Aluminium – Die Herstellung und Verarbeitung
Aluminium ist nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element in der Erdkruste. Es kommt zwar sehr häufig vor, aber niemals in seiner reinen Form. Daher kann der Werkstoff nicht einfach in der Natur abgebaut werden, sondern wird in einem aufwändigen Verfahren hergestellt.
Was für ein Rohstoff steckt hinter Aluminium? Welche Prozesse müssen durchlaufen werden, um am Ende reines Aluminium zu erhalten?
Die Grundlage: Bauxit
Aluminium findet man in der Natur nur in Aluminiumverbindungen. Die höchste Aluminium-Konzentration befindet sich in sogenannten Bauxiten. Das sind Verwitterungsprodukte aus Kalk- und Silikatgestein.
In Bauxit beträgt der Anteil von Aluminiumoxiden häufig über 50 Prozent. Das ist der Rohstoff für die Aluminiumproduktion. Die größten Abbaugebiete befinden sich in Australien, China, Guinea, Brasilien und Indien.
An solchen Orten enthält der Rohstoff die größte Menge an Alumerde, also reinem Aluminiumoxid. Alumerde wird meist direkt am Abbauort des Bauxits gewonnen. Das spart Transportkosten. Doch wie funktioniert das?
Die Umwandlung: Alumerde
Durch das Bayer-Verfahren, erfunden 1887 und benannt nach Karl Bayer, wird aus dem Bauxit das reine Aluminiumoxid gewonnen. Dieses wird auch Alumerde oder Tonerde genannt.
Bauxit wird in großen Mengen fein gemahlen. Danach wird es in einen großen Behälter gefüllt und mit erhitzter Natronlauge ergänzt. Dabei handelt es sich um eine Lösung aus ätzendem Soda und Wasser, die das Aluminiumoxid im Bauxit löst.
Aluminiumslurry nennt man das flüssige Gemisch aus Natronlauge und dem darin gelösten Aluminiumoxid. Rotschlamm sind die nicht gelösten Bauxit-Bestandteile.
Mithilfe von Filtern wird die Aluminiumslurry vom Rotschlamm getrennt. Letzterer wird entsorgt. Die Aluminiumslurry wird gekühlt und in Silos gepumpt. Es entstehen kleine, weiße Kristalle in der Flüssigkeit, die zu Boden sinken.
Diese Kristalle werden in einen weiteren Silo umgeleitet, in dem sie weiter wachsen können. Bei einer Temperatur von etwa 1000 °C werden die Kristalle in einem Ofen zu Alumerde, also reinem Aluminiumoxid, umgewandelt. Es entsteht ein feines, weißes Pulver.
Die Gewinnung: der Elektrolyseprozess
Für die Alumerde geht es weiter in die primären Schmelzöfen. Die sogenannten Aluminiumhütten befinden sich oft an Standorten, an denen preiswerte und vergleichsweise saubere Energie erzeugt werden kann.
Durch das Hall-Héroult-Verfahren wird aus Alumerde reines Aluminium erzeugt. Das Verfahren ist nach zwei Forschern benannt, die diese Methode unabhängig voneinander im Jahr 1886 erfunden haben.
Alumerde besteht aus Aluminium und Sauerstoff. Das Hall-Héroult-Verfahren trennt im Rahmen der Schmelzflusselektrolyse beide Bestandteile voneinander. Die Alumerde kommt dazu in ein Reduziergefäß.
In diesem Gefäß befindet sich das Fluoridsalz Kryolith, erhitzt auf etwa 1000 °C. Die Innenseite des Gefäßes ist häufig mit Graphit bedeckt. Zwischen den Anodenblöcken aus Kohlenstoff und dem Graphit wird eine elektrische Spannung erzeugt.
Diese Spannung ist zwar niedrig, etwa 4 bis 5 Volt, hat aber eine extrem hohe Stromstärke von 220.000 bis 340.000 Ampere. Der elektrische Strom trennt den Sauerstoff vom Aluminium.
Der Sauerstoff bindet sich an den Kohlenstoff der Anodenblöcke und wird in Form von CO₂ abgeführt. Das reine Aluminium sinkt zu Boden und wird in flüssigem Zustand abgelassen. Anschließend wird das flüssige Aluminium in Formen gegossen und kann für verschiedene Zwecke weiterverarbeitet werden.
Der Werkstoff: Aluminium
Der Abbau des Bauxits, die Umwandlung zu Alumerde und der Elektrolyseprozess zeigen, wie aufwändig die Herstellung von Aluminium ist. Zuerst wird aus dem Rohstoff Bauxit reines Aluminiumoxid gewonnen. Anschließend wird das Oxid in geschmolzenem Kryolith gelöst und mittels Schmelzflusselektrolyse zu Aluminium verarbeitet.
Das Endprodukt, reines Aluminium, besitzt viele gute Eigenschaften. Es macht das Material vielseitig einsetzbar, gut verarbeitbar und sehr gut recyclebar. Das Recycling von Aluminium erfordert nur etwa fünf Prozent der Energie, die für die Herstellung von Primäraluminium benötigt wird.
Wichtige Schritte der Aluminiumherstellung
- Bauxitabbau: Gewinnung des aluminiumhaltigen Rohstoffs.
- Bayer-Verfahren: Umwandlung von Bauxit zu Alumerde beziehungsweise Aluminiumoxid.
- Schmelzflusselektrolyse: Trennung von Aluminium und Sauerstoff im Hall-Héroult-Verfahren.
- Gießen: Flüssiges Aluminium wird in Formen gegossen.
- Weiterverarbeitung: Aluminium kann zu Blechen, Platten, Profilen, Rohren oder Bauteilen verarbeitet werden.
- Recycling: Aluminium kann energieeffizient wiederverwertet werden.
Fazit
Aluminium ist ein technisch anspruchsvoller Werkstoff mit einer aufwändigen Herstellungskette. Vom Bauxit über Alumerde bis zur Elektrolyse sind mehrere Prozessschritte nötig, bevor reines Aluminium entsteht.
Gerade diese Kombination aus geringem Gewicht, guter Verarbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und hoher Recyclingfähigkeit macht Aluminium zu einem der wichtigsten Werkstoffe für Industrie, Bau, Maschinenbau, Fahrzeugbau und viele weitere Anwendungen.
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Häufige Fragen zur Aluminiumherstellung
Woraus wird Aluminium hergestellt?
Aluminium wird hauptsächlich aus Bauxit hergestellt. Aus diesem Rohstoff wird zunächst Alumerde beziehungsweise Aluminiumoxid gewonnen. Anschließend entsteht durch Elektrolyse reines Aluminium.
Was ist Bauxit?
Bauxit ist ein aluminiumhaltiges Gestein und der wichtigste Rohstoff für die Aluminiumproduktion. Es enthält häufig einen hohen Anteil an Aluminiumoxiden.
Was ist das Bayer-Verfahren?
Beim Bayer-Verfahren wird aus Bauxit reine Alumerde beziehungsweise Aluminiumoxid gewonnen. Dafür wird das gemahlene Bauxit mit erhitzter Natronlauge behandelt und anschließend gefiltert, gekühlt und weiterverarbeitet.
Wie entsteht reines Aluminium?
Reines Aluminium entsteht durch das Hall-Héroult-Verfahren. Dabei wird Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith gelöst und durch Schmelzflusselektrolyse in Aluminium und Sauerstoff getrennt.
Warum ist Aluminium gut recyclebar?
Aluminium lässt sich sehr gut recyceln. Das Recycling benötigt nur etwa fünf Prozent der Energie, die für die Herstellung von Primäraluminium erforderlich ist.
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