Vom Bauxit zum Aluminium

Ein Beitrag vonSebastian Ehring

und Thomas Surmann

Sebastian Ehring und Thomas Surmann; Fachhochschule Münster 2

Vom Bauxit zum Aluminium

Bauxittagebau in Australien

Aluminium in Barrenform

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Kurzübersicht1. Geschichte des Aluminiums2. Allgemeine Informationen3. Herstellung von Aluminium

I. Erzaufschluss nach dem BayerverfahrenII. Schmelzflusselektrolyse

4. Aluminium im täglichen Leben5. Umweltaspekte6. Quellenangabe

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1. Geschichte des AluminiumsPlinius (23-79 n. Chr.) erwähnt den lat. Begriff Alumen als Bezeichnung für Alaun zum ersten Mal.

Frühes 19. JahrhundertSir Humphrey Davy: 1. Schmelzfluss-elektrolyse mit einer Batterie

Al/Fe- Legierung

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1821 FrankreichBerthier findet Bauxit (Tonerde) in Les Baux.

1825 DänemarkØersted reduziertAluminiumoxid mitelementarem Kalium zuAl.

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1827 DeutschlandF. Wöhler verfeinert die Reaktion von Øerstedund erhält reinesAluminium.

1854 reduziert der Franzose Deville Al erfolgreich mit elementarem Na.1855 Weltausstellung in Paris: 1. Aluminium Barren

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1863 wird in Island Kryolith gefunden.

Tonerde/ Kryolith-Eutektikum

1866 W. v. Siemens entwickelt die Dynamomaschine und macht den Weg zur Aluminiumsynthese im großen Stil durch Elektrolyse frei.

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1886:Aluminium Elektrolyse: Aluminiumoxid + Kryolith in einen mit Kohle ausgekleideten OfenU<10VI= 3000- 100000 ATemperatur: ca.950°C

Sauerstoff steigt zu den Anoden auf.Aluminium sinkt auf den Boden ab und wird diskontinuierlich abgeschöpft und zu Masseln gegossen.

Héroult

Hall

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1887- 1892 ÖsterreichK. J. Bayer erforscht aus verfahrenswirtschaftlichen Gründen den alkalischen Aufschluss von Bauxit mit Natronlauge.

Es resultiert das wirtschaftlichere und heute noch aktuelle Bayer-Verfahren.

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2. Allgemeine InformationenAluminium ist das wichtigste nicht- Eisenmetall

Meist verbreitete Metall und 3. häufigstes Element der Erdkruste

Reinelement, radioaktives Isotop ist synthetisierbar

Als Element nicht vorkommend, sondern in gebundener Form:Korund, Diaspor, Böhmit, Glimmer, Feldspäte, Bauxit

Jahresproduktion >20 Megatonnen Al pro Jahr

Ungiftiges Spurenelement (0,5mg/kg Körpergewicht beim Menschen)

Thermisch und elektrisch gut leitend, nicht magnetisch

korrosionsbeständig

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3. Herstellung von Aluminium

Aufteilung in 2 Verfahren

I. Erzaufschluss Nasser Aufschluss nach dem Bayer- VerfahrenTrockner Aufschluss

II. Schmelzflusselektrolyse

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3. I. ErzaufschlussNasser Aufschluss nach dem Bayer Verfahren:

(heutzutage hauptsächlich durchgeführt)

Trockenes Bauxit wird im Autoklav bei 250°C und 5- 7 bar Druck in 38% Natronlauge 8 Stunden gerührt.

Entstehender Aluminatkomplex wird vom begleitenden Aluminiumsilikat und Eisenoxid abgetrennt. Rotschlamm

Ausrühren von Aluminiumhydroxid nach Auskristallisation durch Zugabe von Impfkristallen

Glühen von Aluminiumhydroxid bei 1200°C. Es entsteht Dialuminiumtrioxid (Tonerde)

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Trockner Aufschluss

Bauxit wird mit Soda und Kalk geglüht. Es entstehen wasserfreies Natriumaluminat und Calcium-/ Natrium- ferrite.

Durch die Behandlung mit Wasser geht das Aluminat als einziges in Lösung und kann von den Ferriten abgetrennt werden.

Nach Neutralisation der Lauge mit Kohlenstoffdioxid, fällt Aluminiumhydroxid aus.

Analog zum Bayerverfahren wird aus dem Hydroxid die Tonerde hergestellt.

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3. II. SchmelzflusselektrolyseEin eutektisches Gemisch aus 81,5% Kryolith oder Aluminiumtrifluorid und 18,5% Dialuminiumtrioxid wird bei 980°C in die Elektrolysekammer gebracht. LiF z.B. steigert die Leitfähigkeit.

Durch den Stromfluss zwischen den Graphitelektroden und der Kammerauskleidung aus Koks entsteht Kohlenstoffdioxid und flüssiges elementares Aluminium, dass in Barren (Masseln) der Weiterverarbeitung zugeführt wird.

Zur Veredlung kann das entstandene Aluminium durch das ELOXAL- Verfahren mit einer dickeren Oxidschicht versehen werden.

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Elektrolysezelle im Werk

Graphitelektrode

Schmelze

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Die Schmelzelektrolyse ist sehr aufwendig, es werden ca. 16000 kWh Energie verbraucht um eine Tonne Al herzustellen.

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4. Aluminium im täglichen Leben

Einige Beispiele für alltägliche Aluminiumprodukte:

Verpackung von Lebensmitteln ( Schokolade)Luft- und RaumfahrtAutomobilbau, von der Felge bis zur KarosserieBestandteil von vor Rost schützenden PulverlackenFassadenbau, freitragende KonstruktionenElektrische LeitungenBestandteil der MünzlegierungenSpiegel in TeleskopenBesteck und Geschirr, historisch: an Napoleons Hof da teuer, heute noch beim Militär

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5. UmweltaspekteSehr hohe Belastung durch die Emissionen von Kohlenstoffdioxid bei dem Aufschluss und der Schmelzelektrolyse

Hoher Energieaufwand zur Herstellung von 1 Tonne Al: 16000 kWh

Recycling ist lohnender:Für 1 Tonne Al benötigt man 800 kWh Energie

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6. QuellenangabeHollemann WibergLehrbuch der Anorganischen Chemie; Verlag de Gruyter101. AuflageBasislexikon Chemie; Römpp Kompakt, Thieme VerlagRiedel Anorganische Chemie; Verlag de Gruyter; 2. AuflageDer Chemielaborant- Teil 2, Schroedel Gehle (Abbildung zum Bayerverfahren)Elemente Chemie II; Klett

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