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Präsentation
 Aluminium
Übersicht
Eigenschaften Aluminium
Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Einblick in die Aluminiumproduktion
Energiebedarf und Umweltschutzprobleme
Wiederverwertung/Recycling
Werkstoff Aluminium
Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Quellen
Eigenschaften Aluminium


chemisches Element
Ordnungszahl 13
Aggregatzustand unter Normalbedingungen: fest
Schmelz/Siedepunkt: 660°/2467°
dritthäufigstes Element und häufigstes Metall in
  Erdkruste 7.57 Gewichts-%
Eigenschaften Aluminium

Metall
Dichte: 2,70 g/cm³
Kein elementares Vorkommen in der Erdhülle (sehr
 reaktionsfreudig/tritt nur in chemisch gebundenem
 Zustand auf)
Sehr korrosionsbeständig (reagiert mit Luft – bildet
 sofort Oxidschicht)
Reines Aluminiumpulver reagiert mit Luft
 selbstentzündlich
Aluminiumoxid mit kristallinen Einlagerungen neben
  Diamanten das härteste Material
Entdeckung von Aluminium bis zur
   großtechnischen Anwendung (Geschichte)

Andreas Sigismund Marggraf (dt. Chemiker) entdeckte 1754
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Entdeckung von Aluminium bis zur
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  • 1. Dennis Korcz AssReg 12 Präsentation Aluminium
  • 2. Übersicht Eigenschaften Aluminium Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) Einblick in die Aluminiumproduktion Energiebedarf und Umweltschutzprobleme Wiederverwertung/Recycling Werkstoff Aluminium Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Quellen
  • 3. Eigenschaften Aluminium chemisches Element Ordnungszahl 13 Aggregatzustand unter Normalbedingungen: fest Schmelz/Siedepunkt: 660°/2467° dritthäufigstes Element und häufigstes Metall in Erdkruste 7.57 Gewichts-%
  • 4. Eigenschaften Aluminium Metall Dichte: 2,70 g/cm³ Kein elementares Vorkommen in der Erdhülle (sehr reaktionsfreudig/tritt nur in chemisch gebundenem Zustand auf) Sehr korrosionsbeständig (reagiert mit Luft – bildet sofort Oxidschicht) Reines Aluminiumpulver reagiert mit Luft selbstentzündlich Aluminiumoxid mit kristallinen Einlagerungen neben Diamanten das härteste Material
  • 5. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) Andreas Sigismund Marggraf (dt. Chemiker) entdeckte 1754 die Alaun-Erde (Aluminiumoxid)
  • 6. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) Namensgebung: 1808 durch Sir Humphry Davy (englischer Chemiker)
  • 7. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) 1. reines Aluminium: 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
  • 8. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) 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
  • 9. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) 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.
  • 10. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) Carl Josef Bayer: Entwickelte 1889 das Bayer-Verfahren, welches ebenso noch Heute Anwendung in der Herstellung von Aluminium findet
  • 11. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) Ausgangsstoff Bauxit Aluminium-Erz Besteht vorwiegend aus den Aluminium-Mineralen Gibbsit, Böhmit, Diaspor – ferner Eisenoxiden wie Hämit, Goethit dem Tonmineral Kaolinit und geringen Anteilen des Titanoxids Anatas
  • 12. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) Namensgebung: Fundort Les Baux-de-Provence (Südfrankreich) Entdecker: Pierre Berthier (franz. Geologe und Mineraloge)
  • 13. Entdeckung von Aluminium bis zur großtechnischen Anwendung (Geschichte) 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 Aluminium produziert
  • 14. Einblick in die Aluminiumproduktion Bayer-Verfahren Wird dazu verwendet um Bauxit in Reinbauxit (reines wasserfreies Aluminiumhydroxid) zu überführen
  • 15. Einblick in die Aluminiumproduktion Hall-Hérout-Prozess Wird dazu verwendet um aus Reinbauxit (Tonerde/Aluoxid) metallisches Aluminium zu gewinnen
  • 16. Energiebedarf und Umweltschutzprobleme Schmelzflusselektrolyse ist sehr energieaufwändig - Energieaufwand beträgt etwa 13-16 kWh/kg Landschaftsschäden bei Bauxitgewinnung
  • 17. Energiebedarf und Umweltschutzprobleme Bei Elektrolyse wird Fluor und Fluorwasserstoff frei welche Tiere und Pflanzen in der Umgebung von Aluminiumfabriken schädigen Atmosphärische Spurengase wie CO und CO2 werden freigesetzt Aluminium-Ionen im Boden haben toxische Wirkung auf Mikroorganismen
  • 18. Wiederverwertung/Recycling „Graue Energie“ : Sekundäraluminium aus Primär benötigt 88-95% weniger Energie Aluminiumschrott
  • 20. Wiederverwertung/Recycling 3. Aluminiumschrott wird bei 1000° geschmolzen 4. Anschließend je nach Verschmutzungsgrad gereinigt 5. Und zuletzt neu gegossen
  • 21. Werkstoff Aluminium Meist hergestelltes Metall neben Eisen Geringes Gewicht: Übertragung von Hochspannungen trotz vergleichsweise schlechter Leitfähigkeit (700.000 V) Verkehr: Leichtbau von Autoteilen (Zylinderköpfe, Karosserie, Felgen etc.)
  • 22. Werkstoff Aluminium Bauwesen: Fenster, Türen, Griffe, Fassadenverkleidungen
  • 24. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Titan Entdeckung: Titandioxid durch William Gregor (engl.) 1791 Entdeckung:Titandioxid durch Martin H. Klaproth (dt.) 1795
  • 25. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Titan Herstellung: aus Titaneisenerz Illemenit wird Titantetrachlorid hergestellt Titantetrachlorid wird gereinigt und bei ca 1000° in Heliumatmosphäre mit Magnesium zum Metall reduziert (Reduktion) Herstellung von Titan = enorm kosten und energieaufwendig
  • 26. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Titan Verwendung: Titan + Legierung sind zur Herstellung von tech. Gegenständen, bei denen es auf geringes Gewicht und hohe mech. Belastbarkeit ankommt, von großer Bedeutung Beispiele der Anwendung: Flugzeugbau, Weltraumfahrt, Schiff und U-Bootbau, Reaktortechnik, Medizintechnik z.B. Schrauben, Prothesen und künstlichen Gelenken
  • 27. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Magnesium Entdeckung: Bereits im Altertum waren magnesiumhaltige Verbindungen wie Dolomit, Talk und Asbest bekannt 1. reines Magnesium 1829 durch den Forscher Antoine Bussy
  • 28. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Magnesium Herstellung: Durch Schmelzflusselektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid in Downs-Zellen (gr. Eiserne Tröge, die von unten beheizt werden Durch thermische Reduktion von Magnesiumoxid (Pidgeon-Prozess)
  • 29. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Magnesium Verwendung: Magnesium als Reinstoff: z.B. bei der Gewinnung von Titan, als Reduktionsmittel und als Brennstoff für Fackeln, die unter Wasser brennen Magnesiumlegierungen: Härtungen von Aluminiumlegierungen durch Magnesiumzusatz, Verbesserung der Schweißbarkeit Verwendung in letzten Jahrzehnten: Gehäuseteile, Flugzeug, Auto sowie Fahrradteilen (hohe Belastbarkeit bei geringem Gewicht)
  • 30. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Lithium Entdeckung: lithiumhaltiges Mineral Petalit Ende des 18. Jahrhunderts durch Josè Bonifácio de andrada e Silva (brasilianischer Wissenschaftler) 1818 William Thomas Brande und Sir Humphry Davy: reines Lithium mittels elektrolytischem Verfahren
  • 31. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Lithium Herstellung: Ausfällen von Lithiumcarbonat aus lithiumhaltigen Salzlösungen durch Verdunsten des Wassers und Zugabe von Natriumcarbonat Lithiumcarbonat wird mit Salzsäure umgesetzt, wobei Kohlenstoffdioxid entsteht welches als Gas entweicht + gelöstes Lithiumchlorid – Lösung wird mit Vakuumdamper eingeengt, bis Chlorid auskristallisiert Gewinnung metallisches Lithium durch Schmelzflusselektrolyse
  • 32. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Lithium Verwendung: Rein-Stoff: z.B. als Reduktionsmittel aber auch als Anode in Batterien (besonders hohe Spannung) Legierungen: geringe Mengen Lithium um Zugfestigkeit, Härte und Elastizität zu verbessern (Verwendungsorte: Eisenbahnbau, Luft und Raumfahrttechnik)
  • 34. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich Vor-/Nachteile Aluminium gegenüber anderen Leichtmetallen Dichte: in g/cm³ Wärmeleitfähigkeit elektr. Leitfähigkeit Festigkeit Lithium 0,53 * gut sehr schlecht schlecht Magnesium 1,74 sehr gut sehr schlecht schlecht Aluminium 2,70 sehr gut* schlecht* befriedigend Titan 4.50 schlecht sehr schlecht sehr gut Sonstiges: Aluminium ist schweißbar wohingegen Lithium und Magnesium leicht entflammbar sind Aluminium ist gegenüber den anderen Leichtmetallen kostengünstiger u.a. auf Grund des leichteren Abbaus der Ressourcen Selbstverständlich besitzt Stahl viele Vorteile gegenüber Aluminium welche jedoch durch das geringe Gewicht wieder wettgemacht wird
  • 36. Quellen Bilder: A.S. Marggraf: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/85/Andreas_Sigismund_Marggraf-flip.jpg/220 Sir Humphry Davy:http://www.ixibo.com/wp-content/uploads/2010/01/SirHumphryDavy.jpg Wöhler:http://www.seilnacht.com/chemiker/woehler.JPG Deville:http://www.nndb.com/people/922/000100622/he-sainte-claire-deville-1.jpg Hall:http://www.alcoa.com/global/en/about_alcoa/time_machine/timeline_image_3_large.jpg Héroult: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/57/PaulHeroult.jpg/220px-PaulHeroult.jpg
  • 37. Quellen Bayer:http://www.aluminiumleader.com/images/content/facts/kingpins/kingpin_6_gray.jpg Gibbsit: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Gibbsite_Aluminum_hydroxide_Minas_Gerais,_Brazil_2998.jpg Böhmit:http://www.phycodea.hgbecker.de/Bauxit/Bilder/Rabac/BBxtRc10.jpg Diaspor: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Diaspore-Margarite-215043.jpg/220px-Diaspore-Margarite-215043 Les Baux de Provence: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2b/Les_Baux-de-Provence.jpg/250px-Les_Baux-de-Provence.jpg Pierre Berthier:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Pierre_Berthier.jpg Bauxit-Vorkommen:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/65/2005bauxite.png/300px-2005bauxite.png
  • 38. Quellen Bauxit-Abbau:http://www.bundjugend-nrw.de/files/2011/10/2-560x419.jpg Aluschrott:http://www.aluminiumonline.de/de/images/verkauf_2.jpg gepresster Aluschrott:http://www.sciencephoto.com/image/356949/530wm/T8200384-Aluminium_recycling-SPL.jpg Alufelge:http://www.alternativantriebe.com/wp-content/uploads/2011/05/alufelge.jpg Alukarosse:http://www.7-forum.com/news/2009/ems/IMG_9653-b.jpg Alufassade: http://wirres.net/ezimagecatalogue/catalogue/variations/3842-500x2000.jpg?full=http://wirres.net/ezimagecatalogue/catalogue/phpV Alugriffe:http://www.motoversand-net.de/images/Griff_Alu_Eagle.jpg Alu-Campingequipment:http://img2.hbimage.com/pic/40485/40485_500_main.jpg
  • 39. Quellen Alugehäuse: http://img.tomshardware.com/de/2005/11/22/zukunftssicher_atx_gehaeuse_mit_optionalen_btx_upgrade/taichi-total.jpg Alufahrrad: http://medien.markt.de/bilder/2011/10/16/13/85ca8220/medium_image/0/28er_alu_fahrrad_tel_05402_64087.jpg?lastModified=13 Klaproth:http://www.seilnacht.com/Lexikon/klaproth.JPG Illemenit:http://www.seilnacht.com/Lexikon/TiO2Ilm3.JPG Downs-Zelle:http://www.versuchschemie.de/upload/files2/76120641_3052.jpg Lithiumverwendung: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e2/Lithium_Verwendung.svg/496px-Lithium_Verwendung.svg.png Bayer-Verfahren:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2f/Bayer-Verfahren.svg/440px-Bayer- Verfahren.svg.png Hall-Hérout-Prozess:http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/Gif_bilder/Metalle/al_herstellung_c.png