Lehrmaterial: Aufbereitung der Erze
Vorbemerkung
Im vorbereitenden Unterricht zu einer beabsichtigten Exkursion zur Grube Bindweide haben die Schüler bereits weit reichende Grundkenntnisse zum heimischen Eisenerzbergbau erwerben können, über:
- die geologischen Voraussetzungen zur Bildung der Erzvorkommen,
- Methoden zum Aufsuchen der Erzgänge,
- bergbauliche Anlagen: Pingen, Stollen, Schächte, Sohlen,
- die Methoden des Erzabbaus,
- die technischen Einrichtungen der Förderung der Erze unter Tage und nach über Tage.
Als einen wichtigen weiteren Schritt auf dem Weg zur Eisen- und Stahlgewinnung aus den Erzen des Siegerländer und Wieder Bezirks sollten sie auch mit den Arbeitsgängen zur Aufbereitung der Erze vertraut gemacht werden. Dazu gibt es unterschiedliche Veranlassungen:
- Im modernen Eisenerzbergbau, in Ansätzen aber auch im Altbergbau, wurde die Aufbereitung der Erze bei den Gruben selbst vorgenommen, so auch bei der Grube Bindweide. Ohne die Aufbereitung an den Grubenstandorten wären enorm höhere Kosten für den Transport des gesamten Fördergutes (erzhaltiges und taubes Gestein, sowie anderer erzhaltiger Mineralien) zu den Hütten entstanden. Größere Transportkapazitäten wären erforderlich.
- Bei modernen Gruben selbst bestand reichlich Gelegenheit und auch die Notwendigkeit, das bei der Aufbereitung anfallende taube Nebengestein (= „Berge“) in „ausgeerzte“ Abbaue einzubringen, so dass es nicht zur Haldenbildung kommen musste.
- Die Arbeit der Erzaufbereitung beinhaltet den interessanten sozialen Aspekt, dass zu dieser teils schweren Arbeit auch weibliches Personal (im Sprachgebrauch der Bergleute: „Glanzdamen“, „Erzengel“) eingesetzt wurde; ebenso die noch sehr jungen Berglehrlinge nach ihrer Entlassung aus der Volksschule („Lesejungen“, früher „Haldenjungen“). Entsprechend den erst ab etwa 1850 geltenden Vorschriften zur Kinder- und Jugendarbeit durften diese erst ab dem Alter von 17 Jahren mit der schweren und gefährlichen Untertagearbeit beginnen.
- Die in den letzten Jahren des Siegerländer-Wieder Eisenerzbergbaus übliche hoch technisierte Erzaufbereitung kann für Schüler der Sek.-Stufe I zur Projektarbeit und durch Schüler der gymnasialen Oberstufe zum Thema von Facharbeiten gewählt werden.
Definition
Unter Aufbereitung der Eisenerze versteht man alle Arbeitsgänge, die dazu dienen, deren Fe-Gehalt anzureichern und nicht erwünschte andere Metallgehalte und Ballaststoffe zu entfernen. Dem Schmelzprozess im (Hoch-) Ofen sollte hoch angereichertes Fe-Erz mit möglichst wenig Ballaststoffen und Buntmetallerzen zugeführt werden, um reines Eisen und beste Stähle zu erzeugen.
Methodische Hinweise
- Bei der Grube Bindweide haben sich keine deutlich sichtbaren Relikte der modernen Erzaufbereitung nach der Stilllegung des Betriebes im Jahr 1930 erhalten. Die Röstöfen wurden abgerissen. Geeignetes Bildmaterial zum Vorgang der Erzaufbereitung muss daher im Unterricht die direkte Anschauung ersetzen.
- Den im Vorraum zum Tiefen Bindweider Stollen ausgelegten Schaustücken der Bindweider Mineralien ist „Rösterz“ beigefügt, worauf die Schüler bei Exkursionen hingewiesen werden sollten. Ebenfalls sind Eisen- und Stahlerzeugnisse zu sehen. Die Schüler sollen darauf hingewiesen werden, dass der Erzeugung dieser Produkte eine notwendige Aufbereitung der Erze vorauf ging.
- Die technische Entwicklung der Eisenerz-Aufbereitung stellt sich in ihrer Gesamtheit als äußerst komplex dar. Daraus folgt, dass die gesamte Thematik „Aufbereitung“ unmöglich in allen Klassenstufen und Schularten in gleicher Weise eingehend behandelt werden kann. Reduzierung in der Verwendung der Arbeitsmaterialien, Stoffreduzierung je nach Klassenstufe und vor allem der Verzicht auf die Thematisierung der beim Röstverfahren sich entwickelnden chemischen Vorgänge sind angebracht. Letzteres kann dem Chemieunterricht der gymnasialen Oberstufe (Leistungskurse, Facharbeiten) vorbehalten bleiben. (s. Arbeitsmaterialien)
- Für den Unterricht in der Grundschule und in den ersten Klassen der Sek.-Stufe I sollte es genügen, darauf hinzuweisen, dass Eisenerz mit einem möglichst hohen Fe-Gehalt besser zu Eisen und nachfolgend zu Stahl zu verhütten ist als abgebautes Eisenerz, das noch mit einem hohen Anteil von taubem oder mit anderem metallhaltigem Material behaftet ist. Das beigefügte Bildmaterial, aus dem die Verfahren zum Trennen der Materialien ersichtlich sind, sollte je nach Klassenstufe in Auswahl verwendet werden.
- Die im Röstofen sich entwickelnden mechanischen und chemischen Vorgänge sind selbst bei der Bereitstellung von Bildmaterial auch für Schüler höherer Klassen nicht unmittelbar erkennbar. Im Lehrervortrag sollte in jedem Fall jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Materialien Erz und taubes Gestein auf die Hitzeeinwirkung unterschiedlich reagieren und dadurch eine schon weitgehende mechanische Trennung erfolgt. Unverzichtbar im Unterricht höherer Klassen ist auch der Hinweis auf die durch die Erhitzung bewirkte elektromagnetische Reaktion des Eisenerzes, die im modernen Aufbereitungsverfahren den Einsatz von Magnetabscheidern ermöglichte.
- Zur Ergänzung der schülereigenen „Arbeitsmappe Bergbau“ eignet sich das gesamte zur Verfügung gestellte Bildmaterial. Eine Auswahl zu treffen, ist je nach Gewichtung des Themas angebracht.
- Wie viel Unterrichtszeit auf die Behandlung des Einzelthemas „Aufbereitung“ verwendet werden soll, beurteilt die Lehrperson je nach Gewichtung des Gesamtthemas „Eisenerzbergbau“.
Didaktische Hinweise
Zur Notwendigkeit der Erzaufbereitung:
Die Förderung der Gruben des Siegerländer-Wieder Spateisensteinbezirks enthielt teils sehr hoch angereichertes Eisenerz mit dem für die Region typischen Mangangehalt. Großer Wert wurde seitens der Hütten seit dem 19. Jhdt. auf den Mangangehalt gelegt, der eine Produktion von besonders hartem Stahl garantierte. (z. B. „Kruppstahl“). Neuere Verhüttungstechniken können auf Mangan als Stahlveredler verzichten.
Das Fördergut der Siegerländer-Wieder Gruben enthielt vor der Aufbereitung im Durchschnitt folgende Anteile:
- 38 % Fe
- 7 % Mn
- Der Rest verteilt sich mit wechselnden Anteilen auf taubes Nebengestein und anhaftende Buntmetallerze (Kupfer, Blei, Zinn, Antimon, Schwefel , (…)
Eisenglanz, zeitweise das Hauptfördergut der Grube Bindweide, war mit einem Anteil von
60 % Fe von Natur aus angereichert.
(Angaben nach: H. D. Gleichmann: Die Aufbereitung der Siegerländer Erze; Berlin 1955, S. 267)
Materialien
Die folgend aufgeführten Materialien können einzeln abgespeichert und im Unterricht verwendet werden. Alternativ kann die Gesamtmappe "Aufbereitung der Erze" im PDF Format heruntergeladen werden.
AM 6.1 Bergpolizeiliche Vorschrift
Die „Bergpolizeiliche Strafordnung für den Bezirk des Fürstlich Wiedischen Bergamts zu Neuwied“ aus dem Jahr 1837 setzt in Artikel 10 fest: „Wer die Erze in der Grube nicht gehörig aus- und reinhält, wird das Erstemal mit fünf Silbergroschen, das Zweitemal mit zehn Silbergroschen und das Drittemal mit Ablegung auf vier Wochen bestraft; im Wiederholungsfalle aber gänzlich abgelegt. Derjenige aber, welcher Erze absichtlich verunreinigt, verwirkt das Erstemal die Strafe von 15 Silbergroschen, im Falle der Wiederholung hingegen die der gänzlichen Ablegung.“
Quelle: Unterlagen der ehemaligen Wiedischen Grube Girmscheid (Gierend)
Anmerkung: Der Text verdeutlicht, welch hoher Wert auf eine von Hand vollzogene Trennung der Eisenerze (= Handscheidung) von taubem Material gelegt wurde. Selbst kleinste, bei der Handscheidung anfallende Erzstückchen wurden als „Scheidmehl“ sorgsam gesammelt und der Verhüttung zugeführt. Bergwerksbesitzer (-pächter) waren oft auch selbst Betreiber der Eisenhütten, so dass sie ein hohes Interesse an der Reinheit der Erze hatten.
Hilfen zur Textanalyse:
- aushalten, reinhalten = Trennen reinen Erzes von taubem Material
- Ablegung, ablegen = Entlassung, entlassen
- Silbergroschen: Ein Taler hatte 12 Silbergroschen, 1 Silbergroschen hatte 30 Pfennige.
- Zum Vergleich: Um 1840 kostete 1 Pfund Butter 5 Sgr. u. 1 Pfennig. (Angaben nach: Tr. Irle: Werteinheiten des Siegerlandes; Siegen 1970, S. 9).
AM 6.2 Klaubarbeit oder Handscheidung
Ein Gemälde aus dem „Schwazer Bergbuch“ (1554); Faksimile-Ausgabe des Bergbaumuseums Bochum, 2006) zeigt „Klauberpuebm“ an einer Scheidbank. Sie „verlesen“ das auf dem Tisch ausgebreitete Erz nach dessen Silbererzgehalt. Den nicht erzhaltigen Abraum beseitigt einer der Klauberjungen mit der Bergmannskratze.
Diese Darstellung der Erzaufbereitung eignet sich für alle Klassenstufen. Sie verdeutlicht die lange Tradition der „Handscheidung“, die noch bis zum Ende des Siegerländer-Wieder Eisenerzbergbaus aufrecht erhalten wurde.
AM 6.3 Spateisenstein des Siegerländer-Wieder Reviers
Die zur Projektion und zur Vervollständigung der Schülerarbeitsmappen „Bergbau“ gut geeigneten Fotos eignen sich bestens, die Notwendigkeit der Aufbereitung zu verdeutlichen. Die durch Oxydation im Laufe der Zeit dunkel gewordenen Anteile der Stücke bestehen aus dem in der Teufe der Gruben abgebauten, von Natur aus hellen Spateisenstein. Weiße Quarzadern durchziehen das Erz. Das Ziel der „Handscheidung“ war es, möglichst reine Massen an Spateisenstein mit dem „Scheidhammer“ heraus zu schlagen, - eine schwere Arbeit. Dies geschah oft unmittelbar vor dem Mundloch der Förderstollen oder in überdachten „Scheidkauen“ unweit der Stollen und Fördertürme. Berglehrlinge, invalide Bergleute, auch weibliche Arbeitskräfte wurden dazu eingesetzt.
Foto: Blick auf die Halde einer Grube im Wiedischen Bezirk
AM 6.4.1 In der Scheidstube
Ein Holzschnitt (Agricola: 12 Bücher vom Berg- und Hüttenwesen; 1554) zeigt die Erzaufbereitung in einer „Scheidstube“. Die erzhaltigen Stücke werden zerschlagen,
- um selbst die kleinste Erzteile heraus zu lesen.
- um die anschließende Röstung und das Herausschmelzen der Metalle zu erleichtern.
Anmerkung: Es wird Wert darauf gelegt, die Kinderarbeit bei der Erzaufbereitung darzustellen.
AM 6.4.2 In der Scheidstube 2
Eine Federzeichnung von Prof. Heuchler (1867) zeigt, wie ein mit der Mineralisation des Fördergutes vertrauter Bergmann einen Jungen in einer Scheidstube anlernt, erzhaltiges Gestein von taubem Material zu unterscheiden. Ein anderer Junge verrichtet schon selbständig die Scheidarbeit. Beide Darstellungen sind besonders für den Einsatz in Grundschulklassen geeignet.
AM 6.5.1 Erzengel an der Sortieranlage
Ein Peter Weller-Foto zeigt so genannte „Erzengel“ an der Erz-Sortieranlage einer Siegerländer Eisenerzgrube. Die Frauen und Mädchen sind für ihre Arbeit geschult. Taubes und meist kupferhaltiges Gestein wird ausgelesen, so dass Eisenerz der weiteren Aufbereitung zugeführt werden kann. Die mechanisch angetriebene Sortieranlage erhöht den Arbeitsdruck für die „Erzengel“.
Hinweise:
- Der Fülltrog, der bei der Förderung unter Tage schon ein wichtiges Hilfsmittel ist, kommt auch hier zum Einsatz.
- Die Frauen und Mädchen arbeiten mit bloßen Händen. Die wenigen noch lebenden „Erzengel“ (Stand: 2015) berichten, dass das Aussortieren der Erze mit „Fingerlingen“ oder Handschuhen nicht gut vonstatten ging.
- Eine spezielle Arbeitskleidung gab es nicht.
Amerkungen:
- Die ausgelesenen geringeren Mengen von Buntmetallerzen (Blei, Kupfer, Zink, Antimon) wurden anderen Hütten (z. B. Kupferhütten) zugeführt.
- Man unterschied zwischen „weißer“ und „schwarzer Aufbereitung“, je nachdem ob das Erz vor (= weiße) oder nach dem Rösten (schwarze Aufbereitung) weiter in seinem Fe-Anteil angereichert wurde.
AM 6.5.2 Erzengel an der Sortieranlage
Ein Peter Weller – Foto zeigt „Erzengel“ und wenige männliche „Röstarbeiter“ bei der weiteren Erzaufbereitung an Röstöfen. Bei etwa 800 Grad C. ist das Erz „geröstet“ worden. Vor dem Rösten wurde das Erz in Brechern auf eine geringe Korngröße zerkleinert, damit das Feuer im Röstofen alle Teile erreicht. Mit dem Rösten des Eisenerzes beginnt die so genannte „schwarze Aufbereitung“. Das Erz wurde durch die Hitzeeinwirkung geschwärzt. Das Röstgut wird aus den Öfen nach unten „abgezogen“ und auf dem Boden ausgebreitet. Die eingesetzten Arbeiter/innen unterscheiden durch die unterschiedlichen Farben des Röstgutes hoch angereichertes Eisenerz und weniger reine Stücke von anderen Erzarten und taubem Material. Entsprechend wird sortiert. Bei genauer Aufbereitung wurde nach Spateisenstein 1. und 2. Sorte unterschieden, in gleicher Weise bei Brauneisenstein. Die verarbeitenden Hütten zahlten je nach Reinheit des aufbereiteten Erzes. Kupferhaltige Stücke behielten bei der Röstung ihren goldfarbenen Glanz, so dass sie leicht aussortiert werden konnten.
Hinweise:
- Die „Erzengel“ tragen schon eine spezielle Arbeitskleidung (Arbeitskittel, Kopfschutz).
- Arbeitshandschuhe gibt es nicht.
- Fülltrog, Schaufel, Schubkarre und Scheidhammer sind die Hilfsmittel zur Scheidarbeit.
AM 6.6 Erzengel am Röstofen
Bei etwa 800 Grad C. ist das Erz “geröstet” worden. Vor den Rösten wurde es in Brechern auf geringere Korngröße zerkleinert, damit das Feuer im Röstofen alle Teile erreicht.
Mit dem Rösten des Eisenerzes beginnt die so genannte “schwarze Aufbereitung”. Das Erz wurde durch die Hitzeeinwirkung geschwärzt. Das Röstgut wird aus dem Ofen nach unten abgezogen und auf dem Boden ausgebreitet. Die Arbeiterinnen und Arbeiter unterscheiden durch die unterschiedlichen Farben des Röstgutes hoch angereichertes Eisenerz und weniger reine Stücke von anderen Erzarten und taubem Material. Bei genauer Aufbereitung wurde nach Spateisenstein 1. und 2. Sorte unterschieden, in gleicher Weise bei Brauneisenstein. Die verarbeitenden Hütten zahlten je nach Reinheit des aufbereiteten Erzes.
Kupferhaltige Stücke behielten bei der Röstung ihren goldfarbenen Glanz, so dass sie leicht aussortiert werden konnten.
AM 6.7 Röstmaterial
Zur Unterscheidung zeigt das Foto hellen „Rohspateisenstein“ und „gerösteten Spateisenstein“. (Foto: A. Schäfer)
AM 6.8 Röstofenanlage Bindweide
Das Foto zeigt die Röstofenanlage der Grube Bindweide. Sie bestand aus insgesamt 24 Einheiten; ein Hinweis auf die zu manchen Zeiten hohe Erzförderung der Grube. Die Öfen wurden von oben mit Erz und Koks „beschickt“.
AM 6.9 Aufbereitungsanlage der Nachkriegszeit
Das Foto zeigt die modernste Aufbereitungsanlage der „Siegerländer Erzbergbau AG“ auf Grube Georg (Willroth); erbaut 1953/54.
Arbeitsvorgänge:
- Der Förderkorb hat das Erz aus Schacht II (rechts im Bild) bis zur „Hängebank“ des Förderturms hoch gebracht.
- Unter der Hängebank befindet sich die „weiße Aufbereitung“, in der das Fördergut in den einzelnen Etagen gebrochen wird.
- Danach erfolgt immer noch die alt hergebrachte Handscheidung, das sogenannte Klauberverfahren. ( klauben= mit der Hand aufnehmen und sortieren)
- Die Röstöfen ( in der Mitte des Bildes) werden von oben mit dem gebrochenen Material zusammen mit Koks und anderen Zuschlägen (Kalk) beschickt. Hier beginnt die „schwarze Aufbereitung“.
- Nach dem „Abziehen“ des Röstgutes aus dem Ofen erfolgt das Weiterfördern (mit Schrägaufzug) in das Gebäude der „schwarzen Aufbereitung“ (links in der Mitte ).
- Mit Elektromagneten wird das Eisenerz von taubem Material geschieden.
AM 6.10 Röstung
AM 10 a
Die bei der Röstung ablaufenden chemischen Veränderungen, nicht nur bei Eisenerzen, sondern auch bei den üblicherweise anhaftenden anderen Erzen und Mineralien, zeigen die nachfolgend wiedergegebenen chemischen Formeln. Es entstehen Metalloxyde, während Kohlendioxyd entweicht.
Quelle: Gleichmann, H.: Die Aufbereitung der Siegerländer Erze; 1936.
Methodischer Hinweis: Der Einsatz dieses Arbeitsmaterials ist nur für höhere Gymnasialklassen zu empfehlen (Leistungskurse Chemie u. dgl.).
AM 10 b
H. D. Gleichmann hält in einer Tabelle fest, welche Leistungen bei der Aufbereitung der Erze des Siegerländer und Wieder Bezirks erreicht wurden. (Stand: 1953, zum Zeitpunkt der Gründung der „Siegerländer Erzbergbau AG“)
Methodischer Hinweis: Der Einsatz dieses Arbeitsmaterials ist auch nur für höhere Gymnasialklassen zu empfehlen.