GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 2 0 17. Mai 1930 66. Jah rg .
D ie T r e n n u n g fester P h a se n in sc h w e re n Flüssigkeiten u n d S ch m elzen m it H ilfe d e r Z entrifuge.
Von Dr. W. J ä g e r , Halle (Saale).
E i n f ü h r u n g der Z e n t r i f u g e in die P e t r o g r a p h i e und ihre W i r k u n g s w e i s e .
In der Petrographie ist in den letzten Jahrzehnten ein v ö llig e r Umschwung zu beobachten. Während sich gegen Ende des vorigen Jahrhunderts die m ikro skopische Untersuchung der Gesteine noch haupt
sächlich auf die qualitative Feststellung der einzelnen Bestandteile erstreckt hat, ist heute das quantitative Verfahren mehr und mehr in den Vordergrund ge
treten. Die chemische Analyse, die P e n f ie ld , H i l l e b ra n d , D ie t r ic h u. a. auf einen hohen Genauigkeits
grad gebracht haben, dient bisher als Grundlage für mengenmäßige Gesteinvergleichungen. Unter den verschiedenen h ie rfü r aufgesteliten Systemen von O sa n n , N i g g l i , C ro s s und I d d in g s , H o m m e l und v. W o l f f i ist das letztgenannte am übersicht
lichsten, w eil es durch die schaubildliche Darstellung der drei veränderlichen Größen L (leukokrate Be
standteile), M (melanokrate Bestandteile) und Q (Quarzzahl) die Gesteine nach ihrem Mineralbestand recht genau abzugrenzen gestattet, so daß man die wichtigen Beziehungen zwischen D ifferentiations- und Eruptionsfolgen aufzudecken und magmatische Ver
wandtschaften zu erkennen vermag.
A lle Aufrechnungsverfahren sind aber nur m itte l
bar; die chemische Bauschanalyse unterrichtet ledig
lich über die mengenmäßige Beteiligung der Elemente, sagt aber nichts Bestimmtes über die tatsächlich im Gestein auftretenden M ineralkom binationen aus, so daß eine Aufrechnung zu Phasengemischen nur unter gewissen Annahmen m öglich ist.
Als unm ittelbares Verfahren kom m t bisher nur die planimetrische Dünnschliffverm essung nach J o h a n n - sen, R o s iw a l, H ir s c h w a ld und S h a n d 2 in Be
tracht. Sie ist langw ierig und m ühevoll, setzt mehrere Dünnschliffuntersuchungen voraus und lie fe rt nur in gleichmäßig körnigen Gesteinen einen der W irk lic h keit entsprechenden Durchschnitt, ih r Genauigkeits
grad ist daher begrenzt.
Das einfachere Verfahren der Gesteinzerlegung mit H ilfe schwerer Lösungen konnte bisher nicht m it dem gewünschten E rfo lg angewandt werden. Um die Homogenität der Teilchen zu gewährleisten, muß man ein sehr feines Gesteinpulver verwenden; bei den kleinsten Korngrößen sind aber zur Sedimentation sehr lange Fallzeiten erforderlich, die eine Phasen-
1 F. v. W o l f f : Der Vulkanismus, T. 1 und 2.
2 R o s e n b u s c h und W ü l f i n g : Mikroskopische Pliysiographie, 1921, Bd. 1, Teil 1, S. 445.
trennung ungünstig beeinflussen. Aus der von S to k e s aufgestellten Gleichung
ergibt sich beim Radius des absinkenden Teilchens r 0,002 cm, der innern Reibung der schweren Flüssigkeit
-q
0,01 und dem Unterschied der spezifischen Gewichte S2 (flüssige Phase) ~ S X (feste Phase) 0,02 die Endgeschwindigkeit VK - 0,0017 cm • s_1.
Für eine Fallhöhe von 10 cm beträgt die Fallzeit t
—
96,3 min. Dabei w ird vorausgesetzt, daß dieK
einzelnen Teilchen alle die gleiche Körnung zeigen und ohne gegenseitige Behinderung fre i absinken können. Praktisch treten aber noch kleinere Teilchen auf, deren Fallzeiten w eit größer sind; bei hohen Dispersitätsgraden können sich die Teilchen im Schwerefeld o ft überhaupt nicht mehr absetzen, sondern verbleiben schwebend in der schweren Lösung. Diese Verhältnisse ändern sich, wenn die Schwerkraft durch die Z e n trifu g a lkra ft ersetzt w ird.
H ierdurch vermag man die Sedimentationszeiten außerordentlich stark zu verkürzen, wie sich wiederum m it H ilfe der Stokesschen Gleichung zeigen läßt.
Die Zentrifugalbeschleunigung berechnet sich nach der Form el
Ist der Radius der Zentrifuge R 10 cm, die U m la u f
zahl je min U = 3000, die Zeit einer Umdrehung T = ^ = 0,02 s, dann w ird Z = 9,8596 105 cm ■ s-1 . Die Konstante g spielt in der Wirkungsweise der Z e n tri
fuge nur eine geringe Rolle, w eil sie lediglich eine Richtungsabweichung der abwandernden Teilchen ver
ursacht; sie kann also in der Stokesschen Gleichung vernachlässigt und durch die Zentrifugalbeschleuni
gung ersetzt w erden1. In dem angeführten Beispiel erhält man
„ 2 S . - S , , 4 n 2• R V , = - __ ■ r2 .
z 9
r,
T 2Die Sedimentationsgeschwindigkeit beträgt hiernach 1,76 cm ■s _ I. Dam it errechnet sich fü r das Verhältnis der Geschwindigkeit beim freien Absitzen zu der unter dem E influß der Zentrifugalbeschleunigung erreichten der W e rt 1035,3. Trennungen, die bisher unter der W irk u n g der Schwerkraft erst in Stunden erfolgten,
1 Die Stokessclie Gleichung g ilt streng genommen nur fü r kleine Geschwindigkeiten, sie läßt sich aber auch bei großem Geschwindigkeiten zur Überschlagsrechnung verwenden.
662 G l ü c k a u f Nr. 20
l a s s e n s i c h m i t d e r Z e n t r i f u g e i n n e r h a l b w e n i g e r M i n u t e n d u r c h f ü h r e n . D a m a n d ie Z e n t r i f u g a l k r a f t im G e g e n s a t z zu r S c h w e r k r a f t b e l i e b i g z u s t e i g e r n u n d zu r e g e l n v e r m a g , is t d e n T e i l c h e n g r ö ß e n p r a k t i s c h k e i n e G r e n z e m e h r g e s e t z t . A u c h s e h r f e i n e M i n e r a l g e m e n g e u n d f e i n k ö r n i g e G e ś t e i n e , d i e zur G e w i n n u n g r e i n e r T e i l p h a s e n o f t bis zu s t a u b f ö r m i g e m P u l v e r z e r r i e b e n w e r d e n m ü s s e n , l a s s e n si c h j e t z t in d e r Z e n t r i f u g e t r e n n e n ; d ie be i den f r ü h e m A b s i t z v e r f a h r e n s t ö r e n d e n O b e r f l ä c h e n w i r k u n g e n u n d R e i b u n g s w i d e r s t ä n d e w e r d e n s e l b s t be i d e n f e i n s t e n T e i l c h e n v ö l l i g ü b e r w u n d e n . D i e s e s n e u e T r e n n u n g s v e r f a h r e n m i t H i l f e d e r Z e n t r i f u g e ist z u n ä c h s t zu r M i n e r a l s c h e i d u n g v e r w e n d e t u n d s p ä t e r d u r c h v . W o l f f 1 u n d G r o ß 2 f ü r d ie m e n g e n m ä ß i g e
P h a s e n t r e n n u n g a u s g e b a u t w o r d e n .
N e u e T r e n n u n g s v e r f a h r e n m i t H ilf e der Z e n t r i f u g e . Z e n t r i f u g e n s i n d b i s h e r m e h r f a c h z u r T r e n n u n g v o n S u s p e n s i o n e n u n d E m u l s i o n e n s o w i e z u r A b s c h e i d u n g v o n K r i s t a l l e n a u s F l ü s s i g k e i t e n v e r w e n d e t w o r d e n . D a s g r u n d s ä t z l i c h N e u e i s t d i e E i n s c h a l t u n g e i n e r Z w i s c h e n p h a s e v o n b e s t i m m t e r D i c h t e , d i e e r s t e i n e T r e n n u n g m e h r e r e r P h a s e n e r m ö g l i c h t . D i e Z w i s c h e n p h a s e m u ß in j e d e m F a l l e e i n e F l ü s s i g k e i t s e i n , in d e r l e i c h t e r e T e i l c h e n a u f s t e i g e n u n d s c h w e r e r e a b s i n k e n k ö n n e n . F ü r d ie D u r c h f ü h r u n g d e r U n t e r s u c h u n g e n w a r e s z w e c k m ä ß i g , v o n r e i n s t e m M i n e r a l p u l v e r a u s z u g e h e n u n d s i c h M i s c h u n g e n h e r z u s t e l l e n , da nur a u f d i e s e W e i s e e i n e e i n w a n d f r e i e B e a r b e i t u n g u n d N a c h p r ü f u n g d er V e r f a h r e n m ö g l i c h ist. U m h ie r b e i e i n e m ö g l i c h s t e i n h e i t l i c h e u n d g e n a u b e s t i m m t e K ö r n u n g zu e r h a l t e n , s c h i c k t e m a n d a s M i n e r a l p u l v e r d u r c h N o r m a l - s i c b e v o n v e r s c h i e d e n e r M a s c h e n w e i t e . D i e e i n z e l n e n T r e n n u n g s f r a k t i o n e n w u r d e n t e i l s u n t e r d e m M i k r o s k o p , t e i l s d u r c h c h e m i s c h e B e s t i m m u n g e n q u a l i ta t iv e r u n d q u a n t i t a t i v e r A r t a u f R e i n h e i t g e p r ü f t .
T r e n n u n g i n s c h w e r e n F l ü s s i g k e i t e n . A l s s c h w e r e L ö s u n g e n , d i e im a l l g e m e i n e n e i n e n n ic h t a l l z u h o h e n V i s k o s i t ä t s g r a d b e s i t z e n , k o m m e n a n o r g a n i s c h e u n d o r g a n i s c h e in F r a g e 3. D i e o r g a n i s c h e n s c h w e r e n L ö s u n g e n k ö n n e n d u r c h o r g a n i s c h e F l ü s s i g k e i t e n v e r d ü n n t w e r d e n u n d e m p f e h l e n sich da, w o e i n e M i n e r a l a r t w a s s e r l ö s l i c h ist. Bei d e n m e t a l l o r g a n i s c h e n u n d a n o r g a n i s c h e n L ö s u n g e n is t v o r h e r zu p r ü f e n , o b d i e s e m i t d e n T r e n n u n g s p h a s e n V e r b i n d u n g e n o d e r A u s t a u s c h r e a k t i o n e n e i n g e h e n . S o z e i g t z. B. d i e T h o u l e t s c h e L ö s u n g B a s e n a u s t a u s c h , d e r n a m e n t l i c h bei z e r s e t z t e n M i n e r a l i e n , b e s o n d e r s b e i F e l d s p ä t e n , Z e o l i t h e n , t o n i g e n G e m e n g e n u n d k o l l o i d e n S t o f f e n , zu e i n e r V e r s c h i e b u n g d e r s p e z i f i s c h e n G e w i c h t e v o n f e s t e r u n d f l ü s s i g e r P h a s e f ü h r t , w o d u r c h d e r T r e n n u n g s v o r g a n g e r h e b l i c h e r s c h w e r t w ir d . A l l g e m e i n v e r d i e n t d i e C l e r i c i s c h e L ö s u n g w e g e n ihrer h o h e n B e w e g l i c h k e i t u n d ih r e s w e i t e n A n w e n d u n g s b e r e i c h e s bis zur D i c h t e 4 , 2 7 5 d e n V o r z u g ; Z e r s e t z u n g s - o d e r A u s t a u s c h r e a k t i o n e n hab en s i c h hier bei g e w ö h n l i c h e r T e m p e r a t u r n o c h n i c h t g e z e i g t . F ü r d ie T r e n n u n g v o n h e l l e n u n d d u n k e l n
1 F. v. W o l f f : Die Trennung fester Phasen durch die Zentrifuge, Fortschr. M in. Petrogr. 1927, Bd. 12, S. 93.
3 W . O r o ß : Kohienpetrographische Untersuchungen auf Grund des spezifischen Gewichtes der einzelnen Komponenten, die durch Zentrifugieren in schweren Flüssigkeiten erhalten wurden, Fortschr. M in . Petrogr. 1927, Bd. 12, S. 36.
3 Ausführliche Darstellung von v. W o l f f und J a g e r : Die mecha
nische Phasenanalyse, in A b d e r h a l d e n : Handbuch der biologischen Arbeitsmethoden, A bt. 10.
B e s t a n d t e i l e n in G e s t e i n e n h a t s i c h d a s n a h e z u far b
l o s e A z e t y l e n t e t r a b r o m i d b e w ä h r t , d e s s e n D i c h t e mit 2 , 9 7 5 g e r a d e z w i s c h e n d i e s e n P h a s e n l i e g t , s o daß s i c h e i n e b e s o n d e r e E i n s t e l l u n g de r Z w i s c h e n p h a s e e rü b r i g t.
D i e E i n s t e l l u n g d e r s c h w e r e n L ö s u n g e n a u f die e r f o r d e r l i c h e D i c h t e i s t s o v o r z u n e h m e n , d a ß ihr s p e z i f i s c h e s G e w i c h t z w i s c h e n d e n D i c h t e n d er zu t r e n n e n d e n P h a s e n l i e g t . D i e s s e t z t v o r a u s , d a ß die D i c h t e n d e r T r e n n u n g s p h a s e n b e k a n n t s i n d . Zur E i n s t e l l u n g d e r s c h w e r e n L ö s u n g e n a u f d i e V e r s u c h s d ic h t e b e d i e n t m a n s i c h h ä u f i g d e r M o h r - W e s t p h a l - s c h e n W a a g e o d e r d e r P y k n o m e t e r ; r e c h t b e q u e m sind für d i e s e n Z w e c k I n d i k a t o r e n a u s J e n a e r G l a s , wie s i e J o h n s e n u n d M ü g g e e i n g e f ü h r t h a b e n . Mit s o l c h e n I n d i k a t o r e n f ü h r t d a s S c h w e b e v e r f a h r e n am s c h n e l l s t e n z u m Zie l, w e n n d e r Z u s a t z d e s Ver
d ü n n u n g s m i t t e l s m e n g e n m ä ß i g a u s e i n e r B ü r e tt e er
f o l g t . D i e s e s e i n f a c h e T i t r i e r u n g s v e r f a h r e n 1 g es t a tt et d ie E i n s t e l l u n g s e h r g e r i n g e r D i c h t e n u n t e r s c h i e d e , die n a c h A u f n a h m e e i n e r E i c h k u r v e d u r c h Inter
p o l i e r e n g e w o n n e n w e r d e n k ö n n e n . W e n n d e r Punkt d e s S c h w e b e n s d u r c h Z e n t r i f u g i e r e n g e p r ü f t wird, m a c h e n s i c h d ie g e r i n g s t e n D i c h t e n u n t e r s c h i e d e bis z u r 4. D e z i m a l e d e u t l i c h b e m e r k b a r , s o d a ß die Ein
s t e l l u n g v o n F l ü s s i g k e i t e n a u ß e r o r d e n t l i c h g e n a u und s c h n e l l v o r g e n o m m e n w e r d e n kan n.
Gravimetrisches Verjähren.
Bei d e m g r a v i m e t r i s c h e n V e r f a h r e n w ir d das P h a s e n g e m i s c h in d a s T r e n n u n g s g e f ä ß m i t der ei n
g e s t e l l t e n s c h w e r e n L ö s u n g e i n g e f ü h r t u n d durch U m r ü h r e n z u m S c h w e b e n g e b r a c h t . N a c h dem S c h l e u d e r n s a m m e l t s i c h d i e s c h w e r e P h a s e a m Boden, d ie l e i c h t e r e an der O b e r f l ä c h e d e r s c h w e r e n F l ü s s i g keit. B e i d e F r a k t i o n e n w e r d e n d u r c h W ä g u n g be
s t i m m t , w o b e i d a s m e n g e n m ä ß i g e A u s e i n a n d e r b r i n g e n e i n i g e S c h w i e r i g k e i t e n b e r e i te t. V e r s c h i e d e n e Ver
f a h r e n u n d G e r ä t e s i n d d a f ü r v o r g e s c h l a g e n w o r d e n . G r o ß u n d F o u g n e r 2 f ü l l e n d a s Z e n t r i f u g e n g l a s mit s c h w e r e r F l ü s s i g k e i t bis z u m O b e r f l i e ß e n an und t r e n n e n a u f d i e s e W e i s e d i e l e i c h t e r e F r a k t i o n von d e r s c h w e r e m d u r c h H e r a u s s p ü l e n . D i e s e s V er fah ren is t z w a r d a s n ä c h s t l i e g e n d e , s e t z t ab e r e i n e g r ö ß e r e M e n g e e i n g e s t e l l t e r s c h w e r e r L ö s u n g f ü r d a s H e r a u s s p ü l e n v o r a u s , u n d e s l ä ß t s i c h n i c h t v e r m e i d e n , daß T e i l c h e n d e s le i c h t e r n B e s t a n d t e i l s a m T r e n n u n g s g e f ä ß h a f t e n b l e i b e n u n d v e r l o r e n g e h e n .
V e r m i e d e n w e r d e n d i e s e N a c h t e i l e , w e n n man n a c h v. W o l f f 3 d i e b e i d e n F r a k t i o n e n s c h o n beim S c h l e u d e r n in z w e i g e s o n d e r t e n G e f ä ß e n a u ff ä ng t . M a n b e n u t z t h ie r z u e i n e P i p e t t e n v o r r i c h t u n g , die aus 2 T e i l e n b e s t e h t , e i n e m g e w ö h n l i c h e n Z e n t r i f u g e n g l a s e , in d a s e i n e k ü r z e r e , zur P i p e t t e a u s g e z o g e n e R ö h r e e i n g e s e t z t w i r d ( A b b . 1 ) . D i e P i p e t t e n ö f f n u n g ist n u r s o g r o ß g e h a l t e n , d a ß s i c h b e i m H e r a u s h e b e n a u s s c h w e r e r F l ü s s i g k e i t g e r a d e n o c h e i n F l ü s s i g k e i t s t r o p f e n b i l d e n k a n n , d e s s e n O b e r f l ä c h e n s p a n n u n g das E i n d r i n g e n v o n L u ft v e r h ü t e t . D i e P i p e t t e n r ö h r e wird m i t H i l f e e i n e s s c h m a l e n F i l t e r p a p i e r s t r e i f e n s , d er um d e n H a l s d e r P i p e t t e h e r u m g e l e g t ist, f e s t in das
1 R. P. D. G r a h a m : The determination o f the specific gravity of mineral fragments by heavy liquids, Trans. Roy. Soc. Can. 1917, Bd. 9, S. 51;
W . K u n i t z : Die Isomorphieverhältnisse in der Hornblendegruppe, N.Jahrb.
M iner, usw. 1929, Bd. 60, A bt. A , S. 181.
2 B. F o u g n e r : Ü ber die Trennung feinster Gemenge durch Zentri
fugieren in schweren Flüssigkeiten, Z. Oberschi. V . 1927, S. 618.
3 Fortschr. M in. u. Petrogr. 1927, Bd. 12, S. 93.
17. Ma i 1930 G l ü c k a u f 663
äußere Z e n t r i f u g e n g l a s e i n g e s e n k t . D a s M i n e r a l p u l v e r wird in d e r P i p e t t e s u s p e n d i e r t u n d d a n n g e s c h l e u d e r t . Die le ic h t e r e P h a s e b l e i b t hie r be i in der P i p e t t e ; di e s c h w e r e m B e s t a n d t e i l e w a n d e r n d u r c h d ie P i p e t t e n ö f f n u n g u n d s a m m e l n si c h a m B o d e n d e s äu ß er n
Abb. 1. Pipettenvorricht ung zum getrennten Auffangen der Fraktionen nach v. Wolff.
Z e n t r i f u g e n g l a s e s . N a c h d e m S c h l e u d e r n w i r d die Pipet te d u r c h G u m m i s t o p f e n , G l a s r ö h r e u n d ein- g e s c h l i f f e n e n G l a s h a h n o b e n a b g e s c h l o s s e n , ihr Inhalt, d ie l e i c h t e F r a k t i o n m i t s c h w e r e r F l ü s s i g k e i t , wird h e r a u s g e h o b e n u n d kan n d u r c h Ö f f n e n d e s H a h n e s a u f ein F i l t e r g e s p ü l t , a u s g e w a s c h e n , g e tr ock net u n d g e w o g e n w e r d e n .
N a c h t e i l i g bei d i e s e m T r e n n u n g s v e r f a h r e n ist, daß a u c h e i n z e l n e T e i l c h e n d e r l e i c h t e r n F r a k t i o n mi t- g e r i s s e n w e r d e n u n d s i c h im o b e r n T e i l e d e s äu ß e r n S c h l e u d e r g e f ä ß e s a u ß e r h a l b d e r P i p e t t e n o c h an- sa m m e ln . D i e s e T e i l c h e n l a s s e n s i c h ab er le i c h t d urc h m e n g e n m ä ß i g e s A u s w i s c h e n a u s d e m Z e n t r i f u g e n glas e h e r a u s b r i n g e n . E in S t o f f v e r l u s t d u r c h d en F i l t e r p a p i e r s t r e i f e n , w i e ih n S c h r ö d e r 1 f e s t g e s t e l l t hat, ist bei r i c h t i g e r H a n d h a b u n g d e s T r e n n u n g s g e f ä ß e s a u s g e s c h l o s s e n , d e n n d e r F i l t e r p a p i e r s t r e i f e n ist nur g a n z s c h m a l , d i e n t l e d i g l i c h z u m f e s t e n E i n k le m m en d e r P i p e t t e u n d k o m m t m it s c h w e r e r F l ü s s i g k e i t ü b e r h a u p t n i c h t in B e r ü h r u n g .
M ü l l e r 2 b e n u t z t z u m m e n g e n m ä ß i g e n A u f f a n g e n der T r e n n u n g s f r a k t i o n e n ei n S c h l e u d e r g e f ä ß ( A b b . 2 ) , das d e m H a r a d a s c h e n S c h e i d e t r i c h t e r n a c h g e b i l d e t ist.
Es b e s t e h t a u s d e m a u f s c h r a u b b a r e n f l a s c h e n f ö r m i g e n Unterteil a u n d d e m n a c h u n t e n zu k o n i s c h v e r l a u f e n den o b e r n T e i l e b, der d u r c h d e n e i n g e s c h l i f f e n e n G la sst ab c v e r s c h l o s s e n w e r d e n k a n n . G a n z a b g e s e h e n davon, d a ß d i e s e E i n r i c h t u n g r ec h t v e r w i c k e l t und deshalb k o s t s p i e l i g w i r d , w e i l B e o b a c h t u n g s f e n s t e r d in d en M e t a l l h ü l s e n e u n d / a n g e b r a c h t w e r d e n mü ssen, l ä ß t s i c h d u r c h A u f s c h r a u b e n , n a m e n t l i c h bei lä nge rm G e b r a u c h , n i e m a l s d i e fü r S c h l e u d e r n e r fo rd er lic he A b d i c h t u n g e r z i e l e n . D a s A u s s p ü l e n d er
1 F. S c lir ö d e r : Scheidetrichter zum Einsetzen in die Zentrifuge beim Trennen von Mineralgenuschen m it schweren Flüssigkeiten, Zentralbl. M in., Oeol. Paläont. 1930, Te il A , S. 40.
H. M ü l l e r : Neues Zentrifugenglas zum quantitativen Trennen von körnigen und pulverigen Gemengen verschiedenen spezifischen Gewichtes mit Hilfe von schweren Lösungen, M itt. a. d. M in.-Geol. Staatsinstitut, Ham
burg 1929, H . 11.
le i c h t e r n F r a k t i o n a u s d e m o b e r n G e f ä ß i s t z w a r e r l e i c h t e r t , d a s E n t l e e r e n d e s f l a s c h e n f ö r m i g e n u n te r n T e i l e s g e g e n ü b e r der W ö l f i s c h e n V o r r i c h t u n g d a f ü r ab er e r h e b l i c h e r s c h w e r t . D e r U n t e r t e i l g e s t a t t e t a u ß e r d e m n ic h t , d u r c h e r n e u t e s A u f s c h l ä m m e n die a m B o d e n b e f i n d l i c h e s c h w e r e
P h a s e z u r e i n i g e n , d i e g e r a d e d a s m e n g e n m ä ß i g e A r b e i t e n in d e n m e i s t e n F ä l l e n n o t w e n d i g m a c h t .
D i e s e N a c h t e i l e d ü r f t e n s i c h a u c h in d e m in j ü n g s t e r Z e i t b e k a n n t - g e w o r d e n e n S c h l e u d e r g e f ä ß v o n E r d - m a n n s d ö r f f e r u n d S c h r ö d e r 1 ( A b b . 3 ) b e m e r k b a r m a c h e n , in d e m d ie T r e n n u n g d e r b e i d e n F r a k t i o n e n in A n l e h n u n g an d a s T r e n n u n g s g e r ä t v o n H a u e n s c h i l d d u r c h e i n e n e i n g e s c h l i f f e n e n M i t t e l h a h n b e w e r k s t e l l i g t w i r d . M i t H i l f e s o l c h e r E i n r i c h t u n g e n l a s s e n s i c h j e w e i l s n u r z w e i F r a k t i o n e n in e i n e r s c h w e r e n L ö s u n g t r e n n e n .
N a c h d e m g r a v i m e t r i s c h e n V e r f a h r e n m i t H i l f e d e r W ö l f i s c h e n P i p e t t e n v o r r i c h t u n g is t z u n ä c h s t die q u a n t i t a t i v e T r e n n u n g e i n e s P h a s e n g e m i s c h e s v o n r e i n e m F l u ß s p a t und Q u a r z n a c h g e p r ü f t u n d a u s g e p r o b t w o r d e n . D a b e i z e i g t e s i c h , d a ß m a n , um d e n T e i l c h e n ein f r e i e s , u n b e h i n d e r t e s A u f - u n d A b s t e i g e n zu e r m ö g l i c h e n , d i e M e n g e d e s M i n e r a l g e m i s c h e s n i c h t zu g r o ß w ä h l e n darf . E m p i r i s c h w u r d e e r m i t t e l t , d a ß bei
d e r b e n u t z t e n P i p e t t e n v o r r i c h t u n g e i n e ' on 11 01' G e s a m t e i n w a a g e v o n e t w a 1 , 2 5 g , d ie in 3 0 c m 3 s c h w e r e r F l ü s s i g k e i t a u f g e s c h l ä m m t w i r d , n o c h e i n w a n d f r e i e E r g e b n i s s e li ef er t . N a c h e i n e r S c h l e u d e r z e i t v o n 5 m i n bei 3 0 0 0 U m l . / m i n w a r d ie T r e n n u n g
b e e n d e t ; a u ch f e i n s t e T e i l c h e n w a r e n r e s t l o s a b g e s c h i e d e n . G e l e g e n t l i c h b e o b a c h t e t e m a n , d a ß d e r Z u s a t z e i n e s T r o p f e n s S ä u r e z u m A z e t y l e n t e t r a b r o m i d d ie S e d i m e n t a t i o n , b e s o n d e r s a l l e r f e i n s t e r T e i l c h e n , s e h r g ü n s t i g b e e i n f l u ß t e .
Z u r V e r m e i d u n g h e f t i g e r S c h w i n g u n g e n , d ie zu e i n e r Z e r s t ö r u n g d e r Z e n t r i f u g e f ü h r e n k ö n n e n , w e r d e n s t e t s 2 T r e n n u n g e n in d e n W ö l f i s c h e n T r e n n u n g s g e f ä ß e n a u s g e f ü h r t , d ie d u r c h g e n a u e s A b w ä g e n s o a b g e s t i m m t s i n d , d a ß e i n e a l l s e i t i g g l e i c h m ä ß i g e B e l a s t u n g d e r Z e n t r i f u g e g e w ä h r l e i s t e t is t. D a d i e b i s h e r n u r z u m A u s s c h l e u d e r n w ä ß r i g e r L ö s u n g e n g e b a u t e n Z e n t r i f u g e n d u r c h d ie s c h w e r e n L ö s u n g e n t r o t z d e m ü b e r l a s t e t w e r d e n , s i n d s i e n i c h t o h n e t r o m m e l a r t i g e S c h u t z g e h ä u s e z u ve r-
” der gef äß von w e n d e n 2. A u s d e r Z a h l e n t a f e l 1 is t Erdmannsdörffer e r s i c h t l i c h , d a ß d i e T r e n n u n g F l u ß - und Schröder. s p a t - Q u a r z in d e n v e r s c h i e d e n s t e n
1 O. H . E r d m a n n s d ö r l f e r , Fortschr. M in. Petrogr. 1929, Bd. 14, S. 53; F. S c h r ö d e r , Zentralbl. M in. Oeol. Paläont. 1930, Teil A, S. 39.
■ Ü ber Vorsichtsmaßregeln beim Gebrauch von Zentrifugen berichtet T. W . R i c h a r d s , Chem. Zg. 1907, S. 1251 und J. Am er. Chem. Soc. 1908,
Bd. 30, S. 285.
664 G l ü c k a u f Nr. 20
M i s c h u n g s v e r h ä l t n i s s e n g l a t t v e r l ä u f t . B e i g r ö ß e r e r K ö r n u n g w a r e n d i e F r a k t i o n e n v ö l l i g rein u n d V e r l u s t e b e i m H e r a u s b r i n g e n u n d W ä g e n k a u m n a c h w e i s b a r . D a s f e i n s t e M i n e r a l p u l v e r m i t K o r n d u r c h m e s s e r n u n t e r
h a lb v o n 7 5 [j, e r g a b e i n e R e i n h e i t d e r F r a k ti o n e n v o n e t w a 9 9 o/o; v o n d e r ä n d e r n K o m p o n e n t e w aren nur S p u r e n f e s t z u s t e l l e n . D a s A u s e i n a n d e r b r i n g e n der F r a k t i o n e n li e ß s i c h s t e t s g u t d u r c h f ü h r e n , d ie Ver- Z a h l e n t a f e l 1.
1. T re nnung Flußspat (spez. G e w . 3,152) — Quarz (spez. O e w. 2,650).
Sch were Lösung: Azetylentetrabrom id; Verd ünnun gsm ittel: Benzol oder Azetylentetrachlorid.
Schleuderzeit: 5 min bei 3000 Uml./min.
Korngröße . . . mm Spez. G e w . d. Lös ung E i n w a a g e ... g Rückw aag e . . . . g G e s a m t a u s b e u t e . . %
0 , 4 0 - 0 , 4 3 2,85
Flußspat
0,5168 0,5152
Quarz
0,4022 0,4011 99,7
0 , 4 0 - 0 , 4 3 2,75
Flußspat
0,7268 0,7238
Quarz
0,0825 0,0810 99,7
< 0,075 2,85
Flußspat
0,4622 0,4626
Quarz
0,3620 0,3580 99,4
< 0,075 2,75
Flußspat
0,7682 0,7692
Quarz
0,0622 0,0591 99,8
< 0,075 2,975
Flußspat
0,4236 0,4202
Quarz
0,2682 0,2646 98,9
< 0,075 2,975
Flußspat
0,5432 0,5412
Quarz
0,4866 0,4842 99,6 2. T ren n u n g Quarz (spez. G e w. 2,650) — Kalkspat (spez. G e w . 2,771).
Sch were Lösu ng: Azetylentetrabromid mit Azetylentetrachlorid, verdünnt auf 2,72.
Schleuderzeit: 5 min bei 3000 Uml./min.
K o r n g r ö ß e ... mm 0 , 4 0 - 0 , 4 3 < 0,075 < 0,075
Quarz I Kalkspat Quarz Kalkspat Quarz Kalkspat
E i n w a a g e ...g 0,3620 0,2836 0,2586 0,5676 0,6278 0,3400
R ü c k w a a g e ... g 0,3601 | 0,2800 0,2566 0,5620 0,6262 0,3369
Ge s a mt a u s b e u t e . . . . % 99,1 99,1 99,5
l u s t e w a r e n im a l l g e m e i n e n g e r i n g e r a l s 1 o /o . D i e E r g e b n i s s e e r f u h r e n d u r c h W e c h s e l d e r D i c h t e n u n t e r s c h i e d e z w i s c h e n f l ü s s i g e r u n d f e s t e r P h a s e k e in e Ä n d e r u n g . A u c h d i e T r e n n u n g v o n Q u a r z u n d K a l k s p a t e r w i e s si c h a l s r e c h t g e n a u , w o m i t d i e U n t e r s u c h u n g e n v o n M ü l l e r e i n e B e s t ä t i g u n g f a n d e n .
L i e g e n m e h r e r e f e s t e P h a s e n A, B, C u n d D vor , w i e e s bei G e s t e i n e n u n d E r z e n in d er R e g e l d e r F a l l ist, s o l a s s e n s i c h n a c h d e m g r a v i m e t r i s c h e n V er
f a h r e n j e w e i l s n u r z w e i P h a s e n v o n e i n a n d e r t r e n n e n . T r e n n t m a n , w i e in d e r Z a h l e n t a f e l 2 u n t e r 1 a n g e g e b e n , z u n ä c h s t d i e s c h w e r s t e P h a s e D ab, s o e r h ä l t m a n d a s P h a s e n g e m i s c h A + B + C , d a s w i e d e r u m m i t n e u e i n g e s t e l l t e r s c h w e r e r L ö s u n g in d i e P h a s e n A + B u n d C z e r l e g t w i r d . Z u l e t z t g e w i n n t m a n d u r c h S c h l e u d e r n a u s d e m l e i c h t e n P h a s e n g e m i s c h d i e r e i n e n P h a s e n A u n d B. D i e s e v o n M ü l l e r e m p f o h l e n e T r e n n u n g s w e i s e hat s i c h abe r n i c h t b e w ä h r t . D i e F e h l e r , d i e bei d e r A b t r e n n u n g d e r P h a s e n D u n d C u n t e r l a u f e n , g e h e n in d ie w e i t e r n T r e n n u n g e n über, s o d a ß d ie le t z t e B e s t i m m u n g v o n A r e c h t u n g e n a u w e r d e n kan n.
Z a h l e n t a f e l 2.
Trennung vo n Quarz (spez. G e w . 2,650), Kalkspat (spez.
Gew. 2,771), Flußspat (spez. Ge w. 3,192) und Schwe rsp at (spez. G e w . 4,35).
Sch were Lösung: Clericische Lösu ng, spez. G e w . 3,5.
Korngröße: < 0 , 0 7 5 mm; Schleuderzeit: 5 min bei 3000 Uml./min.
Z u sam m e ns etz u n g des künstlichen P h ase ngem isc hes:
Quarz A 22,6 % , Kalkspat B 18 ,9%, Flußspat C 51,5 % , Sch w ersp at D 7,0 %.
I.
Gesamteinvvaage 1,1502 g
G efund en : D 0,0782 g = 6 , 8 % Schwersp at C 0,5S44 g = 50,8 % Flußspat B 0,2025 g = 17,6 % Kalkspat A 0,2369 g = 20,6 % Quarz G esa m ta usbeute 95,8 %
II.
A nge w an d t: 1,0825 g Ein waa ge Ge fu nden: A + B = 0,4471 g = 40,8 %
C + D = 0,6279 g = 58,0 %
H i e r a u s : A - 0,2273 g = 22,1 % B = 0,1949 g = 18,0 % C = 0,5532 g = 51,1 % D = 0,0742 g = 6,9 % G e sa m ta usbe ute 98,1 %
III.
A nge w an d t: 1,1256g, A us w a a g e A + B + C 1,0412 g = 92,5 % D 0,0780 g = 6,9 % A nge w andt: 1,1022 g, A us w a a g e A + B 0,4524 g == 41,1 % C + D 0,6358 g = 57,8 % A ng e w andt: 1,0622 g, A u s w a a g e A 0,2368 g = 22,3 % B + C + D 0,8261 g = 77,6 %
A - 22,3 % D = 6,9 %
C = (A + B + C) - (A + B ) : 51,4 % Mittelwert c = 51 2 % ( C + D ) - D: 5 0 ,9 % Mlttelwer ’ B = (B + C + D) - (C + D ): 19,8% Mittelwert B _ 1 9 3 o/o
(A + B) - A: 18,8 % Mlttelwert b “ G esa m ta usbeut e 99,7 %
A u s d i e s e m G r u n d e w u r d e n d i e b e i d e n T r e n n u n g s w e g e u n t e r II u n d 111 b e v o r z u g t . M a n z e r l e g t zuerst d a s T r e n n u n g s g e m i s c h A + B + C + D in d ie zwei M i s c h p h a s e n A + B u n d C + D . H i e r a u s w e r d e n dann d u r c h e r n e u t e T r e n n u n g e n d i e P h a s e n A un d B, C u n d D m i t d e r S c h l e u d e r g e s c h i e d e n . D a m i t ver
t e i l e n s i c h d ie F e h l e r g l e i c h m ä ß i g e r , s o daß die e i n z e l n e n P h a s e n d e n g l e i c h e n G e n a u i g k e i t s g r a d auf
w e i s e n . U m s t ä n d l i c h e r , a b er g e n a u e r is t d e r fo lg en d e W e g . Im P h a s e n g e m i s c h A + B + C + D w i r d zunächst d ie P h a s e D a u s g e s c h i e d e n , d a r a u f in e i n e r neuen P r o b e d e s P h a s e n g e m i s c h e s d ie P h a s e C + D , sch ließ
li ch w e r d e n in e i n e r d r it te n P r o b e d ie Phasen D + C + B a b g e s o n d e r t , s o d a ß n u r d ie leichtere P h a s e A in d e r P i p e t t e b le ib t. In d e n d r e i P r o b e n be
s t i m m t m a n n i c h t nur d i e a b g e s u n k e n e n Phasen, s o n d e r n a u c h d i e in de r P i p e t t e verbliebenen l e i c h t e r n B e s t a n d t e i l e d u r c h W ä g u n g . H i e r a u s und a u s d e m b e k a n n t e n G e w i c h t e d e s P h a s e n g e m i s c h e s l a s s e n s i c h m i t H i l f e e i n e r e i n f a c h e n A u s g le i c h r e c h n u n g d ie F e h l e r a u f a l l e vie r P h a s e n gleich m ä ß i g v e r t e i l e n . D i e E r g e b n i s s e le h r e n , daß die T r e n n u n g v o n v ie r P h a s e n n o c h r e c h t genau m ö g l i c h ist.
17. Ma i 1930 G l ü c k a u f 665
Volumetrisches Verfahren.
Die Trennung von mehreren Phasen zeigt deut
lich, daß das gravimetrische Verfahren h ie rfü r noch recht langw ierig ist, denn bei jeder Trennung muß eine neueingestellte Lösung benutzt werden. Das Auffangen der Phasen in getrennten Gefäßen, Ab
filtern, Auswaschen, Trocknen und Wägen bergen zudem Fehler in sich, welche die absolute Genauigkeit oft um mehr als 1 % herabsetzen. K u n it z 1 hat in neuster Zeit ein Trennungsverfahren angewendet, das sich durch größte Einfachheit auszeiclmet und in kürzester Zeit auch in Gegenwart mehrerer Phasen mit fast gleich großer Genauigkeit zum Ziele fü h rt.
Die Trennung beruht darauf, daß schwere Phasen sich durch Verdünnen der schweren Flüssigkeit nicht nur zeitlich nacheinander, sondern auch ö rtlich über
einander durch Schleudern zum Absitzen bringen lassen. Dabei werden m it G radeinteilung versehene Schleudergläser zum Ablesen der Mengenverhältnisse der einzelnen Phasen verwendet. Die von Kunitz m it dem Titrierungsverfahren der Dichte vereinigte Arbeitsweise s te llt sich fü r ein Phasengemisch, z. B.
Granit, wie fo lg t dar. Das G ranitpulver w ird in der Clericischen Lösung m it dem spezifischen Gewicht 3,5, das ein Absinken der Erze gestattet, auf
geschlämmt. Bei dem Schleudern schlagen sich die Erze am Boden nieder, ihr Volumen läßt sich an der Gradeinteilung ablesen. M it H ilfe der Bürette w ird Verdünnungsflüssigkeit zugesetzt, bis die Dichte der zunächst absinkenden M ineralien (G lim m er, A u g it oder Hornblende) überschritten ist. Man erhält so durch Ablesen an der G radeinteilung die dunkeln Bestandteile (E rz + G lim m er bzw. A u g it und H o rn blende). Die Flüssigkeit w ird weiter verdünnt, bis sich der Quarz absetzt; das Volumen des Quarzes ergibt sich aus dem Unterschied des neu abgelesenen Rauminhaltes. Zuletzt werden auch die Feldspäte, Oligoklas und O rthoklas, nacheinander nieder
geschlagen und bestimmt. Sie lassen sich nach dem Titrierungsverfahren tro tz der geringen Dichtenunter
schiede auch hier noch vo llständig trennen. Da die Dichten der einzelnen Phasen gleichzeitig titrim etrisch erm ittelt werden können, ergeben sich dam it auch die Mengenverhältnisse. Dieses Verfahren ist gleichfalls nachgeprüft worden. Für das Phasengemisch Fluß- spat-Quarz-Kalkspat-Schwerspat läßt es sich in ähn
licher Weise durchführen. Man wendet Clericische Lösung der Dichte 3,6 an, die oberhalb derjenigen des Flußspats, Kalkspats und Quarzes und unterhalb des Baryts liegt. Schleudert man das aufgeschlämmte Phasengemisch, so schlägt sich die Schwerspatphase nieder, und man kann das Volumen an der Grad
einteilung des Gefäßes ablesen. Durch mengenmäßige Verdünnung der vorher gemessenen Menge schwerer Lösung b rin g t man die Hilfsphase auf eine Dichte, die zwischen Flußspat und Kalkspat liegt. Wenn man nunmehr schleudert, sinkt der Flußspat ab und sammelt sich auf dem Schwerspat. Sein Rauminhalt wird durch die Volumenzunahme bestimmt. Dann geht man durch Verdünnen auf die Dichte 2,6 herunter, so daß sich beim Ausschleudern der Kalk
spat absetzt. Die Ablesung an der Gradeinteilung ergibt wiederum die Volumenzunahme des Kalkspats.
Schließlich geht man auf eine Dichte von etwa 2
1 W . K u n i t z : Die volumetrische Phasenanalyse mittelst der Zentrifuge, eine neue Methode zur quantitativen Gesteintrennung, Fortschr. M in. Petrogr.
1929, Bd. 14, T. 1, S. 44.
herunter, wodurch man auch den Raumanteil des Quarzes und zugleich das Gesamtvolumen des Phasengemisches erhält. Man gewinnt zunächst die Volumenverhältnisse. Da aber die Dichten bekannt sind (gegebenenfalls durch T itrie ru n g e rm itte lt werden können), erhält man den mengenmäßigen Hundertsatz der einzelnen Phasen. Bei Anwendung von 2,5 g desselben Phasengemisches, wie es bei dem gravimetrischen Verfahren benutzt wurde, ergaben sich als Durchschnitt dreier Trennungsreihen die in der Zahlentafel 3 aufgeführten Werte.
Z a h le n t a f e l 3. Trennungen nach dem volumetrischen Verfahren.
Z usa m m enset zu ng des P has eng em isch es : Quarz A 22,6 % , Kalkspat B 18,9%, Flußspat C 51,5%, S ch w e r
spat D 7 %.
E in w aa ge : 2,5 g. Volumteile
Volumetrische Ablesun g: D 1,0
C + D 10,9
B + C + D 14,7 A + B + C + D 19,6 Hieraus berechnet sich das Verhältnis der V olu m en anteile
S c h w e r s p a t : Flußspat : K a l k s p a t : Quarz = 1 : 9,9 : 3,8 : 4,9.
Vervielfältigt man mit den Dichten, so erhält man die Mengenverhäl tnisse
S ch wersp at: F lu ß s p a t: Kalkspat: Quarz = 4,5:3 1,2:10 ,6:1 3,0.
Daraus ergeben sich die Hundertsätze: Schwerspat 7, 6% , Flußspat 52,6 % , Quarz 22,0%, Kalkspat 17,8%.
Durch Anbringung von Berichtigungen fü r die dichtere Lagerung der am Boden befindlichen Körner sowie fü r die lockere Packung blätteriger M ineralien, die sich erfahrungsmäßig fü r jede Schleuder und U m laufzahl feststellen lassen, können noch genauere W erte erzielt werden.
T r e n n u n g im S c h m e lz flu ß .
Die Trennung m it H ilfe schwerer Flüssigkeiten hat den Vorzug, daß die Zwischenphase einen ver
hältnism äßig niedrigen Viskositätsgrad besitzt, leicht einstellbar ist und bei Zimmertemperatur ohne weiteres benutzt werden kann. Ih r Anwendungsgebiet ist aber durch die Dichte der schweren Lösung, die höchstens bei 4,275 (Clericische Lösung) liegt, be
schränkt. D am it scheiden die in der Praxis wichtigen Trennungen der Erze, Legierungen und anderer Phasengemische teilweise oder vollständig aus. Bei den hohen spezifischen Gewichten der Erze muß man also zu Schmelzen von Salzgemischen als Zwischen
phase übergehen. Dafür hat v. W o l f f eine H eiz
zentrifuge entworfen, die sich beliebig auf Tempe
raturen von 0 -8 0 0 ° regeln läßt. Zu diesem Zwecke sind in die Zentrifugenhülsen elektrisch heizbare Öfen eingebaut, in die man die Schleudergläser aus H a rt
glas oder klar geschmolzenem Bergkristall einsetzt.
Die Zentrifuge1 veranschaulicht Abb. 4. Sämt
liche als Tiegelöfen in einen Stahlblechzylinder ein
gebauten Öfen sind hintereinander geschaltet und werden gleichmäßig beheizt, so daß man die Tem peratur nur eines Ofens m it dem Thermoelement zu messen braucht. Die Temperatur ist in den Öfen auch während des Schleuderns annähernd konstant; diese Gleichm äßigkeit kann aber noch durch eine fü r das Schutzgefäß der Schleuder vorgesehene Eva- kuicrungsvorrichtung erhöht werden. M it H ilfe von
1 Bau und V ertrieb durch die Firma H ugershoff in Leipzig.
666 G l ü c k a u f N r. 20
R u h s t r a t - W i d e r s t ä n d e n v e r m a g m a n H e i z s t r o m und U m l a u f z a h l d e r e l e k t r i s c h e n Z e n t r i f u g e b e l i e b i g zu r e g e l n . Ihr A n w e n d u n g s g e b i e t ist a u ß e r o r d e n t l i c h
Abb. 4. Heiz ze ntr ifu ge nach v. Wolff.
g r o ß ; s i e g e s t a t t e t a u c h d i e T r e n n u n g in s c h w e r e n F l ü s s i g k e i t e n , z u m a l bei T e m p e r a t u r e n o b e r h a l b d e r Z i m m e r t e m p e r a t u r , u n d i s t s o m i t bei e i n e r g r ö ß t e n U m l a u f z a h l v o n 3 0 0 0 mi n f ü r a l l e Z w e c k e g e e i g n e t .
D i e T r e n n u n g v o n E r z e n m i t d e r H e i z z e n t r i f u g e g e s t a l t e t s i c h w i e f o l g t . A l s Z w i s c h e n p h a s e d i e n e n S a l z g e m i s c h e , d ie be i e r h ö h t e r T e m p e r a t u r f l ü s s i g w e r d e n . F ü r s c h w e r e S c h m e l z e n k o m m e n n u r s o l c h e in F r a g e , d i e i m f l ü s s i g e n Z u s t a n d e ei n s p e z i f i s c h e s G e w i c h t v o n e t w a 4 - 7 b e s i t z e n , u n z e r s e t z t bei m ö g l i c h s t n i e d r i g e r T e m p e r a t u r a u f s c h m e l z e n ,
s i c h b e q u e m v e r d ü n n e n l a s s e n , f e r n e r l e i c h t l ö s l i c h , f a r b l o s u n d m ö g l i c h s t d ü n n f l ü s s i g s i n d s o w i e e n d l i c h o h n e j e d e E i n w i r k u n g a u f d i e M i n e r a l b e s t a n d t e i l e b l e i b e n . M i t d e n S a l z g e m i s c h e n w i r d d a s E r z p u l v e r fe in z e r r i e b e n u n d d a n n in d i e S c h l e u d e r g l ä s e r g e b r a c h t , d i e m a n in d i e T i e g e l ö f e n e i n se t z t . S o b a l d d a s A u f s c h m e l z e n d e r S c h m e l z - m a s s e b e e n d i g t is t, w i r d g e s c h l e u d e r t . D i e l e i c h t e r n T e i l c h e n s t e i g e n w i e in s c h w e r e n F l ü s s i g k e i t e n n a c h o b e n , d i e s c h w e r e n s i n k e n n i e d e r u n d s a m m e l n s i c h a m B o d e n d e s S c h l e u d e r g e f ä ß e s . N a c h d e r S c h l e u d e r u n g w i r d d a s G l a s z u m A b k ü h l e n a u s d e m O f e n h e r a u s g e n o m m e n . D i e w e i t e r e T r e n n u n g d e r F r a k t i o n e n i s t d a n n s e h r e i n f a c h . D i e e r s t a r r t e Z w i s c h e n p h a s e l ä ß t k e i n e V e r m i s c h u n g d e r g e t r e n n t e n F r a k t i o n e n e i n t r e t e n , d i e m a n d u r c h e i n f a c h e s
Z e r s c h n e i d e n v o n G l a s r ö h r e u n d S c h m e l z e A b b . 5.
g e w i n n t . A u f d e m F i l t e r w i r d d i e S c h m e l z e Phasen- h e r a u s g e l ö s t , u n d d i e a b g e t r e n n t e P h a s e trennung k a n n g e w o g e n w e r d e n . im
D i e B r a u c h b a r k e i t d i e s e s V e r f a h r e n s z u r m e n g e n m ä ß i g e n T r e n n u n g d e r E r z e s e i
an H a n d d e r Z e r l e g u n g v o n R ut il u n d H ä m a t i t n a c h g e w i e s e n . A l s S c h m e l z e hat h ie r d a s v o n R e t g e r s 1
v o r g e s c h l a g e n e T h a l l i u m - S i l b e r n i t r a t g e d i e n t , d a s bei 7 5 ° s c h m i l z t u n d e i n e v ö l l i g f a r b l o s e u n d d ü n n f l ü s s i g e S c h m e l z e l i e f e r t , d e r e n s p e z i f i s c h e s G e w i c h t m i t etwa 5 , 0 z w i s c h e n d e n D i c h t e n v o n H ä m a t i t u n d Rutil liegt.
In b e i d e n F ä l l e n w a r e n d i e e r h a l t e n e n F r a k t i o n e n ganz rein. B ei s u l f i d i s c h e n E r z e n m a c h t s i c h ab er e i n e Ein
w i r k u n g d er s c h m e l z f l ü s s i g e n Z w i s c h e n p h a s e st ören d b e m e r k b a r , s o d a ß s i c h d i e s e S c h m e l z e fü r die T r e n n u n g s u l f i d i s c h e r E r z e n i c h t e i g n e t . R e t g e r s 1 e m p f i e h l t zur T r e n n u n g v o n S u l f i d e n d a s T h a l l i u m - M e r c u r o n i t r a t ; d i e s e s s c h m i l z t bei 7 6 ° , h a t d ie Dichte 5,3 , is t a u ß e r o r d e n t l i c h d ü n n f l ü s s i g , f a r b l o s u n d mit W a s s e r in j e d e m V e r h ä l t n i s m i s c h b a r . S u lf id i s c h e E rz e s o l l e n n a c h U n t e r s u c h u n g e n v o n R e t g e r s nicht a n g e g r i f f e n w e r d e n . Bei d e n T r e n n u n g e n v o n K u p f er
k ie s , P y r it , Z i n k b l e n d e u n d B l e i g l a n z f a n d ich je do ch , d a ß d i e S u l f i d e zu S u l f a t e n o x y d i e r t w u r d e n . Bei K o r n d u r c h m e s s e r n o b e r h a l b v o n 0 , 1 5 m m w a r eine O x y d a t i o n v o n P y r i t u n d K u p f e r k i e s k a u m n a c h w e i s bar, d a g e g e n w u r d e n Z i n k b l e n d e u n d b e s o n d e r s Blei
g l a n z st a rk a n g e g r i f f e n . F ü h r t m a n d ie Mine ral- g e m i s c h c u n t e r E i n h a l t u n g e i n e r m ö g l i c h s t nie dri gen T e m p e r a t u r in d ie b e r e i t s a u f g e s c h m o l z e n e Z w i s c h e n p h a s e ei n, s o l ä ß t s i c h a u c h d ie E i n w i r k u n g a u f Zink
b l e n d e st ark h e r a b m i n d e r n , s t e t s w i r d a b e r d e r Blei
g l a n z o x y d i e r t , s o d a ß e i n e T r e n n u n g v o n su l f i d i s c h e n E r z g e m i s c h e n b i s h e r n u r a n g e n ä h e r t m ö g l i c h ist.
N e b e n d e r T r e n n u n g z w e i e r P h a s e n w u r d e n Mine ral- g e i n i s c h e m it d re i P h a s e n im S c h m e l z f l u ß g etr en nt, w o b e i m a n z u n ä c h s t d i e Z i n k b l e n d e v o m K upf erk ies u n d P y r i t t r e n n t e u n d w o g . In e i n e r z w e i t e n Probe e r f o l g t e d ie A b s c h e i d u n g d e s P y r i t s ; d ie mittlere F r a k t i o n l i e ß s i c h a u s d e m U n t e r s c h i e d a l s Ku pfe r
k i e s b e s t i m m e n . W i e a u s d e r Z a h l e n t a f e l 4 h e r v o r g e h t , s i n d d i e E r g e b n i s s e n o c h r e c h t g e n a u .
Z a h l e n t a t e l 4. T r e n n u n g e n m i t H i l f e d e r W ö l f i s c h e n H e i z z e n t r i f u g e .
1. Rutil (spez. G e w . 4,25) — Hämatit (spez. G e w . 5,29).
Hilfsphase: Thallium-Silbernitrat, Sp. 75°, spez. Ge w. 5,0.
Rutil (0,2—0,15 mm) Hämatit (0,2—0,15 mm) Einwaag e
g
A us w a a g e
von der Einwaage
g %
Ein waa ge g
Auswaa ge
von der Einwaage
g o/o
0,5240 0,8467 0,1826
0,5202 0,8438 0,1804
99,3 99.7 98.8
0,3820 0,2432 0,8420
0,3792 0,2412 0,8395
99.2 99.2 99,7 2. Kupferkies (spez. G e w . 4,32) — Pyrit (spez. G e w . 5,2).
H ilfsphase: Thallium-Mercuronitrat, Sp. 76°, spez. Gew.
~ 4,8, Verdünnun gsmittel: Wasser.
Kupferkies Pyrit
Ein waa ge
Körnung 0,2—0,15 mm
g
A us w a a g e
von der Einwaage
g %
E inw aa ge
Körnung 0,2—0,15 mm
g
A uswaa ge
; von der Einwaage
g %
0,4820 0,6254
0,4795 0,6231
99.5 99.6
0,3624 0,3248
0,3604 0,3228
99.4 99.4
Körnung 0,12-0,10 mm
0,4730 0,4356
0,4138 0,3672
87,5 84,3
Körnung 0,12—0,10mm
0,3826 0,4028
0,3798 0,3996
99,3 99,2 3. Bleiglanz (spez. G e w . 7,57) — Zinkblende (spez. Gew. 4,06).
H i lf s p h a s e : Thallium-Mercuronitrat.
1 J. W . R e t g e r s : Thallium -S ilbernitrat als schwere Schmelze zu 1 J. W . R e t g e r s : Versuche zur Darstellung neuer schwerer Flüssig- Mineraltrennungen, N . Jahrb. M in. 1893, T e il 1, S. 90. keiten zur Mineraltrennung, N . Jahrb. M in. 1896, T e il 2, S. 183.
17. Ma i 1930 G l ü c k a u f 667
Bleiglanz Zinkblende
Einwaage
Körnung 0,2-0,15 mm
g
A us w aage j von der
i Einwaage
g %
Ein waag e
Körnung 0,2-0,15 nun
S
Aus«
g
aa ge
von der Einwaage
% 0,5238
0,5062
0,4520 0,4524
86.3 89.4
0,4632 0,4740
0,4218 0,4312 91,1
91,0
Körnung 0,12-0,10 111111
0,5078 0,3824 75,3
Körnung 0,12-0,10 mm
0,4278 0,3622 84,7
4. Pyrit (spez. G e w . 5,2) — Kupferkies (spez. Ge w. 4,32)
— Zinkblende (spez. Ge w. 4,06).
Hilfsphase: Thallium-Mercuronitrat; Körnung 0,20 bis 0,15 mm.
Zu sa m m ens et zu ng des P h a sen g em isch es: Zinkblende A 19,7%, Kupferkies B 47 ,0 % , Pyrit C 33 ,3%.
Einwaag e 1,0278 g ; A us w a a g e Kupferkies + Pyrit = B + C : 0,8201 g = 79,8 %.
Einwaage 1,027S; A us w a a g e Pyrit = C : 0,3386 g 33,0 %.
Folglich ist A = 100 - 79,8 = 20,2 %; B 79,8 - 33,0 46,8 %; C = 33,0 %.
Um die Zersetzung der Sulfide auszuschalten, ver
suchte man, neue Salzschmelzen von geringerer E in
wirkung ausfindig zu machen. Naturgemäß lassen sich nach den bisherigen Erfahrungen oxydierende Stoffe, wie W olfram ate und Molybdate, nicht verwenden, zumal w eil sie auch unlösliche Oxyde abscheiden, welche die Erze verunreinigen. Ebenso zeigen die Chloride von Elementen m it höhern Atomgewichten besonders starke Ätzwirkungen, wie durch A n s c h liff
untersuchungen von Erzproben, die m it der Schmelze in Berührung gebracht worden waren, festgestellt werden konnte. Infolgedessen war es bisher nicht m ög
lich, unter den bisher bekannten anorganischen Stoffen mit höhern Atomgewichten geeignete Schmelzen zu erhalten, die keinerlei E in w irku n g auf Sulfide aus
üben, sich beliebig mischen lassen und leicht lös
lich sind.
B e d e u t u n g der V e r fa h r e n für die P ra x is . Wie die Untersuchungen ergeben haben, bleiben die Trennungen nicht auf zwei Phasen beschränkt, sondern lassen sich auf Gemische beliebig vieler Phasen ausdehnen. Da in der vorliegenden Arbeit die Brauchbarkeit und Genauigkeit der verschiedenen Arbeitsweisen g eprüft werden sollten, sind die Trennungen meist an Gemischen vorgenommen worden, die man zuvor aus reinen Mineralbestand- teilcn hergestellt hatte. Solche Gemische liegen in der Natur selten vor, denn in der Mehrzahl der Fälle wird es sich um die Trennung von Gesteinen, Erzen, Kohlen und Salzen handeln, in denen die Mineralien so eng und fein verwachsen sind, daß die Gewinnung einer gleichmäßigen Körnung nur bei feinstem Pulver gewährleistet is t; ungleichartige M ineralkörner zeigen wechselnde Dichten und liefern niemals scharfe und reine Trennungsfraktionen. Die Anwendung der Schleuder w ird hier also zu einer unbedingten N o t
wendigkeit.
Zunächst hat sich die Zentrifuge bei der Abschei
dung von M ineralien aus Gesteinen als v o rte il
haft erwiesen, im besondern fü r rein wissenschaft- Hch-petrographische Untersuchungen. Zahlreiche Mineralien, die sich in Gesteinen in feinster Ver
teilung finden, sind ihrer chemischen Zusammen
setzung nach noch nicht genau bekannt, weil man sie bisher nicht zu trennen vermochte.
Eine nicht minder große Bedeutung dürfte aber dem neuen Schleuderverfahren bei der Aufbereitung von Erzen zukommen. Für zahlreiche Erze, die Goid, Platin und andere Edelmetalle in feiner Verteilung führen, hat man bis heute noch keine geeignete A uf- bercitungseinrichtung. Die erwähnten schweren Flüssigkeiten und Schmelzen sind zwar sehr kost
spielig, lassen sich aber wiedergewinnen, so daß Flüssigkeiten, die bei hoher Viskosität eine A u f
bereitung m it der Schleuder ermöglichen, auch fin den Betrieb in Betracht kommen dürften.
Am wichtigsten fü r die wissenschaftliche F o r
schung und die Praxis ist die mengenmäßige Phasen
analyse, die sich m it H ilfe der Zentrifuge durchführen läß t; ihre Vorteile sind bald erkannt worden, und sic hat sich daher in fast sämtlichen mineralogischen Instituten schnell eingebürgert. Die Benutzung der Schleuder zur P h a s e n b e s tim m u n g geht schon auf F r ie d e n t h a l1 zurück, der die Zentrifuge zur Ab
trennung des Kaseins aus der M ilch benutzt hat; auch bei der Mikroanalyse und in der Kolloidchemie findet die Schleuder schon lange weitgehende Verwendung.
Eine P h a s e n tr e n n u n g hat sich aber erst nach E in
schaltung einer flüssigen Zwischenphase durchführen lassen, die eine Scheidung der Teilchen nach den Dichten erm öglicht. Verschiedene bemerkenswerte Trennungen sind in neuerer Zeit gelungen. G ro ß und F o u g n e r 2 haben Kohlen auf Grund des spezifischen Gewichtes durch Zentrifugieren zerlegt und damit gezeigt, daß sich aus den Kennlinien einzelner Kohlenarten wichtige technische und wissenschaft
liche Schlüsse ziehen lassen, die durch chemisch
analytische Verfahren vielfach nicht zu erzielen sind.
M i l c h 3 hat Tone, F. v. W o l f f Erze- und Salz
gemische, K u n it z zahlreiche Gesteine zerlegt. Das Anwendungsgebiet beschränkt sich bisher fast aus
schließlich auf Laboratorien; hier sind die Vorteile besonders groß, weil sich die Phasenanalyse viel schneller durchführen läßt als eine chemische U nter
suchung. Bei dem gravimetrischen Verfahren sind die zahlenmäßigen Fehler gering, und man erhält die getrennten Phasen in leicht gewinnbaren Fraktionen, die weiter untersucht werden können. Bei dem v o lu metrischen Verfahren sind die verhältnismäßigen Fehler gering. Die Fraktionen lassen sich nicht trennen, dafür handelt es sich aber um ein aus
gesprochenes Schnellverfahren; mehrere Phasen können in etwa 20 min leicht mengenmäßig bestimmt werden. Diese Vorteile machen das Verfahren fü r die Betriebsüberwachung und fü r Untersuchungszwecke, die sich auf verhältnismäßige Gehaltsunterschiede beziehen, besonders geeignet. In jedem Falle hat sich also gezeigt, daß das Verfahren des Zentrifugierens in schweren Flüssigkeiten oder Schmelzen für Forschung und Betrieb erhebliche Vorteile verspricht, zumal da die Schleuderanalyse noch verbesserungs
fä h ig ist.
Z u s a m m e n fa s s u n g .
Die mechanische Zerlegung von Phasengemischen in die einzelnen Bestandteile, die durch ihre spezi
fischen Gewichte gekennzeichnet sind, ist an be
stimmte Korngrößen gebunden; werden diese unter-
'■ H . F r i e d e n t h a l : Die Zentrifugalkraft bei wissenschaftlichen A r
beiten. K o ll. Z. 1914, S. 75.
* a .a .O .
- L. M i l c h : V orläufige M itteilungen zur mechanischen Trennung von Oesteingemengeteilen durch Zentrifugieren in schweren Flüssigkeiten, Oold- schmidt-Festscbrift, 1928, S. 179.
6 6 8 G l ü c k a u f N r. 20
schritten, so w ird die Trennung in folge des Auftretens von Oberflächenwirkungen ungenau oder unm öglich.
Diese Fehlerquellen werden restlos beseitigt, wenn man die Schw erkraft durch die Z e n trifu g a lk ra ft er
setzt, wodurch sich unabhängig von den Korngrößen eine mengenmäßige Phasenanalyse in schweren Flüssigkeiten und Schmelzen erreichen läßt. Die
hierzu vorgeschlagenen Trennungsgefäße und Ver
fahren werden kritisch behandelt und durch plan
mäßige. Untersuchungen erläutert. Dabei ergibt sich, daß die Zentrifugalanalyse fü r Wissenschaft und Praxis von großer Bedeutung ist, neue Erkenntnisse ve rm itte lt und sich in höchstem Maße dem Grundsatz der W irtsch a ftlich ke it einordnet.
D ie S ü ß w asse rfa u n a d es R uh rb ezirk s.
Von Dr. H. W e h r l i , Köln.
(Mitteilung aus dem G eolo gi sch -M inera lo gisc hen Institut der Universität Köln.) In dem langen Zeitzwischenraum seit dem Jahre
1859, in dem die Süßwasserfossilien des Ruhrbeckens von R. L u d w ig wissenschaftlich untersucht worden sind, hat die Sonderforschung auf diesem Gebiet fast ganz geruht. Die S chrift von C. S c h m id t über die Süßwassertiere aus dem altern produktiven Karbon bei W itten aus dem Jahre 1924 beschränkt sich leider auf eine Aufzählung ohne Abbildungen. Neuere M it teilungen über die Süßwasserfauna enthalten die Arbeiten von K u k u k 1.
In England und Frankreich sind durch H in d , P r u v o s t und neuerdings durch D a v ie s und T r u e m a n die Süßwasserfossilien der
K ohlenfelder dieser Länder eingehend untersucht und m it E rfo lg zur Zonen
gliederung des O berkarbons heran
gezogen w orden.
V o r kurzem hat B r u n e eine plan
mäßige Aufsam m lung im Gebiete der Bochuiner M ulde zwischen D ortm und und Kamen vorgenom m en und das M a te ria l dem Verfasser zur Be
arbeitung überlassen. Eine eingehende Beschreibung dieser Sammlung er
scheint demnächst in der Z e its c h rift
»Paläontographica« unter dem T ite l:
Die Fauna der W estfälischen Stufen A und B der Bo- chumer M ulde zwischen D o rtm u n d und Kamen. Eine D urchsicht der Sammlung der V ereinigte Stahlwerke A. G. in Essen hat die Ergebnisse dieser A bhandlung bestätigt. Die Bearbeitung der Museumssammlungen steht noch aus. Trotzdem ist es je tzt schon möglich, ein B ild von den einzelnen Süßwasserbewohnern des Ruhrgebietes zu geben. Dje nachstehenden A us
führungen sollen die Kenntnis der Süßwasserfauna w eitern Kreisen verm itteln und zum Sammeln an
regen. D a m it sich die Fossilien fü r die Flözgleich
stellung usw. nutzbar machen lassen, müssen die Stücke m it einer genauen Fundpunktangabe ver
sehen werden.
A l l g e m e i n e s .
In den Süßwasserhorizonten herrschen die Reste von Zweischalern (Lam ellibranchiaten) v o r; weniger h äufig finden sich Krebse und Fischreste. Die Muscheln gehören den drei Gattungen C a r b o n ic o la , A n th r a c o m y a und N a ia d ite s an, die streng auf die Süßwasserschichten beschränkt sind. Die Krebse und Fische hingegen treten zum T e il sowohl in Süßwasser- als auch in marinen Horizonten au f; es handelt sich um euryhaline Formen.
1 Z. B. Die neue stratlgraphlsche G liederung des rechtsrheinischen Karbons, Glückauf 1928, S. 685.
Leider ist der Erhaltungszustand der Fossilien sehr schlecht, was die Bearbeitung erschwert. Nicht nur aus wissenschaftlichen, sondern auch aus prakti
schen Gründen (G liederung des Oberkarbons, Flöz
gleichstellung usw.) ist ihre Durchforschung von größter Bedeutung.
D i e S ü ß w a s s e r f o s s i l i e n . L a m e l I ib r a n c h ia ta .
A u f G rund ihrer kennzeichnenden Umrißfornien lassen sich die drei angeführten Gattungen gut von
einander unterscheiden (Abb. 1). C a r b o n ic o la :
k / W
Größte Höhe der Schale in der Nähe des Wirbels.
Hintcrende sich nach hinten verschmälernd. A n th r a c o m y a : Größte Höhe der Schale nach dem Hinter
ende hin verlagert. Vorderende erheblich kleiner als Hinterende. N a ia d it e s : Vorderende ganz ver
kümmert. Hinterende schräg nach unten flügelartig ausgebreitet.
Die stratigraphisch wichtigsten und die häufig
sten Formen werden im folgenden kurz beschrieben.
Carbonicola.
Carbonicola acuta
Sow. (Abb. 2 ): Vorderende kurz, gerundet. H in te rende allm ählich zugespitzt.
W irb e l breit, vorstehend, nicht zusammenstoßend.
M eist große Form en (bis zu 60 mm Länge). Beschränkt auf oberes Namurisches und unteres Westfälisches
( A ) 1. Bis je tz t n u r bis zum Abb. 2. C a r b o n i c o l a
acuta
H o rizo n t über Flöz M atthias Sow.beobachtet.
Carbonicola robusta
Sow . (Abb. 3 ): Meist große, plumpe Formen (Länge bis zu 70 m m ). Vorderende1 H insichtlich der neuen G liederung sei auf die angeführte Arbeit von K u k u k (G lückauf 1928, S. 685) verwiesen.
A B C
Abb. 1. Umrißform von Carbonicola (A), A n thracom ya,(B) und Naiadites (C). Vorderende der Schale geschrafft.
L = Länge, H = H ö h e , W = Wirbel.
