aluminium

Aluminium (lat. Aluminium) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Al und der Protonenzahl 13. Es ist ein Metall niedriger Dichte. Aluminium ist das dritthäufigste Element in der Erdkruste (8,13 %). Nur Sauerstoff mit 46,60 % und Silizium mit 22,72 % sind stärker vertreten. Zusammen mit anderen Elementen entstehen mehrere Verbindungen, die maßgeblich am Aufbau der Erdkruste beteiligt sind. Die zahlreichste Gruppe sind Silikate und Alumosilikate (Kaolinit), die auch die häufigsten Quellen sind. Der am häufigsten vorkommende Bergbaurohstoff ist Bauxit Al2O3. nH2O, darüber hinaus kommt es in Form von Aluminiumoxid und als Mineral Korund vor.

Geschichte
Aluminium wurde 1827 vom deutschen Chemiker und Arzt Friedrich Wöhler entdeckt. Aluminium war damals ein seltenes Metall. Es wurde zu dekorativen Zwecken verwendet. Auf den Uniformen der Soldaten der Armee Napoleons III. Aluminiumknöpfe glänzten. Sein Preis sank, als die erste Aluminiumfabrik in der Schweiz gebaut wurde. Wegen seiner Leichtigkeit begann es Eisen und andere Metalle zu ersetzen. Es wird am häufigsten dort eingesetzt, wo hohe Festigkeit und geringes Gewicht erforderlich sind – in der Luftfahrtindustrie, bei Verkleidungsplatten, Druckgussteilen, hauptsächlich für die Automobilindustrie …

Aufbereitung der Grundrohstoffe
Der Grundstoff für die Herstellung von Aluminium ist reines Aluminiumoxid Al2O3, das durch die Reinigung von Bauxit gewonnen wird, das oft mit verschiedenen Oxiden, am häufigsten Oxiden von Titan, Eisen und Silizium, verunreinigt ist. Der Bauxit-Reinigungsprozess wird mit Natriumhydroxid unter Druck durchgeführt. Dem so gereinigten Al2O3 werden Kryolith Na3[AlF6] und Fluorit CaF2 zugesetzt, um den Schmelzpunkt zu senken. Die amphotere Natur des Aluminiumhydroxids Al(OH)3 wird auch zur Trennung von Aluminiumoxid von Eisenhydroxid genutzt. Eisenhydroxid hat keinen amphoteren Charakter und löst sich daher nicht in alkalischem Hydroxid. Daraus folgt, wenn wir Alk hinzufügen. Hydroxid, z.B. Kaliumhydroxid KOH löst sich nur Al(OH)3. Das resultierende Filtrat enthält Aluminiumkationen Al3+, die wir leicht wieder in Aluminiumhydroxid umwandeln können. Durch Trocknung gewinnen wir daraus Aluminiumoxid.

Produktion
Das Schmelzen erfolgt in einem Elektroofen durch einen elektrolytischen Prozess. Bei der Elektrolyse wird Gleichstrom verwendet. Elektroden bestehen aus einer Mischung aus Kohle, Koks und Teer. Die Kathode sind die Platten, die die Wände des Ofens auskleiden, die Anode ist ein Bündel von 6 bis 12 Kohlenstoffelektroden (Graphitstäbe). Das Bad besteht aus einer 20 %igen Al2O3-Lösung, die einer Elektrolyse unterzogen wird. Es kommt zu einer chemischen Reaktion: der Elektrolyse der Schmelze.

Bauxit

Al₂O₃ → 2Al³⁺ + 3O²⁻

Anode: O²⁻ - 2e⁻ → O₂⁰; O₂ + C → CO₂
Kathode: Al³⁺ + 3e⁻ → Al⁰

An den Kohlenstoffelektroden wird dem Bad Sauerstoff entzogen, der sofort mit Kohlenstoff zu Kohlendioxid CO2 reagiert. Auf den Kathodenplatten, die den Ofen auskleiden, wird reines Aluminium in Form einer Schmelze isoliert. Dies wird später in Tonformen gegossen. Die Herstellung von Aluminium ist sehr energieintensiv.

Amphoterer Charakter von Al, Al2O3 und Al(OH)3
Amphoterer Charakter bedeutet, dass es sowohl mit Säure als auch mit Base reagiert.

- Reaktion mit Hydroxidanion OH-

Al3+ → Al(OH)3 (S) → [Al(OH)4]-

Al(OH)3 (S) – es entsteht eine weiße Trübung

- Reaktion mit H3O+-Kation

[Al(OH)4]- → Al(OH)3 (S) → Al3+

Produktion in der Slowakei
Auf dem Gelände der Aluminiumhütte in Žiar nad Hronom produziert die Firma Slovalco (Mehrheitseigentümer von Hydro) Aluminium und seine Legierungen zur Weiterverarbeitung.[1] Beispielsweise produziert und vertreibt das Unternehmen Hydro Extrusion Slowakei Aluminiumbleche, gepresste Profile und Bausysteme.[2] Weitere in Žiar tätige Unternehmen sind Hersteller und Zulieferer der Automobil-, Konsum- und Bauindustrie: Nemak, Fagor Ederlan Slowakei, Thermosolar.

In der Slowakei entwickelten Wissenschaftler unter der Leitung von František Simančík vom SAV-Institut für Werkstoffe und Maschinenmechanik Technologien für die industrielle Serienfertigung verschiedener Teile aus Aluminium-Metallschaum. Diese Technologien sind durch Weltpatente geschützt.[3]

Eigenschaften und Verwendung
Aluminium ist korrosionsbeständig und verbrennt bei Entzündung zu Aluminiumoxid Al2O3. Es ist in allen Umgebungen außer in sauren Umgebungen harmlos, in sauren Umgebungen (Sauerkraut, Tee) löst es sich auf. Aufgrund seiner toxischen und krebserregenden Wirkung (es ersetzt Metalle in Metalloproteinen) ist die Verwendung von Aluminiumutensilien verboten.

Es wird hauptsächlich in der Aluminothermie eingesetzt – es handelt sich um eine Methode zur Gewinnung von Metallen aus ihren Oxiden, wobei die Reduktionsfähigkeit von Aluminium genutzt wird.

z.B. Fe2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe

Eine weitere Verwendung von Aluminium ist die Herstellung von Aluminiumfolie, bei der Herstellung von Polyethylen und Legierungen.

Die Herstellung von Legierungen wird in der metallurgischen Industrie bei der Herstellung von Transportmitteln und verschiedenen Leichtkonstruktionen eingesetzt.

Die bekannteste Aluminiumlegierung ist Dural (dauerhaftes Aluminium), eine Legierung aus Aluminium mit Kupfer und Magnesium (Al-Cu4-Mg). Die Hauptanwendung von Duraluminium lag in der Luftfahrtindustrie. Früher fand es seinen Platz in der Herstellung von Haushaltsgegenständen wie Besteck und Geschirr – es wurde durch teurere Antiquitäten ersetzt. Aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit und der geringeren Kosten als Kupfer, wo Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Leitern verwendet werden, wird es häufig in der Elektrotechnik eingesetzt. Es wird in Kabeln für die Hochspannungsverteilung (Stromverteilungsnetz) verwendet. Ende der 1980er-Jahre wurde es nicht mehr bei Scheidungen in Wohnorten eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass Aluminium unter Druck „fließt“ – elektrische Schraubverbindungen mit Aluminiumleitern müssen nachgezogen werden, sonst geht der elektrische Kontakt mit der Zeit verloren. Seine sehr gute Wärmeleitfähigkeit wird auch zur Herstellung verschiedener Kühler und Wärmetauscher genutzt. Im Bauwesen wird es für Verkleidungsplatten verwendet. Aluminium ist nicht sehr witterungsbeständig und muss daher oberflächenbehandelt werden – durch Eloxieren (elektrochemisch bildet sich auf seiner Oberfläche eine Oxidschicht, die beständig ist und lackiert und poliert werden kann).

Darüber hinaus werden Edelsteinsorten des Korunds Al2O3 – Rubin und Saphir – verwendet. Al2O3 wird auch zur Herstellung von Schmirgelpapier verwendet.

In der Medizin wird es z.B. verwendet. Aluminiumacetat Al(CH3COO)3 – Essigsäuresalz; als Umschlag gegen Entzündungen.

Wichtig ist auch die Keramikindustrie – Herstellung von Porzellan und Grobkeramik. Der Grundbestandteil ist Kaolin (es enthält das Mineral Kaolinit). Porzellan entsteht durch Brennen einer Mischung aus Kaolin und zerkleinertem Feldspat mit Quarz (bekannt als Karlsbader Porzellan). Grobe Keramik wird hergestellt, z.B. feuerfestes Material, Dächer, Steinzeug, Blumentöpfe, Rohre usw.

Al3+-Salze finden sich im Trinkwasser, in Arzneimitteln (Acylpyrin, Superpyrin – reduzieren Magenreizungen), in Backpulver, für gefrorenes Obst und Gemüse (für das Aussehen), Schlagsahnesteifmittel, Milchpulver, Instantkaffee usw.

In der Industrie ist die Herstellung von Metallschaum, dem sogenannten geschäumtes Aluminium, das ein vorteilhaftes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht aufweist (z. B. hat eine Platte aus Aluminiumschaum eine deutlich höhere Biegesteifigkeit im Vergleich zu einem Aluminiumblech mit gleichem Gewicht). Der Schaum dämpft die Vibrationen und Geräusche, die durch die Vibration des Teils entstehen, besser als wenn es aus massivem Aluminium gegossen wird.