reduzieren
Englisch: reduce
Metall aus Erz durch Entfernung nichtmetallischer Bestandteile in einem Schmelzofen erzeugen.
Reduktion: Erz bis zum reinen Metall verarbeiten
In der Metallurgie bedeutet Reduktion, Sauerstoff oder andere nichtmetallische Elemente aus dem Erz zu entfernen und das Metall selbst zurückzulassen. Das ist die Kernaufgabe des Hüttenwerks: Das Erz kommt als chemische Verbindung an (normalerweise als Oxid, Sulfid oder Karbonat), und die Reduktion zerlegt diese Verbindung, damit das Metall gesammelt werden kann. Ohne Reduktion hast du Gestein; mit ihr hast du Metall.
Das häufigste Reduktionsmittel ist Kohlenmonoxid, das durch Verbrennung von Koks in einem Hochofen oder ähnlichem Gefäß entsteht. Wenn heißes CO-Gas durch das Erzbett strömt, reagiert es mit Sauerstoffatomen im Mineral und bildet CO2, wodurch das Metall freigesetzt wird. Eisenoxid wird zu Eisen; Kupferoxid wird zu Kupfer. Andere Reduktionsmittel sind Wasserstoff (in einigen modernen Verfahren), Aluminium (in thermitischen Reaktionen) und Kohlenstoff selbst, je nach Erz und dem zu gewinnenden Metall.
Temperatur und Atmosphäre sind entscheidend
Reduktion ist kein sanfter Prozess. Eisen wird typischerweise bei Temperaturen über 1200 Grad Celsius reduziert. Der Ofen muss eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten, also eine sauerstoffarme Umgebung; wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird sich das Metall wieder oxidieren, anstatt rein zu bleiben. Deshalb ist die Kontrolle des Gasflusses, des Koks-Verhältnisses und der Temperatur im Ofen entscheidend für die Ausbeute. Schlechte Reduktion hinterlässt Metall in der Schlacke oder erzeugt unreines Metall, das später aufbereitet werden muss.
Der Begriff stammt vom lateinischen reducere, was zurückführen oder wiederherstellen bedeutet. Historisch dachten Chemiker bei Reduktion daran, das Metall in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuführen. Das Wort blieb hängen, obwohl die moderne Chemie Reduktion weiter gefasst als Elektronengewinn definiert. Auf dem Hüttenboden zählt immer noch die alte Bedeutung: du reduzierst Erz zu Metall.
Reduktion unterscheidet sich von Raffination. Reduktion extrahiert das Metall aus seiner Erzverbindung; Raffination entfernt Verunreinigungen aus dem Metall selbst. Ein Hochofen reduziert Eisenerz, um Roheisen zu erzeugen, das dann in einem Konverter oder Ofen zu Stahl raffiniert wird. Viele Nichteisenmetalle erfordern ebenfalls einen Raffinationsschritt nach der Reduktion, um kommerzielle Reinheit zu erreichen.