Poling (eng.)
Raffineringsmetode som består i at friske trespirer stikkes ned og røres om i en smelte i den hensikt 1. å utvikle gasser med reduserende virkning på oksider og 2. å skape bevegelse i smelten.
I kobbermetallurgien poles garkobber-/råkobbersmelter for å redusere kobberoksidet Cu2O som danner seg i den oksiderende fasen av raffineringsprosessen, se garing. Ved p. blir kobberoksidet redusert til metallisk kobber og man får et tilnærmet oksygenfritt, mykt og smibart produkt.
Ved omrøring med ferske og saftige trespirer utvikles gasser som dels virker reduserende (hydrokarbongasser), dels setter metallbadet i "kok" og derved letter bortgangen for oksidasjonsprodukter i gassform, som svoveldioksid. Som reduksjonsmiddel kan det også legges et lag kullbiter på toppen av smelten. Den bevegelse som p. skaper i smelten, besørger god kontakt mellom kobberoksidet og kull.
Sluttproduktet har et stort anvendelsesområde for teknisk/mekanisk bearbeidelse, og ble tidligere kalt hammergar kobber, etter innføring av raffinering i flammeovn av bessemert råkobber vanligvis raffinadekobber eller raffinert kobber.
Ved p. er målet å justere oksygeninnholdet i smelten til et lavt, men kontrollert nivå. Oksygeninnholdet ansees for å være ideelt ved 0,02-0,05 %. Kommer oksygeninnholdet over eller under det, betegnes det som underpoling, hhv overpoling. Begge deler har en uønsket virkning på det utstøpte kobber.
Underpoling betyr at reduksjonen av oksygen ikke er drevet langt nok, og at kobberet dermed blir mindre smidig enn ønskelig.
Overpoling betyr at reduksjonen av oksygen er drevet for langt. Dette går ut over både smidighet og elektrisk ledningsevne. Grunnen til dette er at de metalliske forurensninger som uunngåelig og alltid finnes i kobberet, danner nokså stabile og relativt "harmløse" oksider med gjenværende oksygen. Hvis smelten så "tømmes" for oksygen ved overpoling, vil de deoksiderte metallforurensningene i stedet legere seg med det lett legerbare kobberet. Dermed forurenses kobberet på en mer direkte måte enn om forurensingene forelå som "frie" oksider. Dette er spesielt kritisk for konduktiviteten som er meget følsom for nesten alle forurensninger.
Spirene som blir brukt, må være friske og saftige for å få den ønskede reaksjon i smelten. Den sentrale polingsreaksjon er:
4Cu2O + CH4 = CO2 + 2H20 + 8Cu.
P. har vært i bruk i metallurgien fra gammelt av. Det synes allikevel som man først på 1800-tallet ble klar over p.s reduserende virkning, se Varia nedenfor.
Varia:
- P. kan følges langt tilbake i tiden. Det er usikkert om metoden var kjent og praktisert i antikken, men den omtales i alle fall av munk og "metallurg" Theophilus Presbyter (ca 1070-1125) som beskriver hvordan man med en tørr trekjepp blander om i herden. Samme type beskrivelse gir Agricola (1494 –1555) som omtaler hvordan garmakeren stikker en hasselkvist i herden og rører omkring to ganger. Lenge fokuserte man altså på omrøringen som et middel til å sette smelten i bevegelse både på grunn av selve omrøringen og på grunn av den "koking" som fulgte. Vi står her altså overfor et meget godt eksempel på hvordan man på rent empirisk grunnlag tok i bruk en metode av stor metallurgisk betydning uten å forstå hva som egentlig skjedde. Det er vanskelig å vite når man forsto teorien bak p.s reduserende virkning, men ledende 1700-talls metallurger som tyskeren Christoph Andreas Schlüter og svenske Anton von Swab kjente i alle fall ikke til denne virkningen.
Det er også påfallende at Rinman i sin leksikonartikkel om garingen (1789) ikke nevner "syra" for å forklare hvorfor kobber ble usmidig. Hans forklaring er at slikt kobber inneholder for mye "svafvelsyra som häldre hållit sig til den metalliska kopparen, än det förbrända järnet". Botemiddelet mot dette var omsmelting hvor fosforholdig jern ble lagt mellom de aktuelle garkobberskivene.
- Fra Leren valseverk har vi en beskrivelse av hvordan verket raffinerte kobber i sin flammeovn. Kobberet ble nedsmeltet på 3 timer, men viste seg etter prøvetaking gjerne noe forurenset med gassinneslutninger som måtte fjernes for å få kobberet i ”valsekvalitet”. For å oppnå de ønskede reduserende forhold ble det lagt inn litt trekull som ble fordelt utover badet. Deretter begynte man å røre rundt i smelten med en bjerkespire. Røringen fortsatte uavbrutt i ca tre timer og ble utført av tre mann som byttet på. Så snart trekullet var brent opp ble det kastet inn nye. Når prøvene viste at kobberet hadde oppnådd den ønskede renhet, ble det øst ut av ovnen og ned i kasser med jernøser.
- P. ble tatt i bruk ved Røros kobberverk i 1889 da en raffineringsovn ble satt i drift for raffinering av bessemert råkobber For tiden før dette omtales p. lite i litteraturen, og omfanget av p. og hammergaring i Norge er dermed usikkert. En mulig, men udokumentert, forklaring kan være at slik ekstra raffinering ble integrert i den ordinære garingen, som et avsluttende arbeidsmoment. Spesielt raffinering ved p. kunne lett la seg gjennomføre på denne måten. Lite bruk av metoden kan også forklares med at p.s reduserende effekt lenge var ukjent, jfr foregående punkt. Generelt synes det som om Lindroths konklusjon vedr. bruken av p. i Sverige og Tyskland også kan gjelde for Norge: Metoden var i bruk, men ikke regelmessig.
- Det synes som om p. og bruk av kull delvis ble brukt komplementært, delvis hver for seg. Det er således interessant å merke seg at p. bare omtales i svenske kilder, mens raffinering med bruk av kull bare omtales i norske kilder. Dette kan imidlertid skyldes tilfeldigheter og et noe mangelfullt kildegrunnlag på dette punkt.
- Hyttearbeider Ole Sorken forteller om arbeidet på raffineringsovnen ved Røros-verket de siste tiårene før nedleggelsen av hytta i 1953: For å få svar på om kopperet var ferdig til tapping, måtte de ta ut en prøve av massen. Til det ble det brukt ei langskafta skje. Kopperprøven ble straks stukket ned i kaldt vatn. Hvis prøven trakk seg sammen, var det for lite kullstoff i kopperet, og det måtte "poles". Lange fururoer ble da stukket ned i smeltemassen. Var det kul på kopper-prøven på skjea, var det tegn på at kopperet var ferdig. Prøven ble så kløvd med en meisel. Var den porøs, hadde kopperet fått for mye kullstoff. Da måtte de tilsette luft. Men var prøven rund og kompakt inni, var kopperet rent.
- Ut fra navnet kan man anta at metoden har basis i et engelsktalende land (også på tysk brukes Polen med referanse til engelsk). En slik antagelse støttes av en dokumentert smeltetradisjon i Wales fra slutten av 1600-tallet med fremstilling av kobber i flammeovn, og ikke i sjaktovn som i den tysk-svensk-norske tradisjon.
- Alternativt til p. med trestokker har mangan og fosfor vært brukt som reduksjonsmidler. I dag ’poles’ også med ammoniakkgass.
- I dag går det aller meste av kobberet videre til elektrolytisk kobberraffinering for å møte moderne krav til god elektrisk ledningsevne.