Elektrizität - Elektrometallurgie

Elektrizität

Elektrizität (elektris

[* 9] als Motor von Tiefbohr- und Gesteinsbohrmaschinen, [* 10] s. Erdbohrer. [* 11]

Elektrometallurgie.

Elektrometallurgie

[* 12] Bei der Ausführung metallurgischer Prozesse mit Hilfe von elektrischer Energie kommen hauptsächlich die chemischen (elektrolytischen) und thermischen (Wärme-)Wirkungen in Betracht, weniger die mechanischen, magnetischen und sonstigen Wirkungen des Stromes. Je nach der Art des elektrometallurgischen Prozesses können aber die genannten Äußerungen der elektrischen Energie sowohl einzeln als auch nebeneinander als wirksame Faktoren auftreten. Je nachdem die elektrometallurgischen Prozesse unter Anwendung von Lösungen bei gewöhnlicher Temperatur oder unter Anwendung von geschmolzenen, halbgeschmolzenen, erweichten oder glühenden Körpern durchgeführt werden, spricht man von Elektrometallurgie auf nassem und trocknem Weg.

Die elektrometallurgischen Prozesse auf nassem Weg sind als rein elektrolytische zu betrachten, bei welchen etwa auftretende Wärmewirkungen des Stromes für das Gelingen der Operation nicht notwendig, bisweilen sogar schädlich sind. Bei den Prozessen auf trocknem Weg handelt es sich ebenfalls nur um Elektrolyse, [* 13] wenn vorher geschmolzene Substanzen der Wirkung des Stromes unterworfen werden, in allen andern Fällen kommen neben der elektrolytischen Wirkung stets auch andre Äußerungen der elektrischen Energie und oft solche ausschließlich zur Wirkung.

Kupfer (Darstellung de

Die Prozesse sind im allgemeinen komplizierterer Natur und erheischen einen größern Aufwand an elektrischer Energie als die Prozesse auf nassem Weg, weshalb man, wo nur möglich, letztere bevorzugt hat. Nach den rein wissenschaftlichen Arbeiten von Berzelius u. Hisinger, Cruikshank, Brugnatelli, Davy u. a. beschrieb Becquerel 1835 mehrere Verfahren zur Gewinnung von Silber, Kupfer, [* 14] Blei [* 15] aus ihren Erzen. Seine Arbeiten, wie ähnliche von Holf und Pioche, gerieten aber in Vergessenheit, wie auch Leuchtenbergs Methode zur elektrolytischen Raffination von Rohkupfer, bis Elkington sich 1865 ein derartiges Verfahren patentieren ließ und mit Wildeschen magnetelektrischen Maschinen mit leidlichem Erfolg eine Kupferraffinerie in Betrieb brachte.

Dies Verfahren fand seit 1878 sehr rasche Verbreitung und bildet heute die wichtigste Operation der Elektrometallurgie auf nassem Weg. 1877 brachte Cobley die erste Methode der direkten elektrolytischen Metallgewinnung aus Erzen in Vorschlag und empfahl die direkte Verwendung gewisser (oxydischer) Erze der betreffenden Metalle als Anoden, wodurch der Prozeß sich offenbar zu dem denkbar einfachsten gestalten würde. Seitdem mehrten sich die Vorschläge für die einzelnen Metalle in überraschender Weise.

Elektrometallurgie - E

Abgesehen von der Gewinnung und Raffination des Kupfers, wurden Methoden zur Gewinnung von Zink empfohlen, die bisher noch keinen genügenden praktischen Erfolg zu verzeichnen haben. Die Elektrometallurgie des Zinnes beschränkt sich fast ausschließlich auf die Wiedergewinnung des Metalls aus Abfällen, doch wurden auch Methoden zur Zinngewinnung aus Erzen vorgeschlagen. Für Blei wurden Methoden zur Gewinnung des Metalls aus Erzen und zur Raffination empfohlen. Unter den zahlreichen Vorschlägen für der Edelmetalle erscheinen besonders beachtenswert die Methoden der Elektroamalgamation, bei welchen die Gewinnung der Edelmetalle durch Amalgamation [* 16] unter Zuhilfenahme der Elektrolyse ausgeführt wird. Auch für Kobalt, Nickel, Antimon und namentlich für Aluminium und Magnesium ¶

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sind elektrometallurgische Methoden ausgearbeitet worden, doch haben diejenigen für die beiden zuletzt genannten Metalle nicht den geringsten Erfolg gehabt. Die elektrolytische Metallgewinnung aus Schmelzen wurde 1852 durch Bunsen mit der Abscheidung von Baryum, Strontium, Calcium, Magnesium aus geschmolzenen Chloriden begründet. 1854 erzielte Mathiessen auf gleiche Weise die Abscheidung der Alkalimetalle, und Bunsen und Saint-Claire Deville schlugen vor, das Aluminium durch Elektrolyse des geschmolzenen Aluminiumnatriumchlorids darzustellen. 1855 sollen in England Versuche mit geschmolzenem Kryolith ausgeführt worden sein. Letztere Methode ist heute von größter Wichtigkeit, während die Gewinnung von Aluminium aus dem Doppelchlorid bisher keinen nennenswerten Erfolg gehabt hat. Für Magnesium hat die Elektrolyse einer Schmelze von Kalium-Magnesiumchlorid Bedeutung erlangt. Die Erdalkalimetalle werden durch Elektrolyse ihrer geschmolzenen Chloride gewonnen, und für die Gewinnung von Natrium ist dis Benutzung eines Doppelchlorids erfolgreich gewesen.

Schleusenau - Schmelzo

Die Wärmewirkung des elektrischen Stromes, bez. die des Flammenbogens benutzte Staite 1849 zum Schmelzen schwerflüssiger Metalle, die Methode geriet aber in Vergessenheit und wurde erst 1880 von Werner Siemens bei seinem elektrischen Schmelzofen [* 18] mit großem praktischen Erfolg benutzt. Die Gebrüder Cowles thaten dann 1885 den epochemachenden Schritt, gewisse Verbindungen unter Zuhilfenahme des elektrischen Bogens (oder überhaupt der Wärmewirkungen des Stromes mit oder ohne Zusatz von Kohle oder sonstigen chemisch reduzierenden Substanzen) zu schmelzen und alsdann durch die vereinigte Wirkung von Wärme [* 19] und elektrischer, bez. chemischer Energie in ihre Bestandteile zu zerlegen.

Dies Verfahren hat zur Zeit gute praktische Erfolge aufzuweisen, und ihm schließen sich viele andre ähnlicher oder doch nur wenig verschiedener Natur an, die sich namentlich auf die Darstellung von Aluminium beziehen. Zu erwähnen sind schließlich noch das elektrische Schweiß- und Lötverfahren und die magnetische Aufbereitung von Erzen, welche mit einer von Siemens 1880 angegebenen, besonders rationell konstruierten Maschine auf mehreren Hüttenwerken Verwendung findet.

Dampfmaschine II

Eine weitere und schnellere Verbreitung der Elektrometallurgie in der Praxis wird durch den Umstand gehindert, daß die Erzeugung von elektrischer Energie gegenwärtig noch sehr teuer ist, und daß ihre Verwendung mithin nur in solchen Fällen gerechtfertigt erscheint, wo andre Hilfsmittel der Technik versagen. Die Dynamomaschinen sind freilich im stande, bis 95 Proz. der ihnen zugeführten mechanischen Arbeit in Elektrizität zu verwandeln, aber zu ihrem Betrieb gehören in der Regel Dampfmaschinen [* 20] (Wasser- und Windkraft kommt bis jetzt in verhältnismäßig untergeordnetem Maße zur Anwendung), und in diesen können nur bis 10 Proz. der zum Betrieb derselben verbrauchten Wärme in mechanische Arbeit umgesetzt werden.

Werden nun von dieser mechanischen Arbeit durchschnittlich 90 Proz. in elektrische Energie übergeführt, so kommen also nur 9 Proz. der unter dem Dampfkessel [* 21] entwickelten Wärme als elektrische Energie zur Verwendung. In metallurgischen Öfen [* 22] werden dagegen 80 Proz. der zu ihrem Betrieb verwendeten Wärme ausgenutzt, und mithin ist bei allen metallurgischen Operationen, welche direkt durch Wärmewirkungen bewerkstelligt werden können, auf Verwendung von Elektrizität zu verzichten.

Nur auf gewisse spezielle Fälle findet die Elektrometallurgie vorteilhaft Anwendung, so namentlich auf solche, bei denen es sich um Metallgewinnung durch Reduktionsprozesse bei hohen Temperaturen handelt. Die Reduktion wird bekanntlich durch die Wirkung von Kohlenoxyd unter Zuhilfenahme der bei Verbrennung desselben zu Kohlensäure erzeugten Wärme durchgeführt. Die hierzu notwendige minimale Wärmezufuhr ist in jedem Falle verschieden, und wenn man sie mit Hilfe der Thermochemie berechnet, so ergibt sich, daß sie in einzelnen Fällen bedeutend größer ist als diejenige, welche unter den günstigsten Bedingungen in unsern metallurgischen Öfen erzeugt werden kann.

Dies ist z. B. der Fall bei den Oxyden des Aluminiums, Magnesiums und der Erdalkalimetalle, und thatsächlich ist die Gewinnung dieser Metalle durch Reduktionsprozesse in gewöhnlichen metallurgischen Öfen unmöglich. Auch unter den metallurgischen Prozessen auf nassem Weg gibt es mehrere, deren Durchführung ohne Zuhilfenahme des Stromes auf fast unüberwindliche Schwierigkeiten stoßen würde; so namentlich bei der Reinmetallgewinnung, wo es sich um die Entfernung der letzten Spuren fremder Körper handelt; ferner bei einigen Methoden der Metallgewinnung aus Erzen, bei welchen man durch Anwendung elektrometallurgischer Verfahren die kostspieligen und mühsamen Röst- und Schmelzprozesse ganz oder doch teilweise entbehrlich machen kann. Im allgemeinen lassen sich die Prozesse der Elektrometallurgie auf nassem Weg wegen des zu ihrer Durchführung erforderlichen geringern Aufwandes an elektrischer Energie verhältnismäßig ökonomischer durchführen als die elektrometallurgischen Prozesse aus trocknem Weg.

Ein bedeutender Fortschritt in der Elektrometallurgie würde sofort zu stande kommen, wenn die direkte Überführung von Wärme in Elektrizität in befriedigender Weise gelänge. Hierzu sind verschiedene Anläufe gemacht worden. Die Thermosäulen gestatten in der primitiven Form, in welcher sie gegenwärtig gebaut werden, bereits die Überführung von 5,5 Proz. der zu ihrem Betrieb verwendeten Wärme in Elektrizität, auch werden vielleicht die Versuche über Elektrizitätserzeugung in feuerflüssigen Elektrolyten ermöglichen, der Lösung des genannten Problems näher zu treten.

Vgl.   Balling, Grundriß der Elektrometallurgie (Stuttg. 1888);

Gore, The art of electric separation of metals etc. (Lond. 1890);

Borchers, Elektrometallurgie (Braunschw. 1891);

Vogel und Rösing, Handbuch der Elektrochemie und Elektrometallurgie (Stuttg. 1891).