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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.

Bauxite with core of unweathered rock. C 021
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.

Luftaufnahmen Nordseekueste 2012-05-by-RaBoe-478
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:

Kathode: 4Al3++12e-4Al

Anode: 6O2-3O2+12e-

3O2+6C6CO


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



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