1. Aluminium vom Rohstoff zum Rein-Stoff
Aluminium:
•chemisches Element
•Ordnungszahl 13
•Aggregatzustand: fest
•Schmelz/Siedepunkt: 660°/2467°
•dritthäufigstes Element und häufigstes Metall in Erdkruste 7.57 Gewichts-%
Eigenschaften Al:
•Metall
•Dichte: 2,70 g/cm³
•So gut wie kein elementares Vorkommen in der Erdhülle (sehr reaktionsfreudig/tritt nur in
chemisch gebundenem Zustand auf)
•Sehr korrosionsbeständig (reagiert mit Luft – bildet oxidschicht)
•Reines Alupulver reagiert mit Luft selbstentzuendlich
•Aluoxid mit kristallinen Einlagerungen neben Diamanten das härteste Material
Geschichte:
•A.S. Marggraf entdeckte 1754 die Alaunerde (Aluoxid) (dt. Chemiker)
•Namensgebung: 1808 durch Sir Humphry Davy (englischer Chemiker)
•1. reines Al: Friedrich Wöhler 1827 (dt. Chemiker) mit Hilfe des Wöhler-Prozesses
(Reduktionsmethode) Reduktion = chem. Reaktionsart, bei der Elektronen auf ein Atom o. Molekül
übertragen werden. AlCl3 + 3K ~> Al + 3KAlCl4
•Damaliger Alu-Preis > Gold
•Henri Etienne Sainte-Claire Deville: verfeinerte Wöhlerprozess 46 und publizierte dies 1859 in
einem Buch, wodurch Alu-Preis in darauffolgenden 10 Jahren um 90% fiel
2. •Charles Martin Hall und Paul Héroult: Entwickelten 1886 unabhängig voneinander das jetzt nach
ihnen benannte Elektrolyseverfahren den „Hall-Héroult-Prozess“ welcher noch Heute zur
Herstellung von Aluminium verwendet wird.
•Carl Josef Bayer: Entwickelte 1889 das Bayer-Verfahren, welches ebenso noch Heute Anwendung
in der Herstellung von Aluminium findet
Ausgangsstoff Bauxit
•Aluminium-Erz
•Besteht vorwiegend aus den Al-Mineralen Gibbsit, Böhmit, Diaspor – ferner Eisenoxiden wie
Hämit, Goethit dem Tonmineral Kaolinit und geringen Anteilen des Titanoxids Anatas
•Namensgebung: Fundort Les Baux-de-Provence (Südfrankreich)
•Entdecker: Pierre Berhier (franz. Geologe und Mineraloge)
•Förderung und Reserven: ges. gefördert Welt : im Jahr 2007 = 190 Millionen t | Reserven Welt : 25
Milliarden t – wird überwiegend im Tagebau gefördert
•Bedeutendsten Förderländer: Australien, China, Brasilien, Guinea, Jamaika und Indien
•Verarbeitung: Aus 95% des abgebauten Bauxits wird Alu produziert
Bayer-Verfahren
•Wird dazu verwendet um Bauxit in Reinbauxit (reines wasserfreies Aluminiumhydroxid) zu
überführen
1.Bauxit wird gebrochen und gemahlen
2.Bauxit wird in Druckbehältern bei 150-200°C und 7 bar in Natronlauge erhitzt (Aluhydroxide
lösen sich)
3.Trennung des Bauxits von enthaltenen Eisenoxiden Hämatit und Böhmit (unlösliche Eisenoxide
(Rotschlamm)) durch filtrieren
4.Abkühlen: aus verdünnter Aluminatlauge wird reines Aluminiumhydroxid ausgefällt
5.Filtrat wird mit Natronlauge verdünnt, auf 78°C abgesenkt u. Druck normalisiert
6.Durch Impfen (Einbringen eines Kristallkeims eines gleichen oder chemisch nahe verwandten
Stoffs in eine unterkühlte Schmelze oder übersättigte Lösung, um deren Auskristallisieren zu
beschleunigen. ) mit festem Aluhydroxid als Kristallisationskeims fällt dann das Aluhydroxid aus
3. 7.Entstandenes festes Aluhydroxid wird in Drehöfen bei 1200-1300°C gebrannt wobei Aluoxid
entsteht
8.Formel: 2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O
Nach dieser Vorbearbeitung des Bauxit folgt die eigentliche Schmelzflusselektrolyse,
die auch Hall - Heroult - Verfahren genannt wird.
Hall-Hérout-Prozess
•Wird dazu verwendet um aus Reinbauxit (Tonerde/Aluoxid) metallisches Aluminium zu gewinnen
1.Vermischung von Aluoxid (Schmelztemp 2045°) und Kryolith (Mineral) um Schmelztemp. zu
senken
2.Entstandenes Gemisch besteht zu 80-90% aus Kryolith und besitzt nun eine Schmelztemperatur
von ca. 950°C (Verringerung der erforderlichen Arbeitstemperatur wodurch Schmelzelektrolyse
überhaupt erst möglich wird
3.Reduktion erfolgt in Schmelzelektrolyse – Elektrolysezelle besteht aus Stahlwanne die mit
Kohlenstoffmaterial (Graphit / Anthrazit) ausgekleidet ist (enthält flüssigen Elektrolyt (Kryolith mit
Überschuss an Aluminiumflourid) in diesen tauchen von oben die Anoden (aus Petrolkoks
gebrannte Graphit-Blöcke) ein die an +pol einer Spannungsquelle angeschlossen sind.
Kathodenwanne ist mit -pol verbunden mit Spannung von 4-5 V und I bis zu 330.000 A wird
Aluoxid zerlegt
4.+geladene Aluionen ~> -pol nehmen Elektronen auf und werden zu Aluatomen reduziert |
-geladene Sauerstoffionen ~> +pol geben Elektronen ab und werden zu Sauerstoffmolekülen
5.Sauerstoffmoleküle reagieren mit Kohlenstoff der Graphit-Blöcke zu Kohlenmonoxid und
Kohlendioxid die als Gase entweichen
6.Entstehendes flüssiges Alu hat eine größere Dichte als das geschmolzene Alu-Kryolith-Gemisch
und sammelt sich daher auf dem Boden der Wanne
7.Reinalu wird mit Saugrohr abgezogen
8.Formel: Kathode: 4Al3+ + 12 e- ~> 4 Al | Anode: 3 C + 602- ~> CO2 + 12 e-
Zusammenfassung der Verarbeitung: Bauxitabbau > Tonerdegewinnung
(Bayer-Prozess)>Reinbauxit >
Schmelzfluss-Elektrolyse
(Aluminiumhütte – Hall-Hérout-Prozess)>
Giesserei
Werkstoff Aluminium
4. Meist hergestellte Metall neben Eisen
Geringes Gewicht: Übertragung von Hochspannungen (700.000 V)
Verkehr: Leichtbau von Autoteilen (Zylinderköpfe, Karosserie, Felgen etc.)
Bauwesen: Fenster, Türen, Griffe, Fassadenverkleidungen
Verpackung:Alufolie
Haushalt/Freizeit:Fahrräder, Campingausrüstung, Töpfe etc.
Elektrotechnik:Gehäuse
Umweltbelastung bei der Gewinnung von Aluminium
•Landschaftsschäden bei Bauxitgewinnung
•Bei Elektrolyse wird Fluor und Fluorwasserstoff frei welche Tiere und Pflanzen in der Umgebung
von Alufabriken schädigen
•Atmosphärische Spurengase wie CO und CO2 werden freigesetzt
•Alu-Ionen im Boden haben toxische Wirkung auf Mikroorganismen
Wiederverwertung/Recycling
•„Graue Energie“ : Sekundäraluminium aus Primär benötigt 88-95% weniger Energie
•Aluschrott > gepresst > bei 1000° geschmolzen > danach je nach Verschmutzungsgrad gereinigt >
neu gegossen > done
Quellen:
Text:
www.wikipedia.org
www.fh-muenster.de
www.aluinfo.de
Chemie Heute Sek. 2 (Schroedel Verlag)
Elemente Chemie 2 Gesamtband (Klett 2009)
