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eisenarmen Mansfelder Kupferschiefer in bis 9,5 m hohen Öfen [* 2] verschmolzen. Die Weite der Öfen im Schmelzraum richtet sich hauptsächlich nach der zu erzielenden Produktion. Je größer dieselbe sein soll, um so mehr Brennmaterial und Verbrennungsluft (Gebläsewind) bedarf es in einer gewissen Zeit. Bei kleinen Produktionen läßt man den Wind durch eine Öffnung (Form) in den Schmelzraum treten, bei größerer durch zwei und drei Öffnungen; für die größte Produktion verteilt man eine noch größere Anzahl Formen symmetrisch um den runden Schmelzraum.
Derartige Öfen (Mansfeldsche, Pilzsche Öfen) sind neuerdings [* 1] (Fig. 1 u. 2, Tafel »Kupfer«) [* 3] mehrfach in Anwendung gekommen und besitzen nachstehende Einrichtung: A Ofenschacht, z. B. 9,414 m hoch, 1,88 m unten und 2,2 m oben weit. a Windformen, b Schlackenabfluß, c Stichöffnung für den Rohstein, welcher durch die Rinne d und die Verteilungsnäpfe e in ein Wasserbassin f fließt, um in kleinen Stücken (Granalien) erhalten zu werden. g Windleitungsröhre, h Gaskanäle, in die Abzugsröhren l mündend, k Parryscher Chargiertrichter, m Kernschacht, n Rauhgemäuer, auf Eisensäulen o ruhend. (Vgl. auch den beim Blei [* 4] beschriebenen Pilzschen Ofen, Tafel »Blei«, [* 1] Fig. 9-11.) Wie oben bemerkt, wird der Rohstein entweder stark geröstet auf Schwarzkupfer verschmolzen, oder schwächer geröstet und zu Kupfer-, Mittel- oder Spurstein konzentriert (gespurt). c) Das Schwarzkupferschmelzen.
Dasselbe geschieht in ähnlicher Weise wie das Erzschmelzen, nur wird das reduzierte Kupfer nicht mehr an Schwefel gebunden, sondern scheidet sich im metallischen Zustand, durch andre reduzierte Metalle mehr oder weniger verunreinigt, als Schwarzkupfer aus, während der größte Teil der fremden Metalloxyde verschlackt wird. Sollte sich wie gewöhnlich in dem totgerösteten Rohstein noch etwas Schwefel finden, so nimmt derselbe einen entsprechenden Teil auf und scheidet sich als dünne Schicht (Dünnstein) auf dem Schwarzkupfer ab; letzteres enthält meistens 90-96. Proz. Kupfer.
2) Bei dem Flammofenprozeß (englischen Prozeß) werden sämtliche vorher bezeichnete Operationen im Flammofen ohne Kohlenzusatz vorgenommen. Der Schwefel wirkt dabei als Reduktionsmittel; bei dem Rohschmelzen setzt sich das durch Rösten entstandene Kupferoxyd mit dem vorhandenen Schwefeleisen in Schwefelkupfer und Eisenoxyd um, und beim Schwarzkupferschmelzen wirken Kupferoxyd und Schwefelkupfer in der Weise aufeinander, daß Kupfer entsteht und schweflige Säure entweicht.
Das Garmachen des Schwarzkupfers und das Hammergarmachen des Garkupfers zu geschmeidigem oder raffiniertem Kupfer findet in einer Tour statt (Raffinationsprozeß). a) Das Rösten der Erze geschieht in großen Flammöfen, z. B. von 3,5 m Breite [* 5] und 6,5 m Länge [* 1] (Fig. 6, Tafel »Kupfer«),
indem man die Erze von Zeit zu Zeit durch seitliche Arbeitsöffnungen umkrählt, bis genügende Entschwefelung eingetreten ist. b Herd, e Chargieröffnungen, l Fuchs, [* 6] u nach dem Schornstein führender Kanal, [* 7] k Zunge zur Milderung der Hitze auf dem Herd hinter der Feuerbrücke. b) Das Rohschmelzen der gerösteten Erze erfolgt mit sauren Schlacken oder Quarz, wenn das Erz nicht solchen in genügender Menge enthält, in einem Flammofen, wobei die beim Rösten gebildeten fremden Oxyde verschlackt werden, während der rückständige Schwefel teils das Kupferoxyd reduziert, teils das reduzierte Kupfer schwefelt und damit Rohstein, Bronzestein oder Regulus bildet.
Der Flammofen hat nachstehende Einrichtung [* 1] (Fig. 8, Tafel »Kupfer«): A Sandherd mit seitlichem Rost R;
D Schlackenloch, durch welches die Schlacken vom Rohstein weg in die Sandformen F abgezogen werden;
E B Stichkanal, durch welchen der Stein in das mit Wasser gefüllte Bassin G abgelassen wird, um denselben behufs schnellerer Röstung zu granulieren;
W Winde [* 8] zum Emporheben des mit Granalien gefüllten Siebkastens;
K Esse. Der granulierte Rohstein wird entweder behufs weiterer Reinigung oder Konzentration des Kupfergehalts wiederholt im Flammofen abgeröstet und mit sauren Zuschlägen auf Konzentrationssteine (Blaumetall, Weißmetall, Pimpledmetall) verschmolzen, und diese Steine werden dann auf Schwarzkupfer verarbeitet, oder der Rohstein wird gleich auf solches zu gute gemacht. c) Das Schwarzkupferschmelzen. Der Stein wird ohne Zuschläge im Flammofen eingeschmolzen, die unter Luftzuführung dabei entstandene Schlacke wiederholt abgezogen, dann die Temperatur bei Luftzutritt erniedrigt, um aus einem Teil der Schwefelmetalle Oxyde, namentlich Kupferoxydul, zu erzeugen. Wird jetzt wieder rasch stärker erhitzt (aufgeschmolzen), so wirken Oxyde und Schwefelmetalle aufeinander, und es entsteht unter Entwickelung von schwefliger Säure Schwarzkupfer. Durch Wiederholung des abwechselnden Abkühlens und Wiederaufschmelzens (Röstschmelzen, Roasten) entfernt man den Schwefel allmählich immer mehr und erhält zuletzt, indem man entstandene Schlacken öfters abzieht, blasiges Schwarzkupfer.
II. Raffination des Schwarzkupfers.
Die im Schwarzkupfer enthaltenen Verunreinigungen Antimon, Arsen, Blei, Eisen, [* 9] Kobalt, Nickel, Schwefel, Wismut etc. (Mansfelder Schwarzkupfer enthält: 88-95 Proz. Kupfer, 1,4-3,5 Proz. Eisen, 1-6 Proz. Blei, 1-4 Proz. Zink, 0,5 Proz. Nickel und Kobalt, 0,5-1 Proz. Schwefel) machen dasselbe für die technische Verwendung unbrauchbar, und deshalb werden die Verunreinigungen durch einen oxydierenden Schmelzprozeß (Raffination, Garmachen) entfernt. Eisen, Zink und Blei lassen sich am leichtesten, in zweiter Reihe Nickel, Kobalt und Wismut und am schwierigsten Antimon und Arsen entfernen. Die Gegenwart von 0,5-1 Proz. Blei erleichtert die Raffination, indem Bleioxyd die fremden Metalle verschlackt. Das durch Einwirkung von Luft auf geschmolzenes Kupfer sich bildende Kupferoxydul (Cu2O ) wird vom geschmolzenen Metall gelöst und wirkt dann oxydierend auf die Verunreinigungen, deren Oxyde sich mit der Kieselsäure der Herdmasse zur Garschlacke verbinden, welch letztere vom geschmolzenen Metall abgezogen wird. - Soll das Kupfer möglichst vollständig von den Verunreinigungen befreit werden, so muß zuletzt überschüssiges Kupferoxydul vorhanden sein, wodurch indessen das Kupfer spröde, brüchig und nicht hämmerbar wird; ein solches übergares oder rohgares Kupfer, welches durchschnittlich 6-8 Proz. Kupferoxydul enthält, wird schließlich durch einen Reduktionsprozeß in hammergares oder raffiniertes Kupfer (Raffinad) verwandelt.
Das Raffinieren des Schwarzkupfers wird in einem dem Erzschmelzofen ähnlichen Flammofen ausgeführt, welcher nur, zur Erzielung höherer Temperaturen, einen kleinern Herd und einen größern Feuerungsraum hat, auch nicht mit einer Stichöffnung versehen ist, weil das Kupfer durch die dem Rost gegenüberliegende Arbeitsöffnung mittels Kellen aus einer Vertiefung des Herdes ausgeschöpft wird. Das Schwarzkupfer wird bei geschlossener Arbeitsöffnung in hoher Temperatur und bei Zuführung von Luft durch Kanäle ¶
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hinter der Feuerbrücke eingeschmolzen, wobei sich fremde Metalle nebst Kupfer oxydieren, das entstandene Kupferoxydul aber, wie beim Garmachen im kleinen Herd, im Metallbad niedergeht und dabei fremde Metalle und auch anwesenden Schwefel oxydiert. Nachdem die auf dem Metallbad schwimmende, von fremden Metalloxyden gebildete Schlacke wiederholt abgezogen worden, beginnt das Kupfer unter starker Entwickelung von schwefliger Säure (gebildet durch Einwirkung von Kupferoxydul auf Schwefelkupfer) stark zu wallen (das Braten) und zu sprühen und zeigt sich, nachdem diese Erscheinung aufgehört hat, voller Blasenräume von absorbiert gehaltener schwefliger Säure. Um diese zu entfernen, wird in das Metallbad eine saftige Holzstange (Polstange, von poling, Aufschäumen) gehalten, welche infolge entweichender Wasserdämpfe und Entwickelung gasförmiger Verkohlungsprodukte ein lebhaftes Aufwallen des Bades hervorbringt, wodurch die schweflige Säure ausgetrieben wird.
Zeigt sich eine genommene Probe auf dem Bruch dicht, so wird diese Periode (das Dichtpolen) beendigt. Das Kupfer befindet sich jetzt etwa im Zustand des Garkupfers aus dem kleinen Herde, d. h. es enthält noch oxydische Verbindungen, namentlich Kupferoxydul, eingeschlossen und ist infolgedessen nicht hämmerbar, ohne Risse zu erhalten. Um das Metall vollständig duktil zu machen, muß der Sauerstoff nahezu vollständig entfernt werden, was dadurch geschieht, daß man das Metallbad mit Kohlenklein bedeckt und eine Polstange in dasselbe steckt, wobei durch die aufwallende Bewegung die Kohle mit dem Kupferoxydul in innige Berührung gebracht wird und eine Reduktion desselben eintritt.
Durch öfters genommene Schöpfproben, welche auf dem Bruch betrachtet und in kaltem und warmem Zustand gehämmert werden, überzeugt man sich, ob das Kupfer hammergar, raffiniert ist, und unterbricht den Prozeß (das Zähpolen), wenn dies der Fall ist, um das Kupfer nach einiger Abkühlung in eiserne Formen auszuschöpfen. Hat man zu kurze Zeit gepolt, so ist das Kupfer wegen größern Sauerstoffgehalts noch nicht geschmeidig; auch bei zu langem Polen (Überpolen) nimmt die Geschmeidigkeit wieder ab, indem dabei aller Sauerstoff aus dem Kupfer entfernt wird, was sich nicht empfiehlt. Es ist nämlich nie möglich, die fremden Metalle durch Oxydation völlig aus dem Kupfer zu entfernen; es bleiben Spuren davon im oxydierten Zustand im K. zurück und wirken in solchem meist nicht so störend auf die Geschmeidigkeit des Kupfers, als wenn sie in metallischem Zustand mit letzterm legiert sind.
Eine solche Legierung wird erzeugt, wenn man dem Metallbad durch zu langes Polen allen Sauerstoff entzieht. Neuerdings setzt man während des Polens dem Kupfer etwa 1/100 Phosphorkupfer (mit etwa 7 Proz. Phosphor) zu und erhält alsdann ein sehr dichtes, zähes und festes Metall, welches etwa 0,03 Proz. Phosphor enthält; die günstige Einwirkung des Phosphors beruht wesentlich darauf, daß er das im K. verteilte Kupferoxydul mit Leichtigkeit reduziert. Ähnlich wirkt auch ein Zusatz von Mangankupfer. Die Herstellung des rohgaren und des hammergaren Kupfers findet in Deutschland [* 11] häufig auch in zwei getrennten Operationen statt. Reinere, namentlich nur eisenhaltige Schwarzkupfer werden im kleinen Garherd (Textfig. 4) auf einem Herd a aus Sand und Kohlenklein, womit der Raum b ausgefüllt ist, zwischen Kohlen eingeschmolzen, wobei durch die stark geneigte Form f Gebläsewind zugeführt wird, welcher sowohl zur Verbrennung der Kohlen als auch zur Oxydation der fremden Metalle im Schwarzkupfer dient. Es bildet sich aber immer auch ein Teil Kupferoxydul welches sich im K. löst und seinen Sauerstoff dabei an die fremden Metalle abtritt, welche im oxydierten Zustand sich auf die Oberfläche des Bades begeben und als Krätze oder Garschlacken entweder von Zeit zu Zeit abgezogen werden, oder bei einem Bleioxydgehalt von selbst abfließen.
Die fremden Metalle sind entfernt, und das Kupfer ist gar geworden, wenn sich ein Überschuß von Kupferoxydul darin findet; man erkennt die Gare durch Eintauchen eines blanken Eisenstabs (Gareisen) mit seinem abgerundeten Ende durch die Form hindurch in das Metallbad und Beurteilung der daran haften bleibenden Kupferschicht (Garspan). Ist dieselbe dünn, auf der Oberfläche infolge einer Kristallisation rauh und innen kupferrot, so ist das Kupfer gar; ein dicker, außen glatter und innen gelber Garspan deutet noch auf sonstige Verunreinigungen (zu junges Kupfer) und erfordert noch fortgesetzte Oxydation; ein dicker, außen rauher und innen weißlicher Garspan deutet auf zu weit fortgesetzte Oxydation, somit auf einen zu großen Sauerstoffgehalt des sogen. übergaren Kupfers, in welchem Fall man etwas Schwarzkupfer hinzufügt.
Sobald das Kupfer die Gare zeigt, stellt man das Gebläse [* 12] ab, zieht die Schlacken ab, überstreut das Metallbad mit Kohlenlösch, gießt nach einiger Abkühlung vorsichtig Wasser auf die Oberfläche, nimmt die gebildete Scheibe mit Meißel [* 13] und Zange [* 14] fort (das Scheibenreißen) und verwandelt auf diese Weise den Inhalt des ganzen Herdes in Scheiben (Rosettenkupfer, Garkupfer). Unreines, namentlich antimon- und arsenhaltiges, Schwarzkupfer läßt sich auf diese Weise schwierig (meist nur durch einen Bleizusatz) reinigen, weil die durch Gebläseluft gebildeten Metalloxyde in Berührung mit der Kohle teilweise immer wieder reduziert werden und dadurch eine Verunreinigung des Kupfers stets wieder stattfindet.
Solche Kupfer macht man, ohne daß sie mit Kohle in Berührung kommen, bei Flammenfeuerung gar im großen Garherd oder Spleißofen, einem Gebläseflammofen, auf dessen Herd man das Kupfer bei Zutritt von Gebläseluft einschmelzt, die gebildeten Schlacken durch eine seitliche Öffnung (Schlackenloch) auszieht, das nach dem Garspan als gar erkannte Kupfer im Herd absticht und dasselbe, wie beim kleinen Herd, in Scheiben reißt. Der Gehalt des Garkupfers an an Metalle (Kupfer, Antimon, Arsen, Blei, Wismut etc.) gebundenem Sauerstoff macht dasselbe brüchig, weshalb es zur Entfernung desselben noch eines reduzierenden Schmelzens, des Hammergarmachens, bedarf. Dies geschieht
[* 10] ^[Abb.: Fig. 4. Kleiner Garherd.] ¶