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Kupfer

Kupfergewinnung.

Das Rösten der Kupfererze geschah früher meist in Haufen oder Stadeln.

1. Haufenröstung.

Bei der Haufenröstung (Fig. 1) wird auf einer Holzunterlage a Erz in Lagen c, d, e, f, g übereinander gestürzt und zwar die gröbsten Stücke nach unten und immer kleiner werdende nach oben hin. Dann entzündet man das Holz entweder an der Seite oder durch einen Schacht b und läßt es rasch wegbrennen, wobei die untern Erzstücke in Glut kommen, ihr Schwefel zu Schwefliger Säure verbrennt und durch die bei dieser immer mehr fortschreitenden Oxydation erzeugte Hitze der Haufe je nach dem Schwefelgehalt des Erzes wochen- und monatelang fortbrennt. Sollten Stücke des erloschenen und weggeräumten Erzes noch zu viel Schwefel enthalten, so müssen sie auf einer Lage Holz erhitzt (ins zweite Feuer gebracht) werden.

2. Röstung in Stadeln.

3. Kiln zum Rösten der Erze.

Dieses Röstverfahren gibt bei bedeutender Zeit- und Wärmeverschwendung keine gleichmäßigen Produkte, und die aus den Haufen entweichende Schweflige Säure verwüstet die benachbarte Vegetation. Umgibt man in den Stadeln a, b, c, d, e, f (Fig.2) die auf Holz gebetteten Erzhaufen mit Mauern, in denen Zuglöcher vorhanden sind, so hat man die Röstung mehr in der Gewalt und nutzt die Wärme besser aus, aber der Apparat bleibt immer noch unvollkommen. Man ist deshalb meist zu Schachtröstöfen übergegangen, die einen kontinuierlichen Betrieb, bedeutende Brennstoffersparung, geringere Röstzeit und die Nutzung der Schwefligen Säure zur Schwefelsäurefabrikation zulassen. Diese Schachtöfen haben verschiedene Konstruktion, je nachdem die Erze in Stücken oder in Schliegform zur Verarbeitung kommen. Für Stückerze verwendet man unter anderm die Kilns (Fig. 3): A ist der Ofenschacht, der durch anhaltendes Feuern in Glut versetzt und dann durch die Öffnung a mit Erz gefüllt wird, das 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 sind Öffnungen zur Auflockerung etwa zusammengesinterten Erzes, b Ausziehöffnungen für das geröstete Erz, während des Betriebes geschlossen. Für Erzschlieg dient unter anderm der Gerstenhöfersche Ofen (Fig. 4), dessen Schacht A mit dreieckigen Tonträgern f versehen ist.

4. Gerstenhöferscher Ofen.

5. Flammofen zum Rösten der Erze.

Das in den Kasten a gestürzte pulverförmige Erz gelangt mittels Fütterwalzen durch den Spalt b auf den obersten Träger e und rutscht nach beiden Seiten auf die folgenden Trägerreihen, bis der fast stets schwebend erhaltene und dem Lufteinfluß ausgesetzte Schlieg unten auf der Sohle in eine Transportschnecke fällt.

6. Röstofen für Schwefelkiesabbrände.

Dabei strömt beständig Luft nach oben dem Erz entgegen, und durch Verbrennung des Schwefels zu Schwefliger Säure wird die zur Unterhaltung des Prozesses erforderliche Wärme entwickelt.

7. Tellerofen von Gibb u. Gelstharpe (Längsschnitt.)

Die Schweflige Säure entweicht durch die Kanäle c nach d. Der Ofen röstet je nach der Natur des Erzes 5–15 Ton. in 24 Stunden. Neben dem Gerstenhöferschen Ofen werden auch Plattenöfen angewendet.

Flammöfen mit einfacher oder mehrfacher Sohle werden fast nur beim englischen Kupferhüttenprozeß benutzt. Fig. 5 zeigt einen Flammofen von 3,5 m Breite und 6,5 m Länge, in dem man die Erze von Zeit zu Zeit durch seitliche Arbeitsöffhungen umkrählt, bis genügende Entschwefelung eingetreten ist. b ist der Herd, e Chargieröffnungen, l Fuchs, u nach dem Schornstein führender Kanal, k Zunge zur Milderung der Hitze auf dem Herd hinter der Feuerbrücke. Muffelöfen mit oder ohne Gasfeuerung sind noch mehrfach zur Abröstung pnlverförmiger Erze im Gebrauch, wo es sich darum handelt, die Röstgase auf Schwefelsäure zu verarbeiten und die Temperatur in der Gewalt zu haben. Einen derartigen Ofen zeigt Fig. 6. Die Muffel G mit Arbeitsöffnungen M wird durch Feuerungsgase, die vom Feuerungsraum H aus die Kanäle I und V durchströmen und sodann durch den Fuchs n in die Esse ziehen, erhitzt, während die Röstgase durch p r q in Kondensationstürme treten. Um die Handarbeit, das Umrühren des Erzes, entbehrlich zu machen, wendet man mechanische Rostöfen, wie z.B. den rotierenden Tellerofen von Gibb u. Gelstharpe (Fig. 7 u. 8), an: b ist ein kreisrunder Blechherd, mit Schamotteziegeln D ausgekleidet und auf einer senkrechten Achse in einem Spurzapfen ruhend.

8. Tellerofen von Gibb u. Gelstharpe (Querschnitt.)

Die Achse wird durch das von dem röhrenförmigen Querarm g unterstützte Lager in vertikaler Stellung gehalten; L ist die Betriebswelle, von der die Bewegung mittels beweglicher, über die Rolle J, die Leitrolle i und eine an ihrem untern Rand angebrachte Scheibe hinlaufender Kette auf den Tellerherd b übertragen wird. Der Rechen M befördert das durch die Chargieröffnung E eingebrachte Röstgut der Platte o entlang durch die Rinne p nach außen. C ist die Feuerung; F Fuchs zur Ableitung der Verbrennungsprodukte; G ein gußeiserner Pflug, der mittels der Schnecke c in radialer Richtung langsam hin und her bewegt wird, wobei die auf dem Drehherd unter dem Pflug hindurchgehenden Erzpartien zerrieben u. durchgerührt werden. Der Umtrieb der Schnecke c erfolgt durch Zahnräder d und e, an deren letztem sich ein Krummzapfen befindet,von dem die Bewegung mittels der Bleuelslange f auf einen Hebelarm übertragen wird, mit dem das zwischen Kulissen verschiebbare Querhaupt und die Pflugstange H verbunden sind; m ist Mauerwerk, K der Beschickungsboden.

Von andern selbsttätigen Öfen hat der rotierende Howell-Brücknersche Zylinderofen mit periodischer Entleerung große Verbreitung in den Vereinigten Staaten gefunden und wird in zahlreichen Modifikationen gebaut. Arents hat namentlich den Übelstand, daß das Erz im rotierenden Zylinder überall gleich hoch liegt, während die Temperatur in der Nähe des Feuerraums weit höher ist als am Austragende, was ungleichmäßige Röstung zur Folge hat, dadurch vermieden, daß er den Zylinderdurchmesser nach der Feuerseite hin vergrößerte.

Von den Schachtöfen zum Rohschmelzen besitzen der Rachetteofen und der Pilzsche Ofen besondere Wichtigkeit. Fig. 9 u. 10 zeigen den Mansfelder Pilzschen Ofen.

12. Kleiner Garherd.

A ist der 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, der 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 auf Tafel ›Bleigewinnung‹, Fig. 9–11, beschriebenen Pilzschen Ofen.

Die für die Eisengewinnung konstruierten Winderhitzungsapparate hat man nach passender Umänderung auch im Kupferhüttenprozeß zur Anwendung gebracht und dadurch die Produktion wesentlich gesteigert.

9 u. 10. Mansfeldscher Ofen mit kontinuierlichem Schlackenabfluß.

Die Kupferschachtöfen haben im allgemeinen dieselbe Wandlung durchgemacht wie die Eisenhochöfen. Man baut jetzt freistehende Öfen mit zugänglichem Gestell, dünnere Rauhgemäuer oder ersetzt das Rauhgemäuer durch einen Eisenmantel oder verwendet gar nur einen mit Wasser gekühlten Eisenmantel.

Der zum Rohschmelzen beim englischen Kupferhüttenprozeß benutzte Flammofen hat nachstehende Einrichtung (Fig. 11).

11. Schmelzofen.

A ist der Sandherd mit seitlichem Rost R, D das Schlackenloch, durch das die Schlacken vom Rohstein weg in die Sandformen F abgezogen werden; E B ist der Stichkanal, durch den der Stein in das mit Wasser gefüllte Bassin G abgelassen wird, um denselben behufs schnellerer Röstung zu granulieren; W ist eine Winde zum Emporheben des mit Granalien gefüllten Siebkastens; K die Esse.

Das Raffinieren des Schwarzkupfers wird in einem dem Erzschmelzofen ähnlichen Flammofen ausgeführt, der 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.

13. Ofen zum Bessemern von Kupfersteinen (Vorderansicht).

14. Ofen zum Bessemern von Kupfersteinen (Seitenansicht).

Reineres, namentlich nur eisenhaltiges Schwarzkupfer wird im kleinen Garherd (Fig. 12) 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.

Der zur Verarbeitung des Rohsteins benutzte Bessemerapparat ist ein eiserner Zylinder aus starken Eisenplatten, der Konverter, etwa 1,3 m lang und von gleichem äußern Durchmesser (Fig. 13 u. 14). Er ruht auf einem vierräderigen Wagen. Ein konischer Kamin auf der obern Seite verjüngt sich auf 58 cm. Die Luftkammer C umgibt eine Lang- und eine Querseite. An einem Ende derselben sind die Zuleitungsröhren A für den Wind angebracht dergestalt, daß der Ofen beim Blasen verschiedene Neigungen annehmen kann. Aus der Luftkammer führen in den Konverter 11 Pfeifen T, mit denen außen Spähöffnungen korrespondieren. Den Konverter umschlingt ein gezahntes Segment E, in das eine Schraube ohne Ende eingreift, um den Konverter zu kippen, wobei er mit Flacheisenrippen auf Reibungsrädern R läuft. Die Bewegung geschieht durch Handkurbeln M. Von dem auf einem höhern Niveau stehenden Schmelzofen läuft der Stein direkt in den Konverter. Die Tiefe unter dem Spiegel des Steinbades, in der die gepreßte Luft eintritt, ändert sich mit der Zusammensetzung des Steins und in den verschiedenen Phasen der Operation. Bei armen Steinen wird nach Bedarf Schlacke abgeschüttet, wenn der Wind nicht mehr recht durchdringen kann. Nach 20–40 Minuten zeigt die von verbrennendem Kupfer intensiv grün gefärbte Flamme das Ende der Charge an. Die Dämpfe des Konverters läßt man durch Flugstaubkammern von 55 m Länge streichen, damit das Antimon sich absetzt. Zum kontinuierlichen Betrieb sind drei Konverter nötig. Alle Kupferkonverter sind kleiner als Eisenkonverter, sie fassen nur 1–5 Tonnen Kupferstein, der vorher in Schacht- oder Flammöfen umgeschmolzen wird. David hat einen kugeligen Konverter konstruiert (Sélecteur David), der einerseits Bodenkupfer, anderseits reines Kupfer darstellen soll. Der Apparat hat zu diesem Zweck eine seitliche Tasche, die Formen sind am Boden. Nachdem einige Zeit geblasen ist, bringt man das ausgeschiedene Bodenkupfer in die Tasche und bläst den Kupferstein im Konverter fertig. Das erhaltene Kupfer ist verhältnismäßig sehr rein (99 Proz.); der Silberverlust ist allerdings größer als im Flammofen.