XLIII. Ueber Schmelzen und Gießen des Kupfers; von Dr. C. Stölzel in Nürnberg. Stölzel, über Schmelzen und Gießen des Kupfers. In einer früheren AbhandlungS. 51 in diesem Bande des polytechn. Journals. wurde ein einfaches und billiges Verfahren mitgetheilt versilberte kupferne Abfälle, welche bei Herstellung von Drähten, Flittern, Kantillen, silberplattirten Waaren u.s.w. entstehen zu versilbern; daran schloß sich die weitere Aufgabe das entsilberte Kupfer direct einzuschmelzen und umzugießen, so daß es von seiner guten Beschaffenheit nichts einbüßt und für die betreffenden Fabriken unmittelbar wieder Verwendung finden kann. Es ist dieß für sie nicht unwichtig, weil sie, abhängig von einigen wenigen Bezugsquellen, für das Kupfer bester Qualität hohe Preise zahlen müssen. Man sollte glauben daß dieser einfache Proceß ohne Weiteres zu bewerkstelligen sey; dennoch treten bei dessen praktischer Ausführung eigenthümliche, durch die Natur des Kupfers bedingte Schwierigkeiten in den Weg, und sieht man sich nach den Mitteln zu deren Ueberwindung um, so stößt man auf die verschiedensten, oft sich ganz widersprechenden Ansichten über die Umstände, welche schädlichen Einfluß beim Schmelzen und Gießen des Kupfers äußern. Draht- und Silberplattirfabriken verlangen ein Kupfer welches erstens größte Zähigkeit besitzt, so daß es fein gewalzt und gezogen werden und die Mißhandlungen beim Drücken auf der Drehbank oder unter Prägwerken zur Herstellung der mannichfachsten Verzierungen aushalten kann; zweitens soll es durchgängig homogen seyn. Die geringsten Fehler in letzter Beziehung, nach dem Gießen des Kupfers in Barren- oder Plattenform oft gar nicht wahrnehmbar, vergrößern sich durch die weitere Verarbeitung. Kleine poröse Stellen veranlassen bei Drähten ein Zerreißen, bei Blechen Bläschen, welche durch das Dünnwalzen und Ausglühen deutlich zum Vorschein kommen – Zähigkeit und Homogeneität stehen nicht in unmittelbarem Zusammenhang, man kann einestheils ein zähes Material herstellen, welches wegen Undichtigkeiten nicht genügt, anderntheils ein gleichmäßig dichtes, dem die nöthige Festigkeit mangelt. Aus der Metallurgie ist zur Genüge bekannt, welche Schwierigkeiten der Erzeugung eines in jeder Beziehung tadellosen Kupfers im Wege stehen, aber selbst wenn es mit den besten Eigenschaften hergestellt war, so verliert es dieselben wieder durch ungeeignete Behandlung und zwar schon durch geringe Versehen. Drei unangenehme Eigenschaften des Kupfers bewirken sehr leicht eine Verschlechterung desselben; es hat zunächst mehr wie ein anderes Metall die Neigung durch gewisse Verunreinigungen wieder spröde zu werden, dann beim Guß zu spratzen und endlich in der Form zu steigen. – Zur Vermeidung dieser Umstände wurde es bei Verarbeitung von Kupferabfällen oben bezeichneter Art am geeignetsten befunden, dieselben einfach in bedeckten Graphittiegeln unter einer Decke von Holzkohlenpulver zu schmelzen, mit einem Holzstabe einigemal umzurühren und die Masse, wenn sie eine ruhige Oberfläche zeigt, bei nicht unnöthig hoher Temperatur in geschlossene etwas eingeölte eiserne Formen zu gießen. Faßt man die Ursachen etwas näher in das Auge, durch welche eine Verschlechterung des Kupfers eintreten kann, so wird es klar werden warum der angedeutete Weg am leichtesten zum erwünschten Ziele führt. 1. Die Sprödigkeit des Kupfers ist bedingt durch fremde Beimengungen, besonders gefährlich wirken selbst in geringen Quantitäten Blei, Antimon, Eisen, Zink, Zinn, Wismuth, Arsenik, dann Kupferoxydul und Schwefel. Handelt es sich um Umschmelzung eines tadelfreien Kupfers, so können nur die beiden letzten Stoffe gefährlich werden, da Zutritt fremder Metalle leicht zu vermeiden ist. – Zur Abhaltung des Schwefels ist auf Anwendung möglichst schwefelfreier Kohks, oder statt dessen Benutzung von Holzkohlen als Brennmaterial zu sehen; zur Vermeidung der Bildung von Kupferoxydul muß Zutritt des Sauerstoffs der Luft zum schmelzenden Kupfer thunlichst verhütet werden. Letzteren Zweck erreicht man am besten durch eine schützende Decke von Holzkohlenpulver und Eingießen in geschlossene Formen. Vielfältige Erfahrungen zeigen, daß kleine Mengen von Kupferoxydul nützlich seyn können, wenn das Kupfer gewisse fremde Metalle enthält, deren schädlichem Einfluß es dann entgegenwirkt; nach Dick's Mittheilungen über Versuche welche im metallurgischen Laboratorium für praktische Geologie in London angestellt wurden,Polytechn. Journal Bd. CXLI S. 207 enthielt zähes Gahrkupfer 3–3,5 Proc. Kupferoxydul als einen neben Blei und Antimon für die Geschmeidigkeit nothwendigen Bestandtheil; andererseits muß aber hervorgehoben werden, daß gerade Kupferoxydul in jedem Falle sehr ungünstig wirkt wenn seine Menge eine gewisse Gränze übersteigt, bei reinem Kupfer nichts zur Verbesserung desselben beiträgt und deßhalb ganz zu vermeiden ist. – Hiermit steht in innigem Zusammenhang inwiefern Berührung des schmelzenden Kupfers mit Kohlenstoff nachtheilig werden kann. Nur bei Kupfer geringer Qualität, in dem eine kleine Menge Kupferoxydul erwünscht ist, kann er mittelbar dessen Zähigkeit insofern vermindern als er das Kupferoxydul reducirt, dagegen muß ihm bei Kupfer bester Qualität schädlicher Einfluß abgesprochen werden und zwar um so mehr, als seine Aufnahme nur schwierig stattfindet und vielleicht gar nicht, wenn man das Kupfer wie gewöhnlich nur kürzere Zeit unter einer Kohlendecke schmilzt. Die geringe Güte des sogenannten überpolten Kupfers wird deßhalb nach Dick nicht durch eine directe, sondern indirecte Einwirkung des Kohlenstoffs hervorgerufen, und reines galvanoplastisches Kupfer konnte man ohne Verminderung seiner Festigkeit bei höchster Temperatur mit Kohlenpulver schmelzen und dann einer langsamen Abkühlung im Tiegel aussetzen. Vielfache Schmelzversuche mit Kupferabfällen aus bestem Kupfer haben mir dasselbe Resultat ergeben, ich erhielt bei Anwendung von Kohlenpulver ein gutes Product, während jedes andere Bedeckungsmittel höchst ungünstig für Zähigkeit oder Homogeneität des Metalles war. 2. Eine weitere Verschlechterung des Kupfers kann durch dessen Neigung zum Spratzen eintreten. Diese Erscheinung besteht bekanntlich darin, daß aus der geschmolzenen Masse beim Erstarren durch eine eintretende Gasentwickelung größere oder geringere Mengen flüssigen Metalles in die Höhe geschleudert werden. Die schädliche Folge davon ist Erzeugung poröser Stellen im Gusse. Es ist noch nicht durch ganz einwurfsfreie Versuche entschieden ob die Gasentwickelung durch einfache Aufnahme von Sauerstoff in der Glühhitze und Wiederabgabe beim Erstarren des Kupfers hervorgerufen wird, oder durch eine Reaction zwischen kleinen im Kupfer enthaltenen Mengen Schwefels oder Kohlenstoffs und dem Sauerstoff der Luft. Die bei vorliegenden Versuchen verwandten Kupferabfälle, mit nur Spuren von Schwefel, zeigten, als sie unter einer Kochsalzdecke geschmolzen wurden, wobei also auch Aufnahme von Kohlenstoff vermieden war, sehr heftigen Kupferregen wenn das flüssige Metall in eine offene vorher zum Glühen erhitzte eiserne Form gegossen wurde. Directe Aufnahme und Wiederabgabe des Sauerstoffs erscheint hiernach als die wahrscheinlichere Ursache des Spratzens; zum Austrag könnte die Frage übrigens nur gebracht werden, wenn man von chemisch reinem Kupfer, welches während des Schmelzens in keiner Weise mit Schwefel oder Kohlenstoff in Berührung käme, zeigte, ob es die Fähigkeit besitzt zu sprechen oder nicht. Für die Praxis genügt die einfache Thatsache sowohl beim Schmelzen als beim Gießen des Kupfers die Luft möglichst abzuhalten. Marchand und Scheerer haben nachgewiesenJournal für praktische Chemie Bd. XCVII S. 193. daß selbst Sauerstoff haltige Bedeckungsmittel wie Borax, Soda, Glas beim Schmelzen vom feinsten russischen Kupfer auf dessen Dichtigkeit schädlich einwirken, während Kochsalz dieß nicht thut. Auf diese Thatsache gestützt und von der falschen, vielfach verbreiteten Meinung ausgehend, daß Kohle das Kupfer überhaupt spröde mache, wurde beim Umschmelzen der Kupferabfälle anfänglich Kochsalz zugegeben; der dadurch erhaltene Regulus war äußerlich ganz fehlerfrei und dicht, allein als er unter dem Hammer für das später beabsichtigte Auswalzen zur Bearbeitung kam, zeigte er sich außerordentlich spröde. Es ist somit dieses Bedeckungsmittel unstatthaft wo es sich nicht bloß um Dichtigkeit, sondern zugleich um Zähigkeit des Kupfers handelt. – Wendet man statt dessen Holzkohlenpulver an, so erzielt man ein in jeder Hinsicht befriedigendes Resultat. Die glühenden Kohlentheilchen lassen nicht nur keinen Sauerstoff zum Kupfer treten, sondern befreien auch das geschmolzene Metall von demselben, wenn es solchen enthält, wie es bei Verarbeitung von Kupferabfällen mit meist etwas oxydirter Oberfläche gewöhnlich der Fall ist. Mehrmaliges Umrühren mit einem Holzstabe befördert hier, wie bei der Gewinnung des Kupfers im Großen, beim Polen, die Reduction, indem die flüssigen Metalltheile in heftige Bewegung gesetzt und mehrfach mit der Kohle und den aus dem Holze sich entwickelnden Gasen in Berührung gebracht werden. Man bemerkt die zwischen Kupferoxydul und Kohlenstoff eintretende Reaction an einer Gasentwickelung durch die Kohlendecke hindurch, und erst wenn letztere ruhig da liegt, darf zum Ausgießen geschritten werden. Beim Ausgießen des Kupfers wurde es genügend gefunden, zur Abhaltung der Luft geschlossene Metallformen anzuwenden, die etwas eingeölt waren. 3. Ein dritter Umstand welcher Verschlechterung des Kupfers hervorruft, ist dessen Bestreben in den Formen zu steigen. Häufig werden Spratzen und Steigen auf gleiche Ursache zurückgeführt und diese Begriffe durcheinander geworfen; es liegen aber bei den Erscheinungen ganz verschiedene Ursachen zu Grunde. Das Spratzen ist bedingt durch Sauerstoffaufnahme, das Steigen in der Form durch die Schnelligkeit des Erstarrens des Metalles. Es ist eine bestimmte Thatsache, daß das Kupfer beim Erstarren sich zusammenzieht; werden die äußeren Theile eines Gußstückes durch die von Außen nach Innen fortschreitende Abkühlung nicht möglichst gleichzeitig, sondern früher fest als die inneren, so müssen sie deßhalb nothwendig einen starken Druck auf den noch flüssigen Kern ausüben und ihn mit Gewalt herauspressen. Das dadurch erzeugte Steigen in der Form ist demnach auf eine rein mechanische Wirkung zurückzuführen, während die chemische Zusammensetzung des Kupfers hierbei entweder gar keine Bedeutung hat oder nur insofern von Einfluß seyn kann, als damit die Raschheit des Erstarrens zusammenhangt. Die Mittel, welche ein möglichst rasches und gleichzeitiges Abkühlen des ganzen Gußstückes herbeiführen, sind auch die geeignetsten zur Verhütung des Steigens, nämlich Ausgießen bei nicht zu hoher Temperatur und Anwendung von Metallformen, in welchen schnelle Abkühlung erfolgt. Es wurden anfänglich die Probeplatten (von 1 Pfund Gewicht) aus den geschmolzenen Kupferabfällen in geschlossenen gut ausgeglühten Lehmformen hergestellt; in diesen zeigte sich aber häufig ein sehr starkes Steigen, wenn nicht gerade die richtige Temperatur beim Ausgießen des Kupfers getroffen wurde. Daß in Sand- und Lehmformen der Guß so leicht porös ausfällt, liegt meines Trachtens nicht sowohl in einer etwaigen Einwirkung der Kieselsäure auf das Kupfer, als vielmehr in der geringen Wärmeleitungsfähigkeit der Formmasse. Bei Anwendung von eisernen Formen trat das Steigen nicht mehr ein. Dieselben bestanden aus zwei länglich-viereckigen Platten von Schmiedeeisen, zwischen welchen auf drei Seiten eiserne Schienen eingelegt und durch eine passende Keilvorrichtung festgepreßt waren, während die vierte schmale Seite zum Einguß diente. Aus diesen Versuchen und Erörterungen ergibt sich, daß einestheils ein gutes Kupfer durch falsche Behandlung leicht benachtheiligt werden kann, daß aber anderntheils das Schmelzen und Gießen desselben, bei richtiger Würdigung der dabei wesentlichen Umstände, keine besonderen Schwierigkeiten darbietet. – Die auf dem angedeuteten Wege erzeugten Gußplatten waren tadelfrei, obgleich man den Kupferabfällen kein neues Kupfer beim Schmelzen zugesetzt hatte, was die Herstellung eines guten Productes wesentlich erleichtert; äußerlich von glatter glänzender Oberfläche ließen sie sich zu dünnen Blechen auswalzen, welche die Bearbeitung durch Drücken auf der Drehbank und unter Prägwerken, ohne Risse zu bekommen, aushielten. Um über die innere Natur des erhaltenen Kupfers weitere Aufschlüsse zu bekommen, wurden mehrere Bleche qualitativ analysirt und deren spec. Gewicht bestimmt. Es fanden sich darin kleine Mengen von Eisen, Nickel und Silber (quantitativ 0,09 Proc. Ag.), Spuren von Schwefel und Mangan, dagegen waren sie ganz frei von den schädlichen Beimengungen des Bleies und Antimons. – Das spec. Gewicht zweier – Blechproben von 1/3 Millimeter Stärke betrug 8,947 und 8,952. Diese Zahlen geben, mit Berücksichtigung des sehr geringen Silbergehaltes des Kupfers, welcher ohne erheblichen Einfluß auf das specifische Gewicht seyn mußte, den besten Beweis für die Dichtigkeit des erzielten Materiales, sie erreichen die höchsten Dichtigkeitswerthe, welche nach Marchand's und Scheerer's Untersuchungen über die Zusammendrückbarkeit der Metalle und Dick's Beiträgen zur Metallurgie des Kupfers für das Kupfer gefunden wurden.