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Verfahren zur direkten Erzeugung von Messingen aus gemischten Kupfer-Zink-Bleierzen
Es gibt viele Lagerstätten, in denen sulfidische Erze von Zink, Blei und Kupfer
(auch Eisen) innig miteinander vermengt vorgefunden werden. In dieser Beziehung
ist besonders für Deutschland das RammelsbergerVorkommen wichtig. Das bisherige
Gewinnungsverfahren beginnt nun mit einer umständlichen, kostspieligen und zeitraubenden
Auf arbeitung durch Schlämmen, dem eine weitgehende Zerkleinerung des Erzes vorangehen
muß. Dann folgen der Reihe nach Röst- und Schmelzprozesse, die nach langwierigen
Umwegen schließlich zur gesonderten Gewinnung von Kupfer, Blei und Zink in reinem
Zustande führen.
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Da nun ein sehr großer Teil der genannten Metalle wieder dazu verwandt
wird, um zu Messing mit oder ohne kleine Bleigehalte verschmolzen zu werden, so
bedeutet die vorausgegangene mühsame Trennung von Metallen, die nachher wieder vereinigt
werden, eine Vergeudung von Zeit und Kosten.
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Ich habe einen Weg gefunden, welcher gestattet, unter Nermeidung der
kostspieligen Umwege von dein gemischten Erz zu technisch direkt verwertbaren 'Messingen
zu gelangen, und zwar nicht, wie bekannt, durch Reduktion der Oxyde mit Kohlenstoff,
sondern direkt aus den Sulfiden. Der Weg ist folgender: Erster Schritt. Verschmilzt
man gemischte sulfidische Erze von Zink und Blei mit metalllischem Kupfer im Überschuß,
so vollzieht sich eine Umsetzung der Art, daß Zink und Blei im freien Zustande und
daneben Kupfersulfür gebildet wird. Diese Umsetzung erfolgt also lediglich zwischen
den genannten drei Metallen bzw. Sulfiden und nicht, wie es schon bei älteren Verfahren
bekannt, unter Mitwirkung von Sauerstoff oder Oxyden der Metalle. Dabei bildet das
Kupfersulfür, welches auch kleinere Mengen von Blei und Zink mit aufnimmt,
als sogenannter Kupferstein eine getrennte obere flüssige Schicht im Ofen und kann
gesondert abgelassen werden. Die untere, aus den gebildeten Metallen Blei und Zink
bestehende Schicht, deren Mengenverhältnis sich aus der Zusammensetzung der sulfidischen
Erze ergibt, enthält auch eine Beimengung von Kupfer, deren Menge man durch Bemessung
des zugefügten Kupferüberschusses selbst zu bestimmen in der Hand hat. Sie bildet
keine homogene Lösung, sondern trennt sich in eine unt,e-re bleireiche Schicht mit
einem kleinen Zinkgehalt und eine obere zinkreiche Schicht mit einem gewissen Bleigehalt,
wobei dann beide Schichten sich in das mitanwesende metallische Kupfer nach einem
bestimmten Koeffizienten derart teilen, daß immer die Zinkschicht bei weitem die
kupferreichere ist. Im Gegensatz zu schon bekannten Verfahren wird hierbei eine
Verdampfung der flüchtigen Metalle Blei und Zink vermieden.
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Der Zinkgehalt der Bleischicht und derBleigehalt der Zinkschicht sind
unabhängig davon, in welchem Verhältnis im ursprünglichen Erz Zink und Blei nebeneinander
vorlagen. Durch diesesVerhältnis wird vielmehr nur die relative Menge der beiden
Schichten bestimmt,
Enthält das Erz außerdem Kupfersulfür, so wird
dieses bei der Umsetzung der Gesamtmasse mit Kupfer natürlich nicht mitzersetzt,
sondern vereinigt sich mit dem entstehenden Kupferstein.
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Die Menge des überschüssigenKupfers -darf man nicht zu hoch annehmen.
Beträgt sie mehr als die Menge des im Metallgemisch anwesenden Zinks, so wächst
die Aufnahme von Blei durch die zinkreiche, Schicht in unerwünschter Weise an. Bei
geringeren Kupfergehalten kann man den Bleigehalt der Zinkschmelze auf .2 bis
3 li" einschränken, besonders wenn man die Metallmassen vor oder nach Entfernung
des Steines langsam kühlen und bei etwa 450' abstehen läßt.
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Der Prozeß der anfangs geschilderten Umsetzung vollzieht sich bei
goo bis i ioo'. An und für sich besteht bei dieser Temperatur bereits starke Verdampfungsneigung
für das Zink. Die überstehende Steinschmelze jedoch wirkt der Verdampfung entgegen;
in gleichem Sinne wirkt eine höhere Bemessung des Kupferüberschusses, für den allerdings
nach dein oben Gesagten praktisch, eine ge-,visse Höchstgrenze gezogen ist. Die
Produkte des ersten Schrittes sind also: i. Kupferstein mit kleinen Gehalten von
Zink und Blei, :2. Zink mit 2 bis 3 '/, Blei und gewissen, willkürlich zu
bestimmen-den Kupfergehalten, 3. Blei mit einigen Prozent Zink und Kupf er.
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Zweiter Schritt. Der Kupferstein kann nun in bekannter Weise entweder
vchrgeröstet und durch Niederschmelzen in metallisches Kupfer und abermals Stein
zerlegt werden, der dann totgeröstet werden muß, oder man kann den ursprünglichen
Stein direkt totrösten und das gewonnene Kupferoxyd in bekannter Weise auf Kupfer
verarbeiten. Dieses Kupfer ist dann ein Schwarzkupfer mit Verunreinigungen durch
Blei und Zink. Es kehrt immer wieder in den Prozeß zurück, soweit sich nicht durch
den ursprünglichen Kupfergehalt des Erzes seine Menge s& vermehrt, daß
ein bestimmter Anteil in üblicher Weise auf reines Kupfer verarbeitet und abgestoßen
wird.
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Das Zink wird mit einer bestimmt-en Menge des eben genannten Schwarzkupfers
gattiert und zusammengeschmolzen, derart, daß Messingvon der üblichenZusammensetzung,
etwa des sogenannten Mechanikermessings oder sonst handelsüblicher Marken, entsteht.
Z. B. gibt ein Zink mit beisPielsweise 22,4 "/" Blei und 2o 0/, Kupfer durch
Zusammenschmelzen mit gleichen Teilen eines Schwarzkupfers mit o,2. 0'/"
Blei und 2 % Zink ein Messing, mit 41 91" Zink, 1,3 0/" Blei,
Rest Kupfer. Genau genommen muß man hierbei allerdings den bekannten Zinkverlust
des Messingschmelzens in Rechnung setzen, der bei diesem Verfahren etwas gering-er
ist als sonst, weil das Zink be-
reits miteineni Teil desKupfers vorlegiert
ist, wodurch der Dampf druck herabgedrückt wird.
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Ist wegen zu hohen Kupf ergehaltes die Zirikschmelze zu bleireich
geworden, so kann man durch Erhitzen auf geeignete Temperaturen den unerwünschten
Bleiüberschuß ablaufen lassen.
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Das in dieser Weise erhaltene Messing ist also das zweite verkäufliche
Produkt des Verfahrens.
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Das Blei endlich, welches mit einem gewissen Prozentgehalt an Kupfer
und Zink erhalten wird" muß in der üblichen Weise, etwa durch Saigerverfahren, ent-kupfert
und durch Einblasen von Waeserdampf entzinkt werden, um dann als reines Blei verkäuflich
zu sein. Dieses ist das dritte Produkt des Verfahrens.
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Das zum Schmelzverfahren des ersten Schrittes notwendige Kupfer sowie
das zum Gattieren auf Handelsmessing, riGtwendige Schwarz:kupfer wird natürlich
der Gesamtmenge des nach dem obengeschilderten Verfahren erhaltenen Praduktes entnommen
und geht somit in ein-en Kreislauf.
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Da die meisten gem-ischten Erze der in Rede stehenden Art, insbesondere
die deutschen Rammelsberger Erze, aber außerdem noch sehr erhebliche Mengen Eisen
in sulüdischer Form enthaltenunddasEisen in allen dreiEndprodukten in größeren Mengen
unerwünscht ist, würde das Verfahren unvollständig sein, wenn nicht auch diesem
Umstande Rechnung getragen würde. Man kann nun das Eisen ausscheiden, indem man
in an sich bekannter Weise eine-Vorröstung einschaltet, bei welcher das Eisen zugleich
mit,dem Schwefel oxydiert wird, noch ehe die anderen mitan-wes:-enden Metalle erheblich
mitoxydiert wer-den. Allerdings wurde dazu notwendig sein, das Material weitgehend
zu zerkleinern, eine kostspielige Operation, die das hier geschilderte sehr einfache
Verfahren sonst vermeiden würde. Immerhin kann man durch die Vorröstung mit nachfolgendem
Schlackenschmelzen den Eisengehalt der sulfidischen Masse noch vor dem dem hier
geschilderten Verfahren entsprechenden Zusammenschmelzen mit Kupfer, so weit erniedrigen,
daß das nachher resultierende Gebrauchsmessing keine höheren Gehalte an Eisen aufweist,
als handelsüblich und gebräuchlich sind.
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Ein zweiter Weg zum Ziele zu gelangen ist ,der, daß mandas Eisen vor
dem Verschmelzen des Erzes mit Kupfer nicht entfernt. Wendet man dann wie früher
beschrieben einen geringen überschuß von Kupfer an, so findet sich,das Eisen vollständig
im Stein. Man muß dann mit diesem die Verröstung vornehmen,
welche
das Eisen mit dem Schwefel oxydiert und seine Entfernung durch Schlackenschniel-7en
gestattet.
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Für Erze, die wie die Rammelsberger stark mit kieselsaurer Gangart
versetzt sind, ergibt sich noch ein dritter Weg, nämlich der des Verscbmelzens mit
Bleiglätte, und zwar entweder des ursprünglichen Erzes oder des durch Umschrnelzen
mit Kupfer enthaltenen Steines. Das Bleioxyd setzt sich mit Eisensulfid in der Weise
um, daß Eisenoxvdul und Bleisulfid gebildet werden. Diese heaktion verläuft ähnlich
wie bei bekannten Reaktionen zwischen Metallsulfiden und Metalloxyden. Außerdem
verbinden sich Bleioxy:dul und Eisenoxydul mit der Kieselsäure zu leichtflü,ssigen
Silikaten, so daß das ganze Erzgut nebst Gangart leicht niederschmilzt. Das erhaltene
Bleisulfid wird nach den vorher geselilderten Verfahren auf Blei bzw. Bleiglätte
verhüttet und ebenso nach bekannten Verfahren die Bleisilikatschlacke auf dasselbe
Endprodukt verarbeitet, das dann nach Bedarf wieder in den Kreisprozeß zurückgeht.
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Nun komm-en aber in kleinen Mengen auch noch andere Unreinheiten in
den Erzen vor, besonders Arsen, Antimon und Wismut. Bei der Ausführung des ersten
Schrittes, dem Umschnielzen mit Kupfer, treten die genannten Unreinheiten mit in
das frei werdende Metall über. Sie verteilen sich auf die Bleischicht und Zinkschicht;
in der ersteren spielen sie für das weitere Verfahren keine Rolle mehr, sondern
werden nach üblichen Verfahren aus dem Blei entfernt. Soweit sie aber in erheblicher,er
'Menge in die Zinkschicht gehen und das erträg gliche Maß übersteigen, müssen sie
zur Durchführung des zweiten Schrittes entfernt werden. Dies geschieht am zweckmäßigsten
durch raffinierendes Umschmelzen mit alkalischen Zuschlägen.