CVIII. Ueber die Menge der Alkalien, welche von der Knochenkohle bei der Filtration der Rübensäfte aufgenommen wird; von Louis Walkhoff. Walkhoff, über die Menge der Alkalien, welche von der Knochenkohle bei der Filtration der Rübensäfte aufgenommen wird. Die Salze der Alkalien und alkalischen Erden, die von den Rüben (je nach dem Boden, auf dem sie gewachsen und der Düngung, die zu ihrer Cultur angewendet wurde) unter den jedesmaligen klimatischen Verhältnissen und Einflüssen aufgenommen und in den Rübensäften der Zuckerfabriken in dem Mengenverhältniß von 0,5 bis 1,4 Proc. gefunden werden, üben trotz dieser anscheinend geringen Menge den gewichtigsten und folgereichsten Einfluß auf die Gewinnung des Zuckers aus Runkelrüben aus. Sie verhindern nicht nur eine ihrer Menge proportionale Quantität Zucker am Krystallisiren, sondern sie üben auch einen schädlichen Einfluß auf die Qualität desselben aus. Ihr Verhalten in der Fabrication muß daher für den rationellen Rübenzuckerfabrikanten von der größten Wichtigkeit seyn, indem er nur durch die klare Erkenntniß ihres Verhaltens zu den angewandten Mitteln ihrer Abscheidung, zu einer möglichen Verminderung des Uebels schreiten kann. Die Einwirkung dieser Salze muß sich nun natürlich mit der Menge, in der sie auftreten oder in der Fabrication abgeschieden werdenDaß bei der Filtration der Rüben- und Zuckersäfte über Knochenkohle ein namhafter Bruchtheil der vorhandenen Salze (13–30 Proc. ihres Gesammtgewichts) in der Kohle zurückbleibt, hat neuerlich Dr. Stammer (im polytechn. Journal Bd. CLX S. 378) durch genaue Versuche festgestellt. A. d. Red., vergrößern oder verringern, und dieser Punkt ist es, dem ich meine Aufmerksamkeit widmete, nämlich festzustellen: wie viel von den verschiedenen Salzen der Rübensäfte durch die Knochenkohle bei der Filtration aufgenommen wird. Ein zweiter wichtiger Punkt dabei ist unstreitig die Form, unter der ein Alkali mit dem Rübensafte die Fabricationsstadien durchläuft. Es ist, wie bekannt, keineswegs gleichgültig, ob Kali z.B. in Form von Aetzkali, kohlensaurem, phosphorsaurem oder salzsaurem Kali den Zucker im Safte auf seinem Wege durch verschiedene Temperaturen begleitet. Der Einfluß dieser verschiedenen Salze der Alkalien auf den Zucker ist ein wesentlich verschiedener, und es liegt größtentheils in der Macht des Rübenzuckerfabrikanten (namentlich wenn er zugleich die Rübe für die Fabrication selbst erzeugt) diese Formen oder Verbindungen theilweise nach seiner Wahl und Einsicht zu leiten und zu ändern. Diese Seite der Frage (nämlich die chemische Einwirkung der Salze auf den Zucker) ist übrigens schon von mehreren Seiten bearbeitet worden, weßhalb ich in Folgendem nur die Menge derjenigen Salze festzustellen suchte, die in den verschiedenen Formen von der Knochenkohle absorbirt werden; eine Seite, die bis jetzt noch wenig ventilirt zu seyn scheint. Daß die Knochenkohle einen großen Theil der organischen Stoffe aus den Pflanzensäften zu absorbiren im Stande ist, war von Anfang an aus der Entfärbung der Lösungen ersichtlich gewesen und war der Grund ihrer Anwendung in der Zuckerfabrication. Deßhalb wird auch roher, ungeschiedener Rübensaft durch Kohle entfärbt. „Graham fand später, daß auch unorganische Substanzen der Wirkung der Knochenkohle unterworfen sind, wie Kalk, Kali und basische Metallsalze. Nach Chevallier's Versuchen wurden neutrales, essigsaures und salpetersaures Blei durch Thierkohle vollkommen absorbirt. Weppen's Untersuchung ergab, daß sich die Wirkung der Kohle wahrscheinlich auf alle Metallsalze erstreckt. Aus den vorhandenen Beobachtungen geht hervor, daß das Absorptionsvermögen der Knochenkohle sich auf eine große Anzahl Stoffe der verschiedenartigsten chemischen Natur erstreckt, aber nach Maaßgabe dieser chemischen Zusammensetzung von sehr verschiedener Intensität ist.“ (Knapp.) Obige im Auszuge mitgetheilten Untersuchungen sind nun theilweise unter Verhältnissen ausgeführt, welche für die Vorgänge in der Rübenzuckerfabrication gar nicht maaßgebend seyn können, so z.B. wurde die Einwirkung der Kohle auf jene Substanzen oft 2 bis 6 Tage verlängert, während der Zuckerfabrikant der leichten Zersetzlichkeit der Rübensäfte wegen nur 1 bis 2 Stunden für die Dauer der Wirkung zur Verfügung hat. Es war mir daher daran gelegen, die Versuche nach einer Wirkung von so kurzen Zeiträumen, wie sie in der Zuckerfabrication ermöglicht sind, zu unterbrechen. Die Absorption der Alkalien und deren Salze, als den Repräsentanten der in den Rüben vorkommenden unorganischen Substanzen, von der Knochenkohle unter den in der praktischen Fabrication gegebenen Verhältnissen scheint mir aber von der höchsten Wichtigkeit und bisher zu wenig beachtet zu seyn. Es wurden daher schwache Lösungen der Alkalien und deren Salze, wie sie in rohen oder in den durch die Fabrication veränderten Rübensäften auftreten können, bei 15º C. über 25 Proc. ihres Gewichtes guter, nur einmal in einer Raffinerie gebrauchter Knochenkohle filtrirt und das Filtrat wieder zurückgegossen, so daß es zweimal die Kohlenschichte passirte in der Dauer einer Stunde. Zu allen Versuchen wurde dieselbe Qualität Kohle gleicher Körnung verwandt. Zum Auswaschen (ein Vorgang, der dem Aussüßen der Filter in den Zuckerfabriken ganz analog ist) wurde die vierfache Gewichtsmenge destillirten Wassers verwendet (also um 1/3 mehr als in dem praktischen Fabrikbetriebe angewandt wird). Die folgende Zusammenstellung enthält die dabei erzielten Daten, in Procenten der ursprünglichen Menge Alkali ausgedrückt. Es wurden z.B. 200 Kub. Cent. Aetzkalilösung, welche 2 Gramme Aetzkali enthielten, über 25 Gramme Kohle filtrirt. In dem erhaltenen Filtrate fanden sich nur 1,416 Gramme Aetzkali vor, oder 70,8 Proc. der ganzen Menge (2 : 1,416 = 100 : x). Durch 200 K. C. destillirten Wassers wurden ferner ausgewaschen 0,314 Gramme oder 15,7 Proc.; oder in Summa 70,8 + 15,7 Proc. = 86,5. Der Rest oder 13,5 Proc. waren daher von der Kohle absorbirt. Demnach dürften die Zahlen der folgenden Tabelle leicht verständlich seyn. Textabbildung Bd. 161, S. 382 Nach der Filtration über Knochenkohle; folgender Alkalien; wurden erhalten; Bemerkungen; im Filtrate; Im Waschwasser; Im Summa;  Kali als Aetzkali; als kohlensaures Kali; als salzsaures Kali; als phosphorsaures Kali; als salpetersaures Kali; als citronensaures Kali; als schwefelsaures Kali; Natron als kohlensaures Natron; als salzsaures Natron; als phosphorsaur. Natron; als salpetersaures Natron; als schwefelsaures Natron; Magnesia, schwefelsaure; Salpeter; Citronensäure. NB. Es ist hier zu bemerken, daß die doppelte Wahlverwandtschaft, in die z.B. phosphorsaure und schwefelsaure Alkalisalze mit dem kohlensauren Kalk der Kohle treten und wornach andere Verbindungen im Filtrate entstanden seyn könnten, nicht berücksichtigt wurde. Es handelte sich hier nicht um die qualitative, sondern einfach um die quantitative Bestimmung der ganzen Menge alkalischer Salze, die der Rübenzuckerfabrikant in der Praxis wirklich erhält. Aus dieser Tabelle erhellt auf das Evidenteste, daß ein nicht unbedeutender Theil (nämlich 13 bis 24 Proc.) von den ätzenden und kohlensauren Alkalien durch die in den Rübenzuckerfabriken gewöhnlich angewendete Menge Knochenkohle absorbirt wird oder werden kann; daß mithin die Knochenkohle durch kein anderes Mittel aus den Fabriken zu verdrängen ist, als durch ein derartiges, welches wenigstens eben so viele unorganische Substanzen aus den Rübensäften aufnimmt, oder wirklich daraus entfernt und solche nicht nur in andere Verbindungen überführt. (Dasselbe Bewandtniß hat es übrigens, nebenbei bemerkt, auch mit den fremden Substanzen organischen Ursprunges, die bei vielen vorgeschlagenen neueren Methoden nur umgesetzt oder oxydirt in anderer Form im Safte bleiben, ohne ihn effectiv um ein Bedeutendes reiner zu machen.) Auf diesen Punkt, nämlich die Menge der unorganischen (und fremden organischen) Stoffe, die der Rübenzuckerfabrikant abscheiden kann oder nicht, ist nun aber das höchste Gewicht zu legen, da er nur dadurch die unreinen Pflanzensäfe einer reineren Zuckerlösung mehr oder weniger nahe zu bringen im Stande ist und demgemäß selbstredend seine Ausbeute an Krystallzucker erhöhen oder vermindern kann. Es folgt aber hieraus auch ferner, daß die Kohle Kali und Natron bei der jedesmaligen Filtration (oder überhaupt bei längerer Berührung mit alkalischen Lösungen) aufnimmt, welche Alkalien durch Auswaschen selbst mit dem fünffachen Gewichte Wasser nicht wieder zu entfernen sind. Diese Alkalien etc. müssen daher aus der Kohle jedesmal durch eine Säure wieder entfernt werden, wenn das Absorptionsvermögen der Kohle für diese Stoffe nicht endlich verringert werden soll zum größten Nachtheil des Rübenzuckerfabrikanten, dessen Ausbeute an Krystallzucker damit in genauer Verbindung steht. Es erhellt ferner aus obiger Tabelle, daß der Gehalt der Rübensäfte an Salzen nach der Filtration in den Fabriken nicht für alle Fälle von gleicher Menge ist, wie mitunter behauptet wird, und es ist nicht nur höchst interessant, sondern auch im höchsten Grade belehrend und viele praktische Vorkommnisse in den Fabriken aufklärend, aus obiger Zusammenstellung die Verschiedenartigkeit des Absorptionsvermögens der Knochenkohle für verschiedene Salze, die in den Rübensäften enthalten, unter den in den Fabriken obwaltenden Verhältnissen zu verfolgen. So z.B. ist es eine bekannte Thatsache, daß Rüben aus salpeterhaltigem Boden, die mithin Salpeter in ihren Säften enthalten (da die Rübe die Fähigkeit besitzt, denselben aufzunehmen), wenig und schlechten Zucker geben, wobei die Gesammtmenge der in den Rübensäften vorhandenen Menge Salze oft nicht größer ist (und nicht größer zu seyn braucht, um ein solches Resultat herbeizuführen) als in anderen Fällen, wo sich Rübensäfte sehr gut verarbeiten lassen und guten, hellen Zucker geben. Dazu kommt noch, daß nach Anthon's schönen Untersuchungen Salpeter in qualitativer Hinsicht gar nicht so schädlich auf die Krystallisation des Zuckers einwirkt, als man früher geneigt war, zu glauben. Ein Blick auf die obigen Zahlen genügt aber in der That zu sehen, daß Salpeter von der Knochenkohle während der Filtration gar nicht oder doch fast gar nicht absorbirt wird. Enthielte nun ein Rübensaft z.B. 0,6 Proc. Salpeter, während der andere einen Kaligehalt von 0,6 Proc. habe, so würde der zum Kochen gelangende Saft immer noch 0,6 Proc. Salpeter und in der Füllmasse circa (8 . 0,6 =) 4,8 Proc. Salpeter haben, während der Kaligehalt des anderen Saftes um 25. Proc. und mehr vermindert werden könnte, wornach dieser Saft nach der Filtration nur noch 0,45 Proc. oder in der Füllmasse (8 . 0,45 =) 3,6 Proc. Salze aufweisen würde. Denken wir uns nun z.B. für diesen Fall die chemische Einwirkung beider Salze auf den Ertrag an Zucker gleich,Ich weiß sehr wohl, daß Salpeter und Kali keine gleiche chemische Einwirkung auf den Zucker haben; ich supponire nur hier den Fall der chemischen Gleichheit, um das Mengen-Verhältnis ins Licht treten zu lassen, das durch die Physische Eigenschaft des Dazwischentretens auf das Krystallisiren und die Ausbeute an Zucker einen nicht gering anzuschlagenden Einfluß ausübt. so daß durch einen Theil Salz in beiden Fällen 6 Theile Zucker unkrystallisirbar gemacht würden, dann würden durch 4,8 Proc. Salpeter = 28,8 Theile Zucker in die Melasse übergeführt                und durch 3,6 Proc. Kali nur    21,6    „          „ –––––––––––     Demnach würden bei Salpeter      7,2 Theile Zucker per 100 mehr verloren, oder so viel mehr Melasse gewonnen, und da der Rübenzuckerfabrikant circa 10 Proc. Füllmasse erzielt, so macht dieß 0,72 Cntr. aus 100 Rübe! Es müssen daher die Rübenerzeuger so lange dahin trachten, gar keine salpetersauren Salze in die Rübe während ihres Wachsthums überzuführen, als es dem Rübenzuckerfabrikanten noch nicht möglich ist, dieses Salz aus den Rübensäften zu entfernen, oder so lange diese Aufgabe ein zu lösendes Problem bleibt. Eine andere wichtige Thatsache, die sich beim Ueberblicke dieser Tabelle zeigt, ist die, daß salzsaure Alkalien von der Kohle gar nicht (oder doch fast gar nicht) aufgenommen werden. Diese Thatsache ist übrigens von mehreren Chemikern in neuerer Zeit constatirt worden, wie z.B. von Dr. H. Schwarz (polytechn. Journal Bd. CLIX S. 316). Daraus resultirt nun erstens die Möglichkeit, die von der Kohle absorbirten ätzenden und kohlensauren Alkalien vollkommen wieder zu entfernen, indem man sie in salzsaure verwandelt, die nun leicht und vollständig ausgewaschen werden können. Dieß ist freilich in Bezug auf den von der Kohle absorbirten Kalk eine bekannte Sache, ich erwähne es hier nur mit besonderem Nachdruck für Kali und Natron, um die Folgen der in obiger Tabelle zusammengestellten Versuche für die Praxis theilweise zu verdeutlichen. Daraus resultirt aber auch zweitens, daß wenn man, wie Michaelis vorgeschlagen, die Alkalien des Rübensaftes im Safte selbst in Chloralkalien überführt, diese letztere bei der Filtration über Knochenkohle nicht absorbirt werden und daß demnach gegen ätzende und kohlensaure Alkalien ein bedeutendes Mehr an Salz zur Krystallisation des Zuckers mit gelangt. Aus 1 Theil Aetzkali wird bei vollständiger Neutralisation 1,3 Theil salzsaures Kali, was in ganzer Summa mit zum Kochen gelangt, während von 1 Theil Aetzkali als solchem noch 20 Proc. durch die Kohle abgeschieden werden können, wornach nur 0,8 Theile zum Kochen gelangen. Diese Mengen Salze im Rübensafte sind keineswegs so unbedeutend, als es auf den ersten Blick scheint, denn da der Saft wenigstens auf 1/8 seines Gewichtes eingedickt wird, so sind in der Füllmasse auch 8mal so viel Salze enthalten als im Rohsafte, oder in diesem Beispiele bei den Chloralkalien (8 . 1,3) = 10,4 Proc. fester Substanz in 100 Füllmasse und beim Kali (8 . 0,8) =   6,4 Proc. fester Substanz in 100 Füllmasse. Dieser bedeutende und höchst zu beachtende Unterschied in der Menge des Salzes, das zum Kochen gelangt, scheint denn auch der Grund zu seyn, weßhalb in vielen Fabriken bei Anwendung des Verfahrens, die Alkalien im Rübensafte schon bei der Scheidung in Chloralkalien überzuführen, nachher ein schwieriges und schlechtes Verkochen stattfand. Deßhalb scheint das Verfahren nur da von größerem Erfolge zu seyn, wo ein Minimum an Alkalien im Rübensafte durch eine kleine Erhöhung nicht so nachtheilig wird, daß sie ein schlechtes Kochen veranlassen. Deßhalb scheint auch Michaëlis zu rathen, die Filter nicht ganz auszusüßen, d.h. die letzten Salze, die der Kohle mechanisch anhängen, nicht ganz von der Kohle abzuwaschen und lieber ein wenig Zucker (der bei schlechtem Aussüßen der Filter natürlich mit verloren geht) zu opfern, als durch vollständiges Aussüßen (Auswaschen) zu viele Salze zu bekommen. Ganz abgesehen von der geringen Oekonomie, einen Theil des Zuckers, den der Fabrikant mit Kosten aus den Rüben gewonnen und den er bis zur Filtration veredelte, zu opfern, verweise ich auf obige Tabelle, aus der hervorgeht, daß selbst bei Befolgung dieses Rathes im weitesten Sinne des Wortes, nämlich bei Weglassung des ganzen Süßwassers, schon im Filtrate allein mehr Salz oder Chloralkalien, nämlich (75 Proc. von 1,33) = 0,9976 Proc. seyn würden, als bei ätzenden oder kohlensauren Alkalien im Filtrate und Süßwasser zusammen, wo nur = 0,8 Procent wären. Ich muß mich daher fast der Ansicht zuneigen, daß diesem Verhalten der Chloralkalien gegen die Kohle, die geringe praktische Verbreitung des Verfahrens hauptsächlich zuzuschreiben seyn dürfte. Wenn nun obiger Satz, „daß Chloralkalien von der Knochenkohle nicht absorbirt werden,“ richtig ist, so müßten dieselben mit in die Füllmasse gelangen und dort nachgewiesen werden können. Wenn ferner Zucker und Salz in höheren Temperaturen ein Saccharat bilden, so müßten die Chloralkalien selbst noch im ungereinigten Rohzucker zu finden seyn, ja die vollständige Entfernung derselben beim Proceß des Raffinirens wäre in Frage gestellt. Ich enthalte mich hier wohlverstanden von der größeren oder geringeren Schädlichkeit der Alkalien zu sprechen, da möglicherweise die 1,33 Theile salzsaurer Alkalien weniger zerstörend auf den Zucker einwirken könnten, als die 0,8 Theile ätzender oder kohlensaurer Alkalien. Diese Frage gehört nicht in den Bereich dieser Abhandlung, worin es sich nur darum handelt, die Menge der Salze zu erörtern. In solchem Falle muß aber auf ein so schönes Beispiel hingewiesen werden. Dieß ganze Thema der Quantität der in den Rübensäften bleibenden (oder in der Fabrication abgeschiedenen) Salze verdient um so mehr beleuchtet zu werden, als es meines Wissens noch nicht praktisch erörtert worden ist und ich es für sehr wichtig für die Rübenindustrie halte. Ja es schien mir diese Arbeit um so mehr geboten, als behauptet wurde (unter anderem auf der Generalversammlung der Zuckerfabrikanten in Prag 1859, siehe S. 25 und 27 der Verhandlungen), daß die Alkalien von der Kohle bei der Filtration nicht aufgenommen würden und meistens wohl ein gleicher quantitativer Gehalt an Salzen in die Nachproducte übergienge. Dieß sind Voraussetzungen, die ich nach Obigem nur theilweise und nur für gewisse Salze der Alkalien unterschreiben kann. Daß die phosphorsauren Salze in verhältnißmäßig so bedeutender Menge absorbirt werden, ist in so fern wichtig, als sonst wohl gar keine Möglichkeit geboten wäre, sie in der Rübenzuckerfabrication anzuwenden. 1 Theil Aetzkali vollständig neutralisirt, gibt 2,4 Theile phosphorsaures Kali (PO⁵ + KO + 2HO). Werden daher auch 30 Proc. der vorhandenen Menge von der Kohle aufgenommen, so bleiben immer noch (70 . 2,4) = 1,68 Theile im Safte gegen 0,75 Theile kohlensauren Kalis. Für die Anwendung der Phosphorsäure bei der Rübenzuckerfabrication ist dieser Umstand, nämlich die Menge derselben, die im Safte bis zur Krystallisation bleibt, immer noch ungünstig; dagegen wird uns dadurch ein Fingerzeig geboten, wie der rübenerzeugende Landwirth vielleicht Rüben bauen kann, die für die Bearbeitung auf Zucker besonders tauglich sind. Die Rübe ist eine Kalipflanze und daher kalibedürftig, dieser Bestandtheil muß ihr denn auch wohl in jedem Falle zugeführt werden, um ihr freudiges Wachsthum zu sichern. Ueber ein solches Gesetz kann sich kein vernünftiger Mensch ganz hinwegsetzen; aber die Form, in der der Pflanze die Nahrung geboten wird, diese steht in der Macht des denkenden und befähigten Landwirthes. Es steht z.B. bei ihm, der Rübe phosphorsaures anstatt salpetersaurem Kali zu bieten, und nähme die Rübe von dieser ihr gebotenen Nahrung in beiden Fällen annähernd gleich viel auf (was indessen erst sorgfältig zu constatiren wäre), so würde daraus ein ungeheurer Unterschied in quantitativer sowohl als qualitativer Beziehung bei der Verarbeitung solcher Rübensäfte die nothwendige und schöne Folge seyn. Die günstige Einwirkung der phosphorsauren Salze auf das üppige Gedeihen der Rübe ist außerdem bekannt genug. Die Absorptionsfähigkeit der Kohle für Säuren (oder richtiger gesagt die chemische Verbindung, die sie mit den Kalksalzen der Knochenkohle eingehen) schien mir für die Rübenzuckerfabrikanten von zu wenig Interesse zu seyn, um die Versuche so weit auszudehnen, da freie Säuren im geschiedenen Rübensafte nicht vorkommen. Es ist genügend zu wissen, daß Knochenkohle auch Säuren absorbirt. Ich beschränke mich hier auf die Folgerungen aus obiger Tabelle, deren Resultate mir für den denkenden und intelligenten Rübenzuckerfabrikanten von sehr großer Tragweite und ausgedehnten Folgen zu seyn scheinen. Ich überlasse es meinen verehrten Herren Industriegenossen, die praktische Anwendung davon zu machen und schließe diese Arbeit mit einer übersichtlichen Zusammenstellung derjenigen Mengen Salze, die durch die Knochenkohle abgeschieden werden und derjenigen, die in 100 Theilen Dünnsaft sowohl wie in 100 Theilen Füllmasse (bis 1/8 eingedickt) verbleiben. Textabbildung Bd. 161, S. 388 Bei den Verbindungen des Kalis; Aetzkali; kohlensaurem.; salzsaurem.; phosphorsaurem.; citronensaurem.; salpetersaurem.; schwefelsaurem.; kieselsaurem.; Bei vollständiger Neutralisation ist; Aus 100 Theilen absorbiren 25 Theile Knochenkohle; es bleiben demnach in 100 Saft; und in 100 Füllmasse; Bei den Verbindungen des Natrons; Aetznatron