Titel: Bischof, über die Feuerbeständigkeit der Thone.
Autor: Bischof, Carl
Fundstelle: 1863, Band 169, Nr. XCIV. (S. 353–359)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj169/ar169094

XCIV. Die Feuerbeständigkeit der Thone nach den Resultaten synthetischer Versuche, analytischer Untersuchungen und der Erfahrung in technischer wie mineralogischer Beziehung; von Dr. Carl Bischof.

Die drei angedeuteten Wege sind es, welche zur Ergründung der vorliegenden, vielfach angeregten und bearbeiteten, aber dennoch dunklen Frage führen möchten: der synthetische, analytische und der auf die praktische Erfahrung begründete.

Die chemische Analyse und die damit festgestellte Zusammensetzungsweise eines als ausgezeichnet feuerfest bekannten Thones, sollte man glauben, müßte schon längst Aufschluß gegeben haben über das Wesen der sogenannten Feuerfestigkeit der Thone.

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Finden sich doch in der Literatur, der wissenschaftlichen wie technischen, mehrfache Analysen der bestbekannten schottischen Thone; und dennoch herrscht über deren eigentliche Constitution eine solche Ungewißheit, daß auf Grund eben der Analysen, Thone als täuschend ähnlich den besten englischen oder auch belgischen angepriesen werden, welche, vergleicht man deren Strengflüssigkeit, auf das auffallendste von einander verschieden sind. In diesem Falle erscheint daher die Analyse, die uns leuchtende Führerin seyn sollte, geradezu als Verführerin, was sich zum Theil durch den Umstand erklärt, daß man über die unwesentlichen Bestandtheile die wesentlichen, über die die Eigenschaften des feuerbeständigen Thones modificirenden, die eigentlich bedingenden mehr oder weniger übersah. Die sogenannten flußbildenden Bestandtheile, deren Menge allerdings eine gewisse Grenze, welche bei übrigens ausgezeichnet strengflüssigen Thonen durchaus keine eng beschränkte ist, nicht überschreiten darf, sind es keineswegs, wornach man einzig und zuerst bei Beurtheilung der Güte eines feuerfesten Thones zu fragen hat, wiewohl unter Anderen Gaffard ein Verfahren „nichtfeuerfeste Thone in feuerfeste umzuwandeln“ und Bower ein Patent darauf begründet hat.63)

In einem Thone kann die Menge der beigemengten Alkalien, des Eisens und Kalkes verhältnißmäßig selbst sehr wenig betragen und doch gehört der betreffende Thon nicht zu den strengflüssigen. So z.B. finden sich Thone, wie ich einen solchen, vorkommend auf der preußischbelgischen Grenze unweit Aachen, analysirte, dessen flußbildende Bestandtheile im Mittel von zwei genauen Bestimmungen nur 1,80 Proc. betragen, und doch ist seine Strengflüssigkeit = nahezu 5, d.h. er ist kaum noch den gewöhnlichen feuerfesten Thonen zuzuzählen. Andererseits gibt es unter anerkannt höchst strengflüssigen, englischen wie belgischen Thonen, solche, bei denen die flußbildenden Bestandtheile in Summa selbst bis zu 5 Proc. ausmachen, wobei uns jedoch, beiläufig erwähnt, das bemerkenswerthe Verhältniß entgegentritt, daß derartige Thone wenig Alkalien enthalten. Dann wirken, worauf unter Anderen Asmus in seinen praktischen und trefflichen Aufsätzen64) hingewiesen hat, diese Flußmittel verschieden nachtheilig. Am nachtheiligsten sind, wie Ziurek treffend auseinander gesetzt hat, die Alkalien, dann dürfte folgen das Eisen, namentlich das Eisenoxydul, hierauf die Kalkerde, und am wenigsten nachtheilig ist die Bittererde.

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Es stimmt diese, im Allgemeinen erfahrungsmäßig begründete Ordnung überein mit der Schmelzbarkeit der Verbindungen dieser Basen mit Kieselsäure, deren relatives Verhältniß ich früher zu ermitteln suchte65) und woraus hervorgeht, daß eventuell, wenn es an Kieselsäure fehlt, um ein Eisentrisilicat zu bilden, das Eisen entschieden nachtheiliger wirken muß, als die Kalkerde.

Fast genau steigt die Strengflüssigkeit der Silicate mit der Zunahme der Sättigungscapacitäten der Basen.

Ist sowohl die Quantität als Qualität der flußbildenden Bestandtheile nur bedingt maaßgebend, so müssen andere Verhältnisse um so unbedingter entscheidend seyn.

Ziehen wir die Hauptbestandtheile eines jeden Thones: die Kieselsäure und die Thonerde, und deren Verhältniß zu einander, in Betracht, so hat man wohl von der Voraussetzung der sehr großen Strengflüssigkeit der Kieselerde an sich geschlossen, daß mit deren verhältnißmäßiger Zunahme auch die Strengflüssigkeit der Thone zunehme. Auch der praktische Versuch schien eine solche Voraussetzung zu bestätigen, da allerdings die meisten Thone durch Zusatz von Quarzsand strengflüssiger zu machen sind, was täglich fabrikmäßig geschieht, und steht diese Erfahrung ja in genauem Zusammenhang mit der Erhöhung der Strengflüssigkeit der verschiedenen Silicate durch Vermehrung der Kieselsäuremenge, wie z.B. die Trisilicate der resp. Erden strengflüssiger sind, als die Monosilicate. Das Gemenge mit dem größeren Kieselsäure- resp. Quarzzusatz braucht längere Zeit der Erhitzung, ehe die Silicatbildung – sofern man darunter das Uebergehen des pulverigen, losen Zustandes in den festen, dichten mit wenigstens oberflächlichem Glasüberzug versteht – eintritt, als das mit dem geringeren, so daß man gewissermaßen aus dem Grade oder der Zeit der Schmelzbarkeit, die Kieselungsstufe eines Silicats erkennen kann.

Diese Unterschiede treten deutlich hervor bis zu der Temperatur, welche die Silicatbildung bedingt; wird aber die Temperatur höher gesteigert, so machen sich andere Verhältnisse geltend. Wird nämlich die Prüfungshitze erhöht über den Schmelzpunkt des Gußstahls bis zu dem des Schmiedeeisens oder noch höher, so daß die Silicatbildung bereits eingetreten, so ist umgekehrt das gebildete Silicat ein mehr flüssiges, wenn die Kieselerde vorwaltender ist.

Mit anderen Worten: wir müssen zwischen der erforderlichen |356| Temperatur zur Bildung der Thon-Silicate und derjenigen zum Flüssigwerden der gebildeten Silicate unterscheiden.

Die Bildung verlangt eine um so länger andauernde Erhitzung, je mehr Kieselerde in die Verbindung eingehen soll; das Flüssigwerden der ganzen Masse der gebildeten Silicate, wozu überhaupt eine höhere Temperatur erforderlich, findet umgekehrt, eher und vollständiger statt bei vorherrschender Kieselsäure. Die intelligentere Praxis, welche für die höchsten Feuersgrade die sogenannten „Sandsteine“ verwirft, hat dieß längst erkannt.

Man hat in neuerer Zeit, wie Fresenius in seinen unübertrefflichen Thonuntersuchungen ausführte, unterschieden zwischen der chemisch gebundenen Kieselsäure und dem mechanisch beigemengten Quarzsande, was freilich keineswegs unwichtig ist und worauf ich weiter unten noch zurückkommen werde: man hielt einen Thon für um so strengflüssiger, je mehr Kieselsäure im gebundenen Zustande darin enthalten ist. Auch hierfür gilt im Ganzen das eben Gesagte und läßt sich diese Behauptung, so allgemein ausgesprochen, nicht begründen.

Synthetische Versuche.

Mengt man 1 Theil chemisch reines Thonerdepulver mit 1,801 chemisch reinem Quarzpulver zusammen, worin die Sauerstoffmengen – nach der Formel Al²O³, 2 SiO³ – gleich oder neutral und somit das Gemenge dem Monosilicat entspricht, und ebenso 1 Theil Thonerde mit 3,601 und 5,402 Quarz, welche Gemenge das Bi- und Trisilicat geben, und setzt dieselben, zu kantigen Prismen geformt, einer heftigen Glühhitze aus, welche über den Schmelzpunkt des Gußstahls geht und den des Schmiedeeisens erreicht, so beginnt zuerst das Monosilicat mit einer glasigen Rinde sich zu überziehen und erst später das Bi- und Trisilicat, welche letztere fast gleichzeitig zu schmelzen anfangen.

Zur Controlirung des Hitzegrades wurde ein kantiges Stück Schmiedeeisen in eine Platinkapsel eingeschlossen, welcher als Unterlage ein vertieftes Tellerchen aus reiner Thonerde diente. Das Eisenstückchen rundete sich ab mit völlig convexen Flächen. An der Stelle, wo das Schmiedeeisen das Platin berührte, war die Kapsel, welche übrigens ungeschmolzen war, stets ein wenig zerfressen.

Vermindert man dagegen die Menge der Kieselsäure und mengt 1 Theil chemisch reines Thonerdepulver mit 0,9 – nach der Formel Al²O³, SiO³ – und ebenso 1 Theil Thonerde mit 0,45 und 0,22 chemisch reinem Quarzpulver und setzt diese Gemenge im Vergleich zu dem Mono-, Bi- und Trisilicat dem bezeichneten Feuersgrade aus, so daß letztere sich mit einer glasigen Rinde überziehen, so bieten sich bei den |357| basischen Thonsilicaten keine Zeichen von Schmelzung dar. Während erstere eine außen glasartig-glänzende Masse bilden, zeigen letztere ein glanzloses, mattes Aeußere. Steigert man den Hitzegrad noch höher, so weit, als es Thontiegel aus dem bestbekannten Steinkohlenthon eben aushalten ohne zusammenzugehen, so geben sich auf Grund verschiedentlich abgeänderter und wiederholt bestätigter Versuche, folgende Schmelzverhältnisse zu erkennen.66)

Das dreifach-basische Thonsilicat zeigt keine Glasirung und keinen Glanz weder äußerlich, noch auf der Bruchfläche. Die Masse ist durchaus körnig; doch sind die Gemengtheile ziemlich fest zusammengebacken. – Das zweifach- wie einfach-basische Gemenge verhält sich im Ganzen ähnlich; die Bruchflächen erscheinen etwas dichter und bei letzterem mehr wie bei ersterem. – Das Monosilicat oder neutrale Silicat ist glasirt, durchscheinend. Die Form hat sich erhalten; der Bruch aber ist zellenähnlich, wenn auch noch einigermaßen körnig. – Das Bi- und Trisilicat dagegen ist zusammengeflossen zu einem homogenen dichten Email, ohne im mindesten körnig zu seyn. – Das Trisilicat beginnt porös zu werden, ein Zeichen größerer Flüssigkeit.

Es sind demnach die basischen Thonsilicate entschieden strengflüssiger, als die sauren, und das neutrale, das Monosilicat, wird in einem sehr heftigen Hitzegrade augenscheinlich weniger flüssig, ist mithin feuerbeständiger, als das Bi- und Trisilicat.

Gleichzeitig wurden demselben sehr hohen Hitzegrade reine Thonerde und Kieselerde, sowohl künstlich dargestellte als natürliche, so rein als beide in der Natur zu finden sind, ausgesetzt.

Die Thonerde wurde dargestellt aus der in der Harburger Kryolithfabrik fabricirten schneeweißen Thonerde. Dieselbe wurde zur völligen Befreiung von kohlensaurem Natron mittelst Salzsäure in einer Platinschale gelöst, völlig zur Trockne eingedampft, mit Salzsäure befeuchtet und hierauf mit Wasser digerirt. Das Unlösliche wurde abfiltrirt, die Thonerde durch Ammoniak gefällt und bis zur 20,000facher Verdünnung decantirt, dann aufs Filtrum gebracht, mit kochendem Wasser wiederholt |358| übergossen und so ganz rein (nach der Uhrglasprobe) ausgewaschen; hierauf getrocknet und endlich im Achatmörser pulverisirt. Die so gereinigte Thonerde, in Kalilauge gelöst und zur Trockne eingedampft, löste sich vollkommen klar in Salzsäure. – Als natürliche Thonerde wurde genommen edler blauer Corund, Sapphir, wasserheller und ein smalteblauer.

Die Kieselerde wurde doppelt gereinigt. Ausgesucht reinweiße Quarzstücke wurden nämlich im Achatmörser pulverisirt, dann längere Zeit in einem Glaskolben mit Salpeter-Salzsäure digerirt und ausgewaschen. Um eine etwaige Verunreinigung durch das Glasgefäß zu entfernen, wurde dieses Pulver nochmals in einer Platinschale mit Salzsäure andauernd digerirt und hierauf auf das sorgfältigste ausgewaschen, getrocknet und scharf geglüht. Die so zubereitete Kieselerde, mit Flußsäure geprüft, ließ nicht den mindesten Rückstand. – Als natürlicher Quarz wurde gewählt ein besonders reiner, durchscheinender, norwegischer Rosenquarz; ferner völlig durchsichtiger, wasserheller Bergkrystall, und durchsichtiger, fast farbloser Amethyst.

Die Proben kamen, um jedwede fremdartige Beimischung durch die Unterlage zu vermeiden, je einzeln zu liegen auf vertieften Tellerchen von stets derselben entsprechenden chemisch reinen Substanz, die auf das allerfeinste pulverisirt, mit Wasser zu einem Teig angemacht, geformt und alsdann vorher heftigst geglüht waren bis zu einer losen Sinterung. – Die Silicate wurden demnach geprüft auf Tellerchen, wovon ein jedes aus der entsprechenden reinen Silicatmasse bestand, die Thonerdeproben auf solchen aus reiner Thonerde, und Kieselerde auf solchen aus reiner Kieselerde. Die Tellerchen wurden auf einer Thonscheibe, aus dem besten kohlenfreien feuerfesten Thon gefertigt, aufgekittet und eingesetzt in einen gut geschlossenen kleinen Tiegel aus derselben besten Thonmasse.

So vergleichend diese Probeprismen demselben, oben näher bezeichneten sehr hohen Hitzegrade, in mehrmals wiederholten Versuchen ausgesetzt, ergab sich:

Die chemisch reine Thonerde ist ohne Zeichen einer glasigen Schmelzung, auch an den Kanten, die Masse ist aber beträchtlich geschwunden, hat sich verdichtet, ist fest und hart geworden wie der Bruch zeigte.

Der Corundsplitter ist dunkler von Farbe geworden, läßt aber sonst keine Veränderung oder irgend welche Merkmale von Schmelzung erkennen.

Die doppelt gereinigte Kieselsäure zeigt weder im Aeußern noch |359| Innern der Probe Kennzeichen einer Schmelzung. Der Bruch ist körnig und wenig fest (ziemlich lose.)

Die einfach gereinigte Kieselsäure zeigte sich schon schmelzbarer, sowie sofort sich deutlich zu erkennen gab die größere Leichtflüssigkeit, wenn dieselbe in einem Porzellanmörser und noch mehr, wenn sie in einem Glasmörser gerieben wurde.

Kieselerde, wie sie bei den Silicatanalysen nach dem Aufschließen mit kohlensaurem Alkali erhalten wird, selbst auf das Allersorgfältigste mit kochendem Wasser längere Zeit ausgewaschen, verhielt sich gleichfalls weniger strengflüssig.

Der norwegische Quarz ist völlig glasirt, theils durchsichtige, theils milchweiß-blasige Glasmasse bildend.

Der wasserhelle Bergkrystall zeigt einen dünnen glasigen Ueberzug (Schmelz), ohne abgerundete (abgeflossene) Kanten; er ist weiß und undurchsichtig geworden.

Der Amethyst verhält sich ähnlich. In der mehr durchsichtigen Masse schwimmen vereinzelte weiße Flitter.

Aus vorstehenden Versuchen geht demnach hervor, daß die mit Vorsicht dargestellte chemisch reine Thonerde weniger strengflüssig ist als die chemisch reine Kieselerde; dagegen ist die natürliche reine Thonerde strengflüssiger, als die natürliche Kieselerde und zwar als der reine norwegische Rosenquarz, der Bergkrystall und Amethyst.

Die Schmelzbarkeit der reinen Thonerde wie Kieselerde liegt indessen über der, es sey denn ganz vereinzelte Stellen, etwa vor der Form im Hohofen, ausgenommen, selbst in unseren heißesten Schmelzöfen herrschenden höchsten Temperatur. Andererseits läßt sich annehmen, daß das Schmelzen der reinen Thonsilicate, und zwar der Bi- und Trisilicate, und selbst schon der Monosilicate, bei einer Temperatur stattfindet, die in unseren heftigsten Feuerungen in den Schweißöfen, Gußstahlöfen und Hohöfen, erreicht wird; während das bei den basischen Thonsilicaten nicht der Fall seyn dürfte.

(Die Fortsetzung folgt im nächsten Heft.)

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Polytechn. Journal Bd. CIV S. 398 und Bd. CLXII S. 239.

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Berggeist, 1859, Nr. 39 und 40.

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Polytechn. Journal Bd. CLXV S. 378.

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Der angewandte Hitzegrad lag weit über dem Schmelzpunkt des Schmiedeeisens, er war blendendes Weißglühen und ein solcher, daß ein Stück Platindraht, eingeschlossen in eine Kapsel aus chemisch reiner Thonerde, zur Kugel zusammenschmolz. Der Draht war bezogen von Heräus in Hanau und ließ sich die Kugel aushämmern zu einem feinen Plättchen, ebenso wie der ungeschmolzene Draht, doch zeigte sich dasselbe mehr kantenrissig.

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