2. Übersicht
Eigenschaften Aluminium
Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Einblick in die Aluminiumproduktion
Energiebedarf und Umweltschutzprobleme
Wiederverwertung/Recycling
Werkstoff Aluminium
Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Quellen
4. Eigenschaften Aluminium
Metall
Dichte: 2,70 g/cm³
Kein elementares Vorkommen in der Erdhülle (sehr
reaktionsfreudig/tritt nur in chemisch gebundenem
Zustand auf)
Sehr korrosionsbeständig (reagiert mit Luft – bildet
sofort Oxidschicht)
Reines Aluminiumpulver reagiert mit Luft
selbstentzündlich
Aluminiumoxid mit kristallinen Einlagerungen neben
Diamanten das härteste Material
5. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Andreas Sigismund Marggraf (dt. Chemiker) entdeckte 1754
die Alaun-Erde (Aluminiumoxid)
6. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Namensgebung: 1808 durch Sir Humphry Davy (englischer
Chemiker)
7. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
1. reines Aluminium: Friedrich Wöhler 1827 (dt. Chemiker) mit Hilfe des
Wöhler-Prozesses (Reduktionsmethode) Reduktion = chem. Reaktionsart,
bei der Elektronen auf ein Atom o. Molekül übertragen werden. AlCl3 + 3K
~> Al + 3KAlCl4
Damaliger Alu-Preis > Gold
8. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Henri Etienne Sainte-Claire Deville: verfeinerte Wöhlerprozess 46 und
publizierte dies 1859 in einem Buch, wodurch Alu-Preis in
darauffolgenden 10 Jahren um 90% fiel
9. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Charles Martin Hall und Paul Héroult: Entwickelten 1886 unabhängig
voneinander das jetzt nach ihnen benannte Elektrolyseverfahren den
„Hall-Héroult-Prozess“ welcher noch Heute zur Herstellung von
Aluminium verwendet wird.
10. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Carl Josef Bayer: Entwickelte 1889 das Bayer-Verfahren, welches
ebenso noch Heute Anwendung in der Herstellung von Aluminium
findet
11. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Ausgangsstoff Bauxit
Aluminium-Erz
Besteht vorwiegend aus den Aluminium-Mineralen Gibbsit, Böhmit,
Diaspor – ferner Eisenoxiden wie Hämit, Goethit dem Tonmineral
Kaolinit und geringen Anteilen des Titanoxids Anatas
12. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Namensgebung: Fundort Les Baux-de-Provence (Südfrankreich)
Entdecker: Pierre Berthier (franz. Geologe und Mineraloge)
13. Entdeckung von Aluminium bis zur
großtechnischen Anwendung (Geschichte)
Förderung und Reserven: ges. gefördert Welt : im Jahr 2007 = 190
Millionen t | Reserven Welt : 25 Milliarden t – wird überwiegend im
Tagebau gefördert
Bedeutendsten Förderländer: Australien, China, Brasilien, Guinea,
Jamaika und Indien
Verarbeitung: Aus 95% des abgebauten Bauxits wird Aluminium
produziert
14. Einblick in die Aluminiumproduktion
Bayer-Verfahren
Wird dazu verwendet um Bauxit in Reinbauxit (reines wasserfreies
Aluminiumhydroxid) zu überführen
15. Einblick in die Aluminiumproduktion
Hall-Hérout-Prozess
Wird dazu verwendet um aus Reinbauxit (Tonerde/Aluoxid) metallisches
Aluminium zu gewinnen
17. Energiebedarf und Umweltschutzprobleme
Bei Elektrolyse wird Fluor und Fluorwasserstoff frei welche
Tiere und Pflanzen in der Umgebung von
Aluminiumfabriken schädigen
Atmosphärische Spurengase wie CO und CO2 werden
freigesetzt
Aluminium-Ionen im Boden haben toxische Wirkung auf
Mikroorganismen
24. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Titan
Entdeckung: Titandioxid durch William Gregor (engl.)
1791
Entdeckung:Titandioxid durch Martin H. Klaproth (dt.)
1795
25. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Titan
Herstellung:
aus Titaneisenerz Illemenit wird Titantetrachlorid hergestellt
Titantetrachlorid wird gereinigt und bei ca 1000° in
Heliumatmosphäre mit Magnesium zum Metall reduziert
(Reduktion)
Herstellung von Titan = enorm kosten und energieaufwendig
26. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Titan
Verwendung:
Titan + Legierung sind zur Herstellung von tech.
Gegenständen, bei denen es auf geringes Gewicht
und hohe mech. Belastbarkeit ankommt, von großer
Bedeutung
Beispiele der Anwendung: Flugzeugbau, Weltraumfahrt,
Schiff und U-Bootbau, Reaktortechnik, Medizintechnik
z.B. Schrauben, Prothesen und künstlichen Gelenken
27. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Magnesium
Entdeckung:
Bereits im Altertum waren magnesiumhaltige
Verbindungen wie Dolomit, Talk und Asbest bekannt
1. reines Magnesium 1829 durch den Forscher Antoine
Bussy
28. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Magnesium
Herstellung:
Durch Schmelzflusselektrolyse von geschmolzenem
Magnesiumchlorid in Downs-Zellen (gr. Eiserne Tröge,
die von unten beheizt werden
Durch thermische Reduktion von Magnesiumoxid
(Pidgeon-Prozess)
29. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Magnesium
Verwendung:
Magnesium als Reinstoff: z.B. bei der Gewinnung von
Titan, als Reduktionsmittel und als Brennstoff für
Fackeln, die unter Wasser brennen
Magnesiumlegierungen: Härtungen von
Aluminiumlegierungen durch Magnesiumzusatz,
Verbesserung der Schweißbarkeit
Verwendung in letzten Jahrzehnten: Gehäuseteile,
Flugzeug, Auto sowie Fahrradteilen (hohe
Belastbarkeit bei geringem Gewicht)
30. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Lithium
Entdeckung:
lithiumhaltiges Mineral Petalit Ende des 18. Jahrhunderts durch
Josè Bonifácio de andrada e Silva (brasilianischer
Wissenschaftler)
1818 William Thomas Brande und Sir Humphry Davy: reines
Lithium mittels elektrolytischem Verfahren
31. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Lithium
Herstellung:
Ausfällen von Lithiumcarbonat aus lithiumhaltigen
Salzlösungen durch Verdunsten des Wassers und Zugabe
von Natriumcarbonat
Lithiumcarbonat wird mit Salzsäure umgesetzt, wobei
Kohlenstoffdioxid entsteht welches als Gas entweicht +
gelöstes Lithiumchlorid – Lösung wird mit Vakuumdamper
eingeengt, bis Chlorid auskristallisiert
Gewinnung metallisches Lithium durch
Schmelzflusselektrolyse
32. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Lithium
Verwendung:
Rein-Stoff: z.B. als Reduktionsmittel aber auch als Anode in
Batterien (besonders hohe Spannung)
Legierungen: geringe Mengen Lithium um Zugfestigkeit,
Härte und Elastizität zu verbessern (Verwendungsorte:
Eisenbahnbau, Luft und Raumfahrttechnik)
34. Sonstige Leichtmetalle im Vergleich
Vor-/Nachteile Aluminium gegenüber anderen Leichtmetallen
Dichte: in g/cm³ Wärmeleitfähigkeit elektr. Leitfähigkeit Festigkeit
Lithium 0,53 * gut sehr schlecht schlecht
Magnesium 1,74 sehr gut sehr schlecht schlecht
Aluminium 2,70 sehr gut* schlecht* befriedigend
Titan 4.50 schlecht sehr schlecht sehr gut
Sonstiges:
Aluminium ist schweißbar wohingegen Lithium und Magnesium leicht entflammbar sind
Aluminium ist gegenüber den anderen Leichtmetallen kostengünstiger u.a. auf Grund des leichteren
Abbaus der Ressourcen
Selbstverständlich besitzt Stahl viele Vorteile gegenüber Aluminium welche jedoch durch das
geringe Gewicht wieder wettgemacht wird
