Titel: Bischof, theoretische Werthbestimmung der feuerfesten Thone.
Autor: Bischof, Carl
Fundstelle: 1871, Band 200, Nr. LXXX. (S. 289–299)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj200/ar200080

LXXX. Theoretische Werthbestimmung der feuerfesten Thone; von Dr. Carl Bischof.

(Schluß von Seite 120 dieses Bandes.)

Bei der Berechnung des bezeichneten, aus der chemischen Formel abgeleiteten Quotienten,63) um erwünscht einfach den pyrometrischen Werth |290| eines feuerfesten Thones zu bestimmen, wurde das Verhältniß zwischen den Flußmitteln und auch der Kieselsäure außer Acht gelassen, für dessen nicht unabsichtliche Uebergehung ich versuchen werde, in Folgendem die Begründung beizubringen.

Daß mit den bezeichneten beiden Thonerdeverhältnissen, – der Thonerde zu den Flußmitteln wie zur Kieselsäure – dasjenige zwischen Kieselsäure und Flußmittel, nicht gleichzeitig in Correlation zu bringen ist, geht ohne Schwierigkeit aus der Verschiedenheit der Rolle hervor, welche die Kieselsäure einerseits der Thonerde, und andererseits den Flußmitteln gegenüber bei den Thonen spielt. Ein Thonerdezusatz wirkt auf die Kieselsäure, wie sie reichlich genug in der Regel in den Thonen vorkommt, pyrometrisch erhöhend, dagegen wirkt ein Flußmittelzusatz pyrometrisch erniedrigend. Was die Thonerde verbessert, verschlechtern die Flußmittel, – die Wirksamkeit beider ist eine entgegengesetzte, und es erklärt sich daher von selbst, daß, die Thonerdeverhältnisse als maaßgebend gesetzt, nicht zugleich das Verhältniß zwischen Kieselsäure und Flußmittel damit in Beziehung zu bringen ist.

So wichtig es auch überhaupt ist, die Menge der Flußmittel wie die der Kieselsäure mit strengster analytischer Schärfe festzustellen, so hat dieß doch für deren Verhältniß zur Thonerde eine ganz andere gewichtige Bedeutung, als für dasjenige unter sich.

Vergleichen wir zu dem Behufe zwei Thone von demselben charakteristisch geognostischen Vorkommen, welche beide unverkennbar von derselben Art sind, von demselben eigenthümlichen Habitus der Schieferthone, – von denen jedoch der eine eine reinere Varietät als der andere ist. Unter diesen Thonen, welche in dem Steinkohlengebirge bei Saarbrücken vorkommen, und daselbst das Hangende eines bestimmten Kohlenflötzes bilden, findet sich die eine mehr unvermischte Qualität in der kgl. Grube bei Wellesweiler, und die andere unreinere, resp. mehr sandige und namentlich eisen- wie magnesiahaltigere, in der kgl. Grube Duttweiler bei Saarbrücken.

Erstere Varietät, vorzüglich feuerfest, ist ganz wesentlich schwer schmelzbarer als letztere. Die Analyse dieser Thone ergab:

|291|

Thon von Wellesweiler.

Thonerde 35,19 16,399 O³
Kieselsäure,
chem. geb.
Sand
38,05
11,50*.
49,55 26,427 O³
Magnesia
Kalk
Eisenoxyd
Alkalien**
0,31
0,45
0,31
1,13
0,124
0,129
0,062***
0,192
0,507 = 1521 O³
Glühverlust 13,70
––––––
100,64

Daraus berechnet sich die chemische Formel:

10,78 (Al²O³, 1,61 SiO³) + RO

oder auf

1) 10,78 Thonerde kommt 1 Theil Flußmittel;

2) 1 Theil Thonerde kommt auf 1,61 Kieselsäure.

Gibt den oben bezeichneten Quotienten 10,78/1,61 = 6,70

und ergibt sich fernerhin

3) 17,36 Kieselsäure kommen auf 1 Theil Flußmittel.

Thon von Duttweiler.

Thonerde 25,13 11,711 O³
Kieselsäure,
chem. geb.
Sand
29,35
29,25
58,60 31,253 O³
Magnesia
Kalk
Eisenoxyd
Kali
1,49
0,50
2,17
1,70
0,596
0,462
0,434
0,289
1,462 = 4,386 O³
Glühverlust 10,90
–––––
100,49

Gibt die chemische Formel:

2,67 (Al²O³, 2,67 SiO³) + RO

oder auf

1) 2,67 Thonerde kommt 1 Flußmittel;

2) 1 Theil Thonerde kommt auf 2,67 Kieselsäure, und

3) 7,13 Kieselsäure kommen auf 1 Flußmittel.

|292|

Trotzdem also und obgleich das Verhältniß zwischen Kieselsäure und Flußmittel sich sehr auffällig verminderte, hat gleichzeitig die Schwerschmelzbarkeit sehr abgenommen. Dagegen bekunden die beiden ersten bezeichneten Verhältnisse ebenso entscheidend wie zutreffend die gefundene pyrometrische Inferiorität. Berechnen wir den Quotienten 2,67/2,67 = 1, so tritt der bedeutende Abstand in feuerfester Hinsicht eclatant hervor. Während ersterer Thon zu denen der ersten Classe gehört, ist letzterer zu den Thonen der von mir angenommenen letzten und niedrigsten, resp. VII. Classe zu rechnen. Das Thonerdeverhältniß ist von 10,78 auf 2,67 herabgesunken, und das Verhältniß zur Kieselsäure von 1,61 auf 2,67 gestiegen.

Nicht so auffallend zeigen uns in umgekehrter Ordnung die Analysen des Saarauer Thones I, a., ausgesuchte beste Probe und b. die wenig geringere Durchschnittsprobe, mit dem Sinken der Feuerfestigkeit ein Steigen des besprochenen Kieselsäureverhältnisses.

a. mit der Formel 19,25 (Al² O³, 1,38 SiO³) + RO
b. 16,39 ( „ 1,69 „ ) + RO

oder

bei a. kommen 27,70 Kieselsäure auf 1 Flußmittel, und
bei b. 26,57 „ „ 1 „

Dagegen führen die beiden Thonerdeverhältnisse, wie die Quotienten: 13,95 und 9,70, ganz correct, in Uebereinstimmung mit dem pyrometrischen Resultate, außer allen Zweifel wie aller Irre.

In dem einen Falle hat also mit der pyrometrischen Abnahme das Verhältniß der Kieselsäure zu den Flußmitteln abgenommen, und in dem anderen Falle für dasselbe Resultat umgekehrt zugenommen.

Ziehen wir noch zwei schon länger von mir analysirte belgische Thone64) in Betracht, welche pyrometrisch beträchtlich verschieden, analytisch (im jeweiligen Mittel aus Doppelanalysen) keine so bedeutenden Unterschiede zeigten.

Für den Thon Nr. 1 von Namur fand ich damals nach der Quarzmethode die Strengflüssigkeit = weniger als 2, das Bindevermögen = 8.

|293|

Die Doppelanalyse ergab im Mittel:

Thonerde 29,65 13,817 O³
Kieselsäure,
chem. geb.
Sand
32,80
25,40
58,20 31,040 O³
Magnesia
Eisenoxyd
Alkalien
Glühverlust
0,20
0,04
0,45
1,14
0,080
0,011
0,090
0,194
0,375 = 1,125 O³
9,30
–––––
98,98

Chemische Formel: 12,28 (Al² O³, 2,25 Si O³) + RO

oder auf

1) 12,28 Thonerde kommt 1 Flußmittel;

2) 1 Theil Thonerde kommt auf 2,25 Kieselsäure.

Gibt den Quotient 12,28/2,25 = 5,46.

Ferner 3) 27,63 Kieselsäure kommen auf 1 Theil Flußmittel.

Thon Nr. 6 von Namur.

Strengflüssigkeit = 6 (er ist also erheblich weniger feuerfest),

Bindevermögen = 7–8.

Die Doppelanalyse ergab im Mittel:

Thonerde 27,40 12,769 O³
Kieselsäure,
chem. geb.
Sand
33,70
26,45
60,15 32,080 O³
Magnesia
Kalk
Eisenoxyd
Eisenoxydul
Alkalien
Glühverlust
0,34
0,10
0,72
0,21
1,40
8,00




berechnet
als Oxydul
0,136
0,028

0,191
0,238
0,593 = 1,779 O³
–––––
98,32

Chemische Formel: 7,18 (Al²O³, 2,51 SiO³) + RO

oder auf

1) 7,18 Thonerde kommt 1 Flußmittel;

2) 1 Theil Thonerde kommt auf 2,51 Kieselsäure.

Gibt den Quotient 7,18/2,51 = 2,86.

Ferner 3) 18,02 Kieselsäure kommen auf 1 Theil Flußmittel.

Während somit die Schwerschmelzbarkeit sich vermindert, ist auch gleichzeitig das Verhältniß zwischen Kieselsäure und Flußmittel gesunken.

|294|

Wollte man aus den angeführten Thonen, denen von der Saar wie den belgischen von Namur, wobei jedesmal die geringere feuerfeste Sorte auch eine geringere Menge Kieselsäure im Verhältniß zu den Flußmitteln aufweist, einen Schluß ziehen, so würde man zu einem Resultate kommen, welches dem schon länger ausgesprochenen ganz entgegengesetzt ist, und erst durch die oben erwähnten sehr dankenswerthen pyrometrischen Bestimmungen von Richters seinen bestimmten, meßbaren Ausdruck gefunden hat. Richters setzte bekanntlich dem Saarauer Thon Nr. I zwei Zehntel Quarzpulver hinzu und drückte dadurch die Feuerbeständigkeit dieses Thones um mehrere Grade seiner Scala hinab, um ihn mit seiner angenommenen Controlprobe vergleichen zu können.

Auch unterscheiden sich die in Bezug auf das Verhältniß zwischen Thonerde und Flußmittel nahe gleichen Thone, Richters' Saarau Nr. I wie Nr. III, in der Formel durch den bedeutend größeren Kieselsäuregehalt des letzteren. Letztgenannter Thon aber ist der wesentlich weniger feuerfeste.

Was somit hier die durch die bestimmten Versuche bewiesene Regel ist, das kehrt sich in obigen Fällen auf einmal um, woraus, zuverlässige Untersuchungen selbstredend vorausgesetzt, hervorgeht, daß das Verhältniß zwischen Kieselsäure und Flußmittel nicht nur nicht als ein maaßgebendes, entscheidendes, sondern im Gegentheil als ein verwirrendes zu bezeichnen ist, welches mit den erwähnten Thonerdeverhältnissen in keiner Verbindung steht.

Vollends aber für sich allein, ohne Beziehung aufgefaßt, liefert das Verhältniß zwischen Kieselsäure und Flußmittel gewiß keinen Maaßstab und ist hierbei wie immerhin festzuhalten, was Richters ebenso richtig wie evident dargelegt hat, daß wir es bei den feuerfesten Thonen mit Doppelverbindungen zu thun haben. Deßwegen sind denn auch die oben bezeichneten Verhältnisse zwischen Thonerde und Flußmittel einerseits, wie zwischen Thonerde und Kieselsäure andererseits, wie ich bereits dort schon bemerkt, stets strengstens in combinirter Beziehung in's Auge zu fassen.

In der Einseitigkeit liegt der Irrthum. So läßt sich z.B. durch einen Versuch constatiren, daß Verhältnisse zwischen Kieselsäure und Thonerde aufstellbar sind, bei denen, was sonst paradox erscheint, mit der Zunahme der Thonerde die Strengflüssigkeit abnimmt!

Mengt man 100 Theile feinstes, chemisch reines Quarzpulver innigst mit 1, 2 und 4 Theilen Thonerde, und setzt die Gemenge einem heftigen |295| Feuersgrade aus, so zeigt das mit 4 Proc. eher Zeichen der Schmelzung als das mit 2 Proc., oder wieder das mit 2 Proc. eher, als das mit 1 Procent.

Vermengt man andererseits ebenso 100 Th. Quarz mit 1, 2 und 4 Proc. Magnesia, so findet in längst bekannter Weise mit dem größeren Flußzusatz auch die größere Schmelzbarkeit statt; aber gleichzeitig läßt sich auch vergleichungsweise beobachten, daß die Thonerdeproben mehr und stärker erweichen als die entsprechenden Flußmittelproben.

Vermischt man die Theile von jeder der vorstehenden 8 Proben, feuchtet sie an, durchknetet sie innigst, formt daraus kleine Cylinder und setzt dieselben einmal der Schmiedeeisen-Schmelzhitze aus und ein anderesmal der Platin-Schmelzhitze, so ist:

in Schmiedeeisen-
Schmelzhitze
in Platin-
Schmelzhitze
die einprocentige Magnesiaprobe noch ritzbar mit nicht mehr ritzbar, aber
einer Nadel und noch von mattem
stäubt dabei ab Ansehen
die zweiprocentige „ eben noch ritzbar deßgl. deßgl.
die vierprocentige „ nicht mehr ritzbar deßgl. zeigt
glänzende Punkte
dagegen die einprocentige Thonerdeprobe eben noch ritzbar bereits leise glasirt
die zweiprocentige „ nicht mehr ritzbar stärker glasirt
die vierprocentige „ verdichtet bis
zur beginnenden
Glasur
deutlich glasirt

In diesem Falle tritt dann, was fast noch mehr paradox erscheint, die Thonerde als kräftigeres Flußmittel auf, wie die Magnesia. Kommen derartige Verhältnisse eines so bedeutenden Vorwiegens der Kieselsäure bei den Thonen im Allgemeinen nicht vor (oder vielmehr bezeichnet man sie dann richtiger als thonhaltigen Sand), so lehren sie uns doch, wie gesagt, daß vor einer Auffassung, welche nur eine Beziehung abgesondert in Betracht zieht und nicht stets das Doppelverhältniß, nicht genug gewarnt werden kann.

Der Versuch weist uns auch auf die wesentlich größere Empfindlichkeit der Kieselsäure gegenüber der Thonerde als gegenüber den Flußmitteln hin, wenn es sich um kleine Mengen von beiden letzteren, namentlich der Thonerde handelt, was nach anderweitiger Darlegung in der verschiedenen Sättigungscapacität seine Begründung findet. Führt man, beiläufig bemerkt, den Versuch noch weiter fort und setzt ganz denselben Gemengen je 2 Proc. Thonerde zu, nähert sich also damit möglichen |296| natürlichen Sandvorkommnissen, so zeigen sich wiederum die Thonerdegemenge mehr erweicht als die Magnesiagemenge.65)

Als jeder der obigen acht Proben je 2 Proc. Thonerde hinzugemengt und ebenso kleine Cylinder daraus geformt und völliger Platin-Schmelzhitze ausgesetzt wurden:

war a die einprocentige Magnesiaprobe
(+ 2 Proc. Thonerde)

noch ritzbar mit
der Nadel
Dieselben Proben
nochmals demselben
höchsten Hitzegrade
ausgesetzt
b die zweiprocentige Magnesiaprobe
(+ 2 Proc. Thonerde)
c die vierprocentige Magnesiaprobe
(+ 2 Proc. Thonerde)

kaum noch ritzbar

nicht mehr ritzbar

nicht glasirt
ferner auch d eine achtprocentige Magnesiaprobe
(+ 2 Proc. Thonerde)

verdichtet und
beginnt porig zu
werden; doch im
Ganzen körniges Ansehen.

homogen verdichtet
Dagegen
a' die ein- resp. dreiprocentige Thonerdeprobe
b' die zweiprocentige Thonerdeprobe
c' die vierprocentige Thonerdeprobe
homogen verdichtet
deßgl.
deßgl.

verdichtet oder glasirt
d' die achtprocentige (resp. zehnprocentige) verdichtet zur
homogenen,
porzellanähnlichen
Masse

lebhaft glasirt.

Die an sich äußerst schwerschmelzbare Kieselsäure (Quarzpulver) wirkt, je unvollständiger sie in chemische Verbindung tritt, um so mehr erhöhend auf die Strengflüssigkeit der bezüglichen Gemenge, was dann für die Magnesia in augenscheinlich höherem Grade der Fall ist, als für die Thonerde.

Endlich ist es recht günstig und nicht wenig werthvoll, daß die beiden bezeichneten Thonerdeverhältnisse zur pyrometrischen Beurtheilung vollkommen ausreichen. Die Hinzunahme eines dritten Verhältnisses würde den Ueberblick erschweren und compliciren.

|297|

Selbstredend setzten die gefundenen Verhältnisse und die darauf begründeten Schlußfolgerungen voraus, daß die Analyse mit aller erreichbaren Genauigkeit ausgeführt ist.66) Schon kleine Unrichtigkeiten in der Bestimmung der Flußmittel, welche auf die Gesammtmenge nicht von compensirendem Einflusse sind, geben der Formel einen anderen Charakter, wodurch pyrometrisch schon auffällige Differenzen völlig verwischt werden können. Um einen annähernden Anhalt in dieser Beziehung zu geben, lasse ich die bereits früher angeführte Doppelanalyse des Garnkirker Thones folgen, mit der Berechnung der Formel aus jeder Einzelanalyse.67)

In dem bei 100° C. getrockneten Thone wurde gefunden:

Probe a.

Thonerde 36,20 16,870 O³
Kieselsäure
chem. geb.
Sand
39,04
4,76
43,80 23,360 O³
Magnesia
Kalk
Eisenoxyd
Alkalien
0,82
0,46
0,90
1,80
0,328
0,131
0,180
0,306
0,945 = 2,835 O³
Glühverlust 14,99
–––––
98,97

Diese Analyse gibt die Formel 5,95 (Al²O³ 1,388 SiO³) + RO

oder auf 1) 5,95 Thonerde kommt 1 Flußmittel;
2) 1 Theil Thonerde kommt auf 1,38 Kieselsäure,
und 3) 8,21 Kieselsäure kommen auf 1 Flußmittel.

Quotient = 4,31.

Probe b.

Thonerde 35,76 16,665 O³
Kieselsäure
chem. geb.
Sand
40,20
4,50
44,70 23,840 O³
Magnesia
Kalk
Eisenoxyd
Alkalien
0,87
0,38
1,10
1,40
0,348
0,109
0,220
0,238
0,915 = 2,745 O³
Glühverlust 15,00
–––––
99,21
|298|

Diese Analyse gibt die Formel 6,07 (Al²O³, 1,43 SiO³) + RO

oder auf 1) 6,07 Thonerde kommt 1 Flußmittel;
2) 1 Theil Thonerde kommt auf 1,43 Kieselsäure,
und 3) 6,68 Kieselsäure kommen auf 1 Flußmittel.

Quotient = 4,24.

Am größten tritt uns die mögliche Differenz bei der Kieselsäure entgegen, geringer bei der Thonerde wie bei den Flußmitteln. Nehmen wir dieses Resultat als herrschende Regel an, wofür analytische Erfahrungen sprechen, so ist es gerade ein günstiges für die maaßgebenden Thonerdeverhältnisse. – Für die Formelberechnung fällt entsprechend gleichfalls die Differenz auf die Kieselsäure, wobei sich dann ein eventueller Fehler multiplicirt.

Für den durch Division erhaltenen Quotienten dividiren sich auch die eventuellen Fehler, wodurch die Differenz sich mehr ausgleicht, wenigstens in dem vorliegenden Falle.

Kurze Zusammenfassung.

Zur Beurtheilung oder Berechnung des pyrometrischen Werthes eines Thones aus der Analyse, sind zu beachten die beiden ebenso maaßgebenden und zutreffenden wie ausreichenden Thonerdeverhältnisse:

1) das Verhältniß der Thonerde zu den Flußmitteln, und davon unzertrennlich

2) das Verhältniß der Thonerde zu der Kieselsäure.

Ist bei zwei oder mehreren Thonen bald das eine, bald das andere Verhältniß vorwiegend oder zurücktretend, so läßt sich durch eine einfache Rechnung, – durch Division des Sauerstoffquotienten der Thonerde in die Kieselsäure, in den Sauerstoffquotienten der Flußmittel in die Thonerde,68) – der pyrometrische Werth, ausgedrückt in einer ganz bestimmten Zahl, feststellen.

Der so gefundene Quotient steigt und fällt mit der Zunahme wie Abnahme der Schwerschmelzbarkeit eines Thones und zeigt uns die unfehlbare Uebereinstimmung zwischen pyrometrischem und analytischem Resultate.

Ausnahmen von diesem Gesetz finden ihre Erklärung in charakteristischen, physikalischen Umständen, deren nicht zu unterschätzende Bedeutung dadurch in's rechte Licht gesetzt wird.

Der bezeichnete Quotient gibt nicht allein ein Maaß, sondern er |299| bildet das eigentliche Kriterium für die Genauigkeit der Gesammtbeobachtungen, sey es daß wir dadurch ein correctes oder ein zu modificirendes Bild erlangen. Mittelst dieses Quotienten controlliren sich das analytische und pyrometrische Resultat wechselweise.

Wiesbaden, im Mai 1871.

|289|

Wie ich oben dargelegt habe, wird derselbe erhalten durch Division des Sauerstoffquotienten der Thonerde in die Kieselsäure, in den Sauerstoffquotienten der Flußmittel in die Thonerde.

|291|

Behufs der Sandbestimmung war, wie bei den früheren Analysen, vor dem Auskochen mit kohlensaurem Natron die Gesammtkieselsäure geglüht worden.

|291|

Stets als Oxydul berechnet.

|291|

Vorherrschend Kali und stets als solches berechnet.

|292|

Polytechn. Journal, 1863, Bd. CLXIX S. 455.

|296|

Aehnliche Beobachtungen, wenn man die Gemenge wiederholt demselben sehr hohen Hitzegrade aussetzt, sprechen dafür, daß auch für bereits eingegangene chemische Verbindungen unter gleichen Bedingungen dasselbe der Fall ist; wenn auch die alsdann auftretenden Erscheinungen mehr beschränkt an Intensität wie Ausdehnung seyn dürften.

|297|

Unzweifelhaft ist in diesem Punkte viel und häufig gefehlt werden. Bei der keineswegs leichten Aufgabe der scharfen Scheidung schon zwischen Kieselsäure und Thonerde, der Bestimmung der letzteren im reinen Zustande ohne Verlust, der correcten Gewichtsermittelung der einzelnen, oft sehr unbedeutenden Flußmittelmengen ist eine längere, andauernde Uebung zur Erwerbung hinreichender Zuverlässigkeit erforderlich.

|297|

Den Gang der Analyse sehe man in diesem Journal Bd. CXCVI S. 438.

|298|

Oder des Quotienten der Kieselsäure innerhalb der Klammer, in die Thonerde außerhalb der Klammer der Formel.

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