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Lagen c, d, e, f, g übereinander gestürzt und zwar die gröbsten Stücke nach unten und immer kleiner werdende nach oben hin. Dann steckt man das Holz [* 2] entweder an der Seite oder durch einen Schacht b an und läßt es rasch wegbrennen, wobei die untern Erzstücke in Glut kommen, ihr Schwefel in schweflige Säure übergeht und durch die bei dieser immer mehr fortschreitenden Oxydation erzeugte Hitze der Haufe je nach dem Schwefelgehalt des Erzes wochen- und monatelang fortbrennt, bis er erlischt. Sollten Stücke des weggeräumten Erzes noch zu viel Schwefel enthalten, so müssen dieselben nochmals auf einer Lage Holz erhitzt (ins zweite Feuer gebracht) werden. Dieses Röstverfahren gibt bei bedeutender Zeit- und Wärmeverschwendung keine gleichmäßigen Produkte, und die aus den Haufen entweichende schweflige Säure verwüstet die benachbarte Vegetation. Dadurch, daß man in den Stadeln a, b, c, d, e, f (Textfig. 2) die auf Holz gebetteten Haufen mit Mauern umgibt, in denen Zuglöcher vorhanden sind, hat man die Röstung zwar mehr in der Gewalt und nutzt die Wärme [* 3] etwas besser aus, aber der Apparat bleibt immer noch ein unvollkommener.
Man ist deshalb neuerdings meist zu Schachtröstöfen übergegangen, welche einen kontinuierlichen Betrieb, bedeutende Brennstoffersparung,
geringere Röstzeit und die
Nutzung der schwefligen
Säure zur Schwefelsäurefabrikation zulassen. Diese
Öfen
[* 4] haben eine verschiedene
Konstruktion, je nachdem die
Erze in
Stücken oder in Schliegform zur Verarbeitung kommen. Für
Stückerze verwendet man unter anderm die sogen.
Kilns
[* 1]
(Fig. 7, Tafel »
Kupfer«): A Ofenschacht,
welcher, nachdem derselbe durch anhaltendes
Feuern in
Glut versetzt worden, durch die Öffnung a mit
Erz
gefüllt wird, welches bei Luftzutritt durch diese Öffnung alsbald unter
Entwickelung von schwefliger
Säure ins
Glühen kommt.
Letztere zieht durch Kanäle k i in die Schwefelsäurekammern. e, d, g Räumöffnungen zur Auflockerung etwa zusammengesinterten Erzes. b Ausziehöffnungen für das geröstete Erz, während des Betriebs geschlossen. Für Erzschlieg dient unter anderm der Gerstenhöfersche Ofen (Textfig. 3). Derselbe besteht aus einem mit dreieckigen Thonträgern f versehenen, durch vorherige Heizung [* 5] ins Glühen versetzten Ofenschacht A. Das in den Kasten a gestürzte pulverförmige Erz gelangt durch den Spalt b mittels Fütterwalzen in a auf den obersten Träger [* 6] e, häuft sich auf demselben an, rutscht dann nach beiden Seiten auf die folgende Trägerreihe u. s. f., bis der fast stets schwebend erhaltene und dem Lufteinfluß ausgesetzte Schlieg unten auf der Sohle in eine Transportschnecke fällt.
Dabei strömt beständig
Luft nach
oben dem
Erz entgegen, so daß durch
Verbrennung des
Schwefels zu schwefliger
Säure die
zur Unterhaltung des
Prozesses erforderliche Wärmemenge entwickelt wird. Die
schweflige Säure entweicht durch die
Kanäle
c nach d. Eine sehr vollständige Röstung für
Schliege gestattet auch der zunächst zur Röstung von
Zinkblende bestimmte
Ofen von
Hasenclever-Helbig (s.
Zink). b) Das Rohschmelzen. Die gerösteten
Erze, welche
Metalloxyde, schwefelsaure
Salze,
Schwefelmetalle
und
Gangarten enthalten, werden, wenn sie nicht schon genügend Solvierungsmittel
(Quarz,
Thonschiefer,
Silikate) besitzen, mit solchen, namentlich mit
Schlacken, gemengt (beschickt) u. in einem
Schachtofen
[* 7] zwischen
Kohlen niedergeschmolzen,
wobei in
oben angegebener
Weise Rohstein mit bis 35 Proz.
Kupfer und eine wesentlich aus kieselsaurem
Eisenoxydul bestehende
Schlacke
erfolgen, bei einem größern
Antimon- oder Arsengehalt auch eine aus
Antimon- u.
Arsenmetallen bestehende
Kupferspeise.
Damit die fremden Metalloxyde verschlackt werden und möglichst wenig sich reduzieren, muß eine zu hohe Temperatur vermieden und die Beschickung durch eisenhaltige Zuschläge hinreichend leichtschmelzig gemacht werden (gewöhnlich ist indessen von vornherein Eisen [* 8] in genügender Menge zugegen). Um eine Reduktion des Eisenoxyds zu Metall möglichst zu umgehen, welches sich dann als sogen. Eisensau auf dem Boden des Schmelzofens absetzt, müssen die Schmelzöfen um so niedriger sein, je mehr Eisen in der Beschickung vorhanden ist, weil das reduzierende Agens, das Kohlenoxydgas, in niedrigern Öfen kürzere Zeit mit dem Eisenoxyd in Berührung ist als in höhern. Aus diesem Grund werden die an Eisenoxyd sehr reichen Rammelsberger Erze am Unterharz in 1,88 m, die eisenärmern Oberharzer Kupfererze in 3,45 m und die sehr
[* 1] ^[Abb.: Fig. 1. Haufenröstung.]
[* 1] ^[Abb.: Fig. 2. Röstung in Stadeln.]
[* 1] ^[Abb.: Fig. 3. Gerstenhöferscher Ofen.] ¶
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eisenarmen Mansfelder Kupferschiefer in bis 9,5 m hohen Öfen 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
[* 9]
(Fig. 1 u. 2, Tafel »
Kupfer«)
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
[* 10] beschriebenen Pilzschen Ofen, Tafel »Blei«,
[* 9]
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 Schwarz
kupferschmelzen.
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 [* 11] und 6,5 m Länge [* 9] (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, [* 12] u nach dem Schornstein führender Kanal, [* 13] 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 [* 9] (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 [* 14] 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, 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 ¶