Herstellung und Verwendung von Aluminium

Aluminium – ein Metall, das kaum wegzudenken ist

Aluminium ist ein sehr wichtiges Metall in unserer modernen Welt. Es wird aus dem Erz Bauxit gewonnen, das hauptsächlich in tropischen und subtropischen Regionen vorkommt. In diesem Lerntext erfährst du, wie Aluminium hergestellt wird, von der Gewinnung des Bauxits bis hin zur Produktion des fertigen Metalls.

Gewinnung von Aluminium

Die Gewinnung von Bauxit erfolgt meist im Tagebau. Das bedeutet, dass das Erz an der Erdoberfläche abgebaut wird. Zunächst wird die oberste Erdschicht entfernt, um an das darunterliegende Bauxit zu gelangen. Diese Methode ist effizient, hat aber auch ökologische Folgen, da große Flächen der Natur umgegraben werden. Bauxit besteht zu einem wesentlichen Teil aus Aluminiumhydroxid $\ce{(Al(OH)3)}$ und der wasserärmeren Variation davon, Aluminiumoxidhydroxid $\ce{(AlO(OH))}$. Nachdem das Bauxit abgebaut wurde, wird es gereinigt und zerkleinert.

Weiterverarbeitung von Bauxit zu Aluminiumoxid

Im nächsten Schritt wird das Bauxit in Aluminiumoxid $\ce{(Al2O3)}$ umgewandelt. Dies geschieht durch das Bayer-Verfahren: Das zerkleinerte Bauxit wird in heißer Natronlauge als Aluminat $\ce{([Al(OH)4]^-)}$ gelöst. Dabei entsteht eine Lösung, aus der beim Abkühlen wieder $\ce{Al(OH)3 }$ ausgefällt wird. Dieses wird wiederum durch Glühen in $\ce{(Al2O3)}$ umgesetzt, ein weißes Pulver und der Rohstoff für die Herstellung von Aluminium.

Elektrolyse von Aluminiumoxid zu Rohaluminium

Die Herstellung von Aluminium aus Aluminiumoxid erfolgt durch Elektrolyse. Bei diesem Prozess wird elektrischer Strom verwendet, um chemische Reaktionen herbeizuführen. Das Aluminiumoxid wird in eine Schmelze aus Kryolith $\ce{(Na3AlF6)}$ gegeben, die den Schmelzpunkt des Aluminiumoxids senkt (analog zu Salzwasser auf den Straßen gegen Glätte im Winter) und es leitfähig macht. In der Elektrolysezelle befinden sich eine Anode und eine Kathode, die aus Grafit bestehen. Wenn elektrischer Strom durch die Schmelze fließt, wandern die Aluminiumionen zur Kathode und die Sauerstoffionen zur Anode. An der Kathode nehmen die Aluminiumionen Elektronen auf und werden zu flüssigem Aluminium reduziert. Dieses flüssige Aluminium sammelt sich am Boden der Zelle und wird regelmäßig abgelassen. An der Anode reagiert der Sauerstoff mit dem Grafit und bildet Kohlenstoffdioxid.

Reaktionsbedingungen in Elektrolysezellen

Für eine effiziente Elektrolyse müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Die Temperatur in der Elektrolysezelle liegt bei etwa 950 °C. Die Anoden müssen regelmäßig ausgetauscht werden, da sie durch die Reaktion mit Sauerstoff verbraucht werden. Der Prozess verbraucht viel Energie, was ihn teuer macht. Daher wird die Aluminiumproduktion oft in Ländern mit günstigen Strompreisen durchgeführt.

Weiterverarbeitung von Rohaluminium

Das gewonnene Rohaluminium ist noch nicht rein genug für die meisten Anwendungen. Es wird daher in einem weiteren Schritt gereinigt und legiert. Bei der Reinigung werden Verunreinigungen entfernt und durch die Zugabe anderer Metalle entstehen Legierungen, die spezifische Eigenschaften haben. Diese Legierungen werden dann in verschiedene Formen gegossen, gewalzt oder gezogen.

Anwendungsbeispiele von Aluminium

Aluminium ist ein vielseitiges Metall und wird in vielen Bereichen eingesetzt. In der Automobilindustrie wird es wegen seiner Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit geschätzt. Es wird zur Herstellung von Karosserieteilen, Motorblöcken und Felgen verwendet. Dies hilft, das Gewicht von Autos zu reduzieren und somit den Kraftstoffverbrauch zu senken. Auch in der Kommunikationstechnik spielt Aluminium eine wichtige Rolle. Es wird in Kabeln, Antennen und anderen elektronischen Komponenten verwendet. Aluminium leitet Elektrizität gut und ist zudem leicht, was es ideal für den Einsatz in tragbaren Geräten macht.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Aluminium