Herstellung von Alluminium
Aluminium kommt nicht in Form des reinen Metalls, sondern in Form von Oxiden
in der Natur vor.
Der Ausgangsstoff der Aluminiumgewinnung ist das Mineral Bauxit. Dieses
Mineral wurde nach dem Fundort Les Baux benannt, der in Südfrankreich liegt.
Das Mineral Bauxit, Fundort Guinea
Die größten heutigen Lagerstätten befinden sich in Australien, Afrika und
Südamerika.
Das Mineral Bauxit besteht aus 55% Aluminiumoxid, 20% Eisen (III)-oxid,
3% Siliciumdioxid, 2% Titan(IV)-oxid und 20% Wasser.
Um Aluminium herstellen zu können, muss man das Aluminiumoxid von den
anderen Stoffen trennen.
Dazu wird Bauxit gemahlen und anschließend in einen Rohrreaktor mit heißer
Natronlauge umgesetzt.
Dabei bildet sich Natriumaluminat NaAl(OH)
4 und Aluminiumhydroxid
Al(OH)
3 löst sich aus der Verbindung.
Die Nebenbestandteile wie zum Beispiel Eisen(III)-oxid fallen als Rotschlamm
aus und werden von der Lösung abgetrennt und deponiert.
Rotschlamm-Deponie bei Stade
Die zurückbleibende Lösung wird verdünnt, bis sich Aluminiumhydroxid
abscheidet. Das wird in einen Wirbelschichtöfen bei 1200°C entwässert.
So werden aus 2kg Bauxit 1kg Aluminiumoxid.
Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid
Mithilfe des Schmelzflusselektrolyse-Verfahrens gewinnt man anschließend
aus dem Aluminiumoxid das Metall Aluminium. Dabei muss das Aluminiumoxid
zuerst geschmolzen werden. Allerdings besitzt Aluminiumoxid eine sehr hohe
Schmelztemperatur von 2045°C. Weil zu diesem Schmelzen sehr viel
teure Energie nötig wäre, arbeitet man nicht mit reinem Aluminmoxid
sondern löst das Aluminiumoxid in flüssigem Kryolith
(Natriumhexafluoroaluminat Na3[AlF6]). Dadurch sinkt die Schmelztemperatur
auf 960°C und die elektrische die elektrische Leitfähigkeit der Schmelze
wird erhöht. Durch die Zugabe von Kryolith wird sehr viel Energie eingespart.
Die Schmelzelektrolyse findet in einer Elektrolysezelle statt, in der
Graphitblöcke an der innere Zellwand als Kathode dient.
Als Anode dient ein weiterer Graphitblock, der in die Schmelze getaucht
wird und ein Stück aus der Oberfläche herrausragt.
Man legt an die Elektroden eine Spannung von 5 V an. Dadurch wird eine
Redoxreaktion erzwungen.
Reaktionsgleichungen:
An der Kathode wird Aluminium abgeschieden. Auf dem Boden der Elektrolysewanne
sammelt sich das flüssige Aluminium, dass periodisch aus der Elektrolysezelle
abgesaugt wird.
An der Anode reagiert der Sauerstoff bei der hohen Temperatur unmittelbar mit
der Graphitelektrode zu Kohlenstoffmonoxid.
Erstell von A.N. mit kleinen Änderungen durch Herrn Ecker 18./19.12.2013