Titel: Payen's Anleitung zur Fabrication des Phosphors.
Autor: Payen, Anselme
Fundstelle: 1850, Band 115, Nr. XIII. (S. 55–63)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj115/ar115013

XIII. Anleitung zur Fabrication des Phosphors; von Professor A. Payen.

Aus dessen Précis de Chimie industrielle, Paris 1849.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Man bereitet den Phosphor aus Knochen, die man weiß gebrannt, nämlich in Berührung mit der Luft bis zur vollständigen Verbrennung der organischen Substanz geglüht hat. Diese Verbrennung ist ungeachtet der großen Cohäsion der Knochen in einem stehenden Schachtofen, |56| wie man solche zum stetigen Brennen des Kalks anwendet, leicht zu bewerkstelligen. Befindet sich die Phosphorfabrik in der Nähe von Wohngebäuden, so muß man auf diesem Ofen noch einen umgekehrten Kegel von Eisenblech anbringen, welcher in ein mehr oder weniger hohes Rohr endigt, um die übelriechenden Gase in einen Schornstein leiten zu können.

Rauchverzehrender stehender Schachtofen zum stetigen Brennen der Knochen.

Eine Construction dieses Ofens, welche mich in Stand setzte, durch Verbrennung aller Gase den unangenehmen Geruch zu vermeiden und die Operation wohlfeiler zu machen, zeigt Fig. 3. Der stehende Schachtofen A ist cylindrisch; seine obere Mündung ist verengert und mit einem Mantel aus Gußeisen versehen; nahe am unteren Ende sind Oeffnungen B angebracht, durch welche der innere Schacht mit einer kreisförmigen in den Schornstein D ausmündenden Gallerie communicirt. Roststangen C, die man durch zwei Querstäbe unterstützt, werden am Anfang der Operation eingelegt; dann wird die Thür E geöffnet und der Rost mit Brennmaterial (Hobelspänen und trockenem Holz) beschickt, welches man unter dem Rost anzündet. Sobald die Verbrennung lebhaft ist, schließt man die Thür E und zündet am unteren Ende des Schornsteins D durch eine Oeffnung D' einige Hände voll Hobelspäne an, um den Zug herzustellen. Man verschließt die Oeffnung D'; die Flamme des Feuerraums streicht dann durch die Oeffnungen in den kreisförmigen Gang von diesem in den Schornstein. Man beginnt nun den Schacht mit Knochen zu beschicken, deren organische Materie (faseriges Gewebe, Fettsubstanz etc.) die Verbrennung unterhält, welche natürlich auf vollständige Weise bewirkt wird, weil alle gasförmigen Producte eine weißglühende Masse durchziehen. Wenn der Ofen angefüllt ist, verschließt man einen Augenblick die obere Mündung A' fast gänzlich; hierauf zieht man die Roststangen C heraus, damit die gebrannten Knochen auf die abhängige Sohle fallen. Nach dieser Operation schließt man die Thür E wieder, füllt den Ofen mit Knochen und zieht von Zeit zu Zeit gebrannte Knochen heraus, indem man die Thür E öffnet, welche man sogleich wieder schließt, und man gibt dagegen Knochen durch die Mündung A' hinein. Die Verbrennung ist also eine stetige und geschieht ohne anderes Brennmaterial als die zu zerstörende Knochensubstanz selbst. Der unverbrennliche Rückstand von dieser Operation besteht aus beiläufig 80 Procent basisch-phosphorsaurem |57| Kalk, 16 bis 18 kohlensaurem Kalk und 2 bis 4 Sand, Thon, Kochsalz etc.

Pulvern der Knochen.

Die weißgebrannten Knochen werden unter verticalen Mühlsteinen gepulvert und durch ein Sieb geschlagen; die auf letzterm zurückbleibenden Stücke gibt man wieder unter die Mühlsteine.

Zersetzung der Knochen durch Schwefelsäure.

Um diese Zersetzung zu bewerkstelligen, das heißt um den basischphosphorsauren Kalk in schwefelsauren Kalk und zweifach-phosphorsauren Kalk, und den kohlensauren Kalk in schwefelsauren Kalk zu verwandeln, wendet man auf 100 Gewichtstheile Knochenpulver 30 Theile concentrirte Schwefelsäure oder vielmehr 45 Theile Schwefelsäure von 50° Baumé an.

Zu dieser Operation benutzt man eine mit Blei gefutterte Kufe, welche auf einem Gestell steht. Man gießt zuerst 100 Kil. kochendes Wasser und hierauf 17 Kil. Schwefelsäure von 50° Baumé hinein; nun trägt man nach und nach unter Umrühren mit einer hölzernen Spatel 40 Kil. Knochenpulver ein. Durch die sich entwickelnde Kohlensäure entsteht sogleich ein lebhaftes Aufbrausen; sobald dieses Aufbrausen vollständig aufgehört hat, macht man noch dreimal eine ähnliche Mischung von kochendem Wasser, Schwefelsäure und Knochenpulver; man hat nun in der Kufe das Product von 160 Kil. Knochen durch 68 Kilogr. Säure von 50° Baumé zersetzt. Die so zu einem dünnen Brei vertheilte und heiß erhaltene Masse muß von Zeit zu Zeit umgerührt werden, um die Reaction zu begünstigen, auf welche man 12 Stunden Zeit verwendet; dann läßt man die Flüssigkeit 8 bis 10 Stunden lang sich absetzen und zieht hierauf mittelst eines über dem Niederschlag angebrachten bleiernen Hahns die klare Flüssigkeit in eine mit Blei gefutterte hölzerne Leitung ab, welche sie in Filter und dann in bleierne Abdampfpfannen führt.

Methodisches Auslaugen oder Filtriren.

Man rührt den ersten Bodensatz mit eben so viel Wasser an, als man früher anwandte; man läßt absetzen und verwendet die Flüssigkeit zum Auswaschen von vier bis fünf Bodensätzen; auf diese Weise bekommt das Waschwasser in der fünften oder sechsten Stande 10 bis |58| 12° Baumé, während die erste Stande durch das wiederholte Aufgießen von Wasser erschöpft wurde, daher man den Bodensatz aus ihr herausschafft, um eine andere Zersetzung anzufangen.

Dieses methodische Auswaschen könnte man vortheilhaft durch ein ebenfalls methodisches Filtriren ersetzen, nämlich in Fässern oder Standen, welche mit einem zweiten durchlöcherten Boden versehen und darüber innen mit Leinwand ausgeschlagen sind.

Sämmtliche Auflösungen von gehöriger Stärke werden auf etwa 24° Baumé abgedampft; hierauf schüttet man sie in bleierne Kessel, worin sich derjenige Antheil von schwefelsaurem Kalk, welcher durch das Abdampfen und Erkalten der Flüssigkeit unauflöslich wurde, zu Boden setzt. Man gießt dann die Flüssigkeit ab und seiht sie durch ein Filter von Wolle, um den schwefelsauren Kalk ganz abzusondern. Hierauf dampft man sie bis zu 33° Baumé ab, läßt sie absetzen und filtrirt neuerdings.

Abdampfen der Lösung, Versetzen des Rückstandes mit Kohlenpulver und Austrocknen der Masse.

Nach dem Filtriren nimmt man das Abdampfen wieder vor und treibt es bis zur Syrupsconsistenz, nämlich bis auf 50° Baumé. Dieser Syrup wird mit 20 Procent seines Gewichts feinem Holzkohlenpulver vermischt und endlich in einem gußeisernen Kessel zur Trockne abgedampft, indem man ihn fast beständig mit einem eisernen Haken umrührt.

Da die Flüssigkeit außer übersaurem phosphorsaurem Kalk noch eine gewisse Menge Schwefelsäure enthält, so entwickelt sich bei deren Zersetzung durch die Kohle während des Eindampfens eine große Menge schwefliger Säure, welche die Arbeiter sehr belästigen würde, wenn sich der Kessel nicht unter einem Schornsteinmantel mit gutem Zug befände.

Nachdem die Masse vollständig zur Trockne gebracht ist und der Boden des Kessels sich in mäßigem Glühen befindet, läßt man sie erkalten.

Zersetzung des Gemenges und Destillation des Phosphors.

Die Masse muß nun der Rothglühhitze ausgesetzt werden, damit durch die Einwirkung der Kohle auf diejenige Phosphorsäure, welche das saure Kalksalz constituirt, letzterer der Sauerstoff entzogen wird und der frei gewordene Phosphor überdestilliren kann. Zu dieser ziemlich |59| schwierigen Operation benutzt man Retorten aus Steingut oder Tiegelerde, welche man zu drei Viertel mit dem Gemenge füllt, indem man ihnen dabei leichte Stöße ertheilt und ihnen die Neigung gibt welche sie nach dem Einsetzen in den Ofen haben müssen. Die Retorten aus Steingut werden zuvor untersucht ob sie keinen Riß haben, und dann mit einem Beschlag aus Thon und Pferdemist versehen, welchen man langsam und vollständig austrocknen läßt; sie werden in zwei Reihen in einen Galeerenofen mit doppelter Ueberwölbung gesetzt, welchen Fig. 4 zeigt. Jede Reihe von fünf Retorten wird durch einen Feuerraum erhitzt, welcher seitwärts vor der Retorte und etwas unter dem sie unterstützenden Canal A angebracht ist; die Flamme, welche sich unter dem ganzen Gewölbe verbreitet, entweicht durch Feuerzüge, die sich über jeder Retorte befinden; die Züge sind allmählich weiter hergestellt, um die Temperatur besser zu reguliren. Die Verbrennungsproducte ziehen dann unter ein Hauptgewölbe D, welches sie gegen den Schornstein im Centrum richtet. Eine auf gußeiserne Platten gelegte Bleipfanne I, worin man einen Theil der Auflösungen abdampfen kann, gestattet die abziehende Hitze zu benutzen, so daß sich der obere Theil des Ofens nicht zu stark erhitzt.

An den Hals jeder Retorte B kittet man einen kupfernen Vorstoß, welcher selbst mit dem aufstehenden Schnabel einer kupfernen Vorlage E verkittet wird. Als Kitt dient Kalk, zu Pulver gelöscht und mit Blut, Eisenfeile und Schwefel angerührt; oder auch ein Gemenge von sehr trockenem gepulvertem Letten und Leinöl, welches einen dicken und dehnbaren Teig bildet.

Die Vorlage hat eine große Oeffnung, durch welche man leicht den Arm stecken kann und die mit einem Deckel h geschlossen wird; ein kleines Rohr g auf der Vorlage läßt man offen, damit die Gase entweichen können, und ein seitwärts an derselben angebrachtes Rohr f – bis an welches hinauf man die Vorlage mit Wasser füllt – dient zum Ablassen der Flüssigkeit. Nachdem alle Retorten so angeordnet sind, vermauert man die Vorderseite der Oefen C unter der Ueberwölbung mit Ziegeln und zündet dann das Feuer an, welches man ganz allmählich während 12 Stunden verstärkt, damit kein rascher Temperaturwechsel stattfinden kann, welcher das Springen der Retorten veranlassen würde. Man beginnt das Heizen mit Torf, welcher wegen seiner regelmäßigen Verbrennung und seiner geringeren Heizkraft (als Holz von demselben Rauminhalt) das Springen der Retorten leichter zu vermeiden gestattet; man beendigt das Feuern mit gespaltenem trockenem |60| Holz, dessen längere Flamme alle Retorten besser einhüllt; das Feuern wird fortgesetzt bis kein Gas mehr entweicht.

Anfangs entweicht Luft mit Wasserdampf gemischt, dann halb gekohltes Wasserstoffgas und Kohlenoxydgas, in Folge der Einwirkung der Holzkohle auf das Wasser des sauren phosphorsauren Kalks; später, wenn die Säure des Kalksalzes sich zu zersetzen anfängt, mischt sich dem Kohlenoxyd auch Phosphorwasserstoff bei, welcher weiße Dämpfe erzeugt: an diesem Zeichen erkennt man, daß die Destillation des Phosphors beginnt. Da das Volum der Flüssigkeit in der Vorlage zunimmt, so läßt man einen Theil derselben durch das Rohr f ablaufen, damit kein zu starker Druck entsteht, weil bei einem solchen die Verkittungen nachgeben würden; wenn eine Verkittung undicht wird, was man an einem phosphorischen Leuchten erkennt, so verstreicht man die entstandenen Fugen mit Kitt; man heizt immer stärker, so daß sich fortwährend Phosphorwasserstoff und Kohlenoxyd, mit Phosphordampf gemischt, entwickeln, und wenn diese Gasentbindung vollständig aufgehört hat, was gewöhnlich nach drei Tagen und zwei Nächten oder 60 Stunden der Fall ist, hat die Operation ihr Ende erreicht.

Wäre, der Schnabel der Vorlage nicht weit genug, so würde er sich gegen das Ende verstopfen, nämlich durch Gemenge von (etwas oxydirtem) Phosphor und Kohle, vielleicht auch Silicium, welche einen höheren Schmelzpunkt haben als der reine Phosphor; man kann übrigens die untere Mündung des Schnabels stündlich mit der Hand frei machen, indem man letztere in einen langen mit Wasser getränkten Handschuh aus Gemsenleder steckt; dieses Mittels bedient man sich auch, um die ersten Phosphortheile, welche wegen eingeschlossener Gase auf der Flüssigkeit schwimmen und sich während der Operation entzünden würden, auszudrücken, damit sie im Wasser untersinken. Oft steigt die Temperatur der Vorlage zu hoch; in diesem Falle kann man sie abkühlen, indem man kaltes Wasser hinein schüttet, welches man durch das Rohr f wieder abläßt; hiebei ändert sich aber der Druck und die Verkittungen können nachlassen. Besser wäre es, alle Recipienten in einen Wasserkasten zu stellen, wie Fig. 4 zeigt, dann vor den Recipienten eine Röhre i anzubringen, in welche der Hahn eines oberen Recipienten mündet, so daß beim Oeffnen desselben das Wasser in dünnen Strahlen durch die Röhren i auf die Vorlagen getrieben wird und sie abkühlt.

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Reinigen des Phosphors und Apparat zum Formen oder Körnen dieselben.

Sobald die Destillation beendigt ist,12) nimmt man den Vorstoß k von der Retorte weg und taucht ihn in kaltes Wasser; man zieht den Phosphor aus jeder Vorlage heraus; um ihn von Oxyd, Kohle etc. zu reinigen, welche er enthalten kann, muß man ihn durch Gemsenleder filtriren; hiezu schmilzt man ihn vorerst zusammen, indem man ihn in irdenen Töpfen in einem Wasserbad von 48° Reaumur zergehen läßt; nachdem er durch Erkalten erstarrt ist, hüllt man ihn in eine nasse und vollkommen ausgewaschene Gemsenhaut ein, woraus man einen Beutel C (Fig. 5) macht, den man sogleich in eine kupferne Schale bringt, welche in der Mitte eines mit Wasser von 40° R. gefüllten Gefäßes befestigt ist; sobald der Phosphor vollständig geschmolzen ist, preßt man den Beutel mit einer hölzernen Schale D, D, auf welche man mittelst des Hebels G, G so wirkt, daß der Druck sehr langsam verstärkt wird; der geschmolzene Phosphor dringt durch die Haut und sammelt sich flüssig am Boden des Gefäßes.13)

Nun hat man bloß noch den Phosphor zu formen; in den meisten Fabriken geschieht dieß mittelst einer Glasröhre die sich nach unten ein wenig erweitert; man bringt den Phosphor unter Wasser zum Schmelzen, erwärmt auch die Röhre, bringt ihr unteres Ende in den geschmolzenen Phosphor, nimmt das obere Ende in den Mund und saugt den Phosphor so hoch wie man für gut findet, hinein, schließt dann das untere Ende mit dem Finger und taucht die Röhre in kaltes Wasser, worauf der Phosphor sehr bald erstarrt und gewöhnlich, beim Oeffnen der Röhre, von selbst herausfällt; so erhält man ihn in durchscheinenden cylindrischen Stängelchen.

Leichter kann man den Phosphor mittelst des Apparats Fig. 6 formen; der Phosphor wird genau bei seinem Schmelzpunkt in flüssigen |62| Zustand versetzt mittelst eines Wasserbads H, H, in einem elliptischen oder conischen Gefäß I, an dessen Boden eine knieförmig gebogene Röhre angebracht ist; letztere endigt in einen Hahn J, welcher an die Wand eines Gefäßes L, L gelöthet ist, worin sich Wasser befindet; man steckt in die Durchbohrung des Hahns eine Glasröhre M, M; öffnet man dann den Hahn, so lauft der Phosphor in die Röhre bis 1 oder 1 1/2 Zoll vor ihrem Ende und erstarrt darin; man verschließt mit dem Finger oder einem Stöpsel N das Ende der Röhre; nun zieht man sie heraus und taucht sie in ein Gefäß mit kaltem Wasser, damit die Phosphorstange sich ablöst, worauf man die Röhre wieder verwendet.

Mit demselben Apparat kann man den Phosphor auch sehr leicht in Form von Körnern bringen; man braucht nur auf ein Brettchen, welches sich an der Oberfläche des kalten Wassers in der Höhe der Röhre befindet, eine 2 bis 3 Zoll dicke Schicht lauwarmes Wasser von etwa 32° R. zu gießen, welches sich wegen der verschiedenen Dichtigkeit nicht mit dem kalten Wasser vermischt; man öffnet dann den Hahn J mäßig, so daß der Phosphor tropfenweise ausfließen kann. Natürlich muß jeder Tropfen, indem er durch die Masse kalten Wassers dringt, erstarren, so daß sich der Phosphor in Form von Körnern am Boden des Gefäßes ansammelt.

Gestehungskosten des Phosphors.

Ein doppelter Ofen, welcher zehn Retorten enthält, liefert 12 Kil. Phosphor. Die Dauer einer Operation, die Zeit zum Beschicken, langsamen Anheizen und Auseinandernehmen inbegriffen, ist vier Tage. Wenn man vier solche Oefen hat (nebst einem fünften, um während der Reparaturen nicht feiern zu müssen), so kann man jeden Tag einen Brand erhalten, also bei 300 Arbeitstagen jährlich 3600 Kil. Phosphor.

Jede der acht Retorten aus Steingut kostet 2 1/2 bis 3 Franken und jede der zwei Retorten aus Tiegelerde kommt auf 4 Franken zu stehen. Sie sind nur einmal anwendbar, denn der grauliche feste Rückstand von neutralem phosphorsaurem Kalk ist so hart, daß man ihn nicht herausbringen kann, ohne die Retorte zu zerbrechen, selbst wenn sie am Ende der Operation nicht aus der Form kommen oder Risse erhalten würden. Eine Gemsenhaut hält ebenfalls nur eine einzige Operation aus; ihr Gewebe, welches dann durch die fremdartigen Körper verstopft ist, ließe ohnedieß den Phosphor nicht mehr durchfiltriren. Die im Beutel zurückgebliebene braune Substanz behandelt man mit |63| schwacher Salpetersäure, welche ein wenig Phosphor frei macht, den man durch bloße Destillation reinigt.

Im Großen kann man aus 100 Pfd. gebrannter Knochen höchstens 11 Pfd. Phosphor erhalten; wegen des häufigen Zerspringens der Retorten erhält man aber nur 8 bis 9 Pfd.

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Wenn man den Phosphor nicht aus den Vorlagen herausnehmen will, muß man diese Gefäße mit Wasser füllen, damit nicht in Folge von Verdunstung der Flüssigkeit etwas Phosphor trocken gelegt wird und sich entzünden kann. Da in dem Augenblick wo die Destillation zu Ende geht, die erweichten Retorten sich senken und ihr Inhalt oft in den Canal auslauft, worauf sie gestellt sind, so muß man letztern mit einem Schabeisen von der Masse reinigen, bevor sie durch Erkalten erhärtet und diese Operation also sehr erschwert würde.

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Früher drückte man den Phosphor zwischen den Händen oder mit einer hölzernen Zange durch das Leder; wenn aber der Beutel riß, wurde flüssiger und brennender Phosphor umhergeschleudert, was diese Operation sehr gefährlich machte.

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