Ueber die Anwendung der Elektricität und der Zinkeinlagen gegen Kesselsteinbildungen; von Ferd. Fischer. Fischer, über die Anwendung der Elektricität und der Zinkeinlagen gegen Kesselsteinbildungen. Am 29. September 1840 erhielt der Maschinenwärter Patterson einen elektrischen Schlag, als er nach dem Sicherheitsventil eines Dampfkessels des Kohlenbergwerkes Cramlington griff, während seine Beine von einem Dampfstrahl getroffen wurden, welcher aus einer Undichtigkeit desselben Kessels ausströmte. Armstrong (* 1841 79 20) und Pattinson (1841 79 25) untersuchten diese Erscheinung genauer. Faraday und Pattinson glaubten, daß die beobachteten großen Elektricitätsmengen bei der Verdampfung des Kesselwassers frei würden, da eine isolirte Locomotive negativ, der ausströmende Dampf aber positiv war. Schafhäutl (1841 79 387) und Rowell (1844 94 366) meinten, diese Elektricität stehe in Beziehung zu dem bei der Expansion des Hochdruckdampfes latent werdenden Wärmestoffes (vgl. 1850 117 316). Armstrong (1841 79 200) vermuthete anfangs, die beobachtete Elektricität stehe in Beziehung zur Dampfkesselexplosion. Jobard (1841 79 233) und Andraud (1841 79 316) 1855 137 24) glauben ebenfalls, beim Verdampfen des Kesselwassers werde Elektricität entwickelt, welche unter Umständen die Fähigkeit erlange, zu explodiren. Auch Tassin (1841 79 234), J. G. Hofmann (1867 186 84), Meikle (1841 80 139) und Andere (1874 213 298) meinen, bei Dampfkesselexplosionen sei Elektricität im Spiele. Schon Armstrong (* 1841 79 200) überzeugte sich durch Versuche an Dampfkesseln, daß der Dampf im Kessel noch nicht elektrisch ist. Weitere Versuche von Schafhäutl (1841 80 132) 258), Sturgeon (1841 80 454), namentlich aber von Armstrong (1841 79 * 414) 80 138. 81 * 6. 310. 1842 83 * 271. 1843 90 * 175) zeigten, daß die beim Abblasen des Dampfes frei werdende Elektricität völlig unabhängig von der Verdampfung des Wassers ist; die ausschließliche Ursache der Elektricitätserregung ist die Reibung des austretenden Wasserdampfes. Faraday (1843 88 226) bewies, daß beim Ausströmen des Dampfes sich nur dann Elektricität zeigt, wenn derselbe zugleich Wassertheilchen enthält, die Elektricität also nur durch Reibung der Wasserkügelchen an den Wandungen der Ausströmungsöffnungen entsteht; Salze hindern meist die Elektricitätsentwicklung, Oel kehrt die Elektricität um.Vgl. auch Wüllner: Lehrbuch der Experimentalphysik. 2. Aufl. 4. Bd. S. 260. – Joh. Müller: Lehrbuch der Physik und Meteorologie. 7. Aufl. 2. Bd. S. 116. An einem kleinen Dampfkessel, der bei Besprechung der Zinkeinlagen näher beschrieben werden soll, habe ich mehrere Male mittels eines isolirten Kupfer- oder Eisendrahtes das Kesselwasser mit der äußern Oberfläche des Kessels verbunden und in die Leitung einen empfindlichen Multiplicator eingeschaltet. Weder mit destillirtem Wasser, noch mit Gyps- oder Chlormagnesiumlösung konnte der geringste Strom wahrgenommen werden. Wurde jedoch in diese Leitung noch eine kleine Thermosäule eingeschaltet und diese mit der Hand berührt, so gab die Multiplicatornadel sofort einen starken Ausschlag; Leitungsdrähte, Klemmschrauben u. dgl. waren demnach in Ordnung. Armstrong (1841 79 200) vermuthete anfangs, die erwähnte Elektricitätserscheinung stehe in Beziehung zur Kesselsteinbildung. Peltier (1841 79 382) meint, man könne diese Elektricität vielleicht zur Erkennung des Zustandes der Kesselsteinkruste benützen. Die neuerdings von Schäfer (1876 219 179) und in ähnlicher Weise von Field (1874 214 173) aufgestellte Hypothese, der Kesselstein sei, analog der Galvanoplastik, der elektromagnetischen Kraft der erwärmten Kesselplatten zuzuschreiben, widerspricht selbst den einfachsten physikalischen Gesetzen. Ueberdies zeigt jede Analyse von Kesselsteinkrusten (1874 212 208), daß bei Bildung derselben von einer galvanischen Zersetzung der im Speisewasser gelösten Salze nicht die Rede sein kann. Die Bildung fester Kesselsteinkrusten durch Elektricität zu verhüten, ist schon mehrfach versucht worden. Parry (* 1868 187 372) ließ sich am 15. September 1864 die Anwendung eines im Dampfkessel isolirt befestigten Kupferrohres mit zahlreichen magnetischen Spitzen patentiren. Angeblich sollte hierdurch ein elektrischer Strom erzeugt werden, welcher in den Metalltheilchen des Kessels eine erschütternde Bewegung hervorbringe und so auf mechanischem Wege den Ansatz von Kesselstein verhindere. Aehnlich ist Baker's Anti-Incrustator. Im obern Theile eines Kessels, der sich im isolirten Zustande befinden soll, ist ein Messingstern mit kupfernen Spitzen an einem Porzellanhefte befestigt. Von hier geht ein Kupferdraht abwärts und läuft nach einer rechtwinkligen Biegung, ohne die Kesselwand zu berühren, bis zum andern Ende des Kessels, wo er wieder an einem Porzellanringe befestigt ist (1867 186 273) * 1868 187 369). Durch diese Vorrichtung soll die Bildung fester Krusten verhütet, alte Kesselsteine aber gelöst werden. Sommer (1868 187 273), Webb, Sabine und Ramsbottom (1868 187 359) suchen die angebliche Wirkung dieses Apparates durch elektrische Ströme, ja selbst durch Wasserzersetzung zu erklären. Ihre Angaben sind aber derartig widersinnig, daß der vernichtenden Kritik von C. K. (1868 187 447) 188 99) nur zugestimmt werden kann. Die in letzter Zeit vielfach besprochene Anwendung des Zinks gegen Kesselsteinbildungen und gegen das Verrosten der Bleche ist nicht neu. J. Davy bemerkte schon in einem am 8. Juni 1826 gehaltenen Vortrage, daß eiserne Dampfkessel durch ein Stück Zinn oder Zink gegen Oxydation geschützt werden könnten. Beek (1829 33 400) fand dagegen, daß Zum das Verrosten begünstige, daß man daher beim Zink stehen bleiben müsse. Bei einem mit saurem Grubenwasser gespeisten Dampfkessel konnte die Zerstörung dadurch verhindert werden, daß an den innern Wänden desselben ringsum in der Höhe des Wasserspiegels breite Zinkplatten befestigt wurden (1843 89 76). Becquerel (1864 174 41) 1865 175 145) fand, daß Eisen unter Wasser durch Berührung mit Zink, dessen Oberfläche rein gehalten wurde, vor dem Verrosten geschützt werden kann. Frischen (1857 145 154) beobachtete, daß Eisen durch angelöthete Zinkstreifen vor Rost geschützt wird, wenn es von Wasser völlig bedeckt ist; in feuchter Luft wirkte Zink nur in unmittelbarer Umgebung. Daß das Zink nur so lange wirkt, als dasselbe metallisch mit dem Eisen verbunden ist, fand schon Mallet (1838 70 396) 1844 92 37. 1860 158 396). Die Versuche von Lenger (1860 155 315) und Hutten (1876 219 526) ergaben, daß Eisen selbst durch angegossenes Zink nicht geschützt wurde. Das Rosten der Dampfkessel wird durch eingelegtes Zink nach meinen Beobachtungen zwar etwas vermindert, keineswegs aber verhindert. Dasselbe ist von Münter Zeitschrift des Vereins für Rübenzuckerindustrie des deutschen Reiches, 1876 S. 587 mitgetheilt; von zwei Kesseln, die mit demselben Wasser gespeist wurden und gleich lange im Betrieb waren, enthielt der Schlamm des einen Kessels ohne Zinkeinlage 7,9 Proc., der des Kessels ohne Zink aber 5 Proc. Eisenoxyd. Zur Verhütung der Krustenbildung in Dampfkesseln löthet Babington (1851 120 462) mit gewöhnlichem Weichloth so viel Zinkblech im Innern des Kessels an, daß die Oberfläche des Bleches den fünfzehnten Theil der von Wasser bedeckten Kesseloberfläche beträgt. Vaughan läßt nach einem englischen Patente vom 31. December 1870 das Zink in Form eines Bandes durch eine automatische Vorrichtung nach und nach in den Kessel eintreten, da das ablagernde Oxyd die Wirkung des Metalles bald aufhebe. LesueurAnnales de chimie et de physique, 1875 t. 6 p. 136. berichtet über günstige Resultate der Zinkeinlagen bei einem Schiffskessel, Protzen Industrieblätter, 1875 S. 6. 190. und Herzbruch Deutsche Bauzeitung, 1875 S. 499. haben nach Anwendung der Zinkeinlagen nur noch Schlammablagerungen gefunden. Auch in mehreren Kesseln der Main-Neckar-Eisenbahn wurde die Bildung fester Krusten durch Zinkeinlagen theils vermindert, theils fast völlig verhindert.Gewerbeblatt für das Großherzogthum Hessen, 1875 S. 334. 1876 S. 73. Der Bericht der Direction empfiehlt, das Zink in zerkleinerter Form in den Kessel zu bringen und zwar in die untern Wasserschichten, jedoch nicht so tief, daß es von den sich niederschlagenden festen Bestandtheilen eingeschlämmt werden kann. Für 1qm Heizfläche sollen 0k,24 Zink für jeden Monat erforderlich sein; es scheint einerlei zu sein, ob dasselbe auf einmal oder nach und nach eingeführt wird. Wie mir Hr. Ingenieur Bachmann mittheilte, hat derselbe in einem Kessel mit zwei Flammröhren ebenfalls einen Versuch mit Zinkeinlagen gemacht. Vier Zinkplatten, wie sie im Handel vorkommen, zusammen 24k, werden auf ein siebartig durchlöchertes Eisenblech gelegt, welches 125mm vom Kesselboden, etwa in der Mitte des Dampfkessels befestigt war. Nachdem der Kessel 172 Stunden ununterbrochen mit 4at Ueberdruck gearbeitet hatte, wurde derselbe geöffnet. Anscheinend hatten sich keine festen Krusten, wohl aber eine große Menge Schlamm gebildet; die Zinktafeln wogen lufttrocken 26k,25. Die mir zur Untersuchung übergebenen Speisewasser (I) und Kesselwasser (II) enthielten in 1l: Milligrammäquivalente.         Milligramm.Die Säuren als Anhydride (SO₃), die Metalle als Oxyde (CaO, MgO) gerechnet (vgl. 1873 210 300). I II I II Zink 0 0 0 0 Schwefelsäure 6,52 38,62 261 1545 Chlor 3,04 63,50 108 2254 Salpetersäure Spur   0,30 Spur    16 Salpetrige Säure 0 Sehr stark   0 Sehr stark Organische Stoffe 0,24   2,45   38 392 Kalk 10,18   28,80 285 806 Magnesia 0,38   0,42     8   8     Davon durch Kochen fällbar         Kalk 4,80 0 134 0             Magnesia Spur 0 Spur 0     entsprechend ensprechend Kohlensaures Calcium 240mg       0mg          „          Magnesium       Spur       0 Schwefelsaures Calcium 366 1958 Chlormagnesium   18     20. Das Wasser war im Dampfkessel also um das 21fache concentrirt, wie der Chlorgehalt zeigt. Eine Probe des Schlammes bestand aus: Schwefelsaures Calcium 40,15 Proc. Kohlensaures Calcium 41,00    „ Kohlensaures Magnesium   8,94    „ Unlöslich   2,16    „ Wasser und zweifelhafte Spuren von Zink. Die beigefügten Kesselsteinkrusten bildeten 3 bis 4mm dicke, sehr harte Platten, welche sich schwer zerreiben liehen. Die Analyse derselben ergab: Kalk (CaO) 38,62 Magnesia (MgO)   1,78 Schwefelsäure (SO₃) 51,42 Kohlensäure (CO₂)   2,01 Unlöslich   1,43 Wasser, beim schwachen Glühen         4,60 ––––– 99,86, entsprechend Schwefelsaures Calcium, halbgewässert (CaSO₄ . 1/2 H₂O)       61,19 Proc. Anhydrid (CaSO₄) 30,02    „ Kohlensaures Calcium (CaCO₃)   4,70    „ Magnesiumhydrat (MgO₂H₂)   2,58    „ Unlöslich   1,43    „ Die Zinkplatten waren völlig, senkrecht zur Gußfläche, zerklüftet, bläulich grau. Sie bestanden nach der von Hrn. L. Tietjens in meinem Laboratorium ausgeführten Untersuchung aus: Zinkoxyd 83,9 Zink, metallisch         15,3 –––– 99,2. Zur Bestimmung des metallischen Zinks wurde eine abgewogene Probe in einem Gläschen mit verdünnter Schwefelsäure übergossen und der entwickelte Wasserstoff in einer graduirten Röhre gemessen, unter Berücksichtigung der Temperatur und des Barometerstandes. 22cc,37 trocknes Wasserstoffgas von 0° und 760mm entsprechen bekanntlich 65mg Zink (1874 212 148). Die Gesammtmenge des Zinks wurde in bekannter Weise als Zinkoxyd bestimmt; die Differenz gab das vorhandene Oxyd. Wasser und Kesselstein wurden in früher (1874 212 208) beschriebener Weise untersucht. Diesen über die Wirkung des Zinks als Antikesselsteinmittel günstig lautenden Berichten stehen eine mindestens ebenso große Zahl von Beobachtungen gegenüber, nach denen Zinkeinlagen, auf die Kesselsteinbildungen einen nur zweifelhaften oder gar keinen Einfluß gehabt haben. BachmannZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1876 S. 311. hat bereits im J. 1847 in Eschweiler im Unterkessel eines Dampfkessels mit Zwischenfeuer mehrere Zinkringe eingetrieben, ohne während eines ganzen Jahres irgend welche Einwirkung auf die Kesselsteinbildung wahrnehmen zu können. DarmstädterIndustrieblätter, 1875 S. 370. hat Zinkstücke in einen Dampfkessel gebracht; der vorwiegend aus kohlensaurem Calcium bestehende Kesselstein setzte sich aber nach wie vor an und umhüllte auch das sonst ganz unverändert gebliebene Zink. HanischOrgan des Vereins für Rübenzuckerindustrie der österreichisch-ungarischen Monarchie, 1876 S. 194. hat in 6 Kesseln Zinkstücke im Gewichte von 4 bis 10k eingesetzt. Das Zink blieb an der Stelle liegen, in Kesselstein und Schlamm fest eingebettet, hatte in der ganzen Masse eine bläulich graue Farbe angenommen und zerfiel bei Berührung in erbsengroße Stücke, die sich zwischen den Fingern zu Pulver leicht zerreiben ließen. In einem länger im Betriebe befindlichen Kessel war das Zink zu runden Körnern und Staub zertheilt von schmutzig weißer Farbe. Die Analyse ergab: Aus 10k Zinknach 10 Tagen. Aus 5k Zinknach 6 Wochen. Zink      52,348 – Zinkoxyd      41,052 86,626 Kohlensäure            4,030 11,340 Wasser        2,570   2,034 –––––––––– ––––––––––    100,000       100,000. Nach 6 wöchentlichem Betriebe war das Zink also völlig zersetzt. Die Kesselsteinbildungen (vgl. 1876 221 89) waren überall genau so als ohne Anwendung von Zink. WeinligZeitschrift des Vereins für Rübenzuckerindustrie des deutschen Reiches, 1876 S. 583. bemerkt, daß einige Versuche ungünstige, andere angeblich günstige Resultate ergeben hätten; übrigens seien auch vielfach nicht ganz correcte Beobachtungen gemeldet. Auf zwei Gruben wurden bei je einem Kessel Versuche mit Einhängen von Zink in das Speisewasser gemacht. Nach 6 wöchentlichem Betriebe wurden die Kessel wieder untersucht und weder irgend eine Wirkung noch ein Erfolg constatirt.Mittheilungen des Magdeburger Vereins für Dampfkesselbetrieb, 1876 Heft 2 S. 73. MünterZeitschrift des Vereins für Rübenzuckerindustrie des deutschen Reiches, 1876 S. 330 und 586. hat mit Zinkblecheinlagen auch bei Anwendung eines vorwiegend gypshaltigen Wassers ungünstige Resultate erhalten. Bei einem andern Versuche wurden sowohl im Oberkessel als im Unterkessel neben 22k Zinkblechstreifen 58k Zinkbarren von 260mm Breite, 420mm Länge und 20mm Dicke eingelegt. Beim Oeffnen des Oberkessels zeigte sich, daß die 1 mm,5 dicke Kesselsteinschicht nach oben zu leicht und in größern Flächen absprang, nach unten aber zähe war; im Unterkessel war die Steinschicht dünn. Das Zink war fast völlig in Oxyd verwandelt. Daß in Kesseln mit Unterfeuer Zinkeinlagen selbst gefährlich werden können, zeigt folgende Beobachtung.Arbeitgeber, 1876 S. 12 853. In einem Kessel waren eine Anzahl Zinkstücke eingelegt. Etwa 8 Tage später bekam die vorher ganz gesunde Feuerplatte eine Beule und dann einen 12cm langen Riß, in Folge dessen der Betrieb sofort eingestellt und ein Flick eingesetzt werden mußte. Die Untersuchung ergab, daß das Zink durch Schmelzen oder andere Einflüsse sich mit dem im Kessel befindlichen Kesselstein und Schlamm zu einer zusammengesinterten oder poröse zusammengebackenen Masse verbunden hatte, die fest an der Platte anhaftete. In einem hiesigen Dampfkessel der mit 4at arbeitete, wurden auf das Flammrohr mittels niedriger durchlöcherter Eisengestelle mehrere dicke Zinktafeln gebracht. Beim Oeffnen des Kessels zeigte sich auf dem Flammrohr eine sehr feste Kesselsteinschicht von 0,5 bis 1mm,5 Dicke, die vorwiegend aus schwefelsaurem Calcium bestand, unter dem Flammrohr eine 6 bis 8mm dicke, sehr feste Kruste. Unter der Kesselsteinschicht waren die durch Hammerschäge der letzten Reinigung blos gelegten Stellen des Kesselbleches stark verrostet. 1l des Speisewassers (I) und des Kesselwassers (II) enthielt: Milligrammäquivalente.         Milligramm. I II I  II Zink 0 0 0  0 Schwefelsäure 4,28   21,45 171   858 Chlor 4,31 169,50 153 6017 Salpetersäure 1,05   20,48   57 1106 Salpetrige Säure Spur Sehr stark Spur Sehr stark Organische Stoffe 0,59   19,40   94 3104 Kalk 9,15   48,20 256 1350 Magnesia 0,28     0,61 6     12     Davon durch Kochen fällbar         Kalk 4,29 0 120   0 entsprechend Kohlensaures Calcium       214mg             0mg Schwefelsaures    „ 291 1458 Chlorcalcium   32 1484 Chlormagnesium   13     29. Der ziemlich reichlich abgesetzte Schlamm bestand lufttrocken aus: Schwefelsaures Calcium 38,96 Proc. Kohlensaures Calcium 46,95    „ Kohlensaures Magnesium         5,46    „ Unlöslich   2,28    „ Wasser u.s.w. Vor Anwendung des Zinks hatte sich eine 10 bis 12mm dicke, ziemlich feste Kruste gebildet. Die Analyse des Kesselsteins vor (I) und nach (II) Verwendung der Zinkeinlagen (Kruste unter dem Flammrohr) ergab: I II Kalk (CaO) 42,49 42,91 Magnesia (MgO)   1,12   6,44 Schwefelsäure (SO₃)       34,56 14,68 Kohlensäure (CO₂) 15,31 25,80 Unlöslich   1,48   1,92 Wasser   4,92   6,81 –––––––––––––– 99,88 98,56, entsprechend I II Kohlensaures Calcium (CaCO₃)  34,30 58,55 Gyps (CaSO₄ . 2 H₂O) 0 14,16 Calciumsulfat, halbgewässert (CaSO₄ . 1/2 H₂O)      60,32 14,50 Magnesiumhydrat (Brucit MgO₂H₂)    1,62    9,34. Trotz des verhältnißmäßig hohen Gehaltes des Speisewassers an schwefelsauren, salpetersauren und Chlor- Verbindungen war der Erfolg der Zinkeinlagen doch so zweifelhaft, daß das sogen. De Haën'sche Wasserreinigungsverfahren (1876 220 374) eingeführt wurde. In dem Kessel einer Fabrik in Linden waren etwa 3mm dicke Zinkplatten eingelegt worden. 1l des Speisewassers (I) und des beim Außerbetriebsetzen des Kessels abgelassenen Kesselwassers (II) enthielt: Milligrammäquivalente.         Milligramm. I II I II Zink 0 0 0 0 Schwefelsäure 9,02   18,46 361   738 Chlor 7,12 202,80 253 7199 Salpetersäure 1,04    8,67   56   468 Salpetrige Säure Stark Sehr stark Stark Sehr stark Organisch 0,68    3,52 108   563 Kalk   15,08   88,12 422 2467 Magnesia 0,35    1,80     7     36     Davon durch Kochen fällbar         Kalk 5,42 0 152   0 entsprechend Kohlensaures Calcium 271mg             0mg Schwefelsaures Calcium         613 1255 Chlorcalcium   36 3866 Chlormagnesium   17     86. Dem Chlorgehalt entsprechend, war das Kesselwasser demnach auf das 30fache concentrirt; organische Stoffe und die Salpetersäure wurden hierbei theilweise zersetzt. Die Kesselsteinbildung war aber trotz des vorwiegenden schwefelsauren Calciums dieselbe, als sie früher ohne Zink gewesen war. Die 10 bis 12mm dicken, festen Kesselsteinkrusten bestanden aus: Kalk (CaO) 37,98 Magnesia (MgO)   4,10 Schwefelsäure (SO₃)         46,25 Kohlensäure (CO₂)   4,56 Wasser   3,49 Unlöslich   2,95 –––––– 99,33, entsprechend Anhydrid (CaSO₄) 54,42 Proc. Schwefelsaures Calcium, halbgewässert (CaSO₄ . 1/2 H₂O)     26,54    „ Magnesiumhydrat (MgO₂H₂)   5,95    „ Kohlensaures Calcium (CaCO₃)   9,90    „ Eine Probe des bei 100° getrockneten Schlammes bestand aus: Schwefelsaures Calcium 61,08 Proc. Kohlensaures Calcium 30,30    „ Kohlensaures Magnesium   4,12    „ Unlöslich   1,39    „ Wasser, Eisenoxyd u.s.w.           Das Zink war mit einer sehr dünnen Oxydschicht überzogen, sonst aber völlig unverändert. (Schluß folgt.).