Titel: | Analysen mehrerer Gußeisensorten und über den Einfluß des heißen Windes auf den Phosphorgehalt des Roheisens; von F. C. Wrightson in Birmingham. |
Fundstelle: | Band 116, Jahrgang 1850, Nr. XXXIX., S. 207 |
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XXXIX.
Analysen mehrerer Gußeisensorten und über den
Einfluß des heißen Windes auf den Phosphorgehalt des Roheisens; von F. C. Wrightson in
Birmingham.
Aus dem Philosophical Magazine, Jan. 1850, S.
68.
Wrightson's Analysen mehrerer Gußeisensorten.
Die Eigenschaft des Phosphors, das Eisen kaltbrüchig zu machen, ist längst bekannt.
Daß aber die Anwendung des heißen Windes den Phosphorgehalt des Eisens erhöhe, wurde, soviel mir bekannt, nie vermuthet;
jedenfalls wurde diese Thatsache nie veröffentlicht. Dieß nachzuweisen, sowie auch
vollkommenere Analysen des Gußeisens zu liefern als man bisher besaß, war meine
Absicht, als ich im Herbst letzten Jahres eine Reihe von Analysen unternahm, deren
Resultate ich der Gesellschaft brittischer Naturforscher zu Birmingham mittheilte;
die unten folgenden Resultate hinsichtlich des Phosphors sind zum Theil aus jenen
Analysen abgeleitet. In den hier mitzutheilenden Analysen war ich bestrebt, die
Thatsache noch vollkommener zu bestätigen, daß das Gebläse mit heißer Luft die
Kaltbrüchigkeit des Eisens erhöht, weil durch dasselbe eine größere Menge
Phosphorsäure reducirt wird. Ich habe auch den verschiedenen Zuständen einige Aufmerksamkeit
gewidmet, in welchen der Kohlenstoff mit dem Eisen verbunden ist – eine
Thatsache, auf welche Bromeis und Karsten schon aufmerksam machten.
Karsten sagt, daß wenn das Erz Phosphorsäure enthält, er
dieselbe immer als Phosphor in der Schlacke gefunden habe. Ich theile unten eine
Anzahl Analysen jener Erze mit, aus welchen das Gußeisen gewonnen war; die meisten
derselben enthalten eine beträchtliche Menge Phosphorsäure; sie werden niemals
einzeln für sich geschmolzen, sondern zwei-, drei- oder viererlei
gattirt.
Karsten sagt, daß der durch Auflösen von grauem Roheisen
in einer Säure erhaltene künstliche Graphit als eine Verbindung von Kohlenstoff und
Eisen zu betrachten sey. Doch theilt er keine Analyse dieser Substanz mit. Ich habe
den durch Behandlung des Eisens C. I., C. III., H. VII. und H. VIII. erhaltenen Graphit untersucht und füge die
Analyse von drei Proben bei; die von Nr. VII konnte ich aus Mangel an Material nicht
vollenden. Der Graphit der höhern Nummern enthält (abgesehen von kleinen Mengen
Kieselerde etc.) Kohlenstoff und Eisen in nahezu äquivalenten Verhältnissen, während
sich derjenige der niederem Nummern als ein Gemenge von Eisenoxyd-Silicaten
etc. mit wandelbaren Quantitäten von Kohlenstoff ergibt. Es scheint wirklich, daß
sich der Kohlenstoff der letztern von dem geschmolzenen Eisen in unverbundenem
Zustand abschied, derjenige der erstem aber als Kohlenstoffeisen. Ich sage
„abschied von dem Eisen“, um ihn
von demjenigen zu unterscheiden, welcher offenbar im Eisen, mit demselben oder
andern Elementen in Verbindung bleibt, oder bei dessen
Behandlung mit Säuren nicht als Kohlenwasserstoff ausgeschieden werden konnte. Bei
dem Kohlenstoff in den Proben muß unterschieden werden zwischen dem b Kohlenstoff, welcher durch Säuren abgeschieden wird
und auf einem Filter gesammelt werden kann, während der a Kohlenstoff dieses nicht gestattet; letzterer entweicht als ein
Kohlenwasserstoff mit sehr starkem Knoblauchgeruch und kann zum Theil als
Flüssigkeit aufgesammelt werden. Ich habe nun nur noch des unfehlbaren
Vorhandenseyns von Natrium oder Kalium oder beider in diesen Eisensorten zu
erwähnen. Nach Karsten wurden dieselben bisher nicht als
wesentliche Bestandtheile des Eisens erkannt; da sie sich nur in einigen wenigen
Erzen finden, so rühren sie, zum Theil wenigstens, wahrscheinlich von den
Schmelzmaterialien (dem Zuschlag) her.
Verfahren bei der Analyse der Eisensorten. – Die
Proben ließen sich im Stahlmörser leicht in kleine Stücke zerstoßen. In einer Portion von 20 bis 30 Gran
wurde der Schwefel- und Phosphorgehalt bestimmt; in einer zweiten Portion
alle andern Bestandtheile, mit Ausnahme des Kohlenstoffs. Mit Salzsäure erwärmt,
wurde das Eisen bald angegriffen und in ein paar Stunden aufgelöst, wobei schwarze
Flocken und Theilchen in der Flüssigkeit schwimmend zurückblieben; diese wurden auf
einem vorher bei 80° R. getrockneten Filter gesammelt und gewogen; nach
gehörigem Auswaschen, bis keine Spur von Salzsäure mehr zurückblieb, wurde das
Filter wieder getrocknet und gewogen. Seine Gewichtszunahme bestand hauptsächlich in
Kohlenstoff, mit kleinen Mengen kieselsauren Eisenoxyds, Kalks etc. und in den
Nummern VII und VIII aus Eisen in äquivalentem Verhältniß
zum Kohlenstoff. In diesen letztern, sowie auch in den Nummern I und II wurden die
Kieselerde, das Eisen etc. der auf dem Filter zurückgebliebenen Substanz durch
Schmelzen derselben mit salpetersaurem Kali, das mit seinem doppelten Gewicht
kohlensauren Natrons gemengt war, bestimmt; das Eisen etc., auf gewöhnliche Weise
abgeschieden, ergab den Kohlenstoff durch die Gewichtsdifferenz. Dieses Resultat
wurde später in zwei Fällen durch directe Bestimmung des Kohlenstoffs in einer
Verbrennungsröhre controlirt. Das auf angegebene Weise erhaltene Eisen etc. wurde
dem aus der Auflösung erhaltenen hinzugerechnet. Der
Kohlenstoff wurde mit b bezeichnet und ergab, von der
ganzen im Eisen gefundenen Menge abgezogen, die mit
a bezeichnete Kohlenstoffmenge. Die filtrirten
Flüssigkeiten und Waschwasser, zur Trockne abgedampft und abermals mit Säure und
Wasser behandelt, hinterließen gewöhnlich eine sehr kleine Menge Kieselerde, welche
abfiltrirt, gewogen und der frühern Menge zugerechnet wurde. Man ließ nun durch eine
kleine Portion der Lösung einen Strom Schwefelwasserstoffgas streichen, wodurch aber
stets nur ein milchweißer Niederschlag von Schwefel entstand. Von diesem und dem
Schwefelwasserstoff sorgfältig wieder befreit, wurde die Flüssigkeit wieder der
Hauptlösung beigemischt, Salpetersäure zugesetzt und so lange gekocht, bis alles
Eisen auf das Maximum der Oxydation gebracht war, dann so lange Ammoniak zugesetzt,
bis die Auflösung nur mehr schwach Lackmus röthete und fast alles Eisenoxyd gefällt
war. Eine kleine Menge neutrales benzoësaures Ammoniak trennte die letzten
Antheile des Eisenoxyds ab. Der wohl ausgewaschene Niederschlag wurde getrocknet,
gewogen und mittelst Schmelzens mit salpetersaurem und kohlensaurem Kali auf Mangan
geprüft; auf Chrom und Thonerde durch Auflösen in Salzsäure und Fällen mit Aetzkali
im Ueberschuß; nur hie und da wurden geringe Spuren von Thonerde gefunden. In ein
paar Fällen aber mußte das Eisenoxyd wieder aufgelöst und das Mangan wiederholt abgeschieden werden.
Dieser Fall trat ein, wenn die Flüssigkeit mit Ammoniak im Ueberschuß und dann
wieder mit etwas Salzsäure versetzt worden war, welche letztere nicht hinreichte,
die ganze voluminöse Flüssigkeit zu neutralisiren oder sauer zu machen. Wenn die
ganze Lösung, nachdem sie den gehörigen Grad von Säuerung erreicht, von einem Gefäß
in ein anderes übergegossen wurde, so daß sie sich gleichmäßig mischte, dann war im
Eisen keine Spur Mangan zu finden. Aus der Gewichtsmenge des Eisenoxyds wurde der
Procentgehalt an Eisen berechnet. Ehe man an die Abscheidung des Mangans ging,
wurden die Lösung und das Waschmasser bis zur Trockne abgedampft und die
Ammoniaksalze durch Rothglühen ausgetrieben. Hieß war, wie ich mich durch
wiederholte Versuche überzeugte, durchaus nöthig, um alles Mangan durch
schwefelwasserstoffsaures Ammoniak niederschlagen zu können. Nach dem Ausglühen war
der Rückstand stets durch Manganoxyd braun gefärbt; ein paar Tropfen Salzsäure
lösten dieses auf. Nun wurde Ammoniak und schwefelwasserstoffsaures Ammoniak
zugesetzt und die Lösung in mäßiger Wärme mehrere Stunden stehen gelassen. Das so
abgeschiedene Schwefelmangan wurde in schwefelsaures Mangan verwandelt, aus welchem
der Procentgehalt an Mangan berechnet wurde. In ein paar Fällen, wo kleine Mengen
Nickel und Kobalt vorhanden waren, blieben diese als Schwefelmetalle auf dem Filter
zurück, wenn das Schwefelmangan durch Schwefelsäure aufgelöst wurde. Die Flüssigkeit
wurde, nachdem sie von dem überschüssigen schwefelwasserstoffsauren Ammoniak befreit
war, neutralisirt und oxalsaures Ammoniak zugesetzt. Der so gefällte Kalk wurde in
kohlensauren Kalk verwandelt und nach diesem die Menge des Calciums berechnet. Ein
paar Tropfen der Lösung, mit phosphorsaurem Natron geprüft, zeigten manchmal sehr geringe Spuren von Talkerde an, welche man aber
vernachlässigte. Nach Fällung des Kalks wurde die Flüssigkeit zur Trockne
abgedampft, der Rückstand in einem Platinschälchen ausgeglüht und der nun aus den
Chloriden von Alkalimetallen bestehende Rückstand gewogen; durch ein paar Tropfen
Platinchlorid, welches den befeuchteten Salzen zugesetzt wurde, bestimmte ich das
Kali (wenn davon genug vorhanden war, um es zu wägen); das Gewicht des berechneten
Chlorkaliums, von dem Gewicht der gemengten Chloride abgezogen, ergab die Menge des
Chlornatriums.
Bestimmung des Schwefels und Phosphors. – Das
Eisen, in Stücke zerkleinert, wurde mit rauchender Salpetersäure behandelt und
gelinde erwärmt; die Einwirkung war heftig. Die entwickelten Dämpfe enthielten keine Spur von
Schwefelwasserstoff. Die Flüssigkeit wurde zur Trockne abgedampft und die trockne
Masse mit Salzsäure und Wasser behandelt; einer kleinen Portion der filtrirten
Lösung wurden ein paar Tropfen Chlorbaryum zugesetzt; wenn nach mehrstündigem Stehen
ein Niederschlag oder eine Trübung entstand, wurde die ganze Lösung eben so
behandelt und der schwefelsaure Baryt nach dem Absetzen filtrirt, um das Gewicht des
Schwefels aus ihm zu berechnen. Der überschüssige Baryt wurde von der Lösung durch
ein paar Tropfen verdünnter Schwefelsäure gefällt und dann saures weinsteinsaures
Ammoniak in hinlänglicher Menge zugesetzt, um die Fällung des Eisens durch Ammoniak
zu verhüten, welches dann in beträchtlichem Ueberschuß zugesetzt wurde; hierauf ließ
man einen Strom Schwefelwasserstoff einige Stunden lang durch die Lösung streichen.
Dann wurde die Flüssigkeit an einem warmen Ort so lange stehen gelassen, bis sie
eine klare lichtgelbe Farbe annahm, wo man sie dann schnell filtrirte und das Filter
mit Wasser auswusch, welches ein wenig schwefelwasserstoffsaures Ammoniak enthielt.
Die Flüssigkeit wurde hierauf zur Trockne abgedampft, die Ammoniaksalze durch Glühen
ausgetrieben und der Rückstand, welcher aus Phosphorsäure, mit sehr wenig Kalk,
Thonerde und Alkalien bestand, mit ein wenig kohlensaurem Kali und Natron
geschmolzen. (Diese Schmelzung mußte bisweilen wiederholt werden, um alle
Phosphorsäure in drittel-phosphorsaure Alkalien zu verwandeln.) Die
Phosphorsäure wurde dann auf gewöhnliche Weise als phosphorsaure
Ammoniak-Talkerde bestimmt.
Bestimmung des Kohlenstoffs. – Das Eisen wurde auf
einer Drehbank in ein mäßig feines Pulver verwandelt und dieses durch feine Leinwand
gesiebt, um es noch feiner zu erhalten. 30–40 Gr. davon wurden geraume Zeit
in einem Achatmörser mit dem gleichen Gewicht hartem, weißen Sand zusammengerieben,
der vorher mit ein wenig Kupferoxyd vermengt und ausgeglüht worden war, um jede Spur
organischer Materie zu zerstören. Nachdem man auf diese Weise ein fast unfühlbares
Pulver erhalten hatte, vermengte man es mit seinem 6–8fachen Volum
chromsauren Bleies und brachte es in eine Verbrennungsröhre, an deren eines Ende man
einige Gran chlorsauren Kalis gebracht hatte; die Verbrennung geschah unter den
gewöhnlichen Vorsichtsmaßregeln und die Kohle wurde aus der gebildeten, durch
Chlorcalcium ausgetrockneten Kohlensäure berechnet. Mit den in der Verbrennungsröhre
zurückgebliebenen Substanzen wurden Versuche angestellt, um zu ermitteln, ob sie
noch eine Spur Kohlenstoff enthalten; man erhielt aber bei wiederholter Verbrennung dieser
neuerdings gepulverten Substanzen keine Kohlensäure.
Stickstoff wurde im Eisen durch Vermengung des Pulvers mit Natronkalk etc. gesucht,
aber nur so geringe Spuren von Ammoniak erhalten, daß es sich noch fragt, ob sie
nicht von der Atmosphäre des Laboratoriums herrühren. Ich füge eine Vergleichung des
Phosphorgehalts von dem mit heißer und mit kalter Luft erblasenen Eisen bei, welcher
dieser und den obenerwähnten Reihen von Analysen entnommen ist. Nr. V wird
gewöhnlich als die beste Qualität für Schmiedeisen betrachtet, da Nr. VII und VIII
zu spröde sind, was wahrscheinlich von der verschiedenen Art, in welcher der
Kohlenstoff verbunden ist, herrührt. Die Verschiedenheit im Aussehen zwischen diesen
beiden Eisensorten und den andern ist merkwürdig, da sie viel weißer und von
feinerem Bruch sind, mit nur wenigen grauen Flecken im Mittelpunkt der Flosse; bei
Nr. V sind dieselben viel größer, und die Farbe ist ein halbirtes Grau; bei Nr. IV
und III ist die Farbe noch dunkler. Dieses verschiedene Aussehen kann bei demselben
Eisen durch bloße Abänderung des Abkühlens hervorgebracht werden; wenn man z.B.
während des Auslaufens des grauen oder halbirten Eisens eine soeben erstarrte
Portion in kaltes Wasser wirft, so wird dieselbe genau so wie Nr. VII oder VIII.
Analyse von sieben Eisenerzen aus
Süd-Staffordshire.
Textabbildung Bd. 116, S. 213
Binds; Blue flats; Penny earth;
Gubbin; White iron stone; Auch Körner genannt; White Tree; Black Tree; Analyse
des Eisenerzes von Port Madoc, Südwalis; Wasser; organische Materie; Kieselerde;
Thonerde; Kohlensäure; Eisenoxydul; Eisenoxyd; Manganoxydul;
Einfachschwefeleisen; Spur; Manganoxyd; Nickel- und Kobaltoxyd; Kalk;
Talkerde; Kali; Natron; Chlor; Phosphorsäure; Schwefelsäure
Analysen von zehn Proben Gußeisen, aus
Süd-Staffordshire'schem Eisenerz, hauptsächlich westlich von
Dudley.
Kalt erblasenes Eisen.
Textabbildung Bd. 116, S. 214
Eisen; Kohlenstoff, gebundener;
Kohlenstoff, ungebundener; Kieselerde; Mangan; Kobalt; Spur; Chrom; Calcium;
Natrium; Kalium; Schwefel; Phosphor
Die Zahlen 3,71 in Nr. IV (kalt erblasen) sowie die entsprechenden Zahlen in Nr.
V (kalt erblasen) und Nr. I, III, IV und V (heiß erblasen) sind der
Procentgehalt der beim Auflösen des Eisens in einer Säure zurückbleibenden
Substanz, welche mit Ausnahme von Nr. V (heiß erblasen), vorzüglich aus
Kohlenstoff und kleinen Mengen Kieselerde, Eisenoxyd, Kalk etc. besteht, die
genau zu untersuchen ich leider nicht Zeit hatte. Die Zahlen zur Linken, mit dem
Buchstaben C bezeichnen den ganzen Kohlenstoffgehalt des Eisens.
Heiß erblasenes Eisen.
Textabbildung Bd. 116, S. 215
Eisen; Kohlenstoff; Kieselerde;
Mangan; Calcium; Natrium; Kalium; Spur; Schwefel; sehr kleine Spur; Phosphor;
Verlust
Das weiße Roheisen kann übrigens durch häufiges Erhitzen zum Weißglühen und sehr
allmähliches Abkühlen das Ansehen und den Bruch des grauen erhalten. Es scheint
wirklich als würde der Kohlenstoff, zum Theil wenigstens, in dem geschmolzenen Eisen
in Auflösung erhalten, wie gewisse Salze in heißem Wasser; und als hätte sich beim
grauen Roheisen während der Abkühlung ein beträchtlicher Theil desselben in
unverbundenem Zustand abgesetzt, entweder weil er in größerer Menge vorhanden ist,
oder in Folge des langsameren Abkühlens.
Unterschied im Procentgehalt an Phosphor
bei dem heiß und kalt erblasenen Eisen.
I.Die ersten vier Zahlen sind den erwähnten frühern Analysen entnommen;
diejenigen von V bis VIII den gegenwärtigen. Sie sind nicht numerirt
wie in den Tabellen der Analysen; man wird aber leicht finden, auf
welche sie sich beziehen.
II.
III.
IV.
V.
VI
VII.
VIII.
Kalt erblasen
0,47
0,41
0,31
0,20
0,21
0,36
0,03
0,36
Heiß erblasen
0,51
0,55
0,50
0,71
0,54
–
0,07
0,40
Analyse der beim Auflösen der
EisensortenC. I, C. III und H. VIII in Salzsäure
zurückbleibenden Verbindung (künstlicher Graphit).
C. I.
C. III.
Kohlenstoff
32,36
34,51
Kieselerde
40,00
22,19
Eisenoxyd
19,00
37,50
Spuren von Thonerde, Kalk etc. Wasser
und Verlust
8,64
4,70
––––––––––––––
100,64
98,90
C. VIII.
Kohlenstoff
11,76
Eisen
79,52
Kieselerde, mit kleinen Mengen
Eisenoxyd, Kalk und Thonerde
9,48
––––––
100,00
Der Kohlenstoff wurde durch Verbrennung mit chromsaurem Blei bestimmt; die Kieselerde
etc. durch Schmelzen der Substanz mit einem Gemenge von Salpeter und kohlensaurem
Natron. Die 9,48 in C. VIII waren der Rückstand bei
Behandlung der geschmolzenen Masse mit Säure, Abdampfen bis zur Trockne etc. und er
hatte die angegebene Zusammensetzung. Man wird leicht einsehen, daß alles, oder doch fast alles Eisen
bei C. I. und C. III in
diesem Rückstand sich im Zustande von Oxyd befinden mußte, während dasjenige von C. VIII nothwendig im metallischen Zustande oder
vielmehr ein Kohlenstoffeisen gewesen seyn mußte; mit Ausnahme einer sehr kleinen,
als Silicat vorhandenen Menge Eisenoxyds würde Fe³C² – 73,0 Eisen auf 11,76 Kohlenstoff erfordern. Nachdem
dieser Körper mehr als eine Stunde lang über einer Argand'schen Lampe geglüht worden war, war er im Aussehen wenig verändert und hatte
nahezu noch dasselbe Gewicht.
Schließlich muß ich noch bemerken, daß leider die Eisenhüttenmeister im Allgemeinen
wenig auf Verbesserung ihres Industriezweigs, die unserem National-Interesse
sehr förderlich wäre, bedacht sind; die Quantität ist der
alleinige Zweck bei der Fabrication, die Qualität des
Eisens wird ganz außer Acht gelassen.