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Alu-Lexikon


Gewinnung

Die klassischen Gebrauchsmetalle wie Eisen, Kupfer oder Zink werden aus ihren oxidischen Erzen (Verbindungen mit Sauerstoff) durch "karbothermische Reduktion" gewonnen: Zusammen mit Kohlenstoff auf hohe Temperaturen erhitzt, reduziert der Kohlen­stoff das Erz zum Metall, indem er sich mit dem Sauerstoff zu Koh­lendioxid verbindet. Zur Gewinnung von Aluminium beziehungs­weise Primäraluminium aus Bauxit oder anderen Aluminiumerzen ist diese Methode wegen der Eigenschaft, sich leicht mit Sauer­stoff zu verbinden, grundsätzlich wenig geeignet. Das erkannten schon die Aluminiumpioniere Davy, Oersted und Wöhler zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Auch vermochten sie die nötigen Tempe­raturen von über 2000 °C kaum zu erzeugen, weswegen andere Möglichkeiten der Gewinnung gesucht wurden. Seit um 1890 das fortan ausschließlich angewandte, weil wirtschaftlichste Bayer-Hall-Héroult-Verfahren eingeführt wurde, bemüht sich die Alumi­niumindustrie um Verfahren mit geringerem Energiebedarf und daraus resultierenden niedrigeren Kosten. Unter den vielen ver­folgten Wegen sind vier erwähnenswert.

Das Standardverfahren

Das Bayer-Hall-Héroult-Verfahren umfasst zwei Stufen: Zunächst wird im Bayer-Verfahren aus Bauxit das Aluminiumoxid gewon­nen, aus diesem dann in der (von Hall und Héroult 1886 paten­tierten) Schmelzflusselektrolyse das Aluminium abgeschieden. Der Energiebedarf beträgt im Durchschnitt etwa 13 bis 16 Kilo­wattstunden je Kilogramm Aluminium (Für das Umschmelzen von Schrott zu Recyclingaluminium wird bis zu 95 Prozent weniger Energie benötigt).

Weitere interessante Verfahren

1854 erarbeitete Sainte-Claire Deville das erste für die Alumini­umproduktion brauchbare, doch aufwendige und nur bis 1890 ein­gesetzte Verfahren: Wird Aluminiumchlorid mit Natrium erhitzt, verbindet sich dieses mit Chlor zu Natriumchlorid, übrig bleibt Aluminium.

Das fortdauernde Interesse an der karbothermischen Reduktion hat seine Ursache in der prinzipiellen Möglichkeit, Bauxit wie auch arme Aluminiumerze direkt verarbeiten zu können. Seit dem ers­ten, dem Briten Monckton 1862 erteilten Patent hat sich dieser Weg trotz vieler Bemühungen als nicht praktikabel erwiesen. So schloss die französische Firma Pechiney 1967 eine Versuchsan­lage, in der sie seit 1960 über 1000 Tonnen Aluminium gewonnen hatte, mit der Erkenntnis, Energiebedarf, Rohstoffverbrauch und Kosten seien zu hoch. Anfang der 1980er Jahre wurde (in der Folge der Ölpreiserhöhungen in den 1970er Jahren) insbesondere in den USA die karbothermische Reduktion neu und genau bewertet. Danach liegt der Energiebedarf (mit gewissen Einsparungsmög­lichkeiten) über dem des Bayer-Hall-Héroult-Verfahrens, zudem sind noch gewisse Werkstoffprobleme zu lösen. Nachteilig ist fer­­­ner, dass sich beim Erhitzen von Aluminiumoxid mit Kohlenstoff oberhalb 2100 °C gasförmiges Kohlenmonoxid (das als Rohstoffverlust verdampftes Aluminium und Aluminiumoxid enthält) sowie flüssiges Aluminium mit 10 Prozent gelöstem Kohlenstoff bilden. Letztere Lösung erstarrt zu einer Mischung von Aluminium und Aluminiumkarbid, nach deren aufwendiger Trennung das Aluminium noch von Kohlenstoffspuren gereinigt werden muss.

Im ASP-Verfahren
(Alcoa Smelting Process - Schmelzverfahren der Aluminum Company of America) kann Aluminium durch Elek­trolyse von (aus Aluminiumoxid oder direkt aus Bauxit gewonne­nem) Aluminiumchlorid abgeschieden werden. Der Energiebedarf ist zwar geringer als beim Bayer-Hall-Héroult-Verfahren, doch stehen dem technische Probleme bei der Anwendung gegenüber.


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Ihr Ansprechpartner für diese Seite: Georg Grumm