Sementering

DELPUBLISERING. Artikkelen kompletteres senere for stål.

Sementering/presipitasjon/præcipitation

Utfelling av metallisk kobber i en løsning av kobbersulfat eller kobberklorid med metallisk jern som fellingsmiddel.

Ved s. avsetter kobberet seg på det utlagte jernet som slam eller skorper. Jernet går etter hvert i oppløsning fordi jern er mindre edelt enn kobber.

Løsninger av kobbersulfat, CuSO₄, finnes i gruvevann eller kan fremstilles ved utluting av røstegods etter sulfatiserende røsting av kobberkis, mens løsninger av kobberklorid, CuCl₂ fremstilles ved utluting av røstegods etter klorerende røsting.

Ved verksmessig fremstilling kunne man påvirke prosessen ved å sørge for at oppløsningen var i bevegelse og ved å bruke jernstykker med stor kontaktoverflate. Grått råjern eller smijern var bedre enn hvitt råjern osv. I praksis brukte man som regel det (skrap)jern man hadde for hånden.

Kobberutbyttet i forhold til forbruket av jern varierte sterkt. Trolig spilte styrken på kobbersaltoppløsningen en vesentlig rolle. En 1700-talls kilde oppgir at 50 kg jern i en sterk løsning ga ca 30 kg kobber, dvs 1,6:1. Ved et bergverk som produserte 50 tonn sementkobber årlig var forbruket av jern 150 tonn^[1], dvs 3:1, og ved Stora Kopparbergets anlegg var forholdet 4:1^[2].

Kobberinnholdet i det utfelte sementkobberet varierte fra under 50 til ca 80 %.

Som for de fleste våtveismetoder, representerte heller ikke s. en frittstående metallurgisk metode, men inngikk i en flertrinnsprosess som også omfattet smelting, se sementkobber.

Generelt synes den relative fordelen ved s. å ha ligget i utnyttelsen av fattige (under 2 % Cu) og såkalt vanskelige malmer (f.eks. med særlig høyt kvartsinnhold) som det var ulønnsomt å utnytte ved konvensjonell smelting. Metoden kunne også være interessant i områder med dårlig tilgang på brensel. Både internasjonalt og i Norge har utvinning av kobber ved s. således alltid vært marginal i forhold til den totale kobberproduksjonen. Fra Norge kjennes bare spredte forsøk og begrenset drift på 17-, 18- og begynnelsen av 1900-tallet (bl.a. Kvikne, Tydal).^[3],[4]

Presipitasjonsanlegget ved Kvikne ble anlagt i 1724 og er det første som er kjent fra Norge. Anleggelsen synes inspirert av en beretning om det store presipitasjonsverket Herrengrund i Ungarn. Anlegget i Kvikne bestod av et mindre hus med et antall sumper på rad etter hverandre. Det var vann fra en nærliggende haug kisavfall, og ikke gruvevann, som var råstoff for produksjonen som årlig lå på rundt 2 tonn sementkobber. Vi vet ikke hvor lenge det var produksjon ved anlegget utover at det var i drift 1735.^[5]

Det ble så gjort noen våtveisforsøk ved Killingdal og Kjøli gruver nord for Røros rundt 1860 uten at vi vet noe mer om dette.^[6]

I årene 1902-03 ble det utvunnet 10 tonn sementkobber med 50-70 % Cu fra gruvevannet som man pumpet opp fra gruvene på Løkken. Dette tilsvarte ca 28 % av kobberet i vannet. Noe av dette vannet hadde stått i over 100 år. For å utvinne kobberinnholdet lot man gruvevannet passere et sedimenteringsanlegg fylt med jernskrap.^[7]

Systematisk utvinning i noe større omfang fant sted bl.a. i Tyskland, Ungarn og Sverige. På det amerikanske kontinent ble det i 1920-årene anlagt bergverk (Chile, Arizona m.fl. steder) som helt baserte seg på utvinning ved s..

Ved Kristiansand Nikkelraffineringsverk ble kobberet i elektrolytten utskilt ved s. i en egen ’rensesløyfe’ før løsningen gikk til nikkelelektrolyse.^[8]

Mer generelt kan s. defineres som en prosess hvor et fast stoff skilles ut fra en væske eller en gass ved hjelp av et reaksjonsmedium.

Sementering betegner også en spesiell tørrveismetode for stålfremstilling.

Varia:

- Der vi i dag kan forstå s. med termer som ionevandring o.l. har nok tidligere tiders mennesker observert fenomenet med en viss forbløffelse, og prosessen vakte tidlig oppmerksomhet ved kontinentets kobbergruver. Man så hvordan jern som ble liggende i gruvevann snart fikk en skorpe med kornete kobber. Lenge oppfattet man denne såkalte presipitasjon som en virkelig transmutatio metallorum, og det så meget mer som jernet minsket i vekt proporsjonalt med det utfelte kobberet. I 1500- og 1600-tallets kjemiske og mineralogiske litteratur omtales sementkobbberet stadig som et merkelig fenomen og en sterk støtte for de alkymistiske drømmer om at et metall kunne forvandles til et annet metall (helst gull). På tysk uttrykte man det slik "Aus Eisen Kupfer zu machen". I mer realistisk innstillte bergmannskretser begynte man imidlertid allerede på slutten av 1500-tallet å stillle seg noe kritisk til den alkymistiske forvanlingsteorien for å forklare fenomenet.

Kobbergjenstander, som regel med høy håndverksmessig kvalitet, av ’forvandlet jern’ hadde et stort marked i Europa på 16- og 1700-tallet. Disse ofte forgyllte fat, beger o.l. kunne ha spennende inskripsjoner av typen: ”Eisen war ich, Kupffer bin ich, Silber trage ich, Goldt bedekt mich.” ^[9] Og på et fint kobberbeger fra Kvikne kobberverk er det skrevet:

Før end Jeg Kom i Ild og Haand

Blev jeg Kaaber af Jern i Vand

Paa Quegne Grube i Aar 1713

- Tidlig vaktes tanken om å utnytte presipitasjonen industrielt. Produksjon kunne igangsettes uten store og vidløftige anlegg – det var bare å legge skrapjern ned i gruvevannet og senere skrape av kobberet.

Det første anlegg av denne typen synes å kommet i gang i Ungarn på slutten av 1400-tallet. Etter hvert ble det bygget presipitasjonsverk ved flere kontinentale kobberverk. Det mest kjente var nevnte Herrengrund ved Neusohl i Ungarn, anlagt rundt midten av 1600-tallet. Spesielt for dette anlegget var at det lå nede i gruven. Sementvannet ble ført i renner til et gruverom, der det ble ledet gjennom store kister fylt med skrapjern. Produksjonen på slutten av 1600-tallet lå på 2,5-4 tonn sementkobber årlig. Midt på 1700-tallet ble det ved et nærliggende verk, Schölmnitz, produsert mye mer, opptil 55 tonn årlig. I 1765 ble det så anlagt et verk ved Stora Kopparberget, som i sin driftstid fram til 1823 aldri produserte mer enn 10,5 tonn årlig.^[10]

- Det er stilt spørsmål ved om og evt. i hvilket omfang kobber ble fremstilt i eldre tider. Med en anslagsvis prisforskjell Cu:Fe=6:1 kan utvinning av kobber ved s. ha forekommet f.eks. i middelalderen uten at prosessen har etterlatt spor, bl.a. i form av slagg.^[11]

- Bruk av salt for å utvinne kobber ved klorerende røsting, utluting og utfelling (jfr. ovenfor), er ikke påvist i Norge selv om vi har lange tradisjoner for utvinning av salt fra sjøvann^[12]. Dette sier kanskje noe om hvor lite nysgjerrig man var på våtveisbehandling av malmer i vårt skogrike land.

Klorerende røsting har vært brukt i sølvmetallurgien ved Kongsberg Sølvverk i to forskjellige sammenhenger. Første gang var i 1790-årene, uten at det kom til varig drift, senere ved innføringen av våtveismetoder med cyanid i årene etter 1905, se cyanidbehandling.