Doppelmuffelofen zur Zugutemachung silicatischer Kupfererze; von Hunt und Silliman. Mit Abbildungen auf Taf. XI [c.d/1]. Hunt und Silliman's Doppelmuffelofen für Kupfererze. Auf der seit langen Jahren in Abbau stehenden mächtigen, neben Kupferkies auch Malachit und Kieselkupfererz führenden, in einer auf den laurentinischen Gneißen des Welshgebirges ruhenden und im Norden von Discordant aufgelagerten, mit mesozoischen Sandsteinen bedeckten Zone von milden Schiefergesteinen aufsetzenden Magneteisensteinlagerstätte der Jones- oder Johannes-Grube bei Springfield (Penn., Nordamerika) kommt ein eigenthümliches Kupfererz vor, welches von den dortigen Bergleuten als „Thonerz“ (clay-ore) oder „thoniges Kupfercarbonat“ (clay carbonate of cooper) unterschieden, von Dr. T. Sterry Hunt aber, mit Hindeutung auf die mythologisch-alchemistische Bezeichnung des Kupfers, „Venerit“ genannt worden ist. Auf der westlichen Seite der jetzt zur Magneteisengewinnung in Abbau stehenden Pinge setzen unregelmäßige Lager des erwähnten, im Durchschnitte 6 bis 7 Proc. Kupfer enthaltenden Minerals auf, von welchem mittels kleiner Schächte und Stollen seit einigen Jahren mehrere 1000t gewonnen wurden. Den Ergebnissen neuerer Ausrichtungsarbeiten zufolge bildet der Venerit regellose, den milden, anscheinend in Verwitterung begriffenen und die großen Lagerstöcke von Magneteisen unterteufenden Schiefern eingelagerte, mit einem grobkörnigen, kupferarmen Minerale und eisenschüssigen Zwischenmitteln von gleichem Streichen und Fallen wechselnde Schichten, welche von zahlreichen Quarztrümmern abgeschnitten werden und bei einer Mächtigkeit von 6 bis 8 Fuß (1,83 bis 2m,44) 3 bis 6 Proc., bei einer solchen von ½ Zoll (12mm,7) und darüber 10 bis 12 Proc. Kupfer geben. Diese reineren Erzportionen zeigen im feuchten Zustande eine apfelgrüne, beim Trocknen zum Grünlichweiß sich abändernde Farbe. Das Mineral ist frei von Carbonaten, durchaus nicht thonartig und bildet eine Art von Kupferchlorid, ein Hydrosilicat von Magnesia, Kupferoxyd, Thonerde und Eisenoxyd. Von verdünnten Säuren wird es wenig angegriffen, von concentrirter Schwefelsäure aber unter Abscheidung von flockiger, durch Behandlung mit verdünnter Natronlauge von beigemengtem Quarz- und Magneteisensand leicht zu trennender Kieselsäure zersetzt. In einem durch sorgfältiges Waschen und Schlemmen von gröbern Körnern und den feinsten, lange suspendirt bleibenden Theilchen befreiten Antheile des Minerals fand G. W. Hawes: Ungelöstes 6,22 oder nach SiO 2 30,73 SiO 2 28,93 Abzug des Al 2 O 3 14,67 Al 2 O 3 13,81 Ungelösten Fe 2 O 3 5,35 Fe 2 O 3 5,04 FeO 0,29 FeO 0,27 MgO 18,55 MgO 17,47 CuO 17,58 CuO 16,55 H 2 O 12,83 H 2 O 12,08 ––––– ––––– 100,37 100,00 und berechnete aus diesen Ergebnissen das Sauerstoffverhältniß zwischen Monoxyden, Sesquoxyden, Säure und Wasser zu sehr annähernd 4:3:6:4, so daß die Zusammensetzung des Venerits (falls das Mineral eine homogene Substanz ist) den Chloriden nahe steht. Die Verhüttung dieses Erzes bot eine interessante Aufgabe dar, indem es einerseits bei seiner Strengflüssigkeit der Beschickung nur in geringen Mengen zugesetzt werden kann, anderseits eine hydrometallurgische Behandlung zu kostspielig sein würde, da zur Extraction des Kupfers eine vollständige Zersetzung des Silicats durch Säuren erforderlich ist. Während nach J. Douglas jun. Beobachtungen dem Kieselkupfererze (Chrysocolla), einem einfachen Kupfersilicate, durch Digestion mit einer kochsalzhaltigen Eisenchlorürlösung das Kupfer vollständig entzogen wird, verhält sich der Venerit indifferent gegen eine solche Lösung sowohl vor, als nach dem Zubrennen (Glühen). Hunt fand indessen, daß das Erz nach dem Erhitzen mit kohlenstoffhaltigen Substanzen in verschlossenen Gefäßen zu Dunkelrothglut seinen Kupfergehalt an die Kochsalz-Eisenchlorürlösung rasch abgibt, indem ohne Zweifel durch diese Behandlung das Kupfer des Silicats zunächst zu Metall reducirt und dann beim Erkalten an freier Luft rasch zu einem Gemenge von Oxydul und Oxyd umgewandelt wird, welches sich mit Eisenchlorür zu Kupferchlorür und Kupferchlorid umsetzt. Proben des Erzes, mit einem geringen Zusatze von Holz oder bituminösem Steinkohlenpulver 3 bis 4 Stunden lang zu gelindem Rothglühen erhitzt und an der Luft erkaltet, gaben an die erwähnte heiße Flüssigkeit ihren ganzen Gehalt an Kupfer ab, welches letztere zum größten Theil als Chlorür in Lösung ging, wie daraus hervorgeht, daß zum Fällen von 100 G.-Th. metallischen Kupfers aus der farblosen Flüssigkeit nur ungefähr 47 Th. metallisches Eisen erforderlich waren. Diese Beobachtungen Hunt's wurden bald verwerthet, und jetzt werden, nach den Mittheilungen im Engineering and Mining Journal, October 1876 S. 263 auf den Werken der „Chemical Copper Company“ zu Phönixville (Pa.) täglich mehrere Tonnen „Thonerze“ auf hydrometallurgischem Wege verhüttet. Professor B. Silliman construirte unter thätiger Beihilfe von Wm. Edmondson für die Behandlung dieser und ähnlich beschaffener Erze in continuirlichem Betriebe einen besondern, im Januar 1876 in Phönixville ausgeführten Muffelofen, der in den Figuren 18 bis 23 nach den Werkzeichnungen abgebildet ist. Die Form, die Dimensionen und die ganze Einrichtung desselben wurde durch die besondern Eigenschaften des Erzes bedingt, welches, von der Grube mit einem Gehalte von 20 bis 25 Proc. Bergart angefahren, beim Trocknen zu einem leichten, lockern, mit Stücken von unzersetztem Gestein gemengten Pulver zerfällt. In diesem Zustande läßt es sich mit Steinkohlenpulver oder einer ähnlichen reducirend wirkenden Substanz ohne Mühe innig mengen. Da es ein auffallend schlechter Wärmeleiter ist, gleichzeitig aber die Muffelwandungen zu möglichster Beschränkung des Brennstoffverbrauches möglichst schwach sein müssen, so dürfen die Chargen von nur geringer Dicke sein, um ein rasches Erhitzen derselben zu ermöglichen und zu starke Belastung der Wand zu vermeiden. Die Wände der beiden Muffelkammern oder Muffeln sind aus den besten, eine Schicht stark mit größter Sorgfalt gelegten und mit den Umfassungsmauern an mehrern Stellen fest verbundenen feuerfesten Ziegelsteinen construirt (Fig. 19 und 22). Die 10 Fuß (3m,05) hohen, 12 Fuß (3m,66) tiefen und 2 Fuß (0m,61) breiten Kammern fassen je etwa 14000 bis 15000 Pfund (6350 bis 6804k) trocknes Erz, von welchem in frisch gefördertem Zustande die Bergtonne ungefähr 33 Cubikfuß (0cbm,934) im Gewichte von 2352 Pfd. (1067k) faßt, während es nach dem Trocknen etwa 75 Pfd. pro 1 Cubikfuß (etwa 1200k pro 1cbm) wiegt. Aus dem in der Mitte zwischen beiden Muffeln liegenden Herde strömen die Feuergase zunächst nach außen, dann aufwärts zwischen die äußern Muffelwände und die Umfassungsmauern, hierauf wieder abwärts in den zwischen beiden Muffeln befindlichen mittleren Raum, wo sie durch einen aus Figur 19 ersichtlichen gemauerten horizontalen Scheider dem unter der zum Trocknen des Erzes dienenden Sohle hinwegstreichenden Systeme von Zügen zugeführt werden und, nachdem sie die Muffelwände in deren ganzen Ausdehnung bestrichen haben, schließlich der Esse zuströmen. Diese Einrichtung bewährte sich als ganz zweckentsprechend, indem sämmtliche Theile der Muffelkammern sehr gleichmäßig erhitzt werden. Die von den Feuergasen, wie Figur 18 zeigt, vor ihrem Eintritte in die Esse erhitzte Trocknungssohle hat über 500 Quadr.-Fuß (46qm,45) Fläche und ist aus großen, auf den Scheidewänden der Züge ruhenden Breitziegeln construirt (Fig. 19). Jede Muffel hat zwei zum Eintragen der Beschickung dienende, mit einer Eisenplatte bedeckte Oeffnungen, die mit einem zum Entweichen der während des Calcinationsprocesses entwickelten Wasserdämpfe und Gase, gleichzeitig auch zum bequemen Oeffnen und Schließen der Oeffnung dienenden Gasrohre versehen sind. Die zum Austragen der geglühten Beschickung bestimmten beiden ausbalancirten Thüren (Fig. 23) bewegen sich in senkrechten Führungen. Die zum Transporte des reducirten Erzes dienenden Wagen stehen dicht unter und vor den Austragsthüren. Die Reduction des Kupfersilicats in diesen Muffeln dürfte entweder durch unmittelbare Einwirkung des Kohlenstoffes auf das Kupferoxyd (C + CuO = CO + Cu), oder durch gleichzeitige Einwirkung von Kohlenwasserstoffgasen und Kohlenoxyd auf das letztere—in diesem Falle unter Bildung von Wasser und Kohlensäure—vermittelt werden. Anthracitpulver als Reductionsmittel wirkt, wie die Erfahrung bald lehrte, viel zu langsam und erfordert eine zu hohe Temperatur, um irgend vortheilhaft zu sein; eine mit diesem Materiale beschickte Erzpost war selbst nach 48 stündigem, ununterbrochenem Glühen nur theilweise reducirt. Weit besser wirkte Pulver mit bituminöser Steinkohle; die Reduction erfolgte zwar vollständig, nahm indessen noch immer zu viel Zeit in Anspruch, indem ein auf der Trocknungssohle vorgerichtetes Gemenge von 15000Pfd. (6804k) trocknem Erz und 1500 Pfd. (680k) Steinkohlenpulver zur Reduction 60 Stunden erforderte, während man von vorn herein bezüglich der Dauer des Reductionsprocesses und des durch dieselbe bedingten Brennstoffverbrauches günstigere Resultate erwartet hatte. Nachdem dessenungeachtet dieses Verfahren mehrere Monate mit recht günstigen Ergebnissen befolgt worden, kam man auf die Anwendung von Steinkohlentheer, von welchem 1 Barrel (etwa 400 Pfd. oder 181k) an Stelle der 1500 Pfd. (680k) Steinkohlenpulver genommen wurde. Die Reduction erfolgte nun vollständig binnen 30 Stunden, und zwar bei einer niedrigern Temperatur als früher bei der Anwendung von Steinkohlen, was leicht erklärlich ist. Beim Erhitzen eines möglichst innigen Gemenges von Erz und Theer in der Muffel tritt eine chemische Wirkung erst bei Dunkelrothglut (unter 500°), also bei einer Temperatur ein, bei welcher bekanntlich in einem Kohlenwasserstoffstrom die Reduction der Eisenoxyde zu Eisen erfolgt, bei der aber der Theer reichliche Dämpfe abgibt, welche die bereits ziemlich stark erhitzte Beschickung in dem geeigneten Momente durchdringen und eine rasche und sehr vollständige Reduction des Kupfers vermitteln, wogegen das bei Anwendung von Anthracit, Holzkohle oder Koke entwickelt Kohlenoxyd nur langsam auf das Kupferoxyd wirkt, wozu überdies eine beträchtlich höhere Temperatur erforderlich ist, bei Benutzung bituminöser Steinkohle aber ein beträchtlicher Antheil, der bei einer unter dem Reductionspunkte des Kupfersalzes liegenden Temperatur aus jenem Brennstoffe entwickelten Hydrocarbüre für den Proceß verloren geht und die zurückbleibenden Kokes in Folge ihres unvortheilhaften Aggregatzustandes nur langsam und unvollständig zu wirken vermögen. Allem Anscheine nach entsprechen die Dimensionen und Einrichtungen des beschriebenen Muffelofens dieser in jeder Art vortheilhaften Wirkungsweise des Kohlentheers aufs Beste; nur dürfte eine vollkommenere Heizmethode für die Muffeln dringendes Bedürfniß sein, weshalb auch die Anlage von Gasgeneratoren definitiv beschlossen ist, nachdem die mit einem solchen Ofen 9 Monate lang in continuirlichem Betriebe im Großen ausgeführten Versuche die bedeutenden Vorzüge derselben deutlich klargelegt haben und ein Umbau des Feuerraumes durch die Anlage eines Gasofens nicht erforderlich gemacht werden wird. Beim Ausziehen der Chargen oxydirt sich das reducirte Kupfer in Folge der Berührung mit der äußern Luft sofort und löst sich in diesem Zustande im Hunt-Douglas-Bade leicht auf. Das geglühte, vorher feinpulverige Erz zeigt eine merkwürdige Texturveränderung; es ist ganzkörnig geworden, so daß es vom gedachten Lösungsmittel leicht und vollkommen durchdrungen wird, während es vor dem Glühen und der durch dasselbe vermittelten Beseitigung des Hydratwassers für Flüssigkeiten fast ganz undurchdringlich ist. H. H.