Das Einmaleins des Lötens: die erste Kupferverhüttung

Leute,

Löten ist ein uraltes Verfahren. Schätzungen zufolge soll das Löten bereits im Jahr 4000 vor Christus entdeckt worden sein. Zwischen der Erfindung des Lötens und Julius Caesar  (100 - 44 v. Chr.) ist also viel mehr Zeit verstrichen, als von Caesar bis zu uns heute. Bevor wir näher auf das Löten eingehen, lassen Sie uns das frühe Kupferverhütten erläutern, da Kupfer normalerweise das Material ist, an das gelötet wird.

Mein Kollege von der Cornell University, Steve Sass, hat das Buch Materials: The Substance of Civilization geschrieben, auf das ich meinen gleichnamigen Kurs gestützt habe. In diesen Buch hebt Sass hervor, dass die Bedeutung des Brennens von Ton gar nicht genug betont werden kann, da die Menschheit damit zum ersten Mal die Beschaffenheit eines Werkstoffs verändert hat. Beim Brennen von Ton entsteht Keramik, ein wesentlich härteres Material als getrockneter Ton. Handwerkern gelang dieses Kunststück erstmals von ca. 26.000 Jahren in der heutigen Tschechischen Republik.

Wenngleich ich Sass zustimme, könnte man auch einwenden, dass der Beginn der modernen Technologie auf die erste Verhüttung von Kupfer zurückgeht. Das Brennen von Ton ist zu einfach, um weiterführende Versuche anzuregen, die für ein technologisches Wachstum erforderlich sind. Die Verhüttung von Kupfer, das erste Metall, das aus Erz gewonnen wurde, ist dagegen recht komplex und führte daher zu weiteren Versuchen, aus denen Eisen und Stahl entstanden. Die fortgesetzte Arbeit mit Metallen brachte schließlich das wissenschaftliche Verfahren und damit alle bisherigen Durchbrüche hervor.

Denken Sie nur an das Novum der ersten Kupferverhüttung. Um Kupfer zu verhütten, mussten unsere Vorfahren Kupfererz, Malachit zu einem Pulver vermahlen (siehe Abb. 1), es mit Kohlenstoff mischen und dann auf eine Temperatur über 1085 ºC (1985 ºF) erhitzen. Im Temperaturbereich von 100 ºC - 1700 ºC können Sie übrigens die Temperatur in Fahrenheit schätzen, indem Sie die Temperatur in Celsius mit 2 multiplizieren. Die Abweichung beträgt nur 10 %.

Abbildung 1. Malachit (Kupfererz) ist recht ansprechend. Wahrscheinlich hat sein Aussehen die Neugier unserer Vorfahren als Kandidat für die Verhüttung geweckt. Copyright 2018, Ronald C. Lasky, Indium Corporation

Nach dem Grillen reinige ich den Rost, indem ich das Gas voll aufdrehe, um das Fett wegzubrennen. Das Thermometer am Grill zeigt dann normalerweise eine Temperatur von 315 ºC an. Der Grill strahlt so viel Hitze aus, dass es unangenehm ist, sich ihm zu nähern und das Gas abzustellen. 315 ºC zu spüren hat mich natürlich zu der Überlegung gebracht, dass eine Temperatur von 1085 ºC mit einem Holz- oder Holzkohlefeuer nur sehr schwer zu erreichen ist.

Deshalb heuerte ich einige Studenten an, Kupfer wie oben beschrieben zu verhütten. Sie kauften unzählige Säcke Holzkohle, benutzten einen Laubbläser für die Luftzufuhr und arbeiteten zwei Stunden an zwei Versuchen, die jedoch beide fehlschlugen. Im darauffolgenden Jahr bauten einige Studenten einen Turm mit Luftöffnungen. Unten gaben sie Holzkohle hinein und oben Kupfererz und Kohlenstoff in einem Tiegel. Der Turm ähnelte einem römischen Schmelzofen für Eisen laut der Abbildung 2. Sie hatten Erfolg und erhielten ein Stück Kupfer von der Größe eines Centstücks.

Abbildung 2. Ein römischer Schmelzofen. Dr. Rons Studenten bauten einen ähnlichen Turm aus Schlackensteinen.

Diese beiden Versuche beweisen, wie bemerkenswert unsere fernen Vorfahren waren. Wie haben sie das geschafft? Es gab sicherlich viele Fehlschläge. Wie blieben sie standhaft? Eins ist sicher, sie starteten den Trend der Entdeckungen ca. 5000 vor Christus, der uns zum heutigen Stand der Technik gebracht hat. Wir haben ihnen viel zu verdanken.

Danke,

Dr. Ron