Feuerraffination

Verfahren zur selektiven Oxidation von Metallschmelzen, um Beimengungen aus der Schmelze gezielt zu entfernen. Beispielsweise werden bei der Feuerraffination von Kupferschmelzen alle Beimengungsbestandteile in der Reihenfolge ihrer jeweils höchsten Sauerstoffaffinität oxidiert. Die Oxidation geschieht durch Einblasen von Luft (Frischen) oder durch Zusatz von Metalloxiden, die ihren Sauerstoff an die Schmelze abgeben (oxidierendes Schmelzen). Durch das Frischen wird die Rohkupferschmelze mit Sauerstoff angereichert, so dass die Beimengungsbestandteile selektiv oxidieren und in die Schlacke gehen oder abrauchen. Zum Schluss enthält das feuerraffinierte Kupfer nur noch Kupferoxid (Cu₂O), das in der Schmelze gelöst bleibt und diese relativ zähflüssig macht.

Dieses Kupferoxid muss durch Desoxidation reduziert werden, das durch eine Wasserstoffbegasung, auch Polen genannter, erfolgen kann: Hierzu werden frische Birkenstämme in die Schmelze eingetaucht, die unter Freiwerden von Wasserstoff, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen verbrennen. Das Polen wird nur solange fortgesetzt, bis in der Schmelze noch ein Restsauerstoffgehalt von etwa 0,02 bis 0,04 % verbleibt, der ausreicht, dass den Gleichgewichtsbedingungen zufolge die Schmelze beim Gießen praktisch wasserstofffrei ist.

Das Bild veranschaulicht die Vorgänge bei der Feuerraffination am Beispiel einer verunreinigten Kupferschmelze durch Einblasen sauerstoffangereicherter Luft.

Die Beimengungselemente werden gemäß ihrer freien Oxidbildungsenthalpien (Bildungswärme) bevorzugt vor dem Kupfer oxidiert, und es entsteht dabei eine Rangordnung in der Reihenfolge der Raffinationsabläufe dieser Elemente. In dem Beispiel wird deutlich, dass zuerst das Aluminium (es hat die höchste Oxidbildungsenthalpie), danach folgen Silizium, Eisen, Zink, Zinn und zum Schluss das Blei oxidiert werden.