der eiserne Hut

Bastian Asmus


Der eiserne Hut ist ein Begriff aus dem Bergbau, bzw. der Lagerstättenkunde. Er bezeichnet den oberen Teil eines an die Erdoberfläche austretenden Sulphiderzkörpers. Er entsteht im Zuge der sekundären Sulphidanreicherung durch Oberflächenwasser das am Sulphiderzkörper herunter sickert. Durch das sehr schwach saure versickernde Wasser werden viele Erzminerale oxidiert und gehen in Lösung:

    \[ H_2 O + CO_2 & \pfeil H_2 CO_3 \]

Der eiserne Hut.

Schematische Darstellung eines sulphidischen Erzgangs. Zu sehen sind die Oxidationszone, bestehend aus eisernem Hut, Laugungszone und den oxidierten Erzen, sowie die Reduktionszone mit Anreicherungs- oder Zementationszone und der Bereich der Primärmineralisation. Erheblich modifiziert nach Evans (1992) und Ottaway (1994).

Die entstandenen Lösungen können weitere Minerale auflösen (Evans 1992, 277ff). In Sulphidlagerstätten entstehen beispielsweise aus Pyrit (FeS2) Schwefelsäure und Limonit (Fe(OH)3). Limonit ist in Wasser unlöslich und verbleibt in den oberen oxidierten Zonen des Erzkörpers. Da mit der Bildung von Limonit eine Volumenvergrößerung einhergeht, bildet sich der eiserne Hut aus. Der eiserne Hut wird und wurde von Prospektoren leicht erkannt und zeigte diesen das Vorhandensein eines Erzkörpers an.

    \begin{align*} 4\pyrite + 15 O_2  + 14 H_2O & \pfeil 4 Fe(OH)_3 + 8 H_2SO_4 \\ 4\chalcop + 17\ox + 10 H_2O & \pfeil 4Fe(OH)_3 + 4 H_2SO_4 + 4 CuSO_4 \end{align*}

In der darunter liegenden Laugungszone werden weitere Erzminerale gelöst, der Erzkörper wird „ausgelaugt“ und die Metallionen werden weiter nach unten transportiert, wo sie zum Teil als Oxide wieder abgeschieden werden. Eine Zone mit oxidierten Erzen bleibt zurück. Dabei kann das karbonathaltige, oxidierende Wasser Karbonate wie Malachit oder Azurit (Menschel & Usdowski 1975) bilden, z.B:

    \begin{align*} 2 CuSO_4  + 2 Na_2CO_3  & \pfeil Cu_2(CO_3)(OH)_2 + 2 Na_2SO_4 + CO_2\\ 2 Cu_3(CO_3)_2(OH)_2 + H_2O & \pfeil 3 Cu_2(CO_3)(OH)_2 + CO_2 \end{align*}

malachite

Malachit in traubenförmiger Masse. Schmucksteinqualität.

Stalactitic malachite in botryoidal mass

Stalaktitischer Malachite in traubenförmiger Masse.

malachite

Traubenförmiger faseriger Malachit aus  Cornwall.

 

 

 

 

 

 

 

Gediegen Kupfer

Ein selten großer gediegener Kupferdendrit.

Die Kupferionen des gelösten Kupfersulphats CuSO4 reagieren mit Karbonaten die im leicht kohlensäurehaltigen Wasser ebenfalls gelöst sind. Malachit  Cu2(CO3)(OH)2 oder Azurit Cu3(CO3)2(OH)2 werden dabei ausgefällt. Azurit reagiert bei Kontakt mit Wasser ebenfalls zu Malachit.  Aber auch andere Erze wir Cuprit, Chrysokoll oder sogar gediegen Kupfer können in dieser Zone auftreten.

Der größere teil der gelösten Metallfracht wird jedoch unterhalb des Grundwasserspiegels, in der reduzierenden Zementatioszone  wieder ausgefällt. Auf diese Weise können in der Zementationszone Erze angereichert werden und kann den z.T nicht unerheblichen Metallgehalt der ursprünglichen Mineralisation, dem sog. Protore, weit übertreffen. Einige Reaktionen sind:

    \begin{align*} PbS + CuSO_4 & \pfeil CuS + PbSO_4\\ 5\pyrite + 14 \anglesite + 12 H_2O &  \pfeil 7  \chalcocite + 5 FeSO_4 + 12H_2SO_4 \\ \chalcop + CuSO_4 &  \pfeil 2 CuS + FeSO_4 \end{align*}

 

Frühe archäologische Nachweise für Malachit und Kupferverwendung

Die Oxidationszone eines Erzgangs ist auch für die Entwicklung der Metallurgie von entscheidender Bedeutung, denn dort findet man gediegen Kupfer, oxidische Erze wie den Malchit nebeneinander vor. Spätestens 9.500 Jahre vor unserer Zeitrechnung können wir den Gebrauch, und somit das gezielte Aufsuchen von Kupfererzgängen nachweisen. In Hallan Çemi und Çayönü Tepesi in Anatolien können wir die ersten Malachitbruchstücke in einem Siedlungskontext nachweisen. In Çayönü Tepesi ein paar hundert Jahre später um 8200 v.u.Z. auch die ersten aus Malachit und Kupfer hergestellten Gegenstände, zumeist Perlen (Yalçin 2000). Hierbei handelte es sich um gediegen Kupfer aus der Oxidationszone eines Erzgangs, das durch Hämmern umgeformt wurde.

Siedlungen mit früher Metallverarbeitung in Anatolien. Alle Fundplätze sind älter als 5000 Jahre vor unserer Zeitrechnung. Daten übernommen aus Yalçin 2000.

Siedlungen mit früher Metallverarbeitung in Anatolien. Alle Fundplätze sind älter als 5000 Jahre vor unserer Zeitrechnung. Daten übernommen aus Yalçin (2000).

Literatur

Evans, A.M., 1992. Erzlagerstättenkunde. Übers. von Udo Neumann und Gerburg Larsen. Enke, Stuttgart.
Ottaway, B.S., 1994. Prähistorische Archäometallurgie. Verlag Marie L. Leidorf, Espelkamp.
Menschel,G. und Usdowski, E. 1975. Experimentelle Untersuchungen über die Stabilität von Cu-Karbonat zur Klärung der Genese von Azurit im Cornberger Sandstein. Contributions to Mineralogy and Petrology 49, 141–147.
Yalçin, Ü., 2000. Anfänge der Metallverwendung in Anatolien, in: Anatolian Metal, Veröffentlichungen aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum. Bochum.

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