Titel: Karsten, über die Beimischungen des Zinks welche Einfluß auf dessen Festigkeit haben.
Autor: Karsten, Carl Johann Bernhard
Fundstelle: 1842, Band 86, Nr. XXVIII. (S. 111–118)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj086/ar086028

XXVIII. Ueber die Beimischungen, welche Einfluß auf die Festigkeit des Zinks haben; von Karsten.

Aus Karsten's Archiv durch das polyt. Centralblatt 1842, Nr. 55 und 54.

Der Galmei, welcher das Material für die oberschlesischen Zinkhütten liefert, wird zwar auf einer und derselben Lagerstätte gewonnen, indeß zeigt das daraus dargestellte Zink doch ein sehr verschiedenes Verhalten, indem es bald eine hinreichende Geschmeidigkeit besizt, um sich unter den Wälzen zu guten und haltbaren Blechen auswalzen zu lassen, bald einen so hohen Grad von Sprödigkeit erreicht, daß es kaum zu starken Stürzen ausgestrekt werden kann und die Ausdehnung der Stürze zu Blechen nicht gestattet, indem schon die Stürze rissig werden und bei dem weiteren Ausstreken zu Blechen theils ganz aufreißen, theils sogar zerbrökeln und zu größeren und kleineren Stüken zerfallen. Aber auch das Zink, welches hinreichende Dehnbarkeit besizt, um fertige Bleche ohne Kantenrisse zu liefern, zeigt in dem Zustande als Zinkblech sehr verschiedene Grade der Festigkeit. Einige Bleche gestatten nicht das einfache Umbiegen oder Falzen, ohne eine rauhe Falzkante zu erhalten, welche bei dem Aufbiegen des Falzes das Zerreißen des Bleches zur Folge hat; andere Bleche zerreißen schon beim ersten Umbiegen; noch andere sind so fest und geschmeidig, daß die Falzen mehreremale auf- und zurükgebogen werden können, ehe sie einreißen. Zinkbleche, die unter den Walzen ohne bedeutende Kantenrisse schon so weit ausgestrekt sind, daß der Quadratfuß etwa 2 Pfd. wiegt, lassen eine größere Ausdehnung bei der Walzarbeit zu und erlangen dadurch eine größere Festigkeit und Biegsamkeit. Dasselbe Zinkblech, welches bei einer Stärke, die dem Gewicht von 3 bis 3 1/2 Pfd. auf den Quadratfuß entspricht, das einfache Umbiegen nicht ertragen würde, ohne zu zerreißen, läßt sich leicht und öfter hin und her biegen, ohne Risse zu erhalten, wenn es so dünn ausgewalzt worden ist, daß der Quadratfuß nur 1/2 bis 3/4 Pfd. wiegt, und diese Biegsamkeit nimmt bei noch größerer Ausdehnung unter den Walzen zu. Das Zink, verhält sich |112| also nicht anders wie jedes andere Metall, dessen Biegsamkeit sich ebenfalls vergrößert, zu je größeren Dimensionen es ausgedehnt worden ist. Eine Vergleichung der Festigkeit und Biegsamkeit verschiedener Zinkbleche kann daher nur bei Blechen von gleichen Dimensionen der Stärke stattfinden. Aber auch die Behandlung des fertigen Bleches, nachdem es die Walzen verlassen hat, übt einen Einfluß auf die Festigkeit und Biegsamkeit desselben aus. Dasselbe Blech zeigt immer eine beträchtlich größere Festigkeit, wenn es nach der Vollendung nicht wieder erwärmt wird, als wenn man es demnächst einer Temperatur von etwa 120° R. aussezt und dann langsam erkalten läßt. Dieß Abwärmen (das sogenannte Ausglühen) der Bleche vermindert also in gleicher Art, wie es bei allen zu Blechen ausgedehnten oder zu Draht ausgezogenen Metallen der Fall ist, die Festigkeit, und man würde aus diesem Grunde das Ausglühen unterlassen müssen, wenn das ausgewalzte Blech nicht zugleich einen solchen Grad der Steifigkeit und Unbiegsamkeit besäße, daß es dadurch für manche Zweke – z.B. für die Anfertigung von Klempnerwaaren – zur weiteren Verarbeitung unbequem wird, so daß man genöthigt ist, die Biegsamkeit des Zinkbleches auf Unkosten seiner Festigkeit durch das Ausglühen zu erhöhen. Es verdient bemerkt zu werden, daß das nicht ausgeglühte Zinkblech beim Hin- und Herbiegen keinen Laut vernehmen läßt, daß es aber ein knirschendes Geräusch (ähnlich dem des reinen Zinnes) hervorbringt, wenn es nach dem Ausglühen gebogen wird. Bei sehr festem ausgeglühtem Zinkblech ist dieß Geräusch oft kaum zu bemerken, aber es nimmt in dem Verhältniß zu, in welchem die Sprödigkeit und Brüchigkeit der Bleche größer werden.

Welches Verfahren bei der Gewinnung des Zinkes aus seinen Erzen auch angewendet wird, sey es die Destillation aus Muffeln (Oberschlesien, Polen, Graubündten), oder aus stehenden Röhren (Süddeutschland), oder aus liegenden Röhren (Westdeutschland, Belgien), oder aus Tiegeln (England), so wird das Zink doch zuerst immer in der Gestalt von einzelnen regulinischen Tropfen erhalten, welche an einander schmelzen und eine traubenförmige Masse (Werkzink) bilden. Gleichzeitig mit den zu regulinischen Tropfen sich verdichtenden Dämpfen wird auch ein Theil der regulinischen Dämpfe wieder oxydirt, also Zinkoxyd gebildet, welches einer abermaligen Reduction unterworfen werden muß. Wenn die Zinkerze ein anderes Metall beigemischt oder beigemengt enthalten, welches noch flüchtiger und oxydirbarer ist als das Zink, so müßte die stärkste Verunreinigung des Zinkes mit diesen Metallen in denjenigen regulinischen und oxydirten Zinkproducten gesucht werden, welche sich in dem |113| ersten Stadio des Destillationsprocesses erheben, und diese Vermuthung zeigt sich auch in der That begründet, indem die zinkischen Producte zu Anfang der Destillation unreiner sind als die gegen das Ende der Operation gewonnenen; so wie auch das Zinkoxyd mit den Oxyden anderer Metalle stärker verunreinigt ist, als das gleichzeitig mit dem Oxyd sich regulinisch verdichtende Zink mit den Metallen dieser Oxyde, insofern das verunreinigende Metall flüchtiger, oder wenigstens leichter reducirbar ist, als das Zink.

Da das Werkzink nur schwach zusammenhängende Tropfen bildet und noch starke mechanische Beimengungen von Zinkoxyd einschließt, so kann das Metall in diesem Zustande zu technischen Zweken nicht verwendet, sondern das Werkzink muß zuvor umgeschmolzen und in der Gestalt von Barren oder von Platten (als sogenanntes Rohzink) in den Handel gebracht werden. Man gießt das umgeschmolzene Werkzink vorzugsweise in Formen, in welchen es die Gestalt der Platten erhält, weil es sich in dieser Gestalt zur weiteren Verarbeitung, besonders zum Ausstreken zu Blechen, am besten anwenden läßt. Dieß Umschmelzen findet auf den Zinkhüttenwerken selbst statt und man wendet dabei theils eiserne Kessel, theils Thontiegel an. Wenn man erwägt, daß die gußeisernen Kessel, deren Wände eine Metallstärke von 1 1/4 bis 1 1/2 Zoll erhalten, nach längerem Gebrauch so stark abgenuzt werden, daß sie Löcher erhalten, daß folglich der größte Theil der gußeisernen Wandungen in die Masse des geschmolzenen Zinkes übergeht, so mußte man daraus auf eine bedeutende Verunreinigung des Rohzinkes mit Eisen schließen. Dennoch ist nur auf wenigen Zinkhütten der Gebrauch der Thontiegel eingeführt, weil die eisernen Kessel bequemer und zuverlässiger in der Anwendung sind, indem sie nicht, wie die Thontiegel, dem Zerspringen bei starken Temperaturwechseln ausgesezt sind. Dieser Vorzug, den die eisernen Kessel vor den Thontiegeln besizen, ist so groß, daß man sich nicht entschließen kann, den Gebrauch der eisernen Kessel zu verlassen, ungeachtet die Ansicht ziemlich allgemein verbreitet ist, daß die Ursache der fehlerhaften Beschaffenheit des Zinkes und der Grund der Sprödigkeit der Zinkbleche vorzugsweise in der Verunreinigung des Zinkes mit Eisen, bei dem Umschmelzen des Werkzinks in eisernen Kesseln, zu suchen sey. Es scheint nicht, daß das Eisen beim Umschmelzen des Zinkes in den eisernen Kesseln unmittelbar mit dem Zink in Verbindung tritt, sondern es bildet sich zuerst eine Verbindung von vielem Zink mit wenig Eisen, d.h. die eisernen Wände des Kessels nehmen nach und nach bis 5 Proc. Zink auf, so daß sich die eisernen Kesselwände zuerst in diese Legirung umändern, welche dann allmählich von dem flüssigen Zink aufgelöst |114| wird. Für das bei der Umschmelz-Arbeit erhaltene Rohzink ist indeß der eigentliche Erfolg immer derselbe, es mag die Verbindung des Eisens mit dem Zink mittelbar oder unmittelbar zu Stande kommen.

Die Formen, in welche das geschmolzene Werkzink gegossen wird, sind in Oberschlesien gegossene offene, eiserne Formen, welche gewöhnlich auf den gußeisernen Platten stehen, mit denen der Feuerungsraum bedekt ist, in welchem der Schmelzkessel hängt, so daß die Formen sich immer in einem erwärmten Zustande befinden. Statt der offenen Formen hat man auch bedekte, oder aus zwei Gießkasten zusammengesezte gußeiserne Formen angewendet und das Zink bei senkrechter, bei liegender und bei geneigter Stellung des Formkastens in die Form gegossen, ohne dadurch eine Verschiedenheit im Verhalten des Rohzinkes bei dessen weiterer Verarbeitung erfahren zu haben.

Das Umschmelzen des Werkzinkes zu Rohzink auf den Zinkhüttenwerken ist eine Operation, welche, wie man schon seit der ersten Zinkblechfabrication in Schlesien erfahren und seitdem immer bestätigt gefunden hat, einen wesentlichen Einfluß auf den mehr oder weniger günstigen Erfolg der Verarbeitung des Rohzinkes zu Zinkblechen ausübt. Da indeß auf diese Umschmelz-Arbeit schon aus dem Grunde nicht immer die erforderliche Sorgfalt auf den Zinkhüttenwerken verwendet wird, weil das Werkzink bald mehr bald weniger mit der Zinkasche (Oxyd) verunreinigt ist und die Arbeiter daher bald eine stärkere, bald eine schwächere Einschmelzhize anwenden, auch überhaupt die Temperatur des eingeschmolzenen Werkzinkes beim Ausgießen in die Formen von den Arbeitern wenig berüksichtigt wird, so hat man sehr bald die Nothwendigkeit eingesehen, das zur Blechfabrication bestimmte Rohzink noch einmal mit größerer Sorgfalt einzuschmelzen und in die zur Blechbereitung geeigneten Formen zu gießen. Bei dieser Umschmelz-Arbeit, welche auf den Blechwalzhüttenwerken vorgenommen wird, bediente man sich aufänglich ebenfalls der eisernen Kessel, welche aber, weil die Temperatur niedriger als beim Einschmelzen des Werkzinkes gehalten werden konnte, weniger als bei dieser ersten Schmelzoperation angegriffen wurden. Zu den Gießformen, in welche das umgeschmolzene Rohzink ausgegossen wird, wendet man ebenfalls offene gegossene eiserne Formen an. Theils die Betrachtung, daß dem Zink bei dem Umschmelzen des Rohzinkes in eisernen Kesseln von Neuem Gelegenheit dargeboten werde, etwas Eisen aufzunehmen, theils die Voraussezung, daß das Rohzink noch mit kleinen Quantitäten von anderen Metallen verunreinigt sey, wodurch die Festigkeit des Zinkes beeinträchtigt werde, gaben die Veranlassung, mit dem Proceß des Umschmelzens des Rohzinkes eine Läuterungsarbeit oder eine Art von Saigerarbeit zu Verbinden, indem |115| man erwartete, daß dadurch wenigstens theilweise die fremdartigen Beimischungen des Zinkes entfernt werden würden. Die Umschmelz-Arbeit zur Darstellung der für die Blechbereitung bestimmten Zinkplatten – oder zur Bereitung des sogenannten raffinirten, geläuterten oder gereinigten Zinkes – wird daher jezt gewöhnlich auf dem Herd eines Flammenofens vorgenommen, auf welchem das Rohzink mittelst der Flamme des in dem abgesonderten Feuerungsraum auf einem Roste verbrennenden Brennmaterials eingeschmolzen wird. Die Herdmasse besteht aus einem nicht zu fetten, feuerfesten Thon. Die Construction des Herdes ist sehr verschieden. Theils bedient man sich eines geneigten Herdes, auf welchem das Rohzink langsam niederschmelzt und sich in der Herdgrube ansammelt, theils theilt man dem Herde eine oder mehrere Gruben zu, in welche das umzuschmelzende Zink eingetragen und geschmolzen wird.

Bei der Bearbeitung des umgeschmolzenen Rohzinkes unter den Walzen werden die Zinkblöke oder die Zinkplatten vorher bis zu 100 oder 110° R. erwärmt und in diesem Temperaturzustande zuerst zu Stürzen, und diese – nach vorhergegangener abermaliger Erwärmung bis zu einer Temperatur von 100–110° R. – zu Blechen ausgestrekt. Die Beurtheilung des erforderlichen Temperaturgrades muß den Arbeitern überlassen bleiben, welche darin auch sehr bald eingeübt werden und den Wärmofen zu behandeln lernen. Allein das verschiedenartige Verhalten der verschiedenen Zinksorten in einerlei Temperatur macht es mehr als wahrscheinlich, daß die Anwendung einer und derselben Temperatur für die verschiedenen Sorten des Zinkes fehlerhaft ist. Darüber fehlt es noch gänzlich an Erfahrungen. Man kann im Allgemeinen weichere und härtere Zinksorten unterscheiden; nur bei den ersteren kann die Temperatur ungestraft überschritten werden; auch gestatten nur die weicheren Zinksorten ein ununterbrochen wiederholtes Durchlassen durch die Walzen. Für die härteren Zinksorten sollte ein abgeändertes Verfahren bei der Walzarbeit stattfinden; es müßten nämlich mehrere Barren oder Platten gleichzeitig in Arbeit genommen werden, um sie abwechselnd durch die Walzen gehen zu lassen. Das weiche Zink erhizt sich beim Ausdehnen unter den Walzen in einem weniger bedeutenden und auch weniger Nachtheil verursachenden Grade, so daß die Platte ununterbrochen so oft unter die Walzen gebracht werden kann, bis sie ihre Vollendung als Sturz erhalten hat und dann zur weiteren Verarbeitung wieder gewärmt wird. Das harte Zink erhizt sich beim Aussinken aber so stark, daß die Temperatur, in welcher das Zink die größte Dehnbarkeit zeigt, ansehnlich überschritten wird. Eine Platte aus hartem Zink sollte daher nicht ununterbrochen ausgestrekt werden, |116| sondern sich langsam an der Luft bis zu dem richtigen Grade der Temperatur abkühlen, ehe sie wieder unter die Walzen gebracht wird. Ohne bedeutende Unterbrechung der Walzarbeit kann dieß nur geschehen, wenn die Einrichtung so getroffen wird, daß mehrere Barren oder Platten nach und nach, und mit einander abwechselnd, zu der Dimension der Stürze, oder zu derjenigen Dimension ausgedehnt werden, bei welcher sie, der Erfahrung nach, von Neuem geglüht werden müssen. Ohne Zweifel ist die Beibehaltung eines und desselben Verfahrens bei dem Walzen der härteren und weicheren Zinkarten eine sehr wesentliche Veranlassung zum Aufreißen und Unbrauchbarwerden der aus härterem Zink bestehenden Platten.

Es ist eine in Oberschlesien allgemein bestätigte Erfahrung, daß derjenige Galmei, welcher den größten Zinkgehalt besizt, auch das zur Blechfabrication am besten geeignete Zink liefert. Diese Erfahrung scheint zu beweisen, daß die Substanzen, welche das Zink verunreinigen, nicht Bestandtheile, sondern Gemengtheile des Galmei sind, indem das ärmere Erz weniger Galmei und mehr Gebirgsart und andere den Galmei begleitende Erze enthält. Von diesen lezteren Erzen läßt sich nur Bleiglanz auffinden, der zum Theil in so großer Menge einbricht, daß er ausgehauen und auf der Bleihütte verarbeitet wird. Das Kadmium, welches den Galmei begleitet, mag wohl zum Theil als kohlensaures Kadmiumoxyd mit dem kohlensauren Zinkoxyd im Galmei verbunden seyn. Dann muß es sich aber in sehr veränderlichen Verhältnissen im Galmei befinden, und es wäre sehr merkwürdig, wenn der reichste Galmei (nämlich der am wenigsten mit Gebirgsart verunreinigte) auch zugleich der reinste wäre. Man unterscheidet in Oberschlesien im Allgemeinen zwei Varietäten Galmei, den weißen und den rothen. Diese Unterscheidung bezieht sich zwar zunächst auf die Farbe, allein sie ist eigentlich von den Lagerungsverhältnissen entnommen, indem der weiße Galmei jederzeit im Liegenden des rothen vorkommt, obgleich nicht immer weißer und rother Galmei auf einer und derselben Lagerstätte angetroffen werden, sondern zuweilen der weiße, zuweilen der rothe Galmei fehlt. Der weiße Galmei ist kohlensaures Zinkoxyd mit Kieselthon verunreinigt. Ganz reiner krystallisirter weißer Galmei gehört zu dem sehr seltenen Vorkommen und in diesen Krystallen hat Karsten keinen Kadmiumgehalt gefunden. Außer dem Kieselthon kommen noch Beimengungen von kohlensaurer Kalkerde vor. Das Verhältniß der Beimengungen ist von unter 1 bis über 40 Proc. veränderlich. Auf der Lagerstätte des weißen Galmei kommt selten Bleiglanz vor. Der Kadmiumgehalt kann von 0 bis zu 5 Proc. auch wohl noch höher steigen. Der rothe Galmei ist ein Gemenge von kohlensaurem Zinkoxyd |117| mit Eisenoxyd, Eisenoxydhydrat, Manganoxyd und etwas wenigem Kieselthon. Charakterisiert wird der rothe Galmei aber durch die Beimengung von Eisenoxyd. Der Kadmiumgehalt ist so veränderlich wie bei dem weißen Galmei. Auf der Lagerstätte des rothen Galmei ist das Vorkommen von Bleiglanz in kleineren und größeren Graupen sehr häufig. Bei manchem rothen Galmei wurde es schwer zu bestimmen seyn, ob er ein Zink- oder ein Eisenerz sey; nur dadurch, daß dem Roth- oder dem Brauneisenstein der werthvollere Galmei beigemengt ist, kann er technisch auf den Namen von Galmei Anspruch machen, obgleich er mineralogisch oder oryktognostisch den Eisenerzen zugezählt werden könnte.

Der Bleigehalt des Zinkes, welcher in dem Zink aus Oberschlesien und Polen niemals fehlt, ist, wie aus der chemischen und mechanischen Zusammensezung des weißen und des rothen Galmei hervorgeht, einem Bleigehalt des Galmei nicht zuzuschreiben, sondern er wird durch den gleichzeitig auf der Lagerstätte mit dem Galmei vorkommenden Bleiglanz herbeigeführt. Die Erzlagerstätte könnte aber, außer dem Bleiglanz – und vielleicht dem Erz des Kadmium – wohl auch Erze von anderen Metallen einschließen, welche mit dem bloßen Auge nicht erkannt werden können und deren Ermittelung durch eine chemische Untersuchung schwierig ist, weil eine bedeutende Quantität der ganzen Erzlagerstätte, und dennoch vielleicht ohne allen Erfolg, einer Analyse unterworfen werden müßte. Um daher zu erfahren, welche Substanzen es sind, auf welche der Verdacht fallen könnte, daß sie durch ihre Verbindung mit dem Zink die Festigkeit desselben vermindern, schien es am zwekmäßigsten, die Beimischungen des Productes selbst zu ermitteln und sowohl die besseren als die schlechteren Sorten des oberschlesischen Zinkes der Analyse zu unterwerfen. Da bekanntlich sehr geringe Beimischungen von irgend einer Substanz schon im Stande sind, die Festigkeit eines Metalls sehr bedeutend zu vermindern, so war es erforderlich, zuvor durch besondere Untersuchungen zu ermitteln, welche Substanzen dem oberschlesischen Zink überhaupt beigemischt sind, um alsdann die quantitativen Verhältnisse derselben für die verschiedenen Sorten von Zink, insofern sie sich leichter oder schwieriger zu Blechen verarbeiten lassen und mehr oder weniger haltbbare Bleche liefern, aufsuchen zu können. Die Substanzen, deren Vorhandenseyn im Zink erwartet werden konnte, sind folgende:

Kohle. Die Ermittelung des Kohlengehalts geschah in der bekannten Art theils durch die Zersezung des Hornsilbers mittelst des Zinkes, theils durch die Zersezung des Kupferchlorids. Weder in den weichen, noch in den harten Zinksorten hat sich auch nur eine |118| Spur von Kohle auffinden lassen. Karsten muß überhaupt die Verbindungsfähigkeit der Kohle mit dem Zink – wenigstens bei dem metallurgischen Proceß der Zinkgewinnung – durchaus in Abrede stellen. Er hat Zinkblech mit Kohle mehrere Tage lang cementirt und bann geschmolzen, aber in dem dargestellten Zinkregulus keine Spur von Kohle gefunden.

Schwefel. Karsten hat in den vielen untersuchten Zinksorten niemals eine Spur von Schwefel gefunden, obgleich die Auffindung sehr leicht und einfach ist. Wird das Zink im Gasentwikelungsapparat in Schwefelsäure oder in Salzsäure aufgelöst, so bleiben in den Vorlagen die Auflösungen des essigsauren Bleioxyds oder auch des Bleisalpeters vollkommen klar. Eben so wenig ist in den Rükständen von der Auflösung (die nur aus regulinischem Blei und nur in dem Fall, wenn die Auflösung sehr langsam in stark verdünnten Säuren bei Luftzutritt erfolgt, zugleich aus höchst wenig Bleivitriol oder Chlorblei bestehen, je nachdem Schwefelsäure oder Salzsäure angewendet wird) eine Spur von Schwefel zu finden.

Arsenik. Ein Arsenikgehalt des Zinkes erscheint so unwahrscheinlich nicht, indem auf der Lagerstätte des Galmei neben den Schwefelmetallen auch Arsenikverbindungen vorkommen und selbst die Schwefelmetalle Arsenik enthalten können. Zur Prüfung auf Arsenik wurden Zinksorten angewendet, die eine Behandlung unter dem Walzwerke, ohne aufzureißen und zu zerbrökeln, nicht gestatten. Sezt man das Gefäß, in welchem die Auflösung des Zinkes in Salzsäure oder in Schwefelsäure erfolgt, mit Vorlagen in Verbindung, die mit wässerigen Auflösungen von essigsaurem oder von salpetersaurem Silberoxyd angefüllt sind, so bleiben die Auflösungen bei dem Durchströmen des sich entbindenden Wasserstoffgases ziemlich lange klar, trüben sich aber demnächst und sezen ein zartes schwarzes Pulver ab. Werden mehrere Vorlagen angewendet, so findet in allen mit der Zeit Trübung und Niederschlag statt. Dieser Niederschlag enthält aber keinen Arsenik, sondern er besteht aus regulinischem Silber. Wäre das Zink also wirklich arsenikhaltig, so würde sich das Arsenik wenigstens nicht als Arsenikwasserstoffgas bei dem Proceß der Auflösung in Säuren verflüchtigen und es müßte entweder in der Auflösung selbst, oder in dem Rükstande angetroffen werden. Beide aber zeigten sich stets frei davon. Das oberschlesische Zink muß hienach von einem Arsenikgehalt freigesprochen werden.

(Der Beschluß folgt im nächsten Hefte.)

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