Zementation

Bildung von Zementkupfer (hellrot) über Eisenplatten (grau) im Kilianstollen (Marsberg)

Zementation ist ein Begriff der Metallurgie, der für verschiedene Verfahren angewandt wird:

• die elektrochemische Abscheidung von Metallen aus Lösungen,
• die Oberflächenbehandlung von Metallen durch Einbringen von Fremdmetallen
• die Verringerung oder Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes von Metallen,
• die Erhöhung des Feingoldgehalts.

Elektrochemische Abscheidung

Zementkupfer tritt als Zwischenprodukt bei der Gewinnung von Kupfer aus kupferarmen Erzen oder Abfällen auf. Durch Einlegen von Eisen in eine Kupfersulfat-Lösung (Zementwasser) fällt elementares Kupfer aus:

${\displaystyle \mathrm {Cu^{2+}+Fe\longrightarrow Cu\downarrow +Fe^{2+}} }$

Zementwasser kommt auch in Kupferbergwerken als Grubenwasser mehrfach vor.

Liegt bei Erzen oder Abfällen elementares Kupfer vor, werden diese Ausgangsstoffe zunächst geröstet. Durch Erhitzen in Anwesenheit von Sauerstoff entstehen dabei Kupfer-II-Verbindungen.

Die Ausgangsmaterialien mit Kupfer-II-Ionen werden nun in verdünnter Schwefelsäure ausgelaugt. Dabei lösen sich die Kupferionen (Cu²⁺) in der Schwefelsäure. Diese Kupfersulfatlösung wird von Feststoffen gereinigt und mit Eisenschrott versetzt. Dadurch fällt elementares Kupfer aus, das anschließend verschmolzen und elektrolytisch gereinigt wird (siehe Kupferraffination).

Ferner zementiert man auch Kupfer durch Zinkerze oder Zink, wodurch eine goldglänzende Oberfläche entsteht (Knittergold).

Oberflächenbehandlung

Die Oberfläche von metallischen Werkstücken wird zunächst mit dem sogenannten Zementierpulver behandelt, das Fremdmetalle oder Metallverbindungen enthält. Durch das anschließende Erhitzen werden die Metallphasen verbunden, ohne dass die Stoffe aufgeschmolzen werden.

Man bedient sich hierzu luftdichter Behältnisse. Kleinere Objekte werden in Tongefäßen (Zementierbüchsen), große in eisernen oder mit Ton ausgekleideten Kästen (Zementierkasten) behandelt. In den Behältern wird das Werkstück mit dem Zementierpulver umgeben und erhitzt.

Stahlerzeugung

• Hauptsächlich findet die Zementation zur Aufkohlung von Zementstahl Anwendung.
• Adoucieren: Durch Glühen von kohlenstoffreichem, sprödem Roheisen zwischen sauerstoffhaltigen Substanzen, wie Roteisenstein, Magneteisenstein, Braunstein, wird dem Werkstück Kohlenstoff entzogen. Dadurch wird es zäher und hämmerbar.

Feingold

Silberhaltiges Gold wird durch Zementation fein gemacht: Der Silbergehalt wird erniedrigt, wodurch sich der relative Goldgehalt (Feingehalt) erhöht. Das Gold wird in Form feiner Körnchen oder dünner Bleche mit Eisensulfat, Kochsalz und Ziegelmehl erhitzt. Hierbei bildet sich Silberchlorid, welches schmilzt und vom Ziegelmehl aufgesaugt wird, während das Gold nicht angegriffen wird.

Weitere Anwendungen

Nickeloxid wird in einem mit Kohle ausgefütterten Tiegel durch Erhitzen zu hämmerbarem Nickel reduziert. In der Meeresgeologie ist die Zementation für die Entstehung von Sedimentgestein verantwortlich. Dies geschieht mit Hilfe der Verkittung von Bindemitteln.

Siehe auch

• Eschweiler Bergbau/Vorzeitliche Erz- und Kohlebergbaugeschichte
• Sintern

Weblinks

• Zementation. In: Meyers Konversations-Lexikon. 4. Auflage. Band 16, Verlag des Bibliographischen Instituts, Leipzig/Wien 1885–1892, S. 866.