GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 3 8 i ö . Septem ber 1 9 1 6 52. Jahrg.
Der Salztmt und seine Bedeutung beim Schachtabteufen.
V on B e rg v e rw a lte r W . L a n d g r a e b e r , D a die eigenartigen geologischen Bildungen, die liier m it dem N am en »Salzhut« bezeichnet werden, n u r wenig bek an n t sein dürften, mögen einige allgemeine Be
trachtungen d arüber vorausgeschickt werden.
Im liefern U ntergründe der norddeutschen Tiefebene sind an m anchen Stellen die ursprünglich-. flach ab
gelagerten Salzschichten in schmalen Zonen zu rücken
artigen E rhebungen in m itten jüngerer Sedim ente zu sogenannten Salzhorsten aus der Tiefe em porgetricben worden. In ihrem innern B au sowie im Deckgebirge zeigen sich m erkw ürdige Verwicklungen der geologischen V erhältnisse. Alle in dem gem ischt-plastischen Schichten
verb an d vereinigten Gesteingruppen, wie L etten, Gips, S alzton, Salzlager, K alistränge und A nhydritbänke, haben einen m eh r oder m inder innigen F altungsvorgang m itm achen m üssen. Sie sind gewissermaßen wie flüssiges M agma allm ählich aufgestiegen u n d dabei ausgewalzt, gepreßt,, gezerrt, gestau t und doppelt oder m ehrfach übereinander g etü rm t worden. So h at sich in ihnen häufig eine innere und äußere U m form ung vollzogen.
An m anchen Stellen h at.o b en d rein eine bis ins kleinste gehende D urchm ischung der verschiedensten Gestein
arte n stattgefunden. F a s t alle Gesteine tragen m ehr oder weniger deutliche Anzeichen einer ganz unge
w öhnlich starken Quetschung. Von m anchen Schichten sind einzelne Teile bei der A ufw ärtsbew egung bis auf dürftige S puren verschwunden. W ährend ein großer T eil der Schichten, besonders in den tiefern A bschnitten, als an O rt u n d Stelle w urzelnd b e tra c h te t werden m uß, finden sich in den obern P a rtie n einzelne von der M utter
m asse gänzlich abgetrennte, gewissermaßen abge
schnürte Lagen im Salzhorst eingeschaltet vor. Sie trete n vielfach als ausgedrückte Fetzen in Erscheinung.
E ine G esetzm äßigkeit besteh t in einem Salzhorst nur in sehr seltenen Fällen. Die m annigfachsten Salzarten kom m en nebeneinander vor. Jüngeres und älteres Steinsalz löst sich in buntem Wechsel m it K alisalz
lagen ab. Als Folge dieser Aufpressungsvorgänge ergibt sich ein Profil der Salzhorste, das sich durch die Ver- faltungen und Vervielfachungen der Schichtlagen, durch die Einengungen und abgeschnürten Sattelköpfe sehr w esentlich von dem ursprünglichen unterscheidet (s. Abb. 1). Auch die einzelnen bisher von Salz
horsten entworfenen Profile weichen erheblich von
einander ab. F a s t jeder neue Aufschluß zeigt neue E igenheiten.
konz, M arkscheider, B o rtli (N iederrhein).
M it der A ufrichtung m üssen gleichzeitig dort, wo die Massen nich t die M öglichkeit zum Entweichen h a tte n , D ruckvorgänge m it m echanischen Um formungen verbunden gewesen sein. L etztere h a tte n Auflösungen der Mineralstoffe u nd dynam oniet am orphe U m kristalli
sationen im Gefolge. E s ist nicht ausgeschlossen, daß noch eine andere A rt der Um form ung u n d M ineral
neubildung m itgew irkt h at, u n d zwar die bei Gegenwart der das Gestein durchdringenden wässerigen Lösungen auftretende. D as ü rm a te ria l w urde dabei chemisch angegriffen und 'um gew andelt. B ekanntlich trifft diese Begleiterscheinung nich t n u r für Salzarten allein zu.
D ie scheinbar unlöslichsten Stoffe können bei Be
rü h ru n g m it Lösungen im Lauf der Zeit um gewandelt werden. Sogar reinem W asser w ohnt eine stark e Zer
setzungsfähigkeit inne.
A bb. 1. S ch em atisch e r Q u e rsc h n itt d u rc h ein en S alz h ö rst m it S alz h u t.
D a sich außerdem noch eine ungleichm äßige D ru ck verteilung in den einzelnen Höhenlagen geltend m achte, haben die verschiedenen Gemengteile auch noch eine ganz ungleichm äßige Um m ineralisierung erfahren. Die angestauten Lagerteile innerhalb der F ältelu ng weisen ein ganz anderes Gefüge auf als die an den Schenkeln der F altu n g ausgewalztcn Salzarten. D urch die ver
wickelte Zersetzung un d die verschiedenartigen mine-
•ralischen Neubildungen kann daher neben der ge
schilderten völligen Verwischung der S chichtung auch noch ein von der ursprünglichen Ausbildungsform völlig
786 G l ü c k a u f Nr. 38 abweichender petrographisclier B estand hervorgerufen
werden.
Infolge dieser V eränderung und U m form ung der Gesteine und Schichten, selbst A nhydrit kann durch D ruckm etam orphose sein ursprüngliches Gefüge voll
ständig verlieren, w ird eine stratigraphische E in ordnung außerordentlich erschw ert; besonders noch dadurch, daß auf einem verhältnism äßig kleinen R aum eine Unmenge der verschiedenartigsten Gebilde ganz verschiedenen A lters zusam m engedrärigt sein und nebeneinanderstreichen kennen. In Gebieten, wo jüngeres un d älteres Steinsalz an und fü r sich schon schwer oder gar nich t voneinander zu unterscheiden sind, wie im Hanno verlande, un d wo zudem noch eine w eitgehende U m bildung innerhalb des Salzhorstes und an den R ändern eingetreten ist, w ird die S tratigraph ie umso schwerer zu erkennen sein. Je nach dem Grade der F altungsw irksam keit können Abweichungen von der Gesetzm äßigkeit zu großen Irrtü m ern führen.
So z. B., w enn jüngeres K alisalz zu m ächtigen Lagern aufgebauscht worden ist, in denen Streifen von älterm Kalisalz auftre'tcn. L etztere w erden leicht verkannt und für jüngeres gehalten. Rohe, gestaute Salzton
schichten sind so seil st von geübtem Fachleuten für B untsandstein gehalten worden. Die Unsicherheit in
A bb. 2. G e fa lte te A n h y d iits e h ic h t a u s W y le n in B aden.
der B estim m ung w ird noch durch die unterschiedliche U m form barkcit und Schm iegsam keit dieser gem ischt
plastischen Schichten erhöht. Steinsalz läßt sich ohne weiteres bruchlos biegen und bis in feinste Streifen falten und auswalzen. A nhydrit und Salzton dagegen verharren gern in ihrem spröden Z ustand, sie zerbrechen leicht un d werden vielfach aus dem V erband abgedriftet.
U nter geeigneten D ruck- u n d Tem peraturverhältnissen können aber auch die sprödesten Gesteinstreifen völlig bruchlos zu F alten zusammengeschoben werden, wie Abb. 2 zeigt.
F ü r den S chachtbau bzw. für die W ahl des S chacht
an satzpunk tes können derartig verwickelte tektonische V erhältnisse bedeutungsvoll sein. D enn ein auf einem so beschaffenen Salzhorst angesetzter Schacht k ann am Ausgehenden des Salzgebirges ganz verschiedene Schichten antreffen, ebensogut auf älteres wie auf jüngeres Steinsalz, sowohl auf Streifen von Kalilagern, A nhydritbänken, Salztonsträngen als auch auf Stausalz,
Zerrsalz, M ineralneubildungen usw. stoßen. In m anchen Fällen ist die B estim m ung dieser G esteinarten außer
ordentlich wichtig, wie w eiterhin dargetan werden soll.
Die Vorgänge beim Aufsteigen von Salzgebirgen sind zweifellos sehr verwickelt und ungeheure K räfte dabei tä tig gewesen, um G esteinarten d erart ineinander zu v erkneten, als handle es sich um weichen Ton. Die Ursache der A ufpressung ist m ehrfach zu deuten ver^
such t worden. Die drei heute bestehenden Theorien sind kurz folgende: L a c h m a n n nim m t in Gemein
schaft m it S v a n t e A r r h e n i u s an, daß endogene, physi
kalisch-chem ische K räfte den A uftrieb verursacht haben;
H a r b o r t glaubt, daß diese Riesengebilde von Salz
horsten an einer Schwächezone in der E rd rin d e zwischen vorgebildeten te k to n isc h e n , Störungslinien u n ter der D rucklast senkrecht w irkender K räfte aus den wage
rechten Flügeln zu beiden Seiten des H orstes ausge
quetscht und em porgetrieben worden sind; S t i l l e füh rt die Salzauftriebkräfte auf wagerechten F altenschub im K ern von T riassätteln zurück. Von diesen drei An
schauungen scheint m ir die letzte am einleuchtendsten, aber noch überzeugender die therm ische E xpansions
theorie in V erknüpfung m it der Schrum pfungstheorie z u r E rk läru n g der E n tsteh u n g der Salzhorste zu sein, die von v. R i c h t h o f e n und J. D a n a bzw. von E. de B e a u m o n t und W. J. L o l l a s für die E n tsteh u n g von Faltengebirgen herangezogen worden ist. B edenkt m an näm lich, daß es bisher noch nirgendwo gelungen ist, das eigentliche M uttergestein, aus dem die Salzstock
massen hervorgequollen sein m üssen, aufzuschließen, so ist für seine Lagerung eine recht große Teufe anzu- nchmen. Verm utlich reichen diese Salzmassen bis 2000 und 3000 m in die E rdrinde hinein. In diese Tiefe sind sie aber erst ganz allm ählich gesunken und dal ei von stets steigender W ärm e beeinflußt worden, die naturgem äß eine erhebliche A usdehnung der gewaltigen Massen ver
ursacht hat. D as auflagernde irr m er m ächtiger werdende Deckgebirge h a t dazu noch den D ruck anwachsen lassen, so daß die gesunkenen Massen allm ählich in eine ganz erhebliche Spannung geraten sind und sich an schwachem Stellen der E rd rin d e naturgem äß einen Ausweg nach oben zu verschaffen gesucht haben. Auf diese Weise kann ebenso g u t n u r eine V erdickung der Salzmassen wie ein Em porrecken der Salzserien zu pfeilerartigen Salzstccken oder langgestreckten Salzhorstcn m it ihren verworrenen Erscheinungen erfolgt sein. Alle bisher beobachteten geologischen B ilder dieser A rt sprechen nicht gegen die M öglichkeit durch derartige Bewegungs
vorgänge, erzeugter D islokationen.
D as D urchspießungsphänom en m it der dam it ver
bundenen Z ertrüm m erung des Schichtenverbandes scheint so geendet zu haben, daß älteres Steinsalz durch die jüngere Salzfolge und den H a u p ta n h y d rit hindurch
gebrochen ist, und der A uftrieb sich bis in jüngere Deckgebirgsscliichten (Trias, K reide, T ertiär) hinein fortgesetzt hat. Mit dem H ineinström en der Auf
pressungsm asse in die D islokationszonen ist notw endiger
weise ih r Entw eichen aus den um rahm enden Schichten außerhalb d er aufgerissenen Spalten, zwischen denen der Salzauftrieb erfolgte, verbunden gewesen. Als
natürliche Folge h a t sich eine Einsenkung und all
m ähliche Verflachung der Schollen w eitab vom Salz
horst sowie eine A ufrichtung an den Salzstockrändern ergeben, jedoch ist diese Schrägstellung an m anchen Stellen n u r unerheblich geblieben. Die Aufpressung h at notwendigerweise eine Bewegung im Gefolge gehabt, w odurch die der Salzkluft u n m ittelb ar benachbarten Gebirgsteile sta rk in M itleidenschaft gezogen wurden.
Sie sind nach oben gebogen worden, zerbrochen und geborsten. D urch die ständige Verschiebung an den peripherischen Teilen ist das randliche M aterial em por
geschleppt und durch Zerrung und Zerreibung breccien- ähnlich zu einem bu n ten D urcheinander von Gestein
stücken der durchstoßenen permischen, triassischen und ändern Schichten verm engt worden. Die zu r Auf
pressung der Salzhorste führenden Bewegungsvorgänge haben anscheinend längere Z eiträum e hindurch an
gedauert. Sie m üssen sowohl w ährend gebirgsbildender als auch in ruhigem A bschnitten, und nicht n u r ein
m al, sondern abschnittw eise, w ahrscheinlich sogar ruckweise sich wiederholend stattg efu n d en haben.
Solchen verw orrenen V erhältnissen sta n d m an früher ratlos gegenüber, w ährend m an sie je tz t m it einiger Sicherheit zu enträtseln verm ag.
W uchsen die sich auftürm enden Salzmassen so weit, daß sie in den Bereich des Grundwassers gerieten, so begann sich an ihnen ein tiefgreifender A blaugungs
vorgang zu entwickeln. J e nach dem Grade d er Löslich
k eit fand zunächst eine A nreicherung des W assers m it Chlorkalium und C hlornatrium s ta tt, dem sich im w eitern V erlauf entsprechend der petrographischen Beschaffenheit und dem Lösungsverhältnis die in Salz
lag erstä tte n auftretenden ausgefällten Salze anschlossen.
Dieser Lösevorgang k onnte naturgem äß bis zu r S ättigu ng fortdauern. Auf dem Salzkopf bildete sich alsdann häufig eine glatte, fast abgeschliffene Ablaugungsfläche, der sogenannte »Salzspiegel* (s. a in Abb. 1). Die Zer
setzungsprodukte und R ückstände der Auslaugung, also die schwer oder nicht löslichen B estandteile der L ag e rstätte, wie Ton, A nhydrit, Gipsgestein usw., blieben auf dem Salzspiegel liegen. Sie h äuften sich d o rt an u n d verm engten sich m it Schollentrüm m ern der nachgefallenen Gebirgsschichten zu einem laugen
reichen, gebrächen, porös-zeiligen Trüm m ergestein von großer Vielfältigkeit m it zahlreichen schief u n d ge
w unden verlaufenden Schlotten. Dieses H utgebilde bezeichnet m an m it dem Nam en »Salzhut«. Sein Laugen
gehalt schw ankt in w eiten Grenzen. Von der völligen E rfüllung der Schlotten m it Salzlösungen wechselt der G ehalt an Sole un d Laugen durch alle Ü bergänge bis zu solchen H utbildungen, die n u r noch wässerige Lösungen auf W asserrissen in geringer Menge enthalten.
Die S chlotten reichen zuweilen bis auf den Salz
spiegel hinab und stehen m it den zahllosen gekrüm m ten, senkrechten und w agerechten K lüften, Spalten und H aarrissen, die den Salzkopf durchziehen, in Verbindung.
Stellenweise gehen - sie regellos tief u n te r den Salz
spiegel in den Salzhorst hinein. D er gesam te Salzstock ist m eist von einer Breccienzone, dem A nhydritschleier b, um geben, in den ortfrem de Gesteine m osaikartig ein
gewickelt sind. Vereinzelt kleben sie auch als eckige
Brocken am Salzstock. Die E n tsteh u n g des A n hy drit
schleiers b eru h t wohl ebenfalls auf Auslaugung, die aber m ehr durch B ergfeuchtigkeit hervorgerufen worden sein dürfte. Ein Anteil an ihrer B ildung w ird auch den sich am Salzspiegel bildenden ung esättigten Lösungen zuzu
schreiben sein. D er größte Teil der abgelaugten Salz
m assen w anderte jedoch in das Nebengestein ab. D er Abfluß erfolgte nach dem Schichtenfallen. Die Be
wegungsmöglichkeit rich tete sich nach der Salzauf
nahm efähigkeit sowie d er D urchlässigkeit des N eben
gesteins und w ar vielfach n u r auf Schnittflächen und K lüfte beschränkt, die m eist sehr eng sind und auch bleiben. D er Salzgehalt n im m t entsprechend der E n t
fernung vom Salzstock ab. D aß das Nebengestein t a t sächlich häufig geradezu m it Steinsalzlaugen du rch
schw ängert ist, haben B ohrungen in der Um gebung von Salzhorsten w iederholt dargetan. Diese sekundär eingew anderten Lösungen dürfen selbstverständlich nicht für h annlos gehalten werden.
J e m ächtiger die Abfressung des Salzgebirges erfolgt ist, desto stärk e r w ächst auch der sich zwischen dem Salzspiegel und dem eigentlichen Deckgebirge des Salz
horstes einschiebende Salzhut. Manche Salzhüte sind bis zu 100 m u nd m ehr m ächtig, andere hingegen kaum 1 m dick. In die abgelaugten A bschnitte des Salz
kopfes, die zeitweilig als H ohlräum e offen stehen bleiben, stü rz t das schwebende Gebirge nach, w odurch seine ursprünglich geschichtete L agerung sta rk gestört wird.
Die Möglichkeit, durchlaufende, niveaubeständige Schichten anzutreffen, ist bei den verw ickelten L age
rungsverhältnissen der Salzhorste m eist sehr gering.
D urch die ständige N eubildung von Salzhutm assen m it den darau f folgenden Zusam m enbrüchen und Auf
schü ttu ng en werden die hangenden Schichten fo rt
w ährend beunruhigt. D urchgehende wassert ragende Tonschichten treten daher n u r selten auf, wo sie an
stehen, schießen sie m eist n u r auf kurze Erstreckung, insei- oder nesterartig, ein. Auf jeden F all m uß m an sich, wenn sie in B ohrungen angetroffen werden, im m er vergegenwärtigen, daß sie n ur örtliche A usdehnung haben können. W enige M eter von einem Aufschluß en tfern t erh ält m an sehr wahrscheinlich ein ganz anderes Bohrprofil. Infolgedessen sind auch die obern süßen W asser vielfach versalzen worden. Mit seltenen Aus
nahm en können über dem Salzhut in jedem Teufen- ab sch n itt Laugen angetroffen werden. J e nach den örtlichen V erhältnissen sind sowohl die Bildungen des Salzhutes un d die des d aru n te r befindlichen Salzkopfes als auch die überlagernden Deckgebirgsschichten m it ihrer L augenführung ganz verschiedenartig ausgebildet.
E s gibt vollständig fest v erk ittete, kom pakte und w asserundurchlässige Salzhüte u n d wieder andere, die klüftig, breccienhaft, wasser- oder laugenhaltig, zellig un d schlottenreich sind.
Stellenweise b esieht das M aterial vorwiegend aus Gips und A nhy drit, bei sog. »Gipshüten«, andernorts aus Tonbildungen, I.ettenrückstän den und schmierigen, salzigen Schlam m resten.
Die gleichen U nregelm äßigkeiten können im Deck
gebirge auftreten, so daß m an niem als die durch einen
788 G l ü c k a u f Nr. 38 Bohrlochaufschluß festgestellten geologischen Ver
hältnisse verallgemeinern und fü r die weitere Um gebung als gültig ansehen darf. E ine Voraussage der zu er
w artenden V erhältnisse auf G rund von M utungs
hohrungen oder auch von genauer ausgeführten U n ter
suchungsbohrungen, die w eitab von dem zu teufenden S chacht liegen, ist wegen der voraussichtlichen Ver
wicklungen fast gänzlich ausgeschlossen. Die U n
sicherheit beginnt, sobald es sich um zusamm enge
brochene Schichten handelt, deren Vorhandensein zu
weilen schon an der Erdoberfläche durch die bekannten E rdfälle angekündigt wird. D adurch, daß mangels ausgedehnter w assertragender Schichten der obere süße und der untere salzige Grundw asserstrom m iteinander V erbindung erhielten und eine V erm ischung s t a t t finden konnte, dürfte das gesam te Deckgebirge m it seinen laugenführenden Schlottengebilden in seiner G ebrächheit als Gefahrenzone anzusehen sein. D aneben kann noch der eigentliche Salzhut oberhalb des Salz
spiegels, der vielfach gewissermaßen m it dem Deck
gebirge durch V erzahnung ineinandergreifend a u ftritt, gefahrbringend und 1'ür das A bteufen erschwerend sein.
U nterhalb des Salzspiegels vermögen die steil auf
gerichteten und zersprengten Schichten am Salzkopf, die vielfach ström ende Salzlösungen enthalten, Laugen
einbrüche zu verursachen. Auch sind die hier anstehenden S chichten infolge ih rer Beweglichkeit und leichten Löslichkeit fü r die B edingungen des Schacht abteuf- betriebes verschieden günstig. K alilagen von karnalli- tischer N a tu r am Ausbiß können sich schneller auf- lösen, als das F ortschreiten der A bteufarbeiten vor sich geht. Selbst in schwer auflösbarem , klüftigem A n h y d rit darf m an sich nicht ü b er die Gefahrenmöglichkeit täuschen. E in L augendurchbruch ist selbst dann nich t ausgeschlossen, wenn die K lüfte bereits verheilt waren.
Beim A nfahren reißen sie sehr leicht wieder auf, und infolge der durch die starke Z erklüftung erzeugten D urchlässigkeit fließen etw a vorhandene Laugen aus dem angelagerten Nebengestein rasch aus.
Diese Darlegungen zeigen, daß als Ergebnis einer angen A ufpressung und d arauf folgenden Salzhut - bildung räum lich die schwierigsten Verwicklungen lau ftreten können, die im Gebirgsbau Vorkommen.
D am it ist jedoch durchaus nicht gesagt, daß jeder auf einem Salzhorst angesetzte Schacht derartig von G rund aus z e rrü ttete Lagerungsverhältnisse antreffen m uß.
Vielerorts ist die A uffaltung u n d auch die Ablaugung auf ein geringes Maß beschränkt geblieben. E s gibt W erke, die Salzhüte ohne erhebliche Schwierigkeiten und K osten durch teu ft haben. Bei ändern Schächten dagegen geriet m an, da die drohende Gefahr infolge m angelhafter oder falscher B eobachtung unerkannt geblieben war, unvorbereitet in die denkbar u n günstigsten Schichten. Selbst W erke, die alles E rdenk
liche zur V erhütung von Laugeneinbrächen getan und den S chachtbau m it den vollkomm ensten M itteln der Technik vorgenommen, sogar den Salzkopf bereits erreicht und den Schacht auch schon einige M eter darin m it Tübbings ausgekleidet h atten , ihn som it nach den allgemeinen Regeln als gesichert b etrachteten , verm ochten dennoch das E rsaufen durch Laugen
einbrüche nicht zu verhindern.
N icht n ur im Llannoverlande, wo der Schachtbau bisher am m eisten durch diese außergewöhnlichen geologischen Verhältnisse b eeinträchtigt worden ist, sondern auch in ändern Salzgebieten, wo in nach- perm ischer Zeit Schollenbewegungen stattgefunden haben, w ird m it diesen Schwierigkeiten gerechnet werden m üssen.
In dem zukünftigen niederrheinischen K alibergbau
bezirk, in dem Schollenbewegungen längs weit zu ver
folgender Spalten in fast allen geologischen Zeiträum en bis in die m ittlere Miozänzeit m it einiger Sicherheit festzustellen sind, werden die Folgeerscheinungen einer m ehr oder weniger tief gehenden dynam om etam orphen V eränderung innerhalb der Salzlager ebenfalls in E r
w ägung zu ziehen sein.
Aus dem Vorstehenden ist zu entnehm en, daß ein Salzstock m it seinem Deckgebirge nichts weniger als ein einfacher und einheitlicher B au ist, sondern Ver
wicklungen aufweist, die eine Vorstellung von dem jeweiligen inriern Gefüge n u r schwer gewinnen lassen.
E ntschließt m an sich trotzdem dazu, einen Schacht auf den T rüm m ern eines Salzhorstes anzusetzen, so h a t m an ste ts zu berücksichtigen, daß die zu erw artenden Verhältnisse un d Bedingungen für den Schachtbau ganz andere U nsicherheitsfaktoren in sich schließen können als bei flözartiger, söhliger und ungestörter Lagerung, bei der m an im m er annähernd dieselben Schichten antrifft, ganz gleich, wo der A nsatzpunkt liegt. H ier erreicht m an die jüngsten Bildungen zuerst und die ältesten zuletzt. Bei einem Salzaufpressungs- horst ist jedoch die Reihenfolge m anchm al genau um gekehrt. Man h a t allerdings die Gewähr, daß schon in verhältnism äßig geringer Teufe das Salzgebirge an
getroffen w ird, aber auch dam it zu rechnen, daß die geologischen Verhältnisse bei jedem Salzkopf und Salzhut andersartig sind. W ill m an vo r Ü berraschungen gesichert sein und von vornherein die .anzuwendenden Verfahren richtig beurteilen, so ist es notwendig, die Schichten, Gesteinlagen u nd W asserverhältnisse, wie
• sie u n m ittelb ar u n ter dem S chachtansatzpunkt vo r
liegen, zu erm itteln. Die U ntersuchungen haben sich auf die F eststellung des Salzgehaltes in den verschiedenen Teufen des Deckgebirges, auf die dislozierten Zer
störungsprodukte des Salzhutes und dessen Laugen- fiihrung oberhalb des Salzspiegels sowie auf die den S chachtbau ebenfalls gefährdende Zone des Salzkopfes un terhalb des Salzspiegels zu erstrecken. Diese Vor
arbeiten müssen m it gewissenhafter G ründlichkeit v o r
genommen werden. F ü r das Gelingen des Schachtbaues sind sie von allergrößter B edeutung. Ih re Vernachlässigung w ürde einen groben F ehler bedeuten. Die Folgen m ehr
fach vorgekom m ener N ichtbeachtung der einfachsten V orsichtsm aßregeln waren wesentliche Irrtü m e r und erhebliche Fehlgriffe zum Schaden des U nternehm ens, die n u r durch Aufw endung b eträchtlich er M ehrkosten wieder gutgem acht werden konnten. Mit Leichtigkeit h ä tte n sie sich verm eiden lassen, wenn die geologischen V erhältnisse von vornherein festgestellt worden wären.
Eine genaue U ntersuchung du rch zuverlässige Auf
schlüsse ist und bleibt dem nach die w ichtigste Vor
arbeit. Man darf sich nie der geringsten Gefährdung
aussetzen un d sollte keine Mühen und K osten scheuen, um sich vor der A ufnahm e der A bteufarbeiten ein lückenloses, klares B ild von den zu erw artenden Lage
rungsverhältnissen zu verschaffen, dam it die gefahr
bringenden T eufenäbschnitte richtig erkannt werden.
Sparsam keit zu r Unrechten Zeit h at sich nirgends b itte rer gerächt als beim Schachtabteufen. Die Mehr
kosten der U ntersuchung werden durch die Ersparnisse an S chachtbaukosten reichlich aufgewogen.
E in bew ährtes M ittel zu r Vornahm e dieser U n ter
suchungen ist die Trockenbohrung, die sich allerdings aus bekannten Gründen keiner B eliebtheit erfreut.
D a aber fast jed er neue F all wechselnde Einzelheiten und E igentüm lichkeiten zeigt, w ürde es hier zu weit führen, auf die verschiedenen M öglichkeiten der Vor
bereitungsarbeiten n äher einzugehen.
M it der geologischen U ntersuchung m uß gleichzeitig eine chem ische verbunden werden. Die B efunde von beiden bieten erst eine richtige U nterlage für die sichere E rm ittlu n g un d B eurteilung des anzuwendenden Abteuf- verfährens. N icht n u r bei der V oruntersuchung durch Trockenbohrung, sondern auch w ährend der A bteuf
arbeiten darf die gespannte A ufm erksam keit nach allen R ichtungen hin nicht nachlassen, denn auch bei der Lrockenbohrung sind noch wesentliche Irrtü m e r möglich, besonders w enn n u r eine einzige B ohrung am S chacht
an satzp u n k t niedergebracht worden ist. Ih r Ergebnis ist nich t ausschließlich m aßgebend, d a Abweichungen von den festgestellten V erhältnissen tro tz vorschrifts
m äßiger und peinlich genauer A usführung noch Vor
kom m en u nd einen nach den Regeln der S chachtb au
technik als gesichert zu erachtenden Schacht zum E rsaufen bringen können. E ine derartige M öglichkeit w ürde naheliegen, wenn z. B. im Salzhut am Salzspiegel auf der einen H älfte des Schachtes eine innige Ver
w achsung von festem , klüftefreiem Gips und A n h y d rit m it dem Salz vorhanden ist, w ährend auf der ändern H älfte schlottenreiche H utgebilde anstehen, in denen ein deutlicher A blaugungsvorgang vor sich geht. Ist in einem solchen F all n u r eine einzige B ohrung nieder
gebracht w orden und zufällig in den gesunden Teil des Salzkopfes gelangt, so w ürde sie ein den Verhältnissen durchaus nicht entsprechendes B ild liefern. D aher ist
auch bei fehlender Z erklüftung u nd fehlender Lauge V orsicht am Platze.
Um allen Ü berraschungen gegenüber gesichert zu sein, v erfährt m an am zw eckm äßigsten so, daß m an entw eder m ehrere U ntersuchungsbohrungen vom Tage aus niederbringt oder von der gesicherten Schachtsohle aus dicht über dem unsichern, gefahrbringenden Teufen- abschnitt eine erneute U ntersuchung durch planm äßiges Vorbohren vornim m t, m öglichst sofort in V erbindung m it dem V ersteinungsverfahren, um die etw a erschro- tenen Laugenzuflüsse sogleich durch Versteinen der laugeführenden K lüfte abschließen zu können.
D erartige außergewöhnlich verw ickelte und un
beständige Lagerungsverhältnisse werden zweckmäßig je nach den U m ständen m it Hilfe des Gefrierverfahrens oder des Zem entierverfahrens überw unden und die laugehaltigen Salzhüte m it dem Tiefkälteverfahren u n ter dem Schutze der F rostm au er d urchteuft. Ü ber die Teufe, bis zu der die Anwendung dieses Verfahrens erforderlich ist, kann nu r auf G rund der U ntersuchungs- ergebnissc entschieden werden.
Die Gefrierm aschinenanlage w äre alsdann zweck
m äßig so einzurichten, daß m an von dem gewöhnlichen Abfrieren m it T em peraturen der einfallenden Lauge von etw a - 25 b i s - 3 0 ° C u n m ittelb ar zur A nwendung des 1 iefkälteverfahrens m it T em peraturen von etwa
— 45° C übergehen kann. F ü rd e n ö b e rn T e u fe n a b sc h n itt, soweit er n u r schwache Laugen bis zu 20 u nd 22° C enthält, käm e alsdann das einfache Ausfrieren der Gebirgsschichten in Frage, fü r den Salzhut und seine Um gebung m it gesättigten Salzlösungen das Tief
kälteverfahren. Em pfehlensw ert ist, wie bereits be
m erkt wurde, gleichzeitig eine V orrichtung zum Ver
steinen laugeführender K lüfte bereitzuhalten, falls diese aus irgendwelchen G ründen ungefroren geblieben wären.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
Nach B etrachtung der m it dem Namen »Salzhut«
bezeichneten eigenartigen geologischen Bildungen werden E rörterungen über ihre U ntersuchung anges eilt, ihre Gefahren besprochen un d die M aßnahmen beim Schacht
abteufen behandelt, die auf die Vermeidung der bisher so häufigen D urchbrüche abzielen.
Die Elektrometallurgie der weniger häufigen Metalle in den Jahren 1906 bis 1915»
V on P ro fesso r D r. F ra n z P e t e r s , B e rlin-L ichterfelde.
(F ortsetzung.) Silizium.
D a s M e ta ll.
Silizium dioxyd wird nach LI. C. G re e n w o o d 1 durch Kohle schon bei 1460°, also w eit u n ter seinem Schm elzpunkt und der im allgemeinen fü r die D ar-
1 J . C liem . Soc. 1908, B d. 9 3, S. 1483 u n d 1490; E le ctro cliem . M e ta » . I n d . 1909, B d. 7, S. 1 2 0.
Stellung des M etalls als nötig erachteten T em p eratu r reduziert. W esentlich niedriger (etwa 1200°) ist die T em peratu r bei Gegenwart von Eisen. F errio x y d w irkt erst, wenn es zu Eisen reduziert ist. Dessen Einfluß ist jedenfalls großenteils auf seine V erw andtschaft zum Silizium zurückzuführen, zum al die Legierungen nur schwer schm elzbar sind. Letzteres gilt auch für die m it Mangan un d K upfer. In Gegenwart des erstem beginnt
790 G l ü c k a u f H r. 38
die R eduktion bei etw a 1100°, in der des letztem bei etw a 1250°,
O. P. W a t t s 1 hat Silizium aus Kieselsäure, Glas, Kalzium - oder N atrium silikat durch R eduktion m it Kohle, K arborund oder Aluminium darstellen können.
Bei der Verwendung von Kohle entstehen Schwierig
keiten durch die hohe R eduktionstem peratur2, bei der Silizium verdam pft, durch die Ä hnlichkeit3 im spe
zifischen Gewicht des Siliziums und der Schlacke, wodurch erst eres in letzterer verteilt bleibt, und durch die Zerbrechlichkeit des Siliziums beim E ntfernen aus der Schlacke. Bei der R eduktion m it Aluminium wurde K ry o lith oder F lußspat als F lu ß m ittel für die Tonerde zugesetzt. Geschmolzenes Glas läßt sich anscheinend u n ter Abscheidung von Silizium, das sich m it der Eisen
kathode legiert, elektrolysieren. Die D arstellung aus einem Gemenge von 77 T. Sand und 25 T. Koks durch den Lichtbogen im L aboratorium m aßstabe beschreibt S. A. T u c k e r 4.
Die F lüchtigkeit des Siliziums bei der R eduktions
tem p eratu r erfordert seine möglichst schnelle E n t
fernung aus der heißesten Ofenzone. Dies h a t F. J. T o n e ( C a r b o r u n d u m Co.) schon früher5 erkannt. Außer durch die ältere Anordnung w ird6 der beabsichtigte Zweck in einem W iderstandsbogenofen erreicht, in dem das P ro d u k t von der im Bogen gelegenen R eduktions
zone längs eines elektrisch erhitzten Leiters niedersinkt.
Dieser ist eine Säule aus Kohle oder anderm feuer
beständigem Stoff. Sie ru h t auf einem in den Ofenherd eingelassenen Kohlenblock. Ih r oberes E nde bildet die untere E lektrode des Lichtbogens, dessen obere E lektrode an dem Scheitel des Ofens hängt. D er Bogen ist gänzlich in die Beschickung eingeschlossen, die auch den übrigen Ofenraum füllt. Eine andere A nordnung h a t7, um der oben genannten Bedingung zu genügen, am obern E nde des K ohlenherdes eine Art R ost aus Kohlenstäben, die in die nichtleitenden feuerfesten W ände des Ofens eingelassen sind. Dieser Rost läßt die Beschickung, die um die beiden senkrechten E lektroden angehäuft wird, nicht durchfallen, w ährend das Silizium hindurchtropft und sich im untern H erdraum sam m elt, von wo es abgestochen wird.
Von den bei der R eduktion von Kieselsäure durch Kohle auftretenden drei H auptreaktionen, die zu Silizium m onoxyd, zu Silizium und zu Silizium karbid führen, läßt sich nach H. N. P o t t e r 8 die letztere nicht unterdrücken9, wenn m an die elektrische Energie w irt
schaftlich ausnutzen will. Deshalb reduziert m an das D ioxyd besser durch das K arbid. Die R eaktion kann in einem Gemenge von Kieselsäure u nd Kohle an
scheinend deshalb nicht in genügendem Maße eintreten, weil das flüssige Silizium einen Teil des K arbids um hüllt
1 B u ll. U n iv . W isc o n sin 1906, S. 255; Chem . Z c n tra lb l. 1 9 0$, i. H ä lfte , S. 598.
2 vgl. a . T o n e , G lü ck au f 1908, S. 1523.
3 D iese ist a m w e n ig sten bei B e n u tz u n g von N a tr iu in s llk a t v o r
h a n d e n .
i M e tall. Chem . E n g . 1910, Bd. 8, S. 19.
5 G lü c k a u f 1908, S. 1523.
« A m er. P. 921 1S3, e r te ilt am 11. M ai 1909.
’ A m er. P. 937 1 2 0, e r t e i l t am 1 8. O kt. 1909. E in e A b b ild u n g des O fens b rin g t z. B. E le c tro c h e m . M etall. In d . 1909, B d. 7, S. 495.
8 A m er. P. 908 130, e r te ilt am 29. Dez. 1908; E le c tro c h e m . M e tall.
In d . 1909, B d. 7, S. 96.
8 S iliz iu m m o n o x y d g eh t m it dem K o h le n o x y d fo rt. S ein e B ild u n g k a n n d u rc h V e rg rö ß e ru n g d e r K ie se lsä u re m e n g e b e g ü n s tig t w erd en .
und es so der E inw irkung auf die K ieselsäure entzieht.
K ristallisiertes K arbo ru nd w äre allerdings zu teuer.
W irtschaftlich b ra u ch b ar aber ist der bei der K arborund- erzeugung als billiges N ebenprodukt erhaltene feuer
beständige Sand, der neben viel am orphem Silizium karb id auch freien Kohlenstoff, Kieselsäure und Siloxicon (Six Cy Oz ) e n th ä lt1. Mengt m an 31,4 % davon (als Si C) m it 62,4% Quarz und noch 6,2% Koks, so erhält m an eine hohe A usbeute an Silizium (z. B. über 50 g durch 1 K W st). D as Metall m uß aber noch von beigemengtem K arbid gereinigt werden. B rin g t m an u n ter seine Schmelze Silizium dioxyd, so reagiert dieses schnell m it dem im flüssigen Silizium gelösten K arbid. D abei kan n neben Silizium auch sein M onoxyd entstehen.
Aber auch dieses gibt m it dem K arbid das Metall. Sehr geeignet für diese Reinigung ist ein elektrischer Bogen
ofen m it senkrechten, gleichachsigen Elektroden. Die u ntere w ird in der Nähe des Bodens m it einem B ett aus Kieselsäure um geben. Auf dieses w ird eine Be
schickung von der oben genannten Zusam m ensetzung ge
sch ü ttet, die den Bogen und die obere E lektrode um gibt und so hoch ist, daß das K ohlenoxyd nicht einen K anal frei zu blasen verm ag, durch den auch D äm pfe von Silizium und seinem M onoxyd neben K ieselsäurestaub entweichen könnten. V orteilhaft m ach t m an beide E lektroden beweglich und erzeugt einen langen Bogen.
Das A rbeiten m it 150 V und großem Spannungen liefert bessere Ergebnisse als das m it 100 V.
Bei der R eduktion von Silizium dioxj'd zu Metall eignen sich nach K. G r o p p e l 2 als F lu ß m ittel basische Alum inium silikate. Auch E. J. T o n e ( C a r b o r u n d u m Co.)3 arb eitet m it F lu ß m ittel (Kalk oder F lußspat).
Die Beschickung oder vielm ehr die über der Schmelze sich bildende Schlacke dient als E rhitzungw iderstand.
In einem solchen Ofen soll der Verlust durch Ver
flüchtigung kleiner als im Bogenofen sein. Auf gleiche Weise werden Silizide erzeugt. Indessen h a t4 die C a rb o - r u n d u m Co. lange m it großen Bogenöfen (1200 PS) gearbeitet, deren E lektroden tief in die Beschickung tau ch te n 5 und deren feuerfestes Mauerwerk m it Kohle ausgekleidet war. In ihnen ist 90 bis 97 %iges Metall erzeugt worden. Zwei typische Proben weisen folgende Zusam m ensetzung auf:
Si Fe Mn Al P C S
90,60 6,70 0,08 2,35 0,02 0,22 0
95,71 2,24 — 1,96 0,01 0,08 0
G. O. S e w a r d u nd F. v o n K u e g e l g e n 6 reduzieren ohne ein F lu ß m ittel im Bogenofen, wobei die Tem pe
ra tu r in der R eduktionsgegend so hoch gehalten wird, daß sich kein K arbid bilden kan n oder etw a entstandenes zersetzt wird. Sie schichten ein grobkörniges Gemenge aus 75 T. F lin tstein u nd 25 T. K oks bis etw a 45 cm über dem untern E nde der beiden senkrechten E lek
troden auf, arbeiten m it 15 000 Amp bei 30 V u nd ändern nach einiger Zeit das V erhältnis der Beschickungs
bestandteile auf 70 : 30. D er Silizium dam pf verdichtet
1 Die Z u sa m m e n se tz u n g e in e r F rü h e w a r a n n ä h e r n d ; 70% SiC, 17% SiO , 7% C u n d 6% S c h la c k e .
2 M e tallu rg ie 1910, B d. 7, S. 59.
3 A m er. P. 842 273 vom iß. Dez. 1905, e r te ilt am 29. J a n . 1907.
4 E le c tro c h e m . M etall. In d . 1909, Bd. 7, S. 192.
5 v g l. d ie P a te n te von T o n e und P o t t e r (vorher).
« A m er. I1. 916 793, e r te ilt am 30. M ärz 1909.
sic h in den m it K ohlenoxyd gefüllten H ohlräum en der porösen Beschickung, so daß sich das M etall allm ählich am Tiegelboden sam m elt und abgestochen werden kann.
D as Silizium dioxyd kann au ch1 durch andere Aus
gangsstoffe ersetzt werden. Silizium m onoxyd will H. N. P o t t e r (G. W e s tin g h o u s e ) im elektrischen Ofen in Abwesenheit von Sauerstoff oder ändern w irk
sam en Gasen durch K ohlenstoff2 oder durch Silizium k arb id 3 reduzieren.
D urch reduzierendes Schmelzen von Silikaten im elektrischen Ofen h a t K. G r o p p e l4 kristallisiertes Silizium in großem Mengen nur aus denen des Alu
m inium s, nicht aus denen des K alzium s und Magnesiums abscheiden können, und aus erstem n u r dann, wenn die Restschlacke sta rk basisch war, auf 1 Mol. Si 0 2 6 - 7 Mol. A120 3 enthielt. V erw endbar ist Einschmelzen durch den Lichtbogen und Flüssighalten durch un m ittelb are W iderstanderhitzung oder besser die m ittel
bare W iderstanderhitzung durch einen in die Be
schickung eingebetteten K ohlenstab. Ein Zusatz von 3% K ry o lith erleichtert die Siliziumabscheidung. Zu
schläge anderer Silikate sind wirkungslos. Die E n d schlacke kann wie B au x it auf Alum inium verarbeitet werden. Auf die Verwendung von A lum inium silikat h a t schon früh er Ch. H. H o in a n 5 ein P a te n t genommen.
E r reduziert, zweckmäßig durch Alum inium , im elek
trischen Ofen derart, daß außer Kieselsäure nur gewisse B asen (wie F errioxyd) reduziert werden, w ährend Ton
erde in die Schlacke geht. In m anchen Zeiten der Ver
arbeitung erh ält m an Silizium, in ändern Siliziumeisen.
Ä hnlich m engt F. J. M a c h a l s k e 6 Kaolin oder andere Silikate m it so viel Kohlenstoff, daß dieser nu r den Sauerstoff der Kieselsäure aufnehm en kann, und erhitzt im elektrischen W iderstandofen m it 2 0 - 5 0 V und 2000 - 5000 Amp. Zur E inleitung der R eaktion werden der B eschickung je 1 % N atrium chlorid und Sägespäne zugesetzt. Geht m an von W olfram silikaten aus, so erhält m an W olfram oxyde als N ebenprodukt. Um sie vom Silizium zu trennen, zentrifugiert m an, nachdem die Spannung etwas herabgesetzt ist. U m gekehrt gewinnt F. J. T o n e ( C a r b o r u n d u m C o.)7 Silizium oder Siliziumeisen oder -m angan bei der elektrotherm ischen R eduktion von A lum inium silikaten zu r Erzeugung von Tonerde allein oder im Gemenge m it K ieselsäure in einer als Schleifm ittel brauchbaren Form . D as Silizium oder seine Legierung w ird8 u n ter dem Tonerdeprodukt abgestochen. L etzteres kom m t u n ter dem Nam en A lo x i t in den Handel.
Die physikalischen Eigenschaften des kristallinischen Siliziums h a t C. J. Z i m m e r m a n 9 zusamm engestellt.
W ährend m an kleine S täbe aus Silizium gu t gießen kann, werden, wie die C a r b o r u n d u m Co.10 vor einigen Jah ren m itteilte, Stücke von beträchtlicher Dicke
1 v g l. a. b eim S iliziu m e isen .
2 A m er. r. 875 235 v o m 10. J u n i 1 9 0 5 ,'e r te ilt am .11. Dez. 1007.
3 A m er. P . 875 672 vom 10. J u n i 1905, e r te ilt am 31. D ez. 1907.
•* M e ta llu rg ie 1910, Bd. 7, S. 59.
5 F ra n z . P . 332 533 v o m 23. M ärz 1 9 0 3 ;L T n d . O lectrochlm . 1901, B d. 8, S. 16.
6 A m er. P . 1 0 6 2 982, e r te ilt am 27. M a i 1913.
7 A m er. P . 906 172/3 u n d 906 338/9, e r te ilt am 8. Dez. 1908.
8 E le c tro c b e m . M e tall. I n d . 1909, Bd. 7, S. 192.
s T ra n s . A m er. E le c tro c b e m . Soc. 1909, B d. 15, S. 395.
19 E le c tro c b e m . M etall. In d . 1909, B d .¿ 8 , S. 193.
porös un d leiden u n ter Schrum pfungen. Das rü h rt nach T h . B. A lle n 1 daher, daß das aus dem elektrischen Ofen kom m ende Silizium D ioxyd, Stickstoff und Sauer
stoff enthält. Die Ü belstände sollen verm ieden werden , wenn m an der leicht flüssigen Schmelze 0 , 5 - 3 % Ma
gnesium zufügt. Auch V anadium , Kalzium und andere M etalle können ben utzt werden. Den elektrischen W iderstand des Siliziums bestim m te S c h m i d t, wie J. S c h e i d e m a n d e l 2 m itteilt, zu 472,66 bzw. 509 Ohm in der K älte und 183,14 bzw. 194,008 Ohm in der H itze (helle R otglut?) für 1 qmm Q uerschnitt und 1 m Länge, w ährend z. B. die entsprechenden Zahlen für Acheson
graphit 37,4504 bzw. 21,8956 un d 14,0608 bzw. 16,5624 sind. D er W iderstand des gewöhnlichen Siliziums, das bis zu 3% C en th alten kann, läßt sich nach J. T. H.
D e m p s t e r ( G e n e r a l E l e c t r i c C o.)3 durch E ntkohlen4 verdrei- oder -vierfachen und auf etw a 0,01 Ohm /ccm bringen. Den niedrigsten W ert nim m t der W iderstand nach J. K o e n i g s b e r g e r u n d K. S c h i l l i n g 5 bei etw a 180° an. E r wächst nach E. T h o m s o n 9 bis zur R otglut nicht wesentlich, dann im positiven Sinne bis zum S chm elzpunkt des Silbers, ändert darauf sein Vor
zeichen und nim m t schnell .ab. Silizium ist deshalb ein geeignetes W iderstandsm aterial für .Motoranlasser und A usschalter von Quecksilberdam pflam pen. Die Verwendung des Siliziums und seines K arbids zu r H er
stellung von F äden für elektrische G lühlam pen hat C. R. B ö h m 7 erörtert. W enn es gelingt, fehlerfreie Gefäße zu gießen8, w ird die W iderstandfähigkeit des Siliziums und der Silizide in der chemischen Industrie ausgenutzt w erden können. Schon seit geraum er Zeit w ird nach M itteilungen der C a r b o r u n d u m C o.9 90% iges Silizium an Stelle des hochgradigen Silizium
eisens zum Raffinieren von S ta h l ben utzt. Dem gleichen Zweck dient neuerdings seine Kalziumlegierung. Silizium ist außerdem von N utzen für die Erzeugung kohlen
stoffarm er Eisenlegierungen. Seine R eduktionskraft ist größer als die des gleichen Gewichts Aluminium. In der Stahlindustrie ist nach F. J . T o n e 10 Silizium karbid weniger b rau ch b ar als Siliziumeisen, weil n u r beschränkte Mengen aufgenom m en werden.
Silizium oder Siliziumeisen reduziert nach C. Ma- t i g n o n 11 dam it zusam m engepreßtes B arium oxyd bei 1200°. Auch nach den U ntersuchungen von B. N e u m a n n 12 ist Silizium zur R eduktion der O xyde,' selbst derjenigen schwer schm elzbarer M etalle brauch bar13.
E s üefert diese (bzw. ihre Eisenlegierungen) kohlenstoff
arm , w enn es selbst (oder das Siliziumeisen) wenig K ohlenstoff enthält. In fast allen Fällen nim m t das erschmolzene M etall aber etw a 2% Silizium auf, das
1 A m er. P. I 073 560, e r te ilt a m 1 6. S ep t. 1913.
2 Ü b e r d ie G ew in n u n g d e r se lte n e n E rd m c ta lle d u rc li Schm elz- e le k tro lv se , D is s e rta tio n d e r T e c h n isc h e n H o c h sc h u le M ünchen 1905, S. 51.
3 A m er. P. l 019 431, e r te ilt am 5. M ärz 1912.
4 D u rc h E rh itz e n m it K a lk s te in im Öiofen a u f 1 4 0 0-1 5 0 0*). N ä h e re s s. M etall. C hem . E n g . 101 2, B d. 10, S. 312.
5 P h y sik a l. Z. 1908, B d . 9, S. 347.
6 E l. W o rld 1910, S. 409; E le c tro c h e m . Z. 1910, Bd. 17, S. 78.
7 C hem .-Z ig. 1907, B d. 31, S. 1037.
s vgl. lin k e S p a lte u n te n . 2 a. a. O. S. 192.
10 A m er. P. 833 427 vom 18. Mai 1905, e r te ilt am 16. O kt. 1906;
E le c tro c h e m . M etall. In d . 1906, B d. 4, S.: 461.
u C o m p t. ren d . d e l ’A cad . d es sei. 1913, B d . 156, S. 1378- 12 Z. f. E le k tro c h e in . 1908, Bd. 14, S. 169; S ta h l u. E ise n 1908, S. 356.
ts N äh eres u n te r T ita n , W o lfra m , M olybdän u n d Chrom .
792 G l ü c k a u f Nr. 38 indessen die V erw endbarkeit der Legierungen in der
Stahlindustrie kaum beeinflussen dürfte. D urch E r hitzen der Sulfide m it Silizium konnten bisher n u r Silizide .erhalten werden. Die R eduktion m it Silizium karb id h at keinen Vorteil vor der m it Kohle. Z ur R e
duktion von zinkhaltigen K upfer- und Bleischlacken1 und von Zinkerzen2, nam entlich blei- und eisenhaltiger, will A. G. B e t t s Silizum oder hochprozentiges Silizium eisen benutzen.
In gleicher Weise, wie Alum inium bei den bekannten alum inotherm ischen V erfahren gebraucht wird, will F. J. T o n e ( C a r b o r u n d u m Co.) Silizium anwenden.
E r nim m t3 ein Gemenge aus 84 T. fein verteiltem Silizium und 320 T. Ferrioxyd, zur Zündung eine geringe Menge unbeständiger V erbindungen, wie K alium chlorat oder N atrium peroxyd, die m it einem Teil des Siliziums verm ischt werden. R uhiger und u n te r noch größerer E rhitzung verläuft die R eaktion4, wenn beispielsweise ein Gemenge aus 1 T. der M ischung von 85 T. Silizium m it 246 d . K alium chlorat und 3 T. der M ischung von 85 T. Silizium und 320 T. F erriox yd gebraucht wird.
Auch P. A s k e n a s y und Ch. P o n n a z 5 haben (90%iges) Silizium in ähnlicher Weise n u tzb ar gem acht. Als Sauerstoffüberträger nehm en sie Peroxyde, die nicht zu fein sein dürfen. Aus 50 g B arium peroxyd un d 15 g Silizium lassen sich silizium haltige Barium silizide (z. B.
m it 30 % Ba) erhalten. E in Gemenge aus 2 kg B arium peroxyd, 80 g N atrium peroxyd (um die Schlacke flüssiger zu machen) und 175 kg Silizium erschmolz nach Initialzündung ohne Herausschleudern von Masse aus 1,4 kg Schmiedeeisenfeilspänen ein Stück weiches Eisen von 1 kg, das sehr wenig oder kein Silizium enthielt.
Auch wenn Siliziumeisen s ta tt Silizium b en u tzt wird, geht, wenig Silizium in die Schmelze, wenn n u r das Siliziumeisen genügend fein verteilt ist. Als Ver
brennungskörper kann ferner Titansilizium (Ti.,Sig) dienen. D as Eisen w ird dann durch Aufnahm e "von T itan sehr hart.
V e r b i n d u n g e n d e s S ili z iu m s .
S i l i z i u m m o n o x y d erhält H. N. P o t t e r (G.
W e s tin g h o u s e ) nach seinen6 P aten ten aus einem gekörnten Gemenge von 60 T. Kieselsäure und 28 T.
Silizium im elektrischen V akuum ofen7. Soll die Ver
bindung kieselsäurefrei werden, so m uß die Beschickung einen geringen Überschuß an Silizium enthalten.
Silizium karbid k an n als Verunreinigung nicht en t
stehen. D as ist wichtig, weil es sich nicht ohne gleich
zeitigen Angriff des Monoxyds entfernen lassen würde.
Dagegen können andere Verunreinigungen, wie Ma
gnesia, Tonerde und K alk, weitgehend, Eisen in etwas geringerm Maße beseitigt werden. Neben dem w ert
vollen Iia u p tp ro d u k t, einem feinen Pulver, en tsteh t8 in geringer Menge eine glasige A bart, die auch als Ncben-
1 Am er, P. 305 2S0, e r te ilt am l. D ez. 1908.
2 A m er. P. 9 t s 6-is, e r te ilt a m 20. A p ril 1909.
3 A m er. P. 939 930, e r te ilt a m 9. N ov. 1909. - 4 A m er. P . 939 570, e r te ilt am 9. N o v . 1909.
3 Z. f. E le k tro c h e m . 1908, B d. 1 1, S. 8 1 1.
11 D ie folgenden P a te n te sin d sä m tlic h a m io , J u n i 1905 a n g e m e ld e t u n d a m 31. Dez. 1907 e r te ilt w orden.
7 A m er. P . 875 675.
* A m er. P . 875 676.
produkt bei der Silizium darstellung erhalten wird.
Sie w ird in körnige Stücke zerbrochen un d im elektrischen Vakuumofen erhitzt. D abei verflüchtigt sie sich ohne zu schmelzen und setzt sich an den k ühlem Stellen als feines P u lver an.
Silizium m onoxyd en tsteh t auch 1, wenn Silizium an der L u ft u n ter verm indertem D ruck oder in sauerstoff
arm er Um gebung hoch erh itzt wird. Zu dem Zweck w ird das kristallinische M etall um den G raphit
erhitzungskern eines Vakuumofens aufgehäuft oder selbst als W iderstand b enutzt.
D as technische Silizium m onoxyd, das besonders als Schleifm ittel u n d als F arbe verw endbar ist, w ird M o n o x genannt und ist nach H. N. P o t t e r 2 ein außerordentlich feines (rußartiges), sich seidig anfühlendes, hellbraunes, undurchsichtiges Pulver, jedenfalls ein Gemenge von Silizium m onoxyd, Silizium un d Kieselsäure, das ge
wöhnlich m it etw as Silizium karbid und m etallischem Stoff verunreinigt ist.
Nach weitern M itteilungen3 en tste h t es, wenn Kiesel
säure (gewöhnlich als Glasmachersand) im elektrischen Ofen m it Koks, G raphit, Silizium karbid oder den au ß e r
dem Sauerstoff en thaltenden Silizium-Kolüenstoff- Verbindungen (z. B. K arborundsand) erh itz t wird.
U n ter den gewöhnlichen Ofen- u n d A rbeitsbedingungen kann das Silizium m onoxyd n icht entweichen, sondern w ird w eiter zu Silizium reduziert oder in das K arbid übergeführt. W enn aber4 die Höhe un d das Gewicht der Beschickung ü b er der R eaktionsstelle nich t groß sind, b ahnen sich gasförmiges Silizium m onoxyd und K ohlenoxyd einen W eg durch die Schicht. D urch diesen K ra te r entweichen d ann neue Mengen schnell aus der R eaktionsgegend, in der keine große V erm ehrung des G asdrucks e in tritt. L äß t m an die D äm pfe in einen großen luftfreien B ehälter, in dem vo rteilh aft der D ruck herabgesetzt ist, einström en, so schlägt sich Silizium
m onoxyd als feines braunes P ulver nieder. D ie E n t
fernung des Silizium m onoxyds aus dem Reaktionsfelde w ird5 beschleunigt, wenn m an den geschlossenen, nu r m it inerten Gasen gefüllten W iderstandofen vor und w ährend des R eaktionsverlaufs auspum pt.
E in geeigneter Ofen besteh t aus einer zylindrischen, oben offenen Gußeisentrom m el von etw a 1,2 m D urch
messer, die in etw a 18 cm S tärk e m it feuerfesten Ziegeln ausgekleidet ist. An die Trom m el sind, diam etral ein
ander gegenüber, gußeiserne Büchsen angebolzt, in denen E lektrodenklem m en u nd A nordnungen für R ück- und Vorw ärtsbew egung der '10 cm im Q u ad rat messenden K ohlenelektroden in isolierenden Lagern liegen. Die Bewegung erfolgt durch isolierte Wellen, die durch die K lem m schraubenbehälter in Stopfbüchsen gehen.
D urch die R ückw ände gleiten, ebenfalls in Stopfbüchsen, zur S trom zuleituug zwei K upferröhren. In sie t r i t t K ühlw asser durch je ein engeres Rohr. Die Klem m schraubenbehälter haben T üren un d diese Gummi
dichtungen in Form von Schläuchen, durch die W asser u n te r D ruck getrieben wird. A uch die E lektroden-
i A m er. P. 875 28G.
3 T ra n s . A m er. E le c tro c h e m . Soc. 1907, B d . 12, S 21 5 3 T ra n s . A m er. E le c tro c h e m . Soc. 1907, B d . 12, S. 2 2 3.
4 Ü b e r d ie E n ts le h u n g sb e d in g u n g e n d es » llo n o x « vgl. a . H . N . P o t t e r , a . a. O. S. 1 9 1.
3 D . R . P . 189 833 v om 26. J u li 1905.
klemmen haben W asserkühlung. Auf die obere Öffnung der Trom m el ist m it gekühlter D ichtu ng ein 2 m w eiter Zylinder aus Kesselblech aufgesetzt, der oben und unten kegelförmig zuläuft. Oben h a t er ein T riebrad, von dem Schaber herabhängen. D er Deckel w ird m it W asser besprüht.
Man beschickt die Trom m el m it einer Mischung aus Sand und Koks oder K arborund-F euersand bis zu einer Höhe von m indestens 30 cm ü ber den w agerechten E lektroden, drü ck t den obern Teil der Beschickung durch feuerfeste Ziegel nieder und legt u n m ittelb ar über den Lichtbogen einen G raphitring m it 18 cm w eiter innerer Öffnung auf die Beschickung. E in Teil von ihr w ird durch den Ring fortgedrückt, so daß eine schwache Stelle in der Beschickung en tsteh t, durch die die R e
aktionsgase ausblascn können. Beim B etriebe w ird in den so entstehenden K ra te r frische Beschickung ein
gebracht. Die A ufrechterhaltung des Bogens erfolgt durch einen selbständig regelbaren Umformer.
Außer den oben angeführten Eigenschaften des Monox gibt P o t t e r 1 folgende an: Die w ahre D ichte b eträg t etw a 2,24. Monox ist aber so voluminös, daß 1 cbm, der in einen B ehälter eingeschaufelt wird, etw a 40 kg wiegt. D as frische lä ß t sich leicht entzünden und verbrennt langsam ohne Flam m e u n ter stark e r W ärm e-, aber schwacher Lichtentw icklung. An der L uft über
zieht es sich m it einer außerordentlich dünnen H au t von Dioxyd. D as frische zersetzt kurze Zeit Wasser. Ver
dünnte Ä tzalkalilaugen lösen es. Aus flußsauern Lö
sungen von Quecksilber, Silber u nd K upfer fällt Monox die Metalle fast sofort in äußerst fein verteiltem Zustand.
Mischungen m it chemisch schwachen O xyden (wie G lätte und Mennige) und besonders m it P eroxyden reagieren beim E ntzünden u n ter b eträchtlicher W ärm eentw ick
lung. Monox h ält W asser und andere Flüssigkeiten, m it denen es sich leicht benetzt, so fest, daß es davon vollständig nur etw as u n ter R otg lu t befreit werden kann. Gase w erden kräftig' okkludiert, etw as langsam er als durch Holzkohle. Monox läßt sich durch R eibung der Teilchen kräftig negativ laden un d h afte t dann an Geweben. Ein solcher Schirm h ält die feinsten festen Teilchen, Keime und niedere Organismen zurück, so daß durch ihn gesaugte L uft steril wird. M it Leinöl gibt Monox eine g u t deckende F arbe, die z. B. als R o st
schutz viele b ek an n te übertrifft. Als Grundlage für Druckerschwärze ist es sehr geeignet. In der K eram ik kan n es vorteilhaft als teilweiser oder gänzlicher E rsatz der Kieselsäure b en u tzt werden. Die beträchtliche E r h itzu ng beim V erbrennen zu Kieselsäure scheint für Glasuren n u tz b a r gem acht w erden zu können. Zusatz zu ö l verm indert die R eibung des Lagers n ich t weiter.
Beim Heißw erden w ird aber das Gemenge dicker s ta tt dünner, so daß es weniger schnell fortläuft. W urde ein Bronzelager, nachdem es einige Zeit m it dem Gemenge gelaufen war, m it Gasolin gereinigt, so konnte es eine geraum e Zeit ohne Schm ierung b en u tzt werden, ehe es heiß wurde. Vielleicht setzen sich M onoxteilchen in das Lagerm etall und bilden eine glasige Oberflächen
schicht.
i a. a. O. S. 213.
O xydiert P o t t e r 1 das M onoxyd, indem er z. B.
L uft durch den Ofen bläst, in dem es en tsteh t, oder indem er es m it einem L uftstrom durch ein hoch er
hitztes R ohr oder eine oxydierende Flam m e bläst, so erhält er D ioxyd in äußerst feiner Verteilung. D urch E rhitzen von Silizium m onoxyd in Abwesenheit freien Sauerstoffs oder anderer w irksam er Gase m it Silizium
k arb id . en tste h t2 m etallisches Silizium. Dieses wird, ebenfalls im elektrischen Ofen, auch3 aus dem Gemenge m it 1 Atom Kohlenstoff erhalten, w ährend 4 das m it 2 Atom en Silizium karbid liefert.
Die Vereinigung von Silizium u nd K ohlenstoff zu S ili
z i u m k a r b i d beginnt nach J. N. P r i n g 5 u n te r geringem D ruck zwischen 1250 u n d 1300° un d v erläu ft sehr schnell über 1400°. Silizium des H andels m it 5% Eisen und 0,7 % Aluminium w irkt auf Kohlenstoff bei allen Tem peraturen über 1200°. Die B ildung von Silizium karbid im elektrischen Ofen aus Silizium dioxyd und Kohlenstoff u n ter hohem D ruck (200 at) haben R. S. H u t t o n u nd J. E. P e t a v e l 6 erforscht.
Sie kom m t jedenfalls durch die E inw irkung der Kiesel
säuredäm pfe auf die hoch erhitzte gekörnte Kohle zu
stande u n d schreitet, auch wenn der Quarz in tiefer Schicht geschmolzen ist, n u r langsam , aber gleichm äßig vorw ärts.
D as im elektrischen Ofen nach den altern Vorschlägen von A c h e s o n dargestellte kristallisierte techniscl e Silizium karbid w ird K a r b o r u n d 1 genannt.
Zur Verbilligung der K osten seiner H erste ung m ach t F. J. T o n e ( C a r b o r u n d u m Co.)8 von der Vor
erhitzung der Beschickung du rch Verbrennungsgase Gebrauch. Diese können auf verschiedene Weise durch die B eschickung oder um einen sie aufnelim enden Zylinder geführt werden. W. A. S m i t h ( I n t e r n a t i o n a l A c h e s o n G r a p h i t e Co.)9 v erb ren n t die aus dem Ofen entw eichenden Gase in einem um die Ofenwände aufgeführten R aum .
D as im W iderstandofen entstehende I rodukt stellt m eist eine lockere A nhäufung von K ristallen m it ziemlich beträchtlichen Zwischenräum en dar. Um niese zu füllen, erh itzt T o n e 10 die poröse Masse nochm als in einem Gemenge von Kieselsäure u n d K ohie.hoch. D abei geht vielleicht, gerade u n te r der-D issoziationstem peratur des Silizium karbids, die R eak tio n 2 SiC S n g = 3 Si + 2 CO11 rückw ärts, u n d das entstandene Silizium
karb id schlägt sich in den Poren nieder. Die dadurch erzielte V erdichtung k an n auch12 erreicht u erden, wenn s ta tt des W iderstandofens ein Lichtopgenc; jn b en u tzt wird. U m gibt die B eschickung die E ek tre aen , so wird nach dem Anlassen des Bogens zunächst die in seinem Bereich u n d u n te r den E lektroden egende Masse in
1 A m er. P . 875 674.
2 A m er. P . 875 672.
3 A m er. P . 875 285.
‘ A m er. P . 875 673.
5 J. Chem . Soc. 1908, E d . 93, S. 2101.
6 P ro c . R o y . Soc. L o n d o n 1907, R e ih e A, B d . 79, S. 155; P h il.
T ra n s a c t. of th e R o y a l Soe., R e ih e A, B d. 207, S. 421; E le c tro c h e m . M e tall. In d . 1908, Bd. 6, S. 99.
7 vgl. F. A. J. F i t z G e r a l d : C a rb o ru n d u m , ü b e r s e tz t von 31. H u t h , H a lle 1904 (M o n o g rap h ien ü b e r a n g e w a n d te E le k tr o chem ie, Bd. 13), sow ie E le c tro c h e m . M etall. In d . 1906, B d . 4, S. 53.
» A m er. P. 908 357, e r te ilt am 29. D ez. 1908.
s A m er. P. 935 937, e r te ilt am 5. O kt. 1909.
io A m er. P . 913 324, e r te ilt a m 23. F e b r. 1909.
n s. S. 790.
12 A m e r. P . 937 119, e r te ilt a m 19. O kt. 1909.
