ALU - Aus Liebe zur Umwelt

Herstellung von Aluminium

Weil das Element Aluminium in der Natur nicht als reines Metall, sondern nur in Form oxidischer Aluminiumverbindungen vorkommt, muß es in aufwendigen und energieintensiven Verfahren aus dem Mineral Bauxit gewonnen werden. Bauxit besteht aus 35-55 % Tonerde (Al2O3) und Eisenmineralien, die für die Rotfärbung verantwortlich sind.

Tonerdetanks Aluminiumfabrik in Ouro Preto/ Brasilien

Im Jahre 1892 entwickelte der österreichische Chemiker K.J. Bayer ein Verfahren (Bayerverfahren), mit dem aus Bauxit, Rohaluminium hergestellt werden kann. Dazu muß das zerkleinerte und gemahlene Bauxit zuerst zu reiner Tonerde aufgearbeitet werden. Das im Mineral enthaltene Aluminiumoxid wird mit konzentrierter Natronlauge bei hohen Temperaturen gekocht und als Natriumaluminat gelöst:

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

Bei diesem Vorgang bleiben die anderen Oxide des Eisens, Titans und Silizium ungelöst. Aus der Natriumaluminat-Lösung läßt sich nach Abkühlen auf 60 °C unter Zugabe von Wasser kristallisiertes Hydrargyllit ausfällen. Dieses wird mit Filterpressen abgesondert. Als Rückstand bleibt der sog. Rotschlamm, der deponiert werden muß.

Das Aluminiumhydroxid wird in Drehrohröfen bei 1200 °C geglüht und damit vollständig entwässert (calciniert):

2Al(OH)3 -> Al2O3 + 3H2O

In einem zweiten Arbeitsschritt wird dann durch Elektrolyse der Tonerde metallisches Aluminium gewonnen. Um den hohen Schmelzpunkt der Tonerde (über 2000 °C) herunterzusetzen, mischt man es mit künstlich hergestelltem Kryolith. Dadurch läßt sich die Schmelze bei 950-970 °C allein durch die Stromwärme der Elektrolyse flüssig halten. Die Elektrolyse wird bei einer Gleichspannung von nur 4-5 Volt und Stromstärken von 80.000-150.000 Ampere durchgeführt und verbraucht enorme Energiemengen: Zur Herstellung einer Tonne Aluminium werden 13.500 kWh elektrischer Energie benötigt.

Elektrolyseofen Das Aluminiumoxid wird mit elektrischer Energie geschmolzen.

Das Gemisch aus Tonerde und Kryolith wird in Stahlwannen, die mit einer als Kathode fungierenden Kohleschicht ausgekleidet sind, eingefüllt. Als Anode dienen von oben in die Schmelze eintauchende Kohlestäbe, welche durch den bei der Reduktion freiwerdenden Sauerstoff langsam zerstört werden. Für die Herstellung von einer Tonne Rohaluminium werden 4 Tonnen Bauxitmaterial und 500 kg Elektrodenkohle benötigt.

Durch chemische Verfahren läßt sich das 99,5 %-ige Rohaluminium auf einen Reinheitsgrad von bis zu 99,99 % bringen. Das flüssige Aluminium wird in Masseln (Barren), Blöcke und Stränge abgegossen und kann dann weiterverarbeitet werden.

 Schema des Bayerverfahrens

 Schema einer Elektrolysezelle


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