Aluminium

Nat. Vorkommen: Aluminium ist ein sehr häufig vorkommendes Element. Etwa 8% der Erdkruste (dazu zählen die äußersten 16 km der Erdoberfläche) bestehen aus Aluminium, vorwiegend in Form oxidischer Aluminiumerze (Bauxit) und sog. "Alumosilicate". Nach Sauerstoff und Silicium stellt Aluminium das dritthäufigste chemische Element in unserer Umgebung dar. Damit ist das Metall noch häufiger vertreten als Eisen (Fe)! Aufgrund seines "unedlen" Charakters erscheint Aluminium in der Natur nicht als freies Element.

Andere Namen: engl. (GB): aluminium; amerik. (USA): aluminum; frz.: aluminium; ital.: alluminio; lat.: Aluminium (Ableitung des Namens von lat.: Alumen = Alaun, ein Aluminiumkaliumsulfat)

Summenformel: Al ^(O)

Atommasse: 26,98 g/mol

Aluminium

Beschreibung, Eigenschaften

Aluminium ist in vielen verschiedenen Erscheinungsformen im Handel. Es läßt sich - wie die meisten Metalle - in Form von Blechen, Drähten, Stäben, Stücken, Spänen, Pulvern und Folien herstellen. Das Leichtmetall ist silberweiß (als Pulver silbergrau) und kristallisiert kubisch flächenzentriert.

Geschichte

Im Jahre 1827 stellte WÖHLER (ein Freund von LIEBIG und BERZELIUS) erstmals reines Aluminium durch Reduktion von Aluminiumchlorid mit Kalium her, weshalb ihm die Ehre der Entdeckung zukommt. Bereits zwei Jahre vorher war es OERSTED gelungen, unreines Al-Metall zu erhalten. DAVY hatte sich längere Zeit vergeblich um die Darstellung bemüht. Aus dem WÖHLERschen Reduktionsverfahren entwickelte DEVILLE eine technische Gewinnungsmethode, die auf der Reduktion des Gemisches NaCl x AlCl₃ mit Natrium beruhte - eine teure Sache, bis zur Erfindung der Dynamomaschine und der später folgenden Großproduktion durch Elektrolyse (HEROULT/HALL 1886).

Gewinnung

Als Rohmaterial für die Aluminiumgewinnung spielt fast ausschließlich das Mineral Bauxit eine Rolle, ein Gemisch aus etwa 55-65% "Tonerde" (Al₂O₃) mit Eisenoxid (daher die rötliche Farbe!), Titandioxid u.a. Andere Aluminiumminerale (z.B. Kaolin u.a. Tone, Alunit, Anorthit, Nephelin) werden daneben kaum noch zur Al - Erzeugung eingesetzt. Zur Herstellung des Metalls benötigt man sehr reines Aluminiumoxid, weshalb das rohe Bauxitmaterial in einem ersten Arbeitsgang zu reiner Tonerde aufbereitet werden muß (Verfahren nach K.J. BAYER, 1892). Die großen Bauxitbrocken werden zerkleinert, getrocknet und zu einem feinen Pulver zermahlen. Das im Mineral enthaltene Al-oxid wird mit konz. Natronlauge als Hydroxokomplex (Natriumaluminat) gelöst:

Bauxit-Tonerde + NaOH Na[Al(OH)4]

Bei diesem Vorgang bleiben die Oxide des Eisens, Titans und Silicium ungelöst. Aus der Natriumaluminat-Lösung läßt sich nach dem "Impfen", Abkühlen (bei ca. 90 °C) und Zugabe von Wasser kristallisierter Hydrargyllit erzeugen (ein Aluminiumhydroxid). Dieses Zwischenprodukt wird bei etwa 1200 °C geglüht und dadurch vollständig entwässert (=calciniert):

2 Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3 H₂O

In einem zweiten Arbeitsgang wird schließlich metallisches Aluminium durch Elektrolyse der Tonerde gewonnen. Um den störenden, hohen Schmelzpunkt von Aluminiumoxid (über 2000 °C!) herabzusetzen, mischt man es mit synthetisch hergestelltem Kryolith (kryos gr. Eis, lithos gr. Stein), Na3[AlF6]. Durch diesen Kunstgriff läßt sich die Schmelze bei 950-970 °C allein durch die Stromwärme der Elektrolyse flüssig erhalten. Die Elekrolyse verschlingt allerdings gewaltige Mengen von elektrischer Energie (13500 kWh pro t Al bei einer Gleichspannung von 4-5 V, Stromstärke 80000-150000 A!). Sie wird in speziellen Elektrolysezellen durchgeführt, die eine mit Kohle ausgekleidete, als Kathode fungierende Wanne besitzen. Das Metall sammelt sich dann am Boden dieser Wanne in flüssiger Form an. Als Anode dienen in die Schmelze eintauchende Kohlestäbe, welche durch den freiwerdenden Sauerstoff allmählich zerstört werden. Die Gewinnung von 1 t 99,5%igem Aluminium erfordert die Verarbeitung von 4 t Bauxitmineral und 500 kg Elektrodenkohle. Als Nebenprodukt entstehen Fluoride, welche sich in den Abgasen der Aluminiumhütten wiederfinden und dort die Landwirtschaft und die Umwelt erheblich schädigen können.

Verwendung

Aluminium ist das meistverwendete Leichtmetall und wird in Bauindustrie und Technik sehr vielfältig genutzt. Von Vorteil ist dabei neben dem niedrigen Gewicht seine gute Verformbarkeit und die (trotz des negativen Normalpotentials) geringe Angreifbarkeit durch Luft- und Wassereinfluß. Diese Passivität ist durch die Ausbildung einer harten, nur wenige Molekül-Lagen dicken, durchsichtigen und zusammenhängenden Oxidschicht erklärbar. Noch härter und korrosionsbeständiger wird Aluminium, wenn man Metalle wie Magnesium, Mangan, Kupfer, Silicium u. dgl. zulegiert (Beispiele: "Anticorodal" mit Mg/Si, "Avional" mit Mg/Cu, "Aluman" mit Mangan).

Literaturhinweise Aluminium