Ueber Nickel. Von Dr. P. Martell, Berlin. MARTELL, Ueber Nickel. Gehört Nickel auch nicht zu denjenigen Metallen, die wie Eisen und Kupfer das metallne Fundament der Technik bilden, so hat sich das Nickel doch eine Sonderstellung zu erringen gewußt, welche das Nickel in zahlreichen Fällen als nur schwer entbehrbar für die Technik erscheinen läßt. Bevor wir auf den mineralogischen und hüttentechnischen Charakter des Nickels eingehen, wollen wir einige geschichtliche Angaben vorausschicken. Nickel war im Sinne der mineralogischen Wissenschaft als ständiges Erz bis zu Anfang des 18. Jahrhunderts so gut wie unbekannt. Wohl war den Bergleuten des alten sächsischen Erzbergbaues Nickel nicht fremd, doch hielten sie den in Betracht kommenden Rotnickelkies für ein Kupfererz, dem sie hüttentechnisch hilflos gegenüberstanden. Da alle Versuche, aus diesem Erz Kupfer zu verhütten, fehlschlugen, belegten die sächsischen Bergleute damals das widerspenstige Erz mit dem Schimpfnamen Kupfernickel. Das Wort Nickel weist seiner Herkunft nach auf das niederdeutsche Wort nickker, d.h. Teufel, hin. Lange Zeit haben die Mineralogen die Auffassungen vertreten, daß es sich bei dem Mineral um ein Kupfererz handele, das in Verbindung mit Kobalt, Eisen oder Arsenik auftrete. Wohl der erste, der die mineralogische Selbstständigkeit des Nickelerzes erkannte, war der Schwede Cronstedt, der in einer im Jahre 1756 der Stockholmer Akademie eingereichten Abhandlung darauf aufmerksam machte, daß sich in den Kobaltgruben von Helsingland Erze vorfinden, deren weißes, hartes und sprödes Metall einen grünen Vitriol lieferte. Cronstedt machte die Beobachtung, daß das neue Metall kein Kupfer, wohl aber etwas Kobalt und Eisen enthielt; Cronstedt war es auch, der für das neue Metall den Namen Nickel einführte. Immerhin gewährte es noch geraume Zeit, bevor es gelang, Nickel in wirklich reinem Zustand zu gewinnen. Dies geschah erst im Jahre 1904 durch J. B. Richter. Es wäre ein Irrtum, annehmen zu wollen, daß Nickel erst etwa seit dem 18. Jahrhundert verwendet wurde. Tatsächlich ist Nickel schon im Altertum bekannt gewesen, denn ein Teil der Münzen des Königs Euthydemus von Baktrien (235 v. Chr.) zeigt einen Nickelgehalt, der annähernd dem der deutschen Reichsmünzen entspricht. Mitte des 18. Jahrhunderts wurden im thüringischen Suhl Kupfernickellegierungen zu Gewehrgarnituren verarbeitet, ohne daß man über den metallurgischen Charakter dieser Legierung eine richtige Kenntnis besaß. Bis Mitte des vorigen Jahrhunderts war Deutschland und Oesterreich der Hauptsitz der Nickelindustrie, gegenwärtig sind Kanada und Neukaledonien die Hauptfundstätten für Nickelerze. Was das Vorkommen der Nickelerze betrifft, so findet sich Nickel in der Natur nur in Verbindung mit anderen Mineralien. Die ältere hüttentechnische Nickelherstellung benutzte fast nur arsenhaltige Erze, wobei Kupfernickel, Rotnickelkies oder Nickelin die Hauptrolle spielte. Der Gehalt dieser Erze betrug durchschnittlich 43,5%, die Beimengen betrafen Kobalt, Arsen, Eisen oder Antimon. Vielfach trifft man auf diesen Lagerstätten auch Weißnickelkies an, der 38,2% Nickel und 71,8% Arsen enthält. In Deutschland findet sich Rotnickelkies in Olpe, Sangerhausen, Kamsdorf, Schneeberg, Annaberg, Wittichen und Riecheisdorf. Von geringerer Bedeutung ist das bei St. Andreasberg anzutreffende Antimonnickel, der bei Siegen zu findende Nickelantimonglanz und der bei Siegen, Harzgerode und Schladming anzutreffende Nickelarsenglanz. Für die eigentliche Nickel-Weltproduktion bleiben die hier gefundenen Nickelmengen jedoch ohne Einfluß; das Hauptmaterial für die Weltproduktion in Nickel bildet der Garnierit, ein wasserhaltiges Nickel-Magnesia-Silikat, das auf der Insel Neu-Kaledonien von Garnier entdeckt wurde. An Höchstgehalt zeigt der Garnierit 40% Nickel; der Durchschnitt beträgt jedoch nur 7 bis 8%. Die Nickelerze von Neukaledonien werden in großen Mengen in den Hüttenwerken Europas verarbeitet. Neben den kaledonsichen Nickelerzen haben die nickelhaltigen Magnetkiese Kanadas große Bedeutung, die zusammen die eigentliche Weltproduktion ausmachen. Bis zum Jahre 1891 hat Deutschland ungefähr die Hälfte der Weltproduktion geliefert. Reines Nickel besitzt eine silberweiße Farbe, ausgestattet mit einem starken Metallglanz. Das Gewicht des Reinnickels entspricht dem des Kupfers. Der Schmelzpunkt des Nickels beträgt 1470 Grad und liegt hiernach 300 Grad höher als der des Gußeisens. Von größerer Härte und Festigkeit als Eisen läßt sich Nickel infolge seiner Dehnbarkeit zu Draht und Blech aushämmern, doch ist in diesem Fall die Bearbeitung in kohlenfreiem Zustande notwendig. Wenig angenehm ist die Neigung des Nickels beim Schmelzprozeß leicht Sauerstoff aufzunehmen, wodurch die Verarbeitung sehr erschwert wird. Dieser Schwierigkeit kann man jedoch begegnen, wenn man einen Zusatz geringer Mengen Magnesium oder Mangan gibt, wodurch die Oxydation wieder beseitigt wird. Gegen Säuren zeigt Nickel einen größeren Widerstand als Eisen. Andererseits sind die Salze des Nickels giftig, so daß bei Nickelgeschirren immerhin eine gewisse Vorsicht geboten ist. Das Aufbewahren von Speisen in Nickelgeschirren für kürzere Zeit ist unbedenklich, nur für längere Zeit der Aufbewahrung ist Vorsicht am Platze. Das metallurgische Verhalten des Nickels hat große Aehnlichkeit mit dem des Eisens. Die Schmelzbarkeit des Nickels steigert sich mit der Zunahme des Kohlenstoffs, umgekehrt nimmt die Schmiedarbeit in gleichem Verhältnis ab. Gut zu bewerkstelligen ist die Zusammenschweißbarkeit von Nickel und Eisen in weißglühendem Zustand. Das gute Verhalten von Nickel zu Eisen ist auch daraus zu entnehmen, daß sich beim Auswalzen nickelplatierten Eisenbleches zur dünnsten Stärke beide Metalle nicht trennen. Die engen Beziehungen von Eisen und Nickel ergeben sich auch daraus, daß sie sich in physikalischer Hinsicht nahezu gleichen, demgemäß auch Nickel magnetisch gemacht werden kann. Kein Nickelerz ist frei von Eisen, umgekehrt enthalten alle Arsen- und schwefelhaltigen Eisenerze auch Nickel. Das hüttentechnische Verfahren der Nickelgewinnung ist nicht einheitlich, da es von der Art des Erzes abhängig bleibt. Die unmittelbare Verhüttung auf Metall ist nur bei oxydischen Erzen möglich. Arsen- oder schwefelhaltige Erze müssen erst in einem Sein oder einer Speise konzentriert werden. Die Nickelspeise wird dann auf trocknem Wege raffiniert. In der früheren Zeit hatte man die Nickelgewinnungsmethoden ganz dem Kupferhüttenprozeß angepaßt, doch waren diese Methoden zu unwirtschaftlich. Die Verhüttung eisenhaltiger Nickelerze hat sich technisch verhältnismäßig am wenigsten geändert. Etwa um die Mitte des vorigen Jahrhunderts wurden die arsenhaltigen Nickelerze in überwölbten Stadeln mit Flugstaubkammern geröstet und dann mit Schachtöfen mit Tiegelofenzustellung und einer Form mit Quarzzuschlag auf Rohspeise verschmolzen. Es erfolgte hiernach ein weiteres Rösten der Speise in mehreren Feuern, dem sich ein Verschmelzen im Schachtofen auf konzentrierte Speise anschloß. Den Abschluß bildete das Verblasen im Flammofen. Nach einem anderen Verfahren wieder wurde die Rohspeise mit Pottasche und Quarz in Graphittigeln eingeschmolzen. Zur Gewinnung des Rohnickels wurde dann das Totrösten unter Zusatz von Kohle oder Salpeter mit Soda durchgeführt, um eine Zersetzung der Arseniate zu erreichen. Ein anderes Verfahren erforderten die neukaledonischen Nickelerze. Garnier als Entdecker dieser Erze versuchte zunächst die Verhüttung nach den Grundsätzen der Eisengewinnung und benutzte hierbei einen zu Numea erbauten Halbhochofen von 8 m Höhe. Um eine Eisennickellegierung zu verschmelzen, wurde Flußspat, Kryolith, Koks und Kalk herangezogen. Das Verfahren versagte insofern, als es wohl gelang, guten Eisennickel zu erlangen, doch war es nicht möglich, durch Raffination ein brauchbares Reinnickel zu gewinnen. Versuche, die in dieser Richtung auf einem Siemens-Martinofen vorgenommen wurden, blieben ohne Erfolg. Es war nicht möglich, das Nickel von Eisen und Schwefel zu befreien. Man entschloß sich, das alte Verfahren wieder zur Anwendung zu bringen und nahm hiernach eine Verschmelzung des Erzes auf Stein unter Zusatz von Schwefel vor. In der Gegenwart wird das nach Europa verschiffte neukaledonische Erz in den Hütten von Iserlohn, Glasgow, Havre und Birmingham nach folgendem Verfahren verarbeitet. Die Verhüttung erfolgt in Wassermantelöfen mit Schwefelkalziumrückständen der Sodafabrikation mit einem Kohlenverbrauch von 30% auf Rohstein mit 50 bis 55% Nickel, 25 bis 30% Eisen und 16 bis 18% Schwefel. Der Rohstein wird in Flammöfen oder Konvertern raffiniert, sodaß sich hierauf ein Gehalt von 75% Nickel, 24% Schwefel und 0,5% Eisen ergibt. Durch Totrösten und und Reduktion wird nun unmittelbares Erz erzielt, da diese arsen- und kupferfrei sind. Der Gedanke, die Konzentration des Nickelrohsteines nicht in Flammöfen, sondern in Konvertern durchzuführen, wobei die günstigen Erfahrungen des Bessemerkonverters als Vorbild dienten, bricht sich mehr und mehr Bahn. Besonders in den Vereinigten Staaten und Frankreich hat die Bessemermethode Aufnahme gefunden. Im allgemeinen bedeutete die Einführung des Konverters in die Metallurgie des Nickels einen wichtigen Fortschritt. Während sich im Flammofen in 24 Stunden 2 Tonnen Nickelstein mit 2 Tonnen Kohle raffinieren lassen, wobei die Schlacken 2% Nickelgehalt aufweisen, entfernt der Konverter in 1⅓ Stunden aus einem Nickelstein mit 36% Eisen dieses bis auf 0,5%. Die Schlacke enthält 14 bis 15% Nickel. Leider ist es nicht möglich, die Charge im Konverter fertig zu blasen, da das Nickel zur Verschlackung neigt und das Bad erkaltet. Sollen nickelhaltige Kiese auf Stein verarbeitet werden, so werden die Nickelkiese zunächst in überwölbten Stadeln geröstet. Es tritt hierdurch eine Oxydation der Metalle ein, was praktisch bedeutet, daß das Schwefeleisen in Eisenoxyd und das Schwefelnickel in Nickeloxydul übergeführt wird. Nachdem man das Röstprodukt zerschlagen hat, wird dieser unter Zuschlägen von Kalk und Quarz in Schachtöfen niedergeschmolzen. Das Eisen geht hierbei in die Schlacke über, während sich Nickel und Kupfer im Rohstein ansammelt. Es ist jedoch notwendig, den Röstprozeß und das reduzierende Schmelzen mehrfach zu wiederholen, um möglichst viel Eisen in die Schlacke zu treiben. Um zuletzt eine vollständige Abscheidung des Eisens zu erzielen, wird der konzentrierte Stein entweder im Speiseofen oder Garherd Verblasen. Durch Bessemern läßt der 30prozentige Rohstein sich auf etwa 77% anrühren. Die Entleerung aus dem Ofen erfolgt in eisernen Formen, wo sich Stein und Schlacke nach dem spezifischen Gewicht von einander trennen. Von nicht geringer Bedeutung für die Nickelindustrie sind die Nickelerze in Kanada. Es handelt sich um nickelhaltige Magnetkiese mit Kupferkies, die in Haufen von 600 bis 3000 t geröstet werden. Man bringt hierbei den Schwefel auf 7% herunter. Für die Verschmelzung benutzt man Herreshof-Ofen, die einen ovalen Querschnitt mit Wassermantel und zehn Düsen besitzen. Die starke Kühlung verfolgt den Zweck, die Entstehung sogenannter Sauen zu verhindern. Auf den kanadischen Nickelhütten pflegt man in 24 Stunden 125 t Erz nur mit 15% zu verhütten, wobei sich 15 t Rohstein ergeben, die 18–23% Nickel und 20–35% Kupfer enthalten. Die Raffination des kanadischen Nickelrohsteines erfolgt in der Hauptsache in Nordamerika. Lediglich die allerdings sehr bedeutende Canadian-Copper-Company besitzt in Sudberg eine Raffinerie, wo der Nickelrohstein im Kupolöfen umgeschmolzen und dann im Konverter weiter verarbeitet wird. In 24stündiger Arbeitszeit werden hier 15 t Rohstein verhüttet; jedoch wird der Arbeitsprozeß in dem Augenblick unterbrochen, wo der Schwefelgehalt auf 5–15% heruntergegangen und der Nickel- und Kupfergehalt auf 40 und 45% gestiegen ist. Bei dieser Grenze beginnt Nickel stark zu verschlacken, sodaß die Unterbrechung des Arbeitsprozesses notwendig wird. Um Kupfernickellegierungen herzustellen, reduziert und röstet man den Bessemerstein tot. Für die Nickelgewinnung ist auch der sogenannte Oxford-Prozeß von Bedeutung. Es handelt sich hier um ein Schmelzverfahren, das die trockene Scheidung von Nickel und Kupfer bezweckt. Man nimmt eine Verschmelzung des Nickelrohsteins mit Natriumsulfat und Koks vor, sodaß sich Natriumfulfid bildet, was eine Trennung der flüssigen Masse in zwei Teile bewirkt. Der oben schwimmende Teil der Masse setzt sich aus hochkupfer- und eisenhaltigem Stein zusammen, während der Bodensatz aus hochnickelhaltigem Stein besteht. Der Schmelzprozeß wird wiederholt, sodaß es zur Entwicklung reinen Nickelsulfids kommt, das unter Zusatz von Salpeter auf Nickeloxyd verschmolzen wird. Soweit kupferhaltige Nickelerze in Frage kommen, muß zwecks Gewinnung von Reinnickel ein Scheidungsverfahren herangezogen werden. Zur Erreichung der Trennung können verschiedene Wege eingeschlagen werden; entweder greift man zum Schmelzprozeß oder zur Elektrolyse, auch ist das sogenannte Mondverfahren anwendbar. In Deutschland hat man vielfach die nasse Scheidung benutzt. Bei diesem Verfahren wird der Nickelstein in Salzsäure gelöst und die Trennung von Eisen, Kupfer, Kobalt und Nickel durch Ausfällung mit Kalk, Kreide und Chlorkalk durchgeführt. Der Mondprozeß in der Nickelgewinnung geht auf eine Erfindung von Mond und Langer aus dem Jahre 1899 zurück, die Nickeloxyd in das flüchtige Nickel-Kohlenoxyd verwandelten und dieses dann durch höhere Temperaturen in Nickel und Kohlenoxyd zersetzten. Bei diesem Verfahren wird der angereicherte Nickelstein totgeröstet und ein Teil des Kupfers nach B. Neumann mit verdünnter Schwefelsäure ausgelaugt. Hierauf wird der getrocknete Rückstand in einem Reduktionsturm mit Wassergas unter 300 Grad reduziert. In einem sogenannten Verflüchtiger wird über die reduzierte Masse unter 100 Grad darübergeleitet, worauf sich das Nickelkarbolyn verflüchtet. Letzteres wird in dem Zersetzer bei 180 Grad zerlegt, sodaß Nickel mit 99,4 bis 99,8% Reinheit auf Nickelgranalien abscheidet. Um alles Nickel in Karbonyl überzuführen, muß das Verfahren mehrfach wiederholt werden. Große Bedeutung hatte das Nickel bei der Herstellung von Stahlpanzern erlangt, vor dem Weltkriege wurde lange Jahre der größte Teil der Weltproduktion an Nickel lediglich für die Stahlpanzerherstellung gebraucht. Durch Zusatz von Nickel erhält der Stahl eine wesentlich größere Festigkeit. Als im Jahre 1890 zu Annapolis eine Beschießung von Nickelpanzerplatten vorgenommen wurde, zeigten die von Creuzot gelieferten das beste Ergebnis. Die amerikanische Regierung machte darauf Millionenankäufe von Nickelerzen für Marinezwecke. Dies hatte zur Folge, daß auf den Bethlehem-Stahlwerken bei Pittsburg eine großartige Nickelstahlpanzerplattenfabrikation zur Entwicklung kam. Bald darauf nahm Krupp diese Fabrikation in großem auf und stellten die im Jahre 1894/5 vorgenommenen Beschießungen von Nickelstahlpanzern alles bis dahin gewesene weit in Schatten. Nickel ist weiter ein grundlegender Bestandteil des sogenannten Neusilbers, das eine weiße Legierung aus Kupfer, Nickel und Zink ist. Diese wertvolle Legierung wurde im Jahre 1823 von E. A. Geitner in Schneeberg geschaffen. Zwei Jahre später wurde die wirtschaftlich wertvoll gewordene Neusilber-Fabrikation in Berlin begründet. Das Geitnersche Metall ist auch unter dem Namen Argentan bekannt. Uebrigens hatte die sächsische Regierung anfangs die Herstellung von Löffeln, Koch- und Speisegeschirr aus Neusilber verboten, doch entwickelte sich bald ein blühender Industriezweig auf der Grundlage des Neusilbers. Aufmerksam auf das Nickel wurde man eigentlich erst, als man seine gute Verwendbarkeit für Münzzwecke erkannte. Die Schweiz war der erste Staat, der im Jahre 1850 begann, Münzen aus einer Legierung von Kupfer, Zink und 10% Nickel mit etwas Silber in Kurs zu setzen. Diese schweizerischen Münzen bewährten sich jedoch nicht recht. Dennoch folgten diesem Beispiel einige Staaten und zwar 1857 Nordamerika, 1860 Belgien, 1872 Brasilien und 1873 Deutschland. Die von diesen Staaten benutzten Legierungen bestanden aus 25% Nickel und 75% Kupfer. Die Einführung der Nickelmünzen hatte eine große Nachfrage zur Folge, der nur dadurch entsprochen werden konnte, daß fast gleichzeitig die großen Nickelerzlagerstätten auf Neukaledonien entdeckt wurden. Nicht geringe Bedeutung besitzt das Nickel auch für die Vernickelung, in welchem Fall es gleichzeitig als Rostschutz dient.