung Verwendung, DKI, 1999, Düsseldorf Umweltbundesamt, UBA Texte 19/05: Einträge von Kupfer, Zink und Blei in Gewässer und Böden - Analyse der Emissionspfade und möglicher Emissionsminderungsmaßnahmen, Dessau, August 2005 Krüger Jürgen, Rombach Georg: Sachbilanz zur Kupfererzeugung unter Berücksichtigung der Endenergien, Metall Nr. 10-11/98 S. 636-642, 1998 Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen: Leitfaden Nachhaltiges Bauen, 1999, Bonn Klärschlammverordnung (AbfKlärV) vom 15. April 1992 Gaugl Heinz: Metallrecycling, Institut für Technologie + Hüttenkunde der Nichteisenmetalle, 1999, Leoben Krüger J.: Sachbilanz einer Ökobilanz der Kupfererzeugung und -verarbeitung, Metall Heft 4/5/6,, Hüthig Fachverlage, 1995, Heidelberg Röbert Fritz: Tecu Kupfer Planen, Gestalten, Verarbeiten Landesgewerbeanstalt Bayern: Ökologisch geprüfte Bauprodukte, 1999, Nürnberg Hardman David: Umweltverschmutzung Ökologische Aspekte und biologische Behandlung, Springer Verlag, 1996, Berlin Die Zeit – Wirtschaft (2005): Wohlstand aus der Grube, Misereor-Pressemitteilung vom 22.05.2006 Berliner Zeitung vom 27.Januar 2007 |
KupferRohstoffe / Ausgangsstoffe |
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HauptbestandteileMetallisches Kupfer Reinheitsgrad ≥ 99,9%
nachhaltiges-bauen Kupfer, Online-Quelle (abgerufen 04/2014) Messing (Kupferlegierung)
siehe auch Metalle Vergleicht man die Häufigkeit aller in der Erdkruste vorkommenden Elemente, so steht Kupfer mit 0,004 bis 0,006 % Massenanteil an 23. Stelle. | |
Umwelt- und GesundheitsrelevanzGewinnung der PrimärrohstoffeJährlich werden weltweit mehr als fünfzehn Millionen Tonnen Kupfer neu aus Erz gewonnen. Die inländische Produktion von raffiniertem Kupfer und Kupfergusslegierungen betrug 2007 rund 666.000 Tonnen, die Halbzeugproduktion (incl. Leitmaterial) und der Metallguss lagen zusammen bei rund 1,9 Millionen Tonnen. Kupfer tritt in geringen Mengen gediegen auf, Einzelfunde können mehrere Tonnen wiegen. Technisch bedeutsam sind aber die verschiedenen Kupfererze, die sowohl im Tagebau als auch im Untertagebau gewonnen werden. Kupfererze enthalten 5 bis 50 g Kupfer bezogen auf 1 kg Kupfererz, Manganknollen am Meeresgrund können bis 10 g/kg enthalten. Meist baut man, von der Erdoberfläche ausgehend, zuerst die oxidischen Kupfermaterialien ab, um bei zunehmender Tiefe nach und nach die sulfidischen Erze zu erreichen. Derzeit werden etwa 50 % der Kupfererze im Tagebau abgebaut. Um 1 t Kupfer zu erhalten, müssen ca. 200 t Material bewegt werden. Durch einen sehr gezielten Abbau fällt beim Tiefbau kaum Abraum an. VerfügbarkeitBetrachtet man allein die in der Erde enthaltenen Bodenschätze, sind Kupfervorkommen recht häufig vertreten: derzeit werden die weltweiten Kupferreserven auf ca. 552 Mio. t geschätzt, und es werden laufend neue Vorkommen entdeckt. Die größten Lagerstätten befinden sich in den USA, in Kanada, der GUS, in Chile, Peru, Australien, Indonesien, Simbabwe, Zaire, Sambia. In Europa sind die bedeutendsten Kupfervorkommen in Polen, Finnland, Griechenland und dem ehem. Jugoslawien. In Deutschland findet derzeit kein Bergbau für Kupfer mehr statt. In der Lausitz südlich von Cottbus wird aber eine der größten Kupferlagerstätten Europas erkundet. Die Lagerstätte in 1000 Meter Tiefe befindet sich zwischen Spremberg (Brandenburg) und Weißwasser (Sachsen). Dort werden 1,5 Millionen Tonnen Kupfer und andere Metalle vermutet. Verwendung von Recyclingmaterialien / ProduktionsabfällenGroße Bedeutung hat die Sekundärindustrie, da über 50 Prozent der jährlichen deutschen Kupferproduktion aus Schrotten und kupferhaltigen Zwischenprodukten (Schlacken, Krätzen etc.) stammen. RadioaktivitätBei den derzeit handelsüblichen Bauproduktgruppen sind aus der Sicht des Strahlenschutzes keine Einschränkungen erforderlich. Allerdings ist auch weiterhin die vorgegebene Beschränkung des Anteils industrieller Rückstände als Zuschlag zu beachten, siehe ausführliche BfS-Informationen zu Baustoffen unter http://www.bfs.de/de/ion/anthropg/baustoffe.html. Kupfer und Kupferlegierungen sind nicht radioaktiv und tragen daher nicht zur Strahlenexposition der Bewohner bei. | |
QuellenScholz/Hiese: Baustoffkenntnis; 17. Auflage, 2011; Werner Verlag (Wolters Kluwer Deutschland GmbH), Köln Dehn, F.; König, G.; Marzahn G.: Konstruktionswerkstoffe im Bauwesen, Verlag Ernst und Sohn, 1. Auflage, 2003 |
KupferHerstellung |
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Prozesskette
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HerstellungsprozessAufbereitung Die Aufbereitung der Erze erfolgt durch Trennung von taubem Gestein nach Feinmahlung und Schwimmverfahren (Flotation), d. h. Aufschwemmen mit Wasser unter Zusatz von Chemikalien und Schaumbildnern auf 25 bis 35 % Cu. Diese Konzentrate werden dann in den Verbrauchsländern zu Kupfer weiterverarbeitet. Der Wasserbedarf beträgt ca. 4 - 10 m³/t Roherz; in der Regel wird das Wasser im Kreislauf geführt. VerhüttungGrundsätzlich ist heute der Reaktionsablauf für alle eingesetzten schmelzmetallurgischen Gewinnungsverfahren gleich. Er führt über das Schmelzen des Kupferkonzentrates im Schwebeschmelzofen zu Kupferstein (Cu-Gehalt bis 80 %), über die Verfahrensstufe konvertieren im Konverter zu Blisterkupfer (Cu-Gehalt 96 bis 99 %) sowie mit nachfolgender Feuer-Raffination im Anodenofen zu Anodenkupfer (Cu-Gehalt ≥ 99 %, Sauerstoffgehalt ≤ 0,2 %), das in Anoden-Platten vergossen wird. RaffinationselektrolyseBei der Raffination von Kupfer wird das Metall von restlichen Verunreinigungen befreit. Dabei tauchen eine Anode aus Rohkupfer und eine Kathode aus Edelstahl in schwefelsaure Kupfersulfatlösung. Bei Stromfluss werden an der Anode Kupferatome zu Kupferionen oxidiert. An der Kathode werden Kupferionen zu Kupferatomen reduziert. Kathodenplatten aus reinem Kupfer (99,99%) bilden sich und werden dann von der Edelstahlplatte entfernt. In der Bundesrepublik gibt es eine Primärkupferhütte, die ihre Konzentrate aus dem Ausland bezieht. Aus 2,13 t Konzentrat (mit 12 % H2O) entstehen dabei durch Verhüttung und Raffination 1 t Reinmetall sowie 1,88 t Schwefelsäure (aus dem SO2-Gas gewonnen) und 1,12 t Schlacke. Sowohl Schwefelsäure wie Schlacke werden vermarktet. Für 1 t Kupfer werden etwa 200 t Erz benötigt. | |
Umweltindikatoren / HerstellungReferenz EnergieaufwandJe nach Erztyp, Kupfergehalt des Roherzes, Tiefbau oder Tagebau, Art der Energiebereitstellung unterscheidet sich der Energiebedarf für Bergbau und Aufbereitung sehr voneinander. | |
Charakteristische EmissionenEmissionen treten insbesondere in Form von Verbrennungsgasen (CO2) auf. | |
Maßnahmen GesundheitsschutzBei der Herstellung von Kupfer und Kupferlegierungen ist auf persönliche Schutzausrüstung zu achten (Augen-, Gesichts-, Gehör-, Hautschutz). Das gilt auch bei der Herstellung von beispielsweise Kupferblechen, die mit verdünnter Schwefelsäure gebeizt werden. | |
Maßnahmen UmweltschutzUmweltschutzmaßnahmen bestehen insbesondere in der Einhausung der Produktionsanlagen und Kreislaufführung von Flüssigkeiten und Gasen (z. B. Reinigungswasser, Elektrolytlösung etc.). Des Weiteren helfen Filteranlagen zur Reinhaltung der Luft. | |
TransportDa Kupfer in Deutschland nicht mehr abgebaut wird und es deshalb die angereicherten Kupfererze z. B. aus den USA, Kanada, Australien oder Simbabwe importiert werden muss, kommt es zu langen Transportwegen, vorzugsweise auf dem Wasserweg per Schiff. | |
QuellenScholz/Hiese: Baustoffkenntnis; 17. Auflage, 2011; Werner Verlag (Wolters Kluwer Deutschland GmbH), Köln |
KupferVerarbeitung |
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Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungensiehe auch Metalle Kupfer ist ein relativ weiches, verformbares, rötliches Metall (Buntmetall), das je nach Art der Bewitterung schneller oder langsamer braunrot bis schließlich fast schwarz wird. Als Verbindungstechniken von Kupferbauteilen sind das Falzen, Nieten, Schrauben, Kleben, Weichlöten, Hartlöten und Schweißen zu nennen.1 | |
Arbeitshygienische RisikenAllgemeinesGesundheitsgefahren gehen überwiegend von der ätzenden Wirkung der aus den Weichlöten freiwerdenden Ammoniak- und Salzsäuredämpfen aus. AGW-Werte
Bei Verwenung von Weichlötflussmitteln
REACH / CLPDie REACH-Verordnung regelt die Herstellung, das Inverkehrbringen und den Umgang mit Industriechemikalien. Zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, dient die CLP-Verordnung (Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen), um ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu gewährleisten. Wird ein Produkt nicht als Stoff oder Gemisch, sondern als Erzeugnis eingestuft, ist kein Sicherheitsdatenblatt (SDB) erforderlich und Gefahrstoffbezeichnungen entfallen. Lediglich besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) müssen ausgewiesen werden. Kupfer in Pulverform wird als Stoff, Kupferlegierungen als Gemische/ Zubereitungen eingestuft. Kupferbleche oder Formteile aus Kupfer können auch als Erzeugnis eingestuft werden. Aus diesem Grund ist kein Sicherheitsdatenblatt erforderlich und Gefahrstoffbezeichnungen entfallen. Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAUsiehe Stoff-/Produktgruppen GISBAU (Weichlötflussmittel) EmissionenBei nicht fach- und sachgerechter Verarbeitung kann es durch erhöhte Löttemperaturen zu einem Anstieg der Schadstoffemissionen (freiwerdende Ammoniak- und Salzsäuredämpfe) kommen. | |
Umweltrelevante InformationenEnergiebedarfBei der Verarbeitung von Kupferbauteilen kann Energie zum Umformen (Biegen/Anpassen) von Blechen oder Fügen (Löten) benötigt werden. WassergefährdungBeuteile aus metallischem Klupfer sind im Allgemeinen nicht wassergefährdend, dennoch soll das Eindringen insbesondere von abgewitterten Kupferbestandteilen in Abwasser, Gewässer oder Erdreich vermieden werden. Kupfersalze (zu unterscheiden von metallischem Kupfer) sind in die Wassergefährdungsklassen 2 und 3 (wassergefährdend bis stark wassergefährdend) eingestuft.1 TransportIn Deutschland gibt es mehrere Kupferhütten von denen im Jahr 2005 nur eine Kupfererzkonzentrate eingeführt hat. Alle anderen verarbeiten Kupfer aus Sekundärquellen.2 Quellen1Zwiener, Mötzl: Ökologisches Baustofflexikon, 2006, 3. Auflage, C.F. Müller Verlag, Heidelberg |
KupferNutzung |
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Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer NutzungSchadstoffabgabe / Emissionen in den InnenraumNach bisherigem Kenntnisstand erfolgt keine Schadstoffabgabe bei bestimmungsgemäßer Nutzung. BiologieKupfer ist als Biometall an zahlreichen körpereigenen Redox-Reaktionen, an der Elektronenübertragung, sowie der Chlorophyll- und Hämoglobinsynthese beteiligt. Es zeichnet damit für eine Vielzahl lebensnotwendiger Stoffwechselprozesse verantwortlich und ist zentraler Bestandteil verschiedener Proteine und Enzyme. Es gehört zu den essentiellen Spurenelementen und unterliegt einer ausgeprägten homöostatischen Regulierung. Ernährungsbedingte Kupfer-Mangelerscheinungen sind bekannt, krankheitsbedingte Kupferlimitationen sowie Kupfer-Überversorgungen sind hingegen sehr selten und treten nur bei genetisch verursachter Beeinträchtigung des zellulären Metabolismussystems auf. Der Kupfergehalt eines Erwachsenen beläuft sich auf etwa 100 mg. Der Tagesbedarf schwankt zwischen 1 und 3 mg. Die Resorptionsrate für Kupfer im menschlichen Darm ist gering. Es kann nur dann giftig wirken, wenn die körpereigenen Regelmechanismen durch seltene spezielle Krankheiten bedingt nicht richtig funktionieren. Für Kleinkinder sind demgegenüber geringe Kupferionenkonzentrationen, die mit sauren Wässern aus den Kupferleitungen herausgelöst werden können, bereits giftig. BodenDie Grenzwert Boden nach Klärschlammverordnung (AbfklärV) liegen bei 60 mg/kg TS.
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Umwelt- und Gesundheitsrisiken im SchadensfallWassereinwirkungWerden saure Wässer durch Kupferleitungen geleitet, können geringe Kupferionenkonzentrationen herausgelöst werden. Die Resorptionsrate für Kupfer aus kupferhaltigen Wässern im menschlichen Darm ist gering. Es kann nur dann giftig wirken, wenn die körpereigenen Regelmechanismen durch seltene spezielle Krankheiten bedingt nicht richtig funktionieren. Dann führen die oral aufgenommenen Kupfersalze zu allgemeiner Schwäche, Erbrechen und Entzündungen im Verdauungstrakt.1 Für Kleinkinder sind aber bereits kleine Mengen giftig | |
Beständigkeit NutzungszustandKupfer steht in der Spannungsreihe der Metalle bei den edlen Metallen, aber noch unter Silber und Gold. Von nichtoxidierenden Säuren wie Salzsäure wird es nicht angegriffen. Von konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure wird es unter Bildung entsprechender Kupfersalze oxidiert. Das Metall ist für seine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit bekannt und wird deshalb als Kabelmaterial zur Stromleitung verwendet. Nur Silber hat in dieser Hinsicht noch bessere Eigenschaften. Beim Zusammenbau mit unedleren Metallen (Fe, Al, Zn) können diese elektrolytisch angegriffen werden. An der Luft bildet sich rasch eine dünne, schützende Oxidschicht, die eine weitere Reaktion unterbindet. Durch Einwirkung des Luftsauerstoffs verändert sich ihre Oberfläche in braunes Kupferoxid und wird im Lauf der Zeit durch Einwirkung von Kohlendioxid und Feuchtigkeit an der Oberfläche zu grüner Patina. Sie besteht aus basischem Kupfercarbonat, welches das Kupfer vor weiterer Oxidation schützt. Diese Patina kann als „Selbstheilend“ bezeichnet werden, da kleinere Schäden auf der Oberfläche die durch mechanische Beanspruchungen entstanden sind, durch erneute Patinabildung wieder verschlossen werden. Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“. | |
Quellen1Zwiener, Mötzl: Ökologisches Baustofflexikon, 2006, 3. Auflage, C.F. Müller Verlag, Heidelberg |
KupferNachnutzung |
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Wiederverwendung / Wiederverwertung / BeseitigungEs ist möglich Kupfer beliebig oft zu recyceln. Da im Gegensatz zu Stahl und Aluminium beim Wiederaufschmelzen alle Legierungsbestandteile entfernt werden können, ist die Wiederverwertung ohne Qualitätsverluste möglich. | ||||||||||||||
WiederverwendungBauteile aus Kupfer, z. B. Armaturen, können je nach Zustand direkt wiederverwendet werden, oder wenn das nicht möglich ist der stofflichen Verwertung zugeführt werden. Auch Verbundmaterialien sind trennbar (Debonding-Verfahren), wenngleich geschraubte Verbindungen gegenüber geschweißten oder genieteten Verbindungen wegen ihrer einfacherern Trennbarkeit vorzuziehen sind. | ||||||||||||||
Stoffliche VerwertungDie Recyclingrate von Kupfer liegt bei 95%1. Mittlerweile hat der Anteil des in den Produktionsprozess von Kupferblechen eingeführte Sekundärkupfers einen Anteil von ca. 40 % erreicht. Dieses Sekundärkupfer setzt sich zusammen aus Neuschrott (saubere Produktionsabfälle), Altschrott (Kabelschrott, Elektronikschrott, Bleche), Zwischenprodukten und Reststoffen (Krätzen, Filterstäube, Galvanikschlämme). | ||||||||||||||
Beseitigung / Verhalten auf der DeponieDa Kupfer fast vollständig im Kreislauf geführt wird (Recyclingrate 95%1), fallen nur geringe zu deponierende Mengen Kupfer an, bei denen es nach derzeitigem Wissenstand keine Probleme bei der Deponierung gibt, wobei es auch Meinungen gibt, die das Verhalten von Kupfer in Müllverbrennungsanlagen und auf Deponien für problematisch halten.1 | ||||||||||||||
EAK-Abfallschlüssel
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Quellen1Zwiener, Mötzl: Ökologisches Baustofflexikon, 2006, 3. Auflage, C.F. Müller Verlag, Heidelberg |