Lehrbuch der Allgemeinen Hüttenkunde

775 Pages·1903·47.076 MB·German

by  Dr. Carl Schnabel (auth.)

Lehrbuch
der
Allgemeinen Hüttenkunde.
Von
Dr.Carl Schnabel,
König!. Oberbergrat und Professor.
Zweite Attfiage.
Mit 718 Textfiguren.
Berlin.
Ver 1 a g von J u 1 i u s S p r i n ger.
1903.
Alle Rechte, insbesondere das der
Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
ISBN 978-3-642-50415-0 ISBN 978-3-642-50724-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-50724-3
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1903
·
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage.
Das vorliegende Buch soll den Studierenden in das umfang
reiche Gebiet der Hüttenkunde einführen und ihm eine breite
Grundlage für das Studium der Gewinnung der einzelnen Metalle
bieten.
Ich bin daher bestrebt gewesen, die sämtlichen Gegenstände,
aus welchen sich diese Grundlage zusammensetzt, unter gebüh
render Berücksichtigung der neuesten Fortschritte der Wissenschaft
und Technik, in tunlichst folgerichtiger Anordnung so gründlich
und so kurz wie möglich darzulegen.
Meinen Bemühungen, die Erläuterung einzelner Gegenstände
nach Möglichkeit durch bildliche Darstellung derselben zu nnter
stützen, hat der Verleger in dankenswerter Weise Rechnung ge
tragen, indem er die hierzu erforderlichen Figuren teils besonders
hergestellt, teils aus Werken seines Verlages (Beckerts Eisenhütten
kunde, Ballings Metallhüttenkunde, Elektrotechnische Zeitschrift)
entnommen hat.
Außer der einschlägigen Literatur habe ich bei Abfassung des
Buches auch die Erfahrungen, welche mir eine langjährige Tätigkeit
als praktischer Hüttenmann, sowie eine grosse Zahl von Instruktions
reisen an die Hand gegeben hat, in gebührender Weise benutzt.
Daß ein Buch, in welchem Gegenstände aus den verschie
densten Gebieten der Wissenschaft und Technik zu einem zusam
menhängenden Ganzen vereinigt sind, nicht frei von Gebrechen
sein kann, ist mir wohl bewußt. Indem ich dasselbe daher einer
einsichtsvollen Kritik unterbreite, erkläre ich gerne, daß Winke
und Ratschläge zur Abstellung von Übelständen mich jederzeit
zu Dank verpflichten werden.
Clausthal im August 1890.
Der Verfasser.
Vorwort zur zweiten Auflage.
Bei der Herausgabe der zweiten Auflage bin ich bestrebt
gewesen, den Fortschritten in Wissenschaft und Technik auf den
verschiedenen Gebieten der Allgemeinen Hüttenkunde nach Mög
lichkeit Rechnung zu tragen ..
Den älteren Apparaten, Maschinen und Verfahren ist die für
die Kenntnis der Entwickelung des Hüttenwesens erforderliche
Berücksichtigung zuteil geworden.
Zur Erleichterung des Verständnisses der Verfahren der Ab
scheidung der Metalle aus den metallhaItigen Körpern sind nur die
für den Hüttenmann besonders wichtigen Hüttenprozesse eingehend
erörtert worden.
Bei den elektrometallurgischen Verfahren sind die heutigen
Anschauungen über die Elektrolyse dargelegt worden.
Da die neueren Werke über Eisenhüttenkunde auch die für
die Gewinnung und Verarbeitung des Eisens in Betracht kommenden
Gegenstände der Allgemeinen Hüttenkunde enthalten, so dürfte
das Buch besonders dem Studierenden der Metallhüttenkunde von
einigem Nutzen sein, welcher das Studium der Allgemeinen Hütten
kunde dem Studium der Gewinnung der einzelnen Metalle (außer
Eisen) vorausgehen lassen muß.
Berlin im November 1902.
Der Verfasser.
Inhalt.
Seite
Einleitung 1
ERSTER ABSCHNITT.
Die Körper, aus welchen die Metalle
gewonnen werden. . . . . . 3
I. Die natürlich vorkommenden Verbindungen der Metalle oder Erze. 4
Chemische Zusammensetzung 4. - Aufbereitung 6. - Benennung 7.
2. Die künstlichen Verbindungen der Metalle . . . . . . . . . . 7
Metalle 7. - Legierungen 8. - Oxyde 8. - Schwefelmetalle 8. -
Arsen- und Antimonmetalle 10. - Haloidsalze 10. - Kohlenstoff
metalle 10. - Phosphormetalle 11. - Siliziummetalle 11. - Sulfate
11. - Arseniate und Antimoniate 12. - Silikate 12. - Metallhaltige
Abfälle der Gewerbetätigkeit 14.
3. Die Übernahme der metalIhaitigen Körper seitens der Hüttenwerke 14
4. Die mechanische Vorbereitung der metalIhaitigen Körper für die Zu-
gutemachung • . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
A. Arbeiten, welche die metallhaitigen Körper in die für
die Abscheidungsverfahren geeignete Form bringen
. sollen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
B. Befreiung der metallhaItigen Körper von festen Gemeng.
teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
C. Befreiung der metallhaltig'en Körper von anhaftendem
Wasser ..................... 17
D. Zusammenmengen metallhaItiger Körper von verschie
denen Gehalten eines und desselben Metalles ..... 17
E. Zusammenmengen metallhaItiger Körper mit Körpern,
welche die Abscheidung der in ihnen enthaltenen Metalle
herbeiführen oder befördern . . . . . . . . . 18
ZWEITER ABSCHNITT.
Die Verfahren der Abscbeidung der Metalle aus den
metallhaltigen Körpern. . . . .. 20
I. Verfahren der Abseheiduug' {leI' Metalle im allgemeinen 20
I. Verfahren auf trockenem Wege 21
A. Das Brennen . . . . 22
B. Das Schmelzen . . . . 24
C. Das Verdampfen. . . . 30
2. Verfahren auf nassem Wege . . . . . . . . . . . 32
A. Verfahren des nassen Weges im engeren Sinne. 32
B. Die Amalgamationsverfahren . . . . . . . . 34
VI Inhalt.
Seite
3. Verfahren auf elektrometallurgischem Wege 35
Die elektrometallurgischen Verfahren auf trockenem Wege 37
Die elektrometallurgischen Verfahren auf nassem Wege . 37
Mit unlöslichen Anoden . 37
Mit löslichen Anoden 38
11. Die für den Hüttenmann besonders wichtig'en Hüttenprozesse 39
f. Die oxydierende Röstung der Schwefel-, Arsen- und Antimonverbin-
dungen der Metalle . 40
A. Die oxydierende Röstung der Schwefelmetalle . . 41
Oxydierende Röstung mit Hilfe von Luft 41. - Verhalten der ein
zelnen Schwefelmetalle bei der Röstung 42. - Sulfatbildung durch
oxydierende Röstung 45. - Die Kernröstung 46. - Ersatz der
oxydierenden Röstung der Schwefelmetalle durch oxydierendes
Schmelzen derselben 47. - Oxydierende Röstung mit Hilfe von
Wasserdampf 48.
B. Die oxydierende Röstung der Arsenverbindungen 48
C. Die oxydierende Röstung der Antimonverbindungen 50
2. Die chlorierende Röstung der Schwefel-, Arsen- und Antimon-
verbindungen der Metalle. 52
A. Die chlorierende Röstung der Schwefelmetalle . 52
B. Die chlorierende Röstung von Arsen- und Antimon-
metallen . 54
3. Die Reduktion der Metalloxyde 54
A. Abscheidung der Metalle aus Metalloxyden auf trockenem
Wege 55
Reduktion von Oxyden durch einfaches Erhitzen derselben 55. -
Reduktion der Oxyde durch Erhitzen derselben mit reduzierenden
Körpern 55. - Die einzelnen Reduktionsmittel 56.
B. Reduktion der Oxyde durch den elektrischen Strom 60
C. Abscheidung der Metalle aus Metalloxyden auf dem ver-
einigten trockenen und nassen Wege. 60
4. Die Abscheidung der Metalle aus Schwefelmetallen 61
A. Abscheidung der Metalle ans Schwefelmetallen auf
trockenem Wege 61
Di7"ekte Abscheidung de7" Jvletalle aus Schwefelmetallen 62
Dnrch Erhitzen von Schwefelmetallen bei Luftabschluß 62. Durch
Erhitzen von Schwefelmetallen bei Luftzutritt 62. - Durch Erhitzen
der Schwefelmetalle mit gewissen Metallen 62. - Durch Erhitzen
von Schwefelmetallen mit Metalloxyden 63. - Durch Erhitzen von
Schwefelmetallen mit Metallsalzen 63. .- Durch den elektrischen
Strom 64.
Indi7"ekte Abscheidung de7" .Metalle aus Schwefelmetallen 65
B. Abscheidung der Metalle aus Schwefelmetallen auf dem
vereinigten trockenen und nassen Wege 65
C. Abscheidung der Metalle aus Schwefelmetallen auf
elektrometallurgischem Wege. 67
5. Die Verschlackung der wertlosen Körper bei Schmelzprozessen 68
Die Silikatschlacken . 69
Die Schmelzbarkeit der Schlacken 70. - Die Flüssigkeit der Schlacken
und die Art, wie sie erstarren 72. - Die Struktur der Schlacken 73.
-- Die Farbe der Schlacken 74. - Das spez. Gewicht der Schlacken
74. - Verhalten von Flußspat, Schwefelmetallen, Schwerspat und
Gips bei der Schlackenbildung 74. - Oxydschlacken 75.
Inhalt. VII
Seite
DRITTER ABSCHNITT.
Die Körper, mit deren Hilfe die Abscheidung der
JIetalle herbeigeführt oder gefördert wird .76
1. Auf troekenem Wege 77
I. Bei Brennverfahren . . . . . • . . 77
Oxydationsmittel 77. - Reduktionsmittel 77. - Chlorierungsmittel 78.
- Kohlungsmittel 78.
2. Bei Schmelzverfahren . 78
Oxydationsmittel 78. - Reduktionsmittel 78. - Reaktionsmittel 79. -
Niederschlagsmittel 79. - Schwefelungsmittel 79. - Arseniziernngs
mittel 80. - Chlorierungsmittel 80. - Kohlungsmittel 80. - Auf
lösungsmittel für Metalle 80. - Verschlackungsrnittel 80. - Auf
lockerungs mittel 82. - Zerlegungsmittel für Legierungen 82. Zer
legungsmittel für Salze 82.
3. Bei Verdampfungsverfahren . 82
Oxydationsmittel 83. - Reduktionsmittel 83. - Niederschlagsmittel
83. - Schwefelungs- bezw. Arseniziernngsmittel 83. - Zerlegungs
mittel für Salze 83.
II. Auf nassem Wege. . 83
I. Bei Verfahren des nassen Weges im engeren Sinne 83
A. Hilfsmittel für die Lösung . 83
B. Lösllngsmittel .... ... . 84
C. Mittel zur Vorbereitung der Lösllngen für die Fällllng 84
D. Fällungsmittel. 84
2. Bei Amalgamationsverfahren 85
A. Die Hilfsmittel. . 85
B. Die Amalgamiermittel 85
III. Auf elektrometallurgisehem Wege 86
VIERTER ABSCHNITT.
Die Erzeugung der für die lUetallgewinnung erforder-
lichen Wärme. 87
1. Die Wärmeerzeugung flureh ehemisehe Vorgänge. 87
I. Die Verbrennung . . . . . 88
Verbrennung der Brennstoffe, welche Bestandteile der metallhaItigen
Körper bilden 88. -Verbrennung der eigentlichen Brennstoffe 89. -
Die Temperatllren, bei welchen die Verbrennung stattfindet 89. -
Verbrennung mit Flamme und ohne Flamme 90. - Vollkommene
und unvollkommene Verbrennung 91.
2. Die bei der Verbrennung entwickelte Wärme . 92
A. Die Verbrennllngswärme . . . . . . . . . . . 93
Ermittelung der Verbrennungswärme durch das Kalorimeter 94. -
Das Kalorimeter von Fischer 95. - Berthelotsche Bombe 95. -
Kalorimeter von Junkers 98. - Berechnung der Verbrennungswärme
aus der elementaren Zusammensetzung der Brennstoffe 101. - Er
mittelung der Verbrennllngswärme nach der Methode von Berthier 103.
B. Die Verbrennungstemperatur .. .. 105
Ermittelung der Verbrennungstemperatur durch Recllllung 105. -
Dm·ch Messung 109. - Pyrometer, welche auf die Anderungen der
Dimensionen fester Körper gegründet sind 109. - Metallpyrometer
110. - Graphitpyrometer 111. - Pyrometer, welche auf die Aus
dehnung von Flüssigkeiten gegründet sind 111. - Quecksilber
thermometer 111. - Pyrometer, welche auf die Ausdehnung von
VIII Inhalt.
Gasen gegründet sind 111. - Luftpyrometer 1p. - Pyrometer von Seite
Wiborgh 113. - Pyrometer, welche auf die Anderung der Dampf
spannung gewisser Körper mit der Temperatur derselben gegründet
sind 117. - Pyrometer, welche auf die Schmelzpunkte von festen
Körpern gegründet sind 118. - Pyrometer, welche auf die Dissoziation
von Körpern gegründet sind 122. - Pyrometer, welche auf optische
und akustische Erscheinungen gegründet sind 122. - Pyrometrisches
Sehrohr von Mesure und Nouel 122. - Thermophon von Wiborgh
124. - Pyrometer, welche .auf die Elektrizität gegründet sind 125. -
Siemenssches Widerstandspyrometer 125. - Thermostrompyrometer
128 ... - Pyrometer von Le Chatelier 129. - Pyrometer, welche auf
die Ubertragung der Wärme an Flüssigkeiten gegründet sind 131. -
Kalorimeter von Fischer 132. - Kalorimeter von W (;linhold 133.
3. Die Brennstoffe im engeren Sinne 134
A. Na tür liehe Brennstoffe 134
a) Feste Brennstoffe. 134
Das Holz . . ........ 135
Einteilung der Hölzer 135. Zusammensetzung des Holzes 136. -
Spezifisches Gewicht 139. - Brennbarkeit 140. - Absoluter Wärme
effekt 140. - Verbrennungstemperatur 140. - Gewinnung und
Vorbereitung des Holzes 141. - Darren des Holzes 141.
Der Torf.. ......... . 142
Hochmoore 142. - Wiesenmoore 143. - Mischmoore 143. - Zu
sammensetzung des Torfs 144. - Spezifisches Gewicht 147. - Ver
brennungswärme 147. - Gewinnung des Torfs 148. - Erhöhung
des Wärmeeffektes des Torfs 149.
Die Braunkohle . . . . . . . . 149
Einteilung der Braunkohlen 150. Zusammensetzung 151. -
Spezifisches Gewicht 152. - Verbrennungswärme 152. - Vo rbe
reitung der Braunkohle 153. - Die Herstellung der Preßkohlen
153. - Naßpreßsteine 153. - Herstellung der Briketts 154. -
Trocknen des Kohlenkleins 155. - Feuertelleröfen 156. - Luft
trockenöfen 157. - Dampft rockenöfen 158. - Pressen des getrock
neten Kohlenkleins 162;
Die Steinkohle . . . 164
Zusammensetzung 164. - Spezifisches Gewicht 166. - Verhalten
der Steinkohle beim Liegen an der Lnft 167. - Verbrennungswärme
168. - Einteilung der Kohlen 168. - Vorbereitung der Steinkohlen
171. - Herstellung von Steinkohlenbriketts 171. - Wärmeofen
von Heim 172. - Presse von Couffinhall 174.
b) Flüssige Brennstoffe 176
c) Gasförmige Brennstoffe 177
B. Die künstlichen Brennstoffe 178
a) Die künstlichen festen Brennstoffe . 178
Die Holzkohle. . . . " . . . . . . .. 178
Zusammensetzung 179. - Spezifisches Gewicht 180. - Brennbarkeit
180. - Verbrennungswärme 180. - Verwendung der Holzkohle 181.
- Darstellung der Holzkohle 181. - Die Verkohlung, bei welcher
der Hauptzweck die Gewinnung der Holzkohle ist 182. - Die Ver
kohlung in Meilern 182. - Anlage der Meilerstätte 184. - Richten
des Meilers 185. - Decken des Meilers 186. - Verkohlungsbetrieb
187. - Die Haufenverkohlung ).89. - Die Verkohlung in Gruben
192. - Die Verkohlung in Ofen 192. - Die Verkohlung, bei
welcher sowohl die Gewinnung von Holzkohle als auch die Ge
winnung von Destillaten Hauptzweck ist 195. - Die Retorten
verkohlung 195. - Die Meilerofenverkohlung 196. - Die Ver
kohlung, bei welcher der Hauptzweck die Gewinnung von Destillaten
ist 197.
Inhalt. IX
Seite
Die Torfkoble . . . . . . . 198
Darstellung der Torfkohle 198. - Meiler- und Haufenverkohlung 198.
- Ofenverkohlung 199. - Retortenverkohlung 199.
Die Brannkoblenkoks 200
Die Steinkoblenkoks . .. . .... 200
Zusammensetzung 202. - Spezifisches Gewicht 203. - Brenn
barkeit 203. - Verbrenungswärme 203. - Verwendbarkeit der
Kohlen zur Verkokung 204. - Die Herstellung der Koks 206. -
Die Verkokung unteF Luftzutritt 206. - Verkokung in Meilern .und
Haufen 206. - Verkokung in Stadeln 207. - Ver.kokung in Ofen
209. - Verkokung unter LnftabschlnB 210. - Ofen mit inter
mittierendem Betriebe 211. - ..O fen mit senkrechter Hanptachse 212.
_. Qfen von Appolt 212. - Ofen mit horizontaler Hauptachse 215.
- Ofen mit vertikalen Zügen 218. - Ofen von Fran~ois-Rexroth 218.
- Coppee-Ofen 219. - Coppee-Otto-Ofen 220. -- Der Coppee-Ofen
für die Gewinnung von Teer, Ammoniak und Benzol 222. - Ver
besserter Hoffmann-Otto-Ofen 224. - Neuester Otto-Ofen 225. -
Öfen mit horizontalen Gaszügen 227. - Ofen von Haldy 227. -
Ofen von Smet 227. - Ofen von Wintzeck 228. - Ofen von Carves
229. - Ofen von Carves-Hüssener 230. - Ofen von Festner-Hoff
mann 232. - Ofen von Semet-Solvay 232. - Koksöfen mit konti
nuierlichem Betriebe 233. - Die Gewinnung von Teer, Ammoniak
und Benzol aus den Koksofengasen 234.
b) Die künstlichen flüssigen Brennstoffe . 240
c) Die künstlichen ga~förmigen Brennstoffe 241
Die Verkoblungsgase . . 242
Das Generatorgas oder Luftgas . . . 242
Die Vorrichtungen zur Herstellung des Generatorgases 245. -
Gruppengenerator von Siemens 246. - Generator von Boetius 248.
- Generator von Bicheroux 248. - Gebläsegenerator 249. -
Generator von Groebe-Lürmann 250.
Das Gicbtgas 252
Vergasung des Koblensto:lfs durcb Koblensäure 254
Das Wassergas .. . . . 255
Gaserzeuger 257. - Gaserzeugung nach Dellvik 259.
Miscbgas. . . . . . .. ..... . 261
Generator von Taylor 262. - Generator von Fichet und Heurty 263.
4. Die praktische Ausführung der Verbrennung der Brennstoffe 264
A. Die Einrichtungen zur Verbrennung der Brennstoffe. 264
a) Die Verbrennung feste?' Brennstoffe 264
Die Verbrennung fester Brennsto:lfe in besonderen Feuerungsanlagen 265
Die Rostfeuerungen 265. - Der Planrost 266. - RuBbildung 267.
Halbgasfeuerung 269. - Der Treppenrost 269. - Der Etagenrost
271. - Die Pultrostfeueruug 272. - Rostfeuerungen für feinkörnige
Brennstoffe 273. - Feuerungsanlagen ohne Rost 274. - Kohlenstaub
feuerungen 274.
Die Verbrennung fester Brennsto:lfe ohne besondere Feuerungsanlagen 275
b) Die Einrichtungen zur Ve?'b?'ennung flüssige1' Brennstoffe . 276
Zerstäubungsfeuerung 276. - Vorrichtung von Lenz 276. - Vor
richtung von Brandt 277. - Vorrichtung von Tentelew 277. -
Feuerung von Nobel 277.
c) Die Einrichtungen zur Ve1'urennung gasförmiger Brennstoffe . . 278
Erhitzung der Gase und der Verbrennungsluft 280. - Die Boetius
Feuerung 280. - Die Bicheroux-Feuerung 281. - Feuerungen mit
Wärmespeichern 282. - Die Siemens-Feuerung 282. - Die Pütsch
Feuerung 287. - Die Rekuperatorfeuerungen 288. - Feuerung von
x Inhalt.
Seite
Ponsard 288. - Feuerung von Lürmann 291. - Feuerung von
Daelen und Blezinger 292. - Wassergasfeuerungen 293. - Feuerungen
für Kohlenwasserstoffe 293.
B. Die Einrichtungen, welche die Zufuhr der Luft zu den
Brennstoffen und die Abführung der gasförmigen Ver-
brennungserzeugnisse bewirken. 293
Die Esse 293.
Beurteilung der Feuerungen 297
H. Die Wärmeerzeugung durch den elektrischen Strom • 298
FÜNFTER ABSCHNITT.
Die Erzeugung der :für die ltIetallgewinnung
erforderlichen Elektrizität. . . . .301
I. Grundlagen für das Verständnis des elektrischen Stromes. 301
Leitung der Elektrizität 301. - Leitungswiderstand 302. - Strom
stärke 303. - Elektromotorische Kraft 303. - Potential 303. -
Ohmsches Gesetz 303. - Elektrische Energie 304~ - Elektrisches
Wärmeäquivalent 305. - Mechanisch-elektrisches Aquivalent 305. -
Wärmetönung 306. - Faradaysches Gesetz 308. - Joulesches Ge-
setz 309.
H. Die Stromerzeugung . . 309
Magnetinduktion 309. - Dynamomaschinen 311. - Hauptstrom
maschinen 312. - Nebenschlußmaschinen 313. - Maschinen mit
gemischter Bewickelung 314.
IH. Theorie der Elektrolyse . 316
Osmotischer Druck 316. - Theorie von Arrhenius 317. - Haft
intensität 317. - Molekulare Leitfähigkeit 318. - Äquivalente Leit
fähigkeit 318. - Gesetz der unabhängigen Wanderungsgeschwindig
keiten 319. - Elektrolytischer Lösungsdruck 321. - Definition der
1}lektrolyse 322. - Faradaysches Gesetz 322. - Elektrochemische
Aquivalente.323. - Polarisation 325. - Stromdichte 327. - Wider
stand des Uberganges 327.
IV. Praktische Ausführung der elektrometallurgischen Verfahren. 327
SECHSTER ABSCHNITT.
Die Vorrichtungen für die ltIetallgewinnung 330
I. Die Abscheidungsvorrichtungen nebst Zubehör. 331
I. Die Abscheidungsvorrichtungen auf trockenem Wege. . .. 331
A. Die Öfen . . . . .. ..... . . . 331
Die Materialien zum Ofenbau 332. - Die feuerfesten Materialien 333.
- Feuerfeste Materialien mit Kieselsäure als wesentlichem Bestand-
teile 334. - Feuerfeste Materialien mit Tonerde als wesentlichem
Bestandteile 335. - Feuerfeste Materialieu mit Kalk bezw. Magnesia
als wesentlichen Bestandteilen 336. - Feuerfeste Materialien mit
Oxyden des Eisens als wesentlichen Bestandteilen 337. - Feuer-
feste Materialien mit Silikaten als wesentlichen Bestandteilen 337. -
Feuerfeste Materialien mit Kohlenstoff als wesentlichem Bestandteil
344. - Bindemittel für feuerfeste Steine 344. - Aus Metallen oder
Legierungen bestehende feuerfeste Materialien 344.
Allgemeine Einrichtung der Öfen . . . . . 345
Einteilung der Öfen . . . . . • . . . . • . 345
I. Öfen, in welchen die Hitze durch Verbrennung von Brennstoffen
erzeugt wird . 345