Zementation

Der Begriff „Zementation“ findet in unterschiedlichen Bereichen mit jeweils unterschiedlicher Bedeutung Anwendung. Im Bereich der Metallurgie, in der Geologie und in der geologischen Bohrtechnik.

Zementationsprozesse in der Metallurgie

Zementations-Prozesse werden im Bereich der Metallurgie zu unterschiedlichen Zwecken verwendet: einerseits, um die Oberfläche von Metallen zu verändern, indem Fremdmetalle eingebracht werden, andererseits auch für die Abscheidung von Metallen aus einer Lösung (auf elektrochemischen Weg). Mit speziellen Verfahren im Bereich der Zementation lassen sich auch die Kohlenstoffgehalte von Metallen reduzieren.

Zementationsvorgänge bei Kupfer

So kann man beispielsweise durch das Einlegen von Eisen in eine Kupfersulfat-Lösung („Zementwasser“ oder bei natürlichem Vorkommen auch „Grubenwasser“ genannt), elementares Kupfer sehr einfach zum Ausfallen bringen.

Durch Erhitzen von kupferhaltigen Erzen oder Abfällen entstehen danach Kupfer-II-Verbindungen, die man als Ausgangsmaterialien zunächst in Schwefelsäure auslaugen kann. Dadurch entsteht eine Kufpersulfatlösung. Durch neuerliches Versetzen mit Eisen kann auch hier das elementare Kupfer wiederum ausgefällt werden.

Bei der Oberflächenbehandlung kann man Kupfer mit ZInk behandeln, wodurch das bekannte „Knittergold“ (die goldglänzende Kupferoberfläche) entsteht. Beim Einsatz von Zementierpulver lassen sich dagegen gezielt Fremdmetalle in eine Metalloberfläche einbringen, indem Pulver und Werkstück einfach erhitzt werden.

Früher wurden Zementationsverfahren auch angewendet, um Kupfer in Messing zu verwandeln (Absorption von Zinkgas, Galmeiverfahren).

Zementationsvorgänge bei Stahl

Im Bereich der Stahlerzeugung kann man den Kohlenstoffgehalt entweder erhöhen (früher sehr gebräuchliche „Aufkohlung“ zu sogenanntem Zementstahl, wird heute nicht mehr verwendet) oder erniedrigen (sogenanntes Adoucieren), um die Stahleigenschaften gezielt zu beeinflussen.

Zementationsvorgänge bei Gold und Nickel

Bei Gold lässt sich ein vorhandener Silbergehalt ebenfalls durch einen sogenannten Zementations-Prozess verringern: das Gold wird in möglichst feiner Form (Körnchen oder Dünnstbleche) zusammen mit Eisensulfat, Kochsalz und Ziegelmehl erhitzt. Dadurch verwandelt sich ein großer Teil des enthaltenen Silbers in Silbernitrat, dass vom Ziegelmehl in der Mischung vollständig aufgesogen wird.

Durch Zementation lässt sich in einem mit Kohle ausgefüttertem Tiegel auch Nickeloxid zu Nickel reduzieren. Auch dieser Vorgang wird Zementation genannt.

Zementation in der Geologie

In der Geologie kommt einerseits ein Zementationsverfahren im Bereich der Bohrtechnik als Abdichtung zwischen Rohraußenwand und Bohrlochwand als technisches Verfahren zum Einsatz, andererseits kommt es auch bei der Gesteinsbildung (Diagenese) von Sedimentiten (Sedimentgesteinen) zum Auftreten eines Prozesses, der „Zementation“ genannt wird.

Die abgelagerten Sedimente liegen dabei zunächst als sogenanntes Lockersediment vor. Über wässrige Lösungen (das sogenannte „Porenwasser“) werden Minerale in die Zwischenräume zwischen den Sedimenten geführt, die dort ausgefällt werden und die sogenannten „Zemente“ bilden. Diese Zemente verkitten die einzelnen Elemente des Lockersediments. Wirkt auf diese verkittete Masse dann von außen Druck ein, entsteht aus ihr in längeren Zeiträumen nach und nach Gestein.

Fazit

Zementation ist einerseits ein bewusster und künstlicher Prozess oder chemischer Vorgang, um Metalle zu gewinnen, ihre Oberfläche oder ihre Zusammensetzung zu verändern. In der Natur kommt es bei der Bildung von Sedimentgesteinen zu einem natürlichen Zementations-Prozess, der für die Verfestigung von lockeren Sedimenten zu festem Gestein sorgt.

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