Vollmer: KIS Köln VAW aluminium AG - Bonn Seite 1. Lehrplananbindung Kopiervorlage / Unterrichtsinhalte, -ziele, -methoden

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1 Vollmer: KIS Köln VAW aluminium AG - Bonn Seite 1 Doris Servos, Dr. Monika Kenn Kopiervorlage 1 VAW aluminium AG BONN Lehrplananbindung Kopiervorlage / Unterrichtsinhalte, -ziele, -methoden S I/II S I S I/II S I/II Unternehmen der Region (Ch, Sw, Ek) (1) Unternehmensprofil (Information) (1) Das Element Aluminium (problemorientierter Einstieg) Aluminium in der Lebenswelt (Verpackungsmaterial, Automobilindustrie) (Sw, Ch) (2) Aluminium als Gebrauchsmetall (Information) (2) Aluminium als Verpackungsmaterial im Vergleich mit anderen Materialien (problemorientiert) (2) Aluminium in der Automobilindustrie (Information) - Fallbeispiel (problemorientiert) Aluminium / Aluminiumoxid / Rost / Reduktion u. Oxidation (Ch) (3) Oxidation von Aluminium und Eisen im Vergleich (phänomenologisch, problemorientiert) (3) Versuche mit Aluminium; Reaktion mit Salzsäure, Natronlauge und Iod, Wärmeleitfähigkeit (handlungsorientiert) Aluminium / Oberflächenveredelung; Eloxalverfahren / Redoxreaktionen (Ch) (4) Oberflächenverbesserung (Information) (4) Eloxieren und Einfärben einer Eloxalschicht (handlungsorientiert) Materialien: Broschüren zum Thema Aluminium I&S Gesellschaft für partnerschaftliche Beziehungen zwischen Industrie und Schule/Öffentlichkeit Kontaktschule Collegium Josephinum Bonn Kölnstraße Bonn Tel / Bonn 1997 Mitarbeit und fachliche Beratung: Dr. Gerhard Kudermann (VAW aluminium AG Bonn) Co-Autor: Christoph Merschhemke (I&S GmbH)

2 Seite 2 VAW aluminium AG - Bonn Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 1 VAW aluminium AG - Bonn VAW aluminium AG - Bonn Im August 1996 wurde einer der auffälligsten Gebäudekomplexe der VAW aluminium AG Bonn (VAW Bonn) im Zuge einer Neustrukturierung verkauft. Es handelt sich um das langgestreckte rote Ziegelgebäude, das du siehst, wenn du auf der Autobahn A 555 vom Autobahnkreuz Bonn-Nord kommend in Richtung Köln fährst. Dieses Werkgebäude, das sich über eine Länge von etwa 500 m an der Autobahn erstreckt, war ein Teil der Leichtmetallwerke, wo die VAW früher angewärmte Rundbarren (Preßbarren) aus Aluminium zu Profilen, z.b. für den Aufbau der Mittelwagen des ICE, preßte. Heute werden diese Arbeiten unter der Regie des niederländischen Unternehmens Hoogovens Aluminium ausgeführt. Die VAW ist eines der größten europäischen Aluminiumunternehmen mit ca Mitarbeitern in zahlreichen Werken in Deutschland und Tochtergesellschaften im In- und Ausland. Das Unternehmen liefert seine Produkte, vornehmlich Walzerzeugnisse, flexible Verpackungen sowie Formgußteile für Motoren in die Zielmärkte Verpackung, Verkehr und Bau. Verpackungen aus Aluminium Die Geschichte eines jungen Werkstoffes Der Werkstoff Aluminium hat erstaunlicherweise eine noch junge Geschichte. Wissenschaftler entdeckten dieses Leichtmetall erst vor etwa 200 Jahren. Die Eisengewinnung hatte zu dieser Zeit dagegen schon eine lange Tradition. Die späte Entdeckung muß dem Laien um so erstaunlicher erscheinen, weil Aluminium viel häufiger als alle übrigen Metalle vorkommt: Die Erdrinde enthält über 8% Aluminium, aber nur 4% Eisen. In der Natur kommt Aluminium nur in Form von Verbindungen wie z.b. Aluminiumsilikaten und Aluminiumhydroxiden vor. Letztere sind im sogenannten Bauxit angereichert, das als Aluminiumerz abgebaut wird. Der Aluminiumhydroxidgehalt von Bauxit beträgt - bezogen auf Aluminiumoxid Al 2 O 3-50 bis 60 Prozent. Um eine Tonne metallisches Aluminium herstellen zu können, sind ca. 2 Tonnen Aluminiumoxid und entsprechend ca. 4 Tonnen Bauxit erforderlich. Der Name Bauxit leitet sich übrigens von dem südfranzösischen Dorf Les Baux nahe der bekannten Stadt Arles ab, wo dieses Aluminiumerz 1821 entdeckt wurde. In den darauffolgenden Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Aluminium- Die VAW - ein Unternehmen im Wandel Die Abkürzung VAW für den früheren Namen Vereinigte Aluminium-Werke könnte man für Bonn auch so deuten: Von hier aus in alle Welt. Bonn ist Sitz der Konzernzentrale, von wo die weltweit 73 Beteiligungsgesellschaften durch 178 Mitarbeiter gelenkt werden. Du findest sie in der Georg-von-Boeselager- Straße, nicht weit entfernt vom ehemaligen Strangpreßwerk. Daneben gibt es am Standort Bonn den Zentralbereich Forschung und Entwicklung mit 164 sowie drei weitere Beteiligungsgesellschaften mit insgesamt 107 Mitarbeitern. VAW Motor GmbH: Zu ihr gehören Aluminiumgießereien in Deutschland, Österreich, England, Ungarn und Mexico. Diese Gesellschaft versteht sich als Entwicklungspartner der Automobilindustrie. VAW Aluminium-Technologie GmbH: Diese Gesellschaft vermarktet ihr umfassendes Know-how zur Modernisierung von Aluminiumhütten weltweit, zuletzt nach Südafrika und Sibirien. V.I.S. Informationssysteme GmbH: In Zusammenarbeit mit einem Rechenzentrum in Grevenbroich erbringt sie konzerninterne Dienstleistungen. gewinnung aus Bauxit entwickelt. Gegen Ende des Jahrhunderts standen schließlich geeignete Verfahren zur großtechnischen Produktion von Aluminium zur Verfügung. Im Jahre 1917 wurden daraufhin die Vereinigten Aluminium-Werke, die größte deutsche Aluminiumgesellschaft, gegründet. 1. Schreibe in Stichpunkten auf, was du über Aluminium weißt. 2. Welche Gegenstände kennst du, die aus Aluminium hergestellt sind? 3. Versuche mit Hilfe deines Chemiebuches herauszufinden, warum Aluminium erst viel später als Eisen entdeckt und als Werkstoff verwendet wurde. 4. Warum zeigt Bauxit trotz seines hohen Aluminiumgehaltes keinen metallischen Glanz?

3 Vollmer: KIS Köln VAW aluminium AG - Bonn Seite 1 3 Kopiervorlage 12 Aluminium ist heute nach Eisen das wichtigste Gebrauchsmetall. Seine außergewöhnlichen Eigenschaften eröffnen ihm vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Ver- Der Einzug von Aluminium ins tägliche Leben kehr, Bauwesen, Maschinenbau oder Elektrotechnik. Zunehmende Bedeutung gewinnt Aluminium auch als Verpackungsmaterial und ganz allgemein im Haushaltswarenbereich. Aluminium als Verpackungsmaterial Wer kennt sie nicht, die Alu-Folie zum Frischhalten von Lebensmitteln? Aluminium läßt sich zu dünnen Bändern und Folien walzen, die für den Verpackungsbereich große Bedeutung erlangt haben. Die geschätzten Eigenschaften von Aluminium hierbei sind: Das Metall ist leicht und fest zugleich, es reflektiert Licht-, Wärme- und UV-Strahlen. Aufgrund seiner hohen Dichtigkeit verhindert Aluminium das Eindringen von Fremdaroma, Keimen, Luft und Licht sowie Aromaverluste. Ich bin aus Alu Ich bin aus PE Energieaufwand zur Herstellung eines Kubikmeters in Gigajoule [GJ] Glas 6,3 PE 88,6 Fe 351,6 732,5 Al 1. Für welche Anwendungen wird Aluminium als Verpakkungsmaterial verwendet? Welche Eigenschaften von Aluminium begründen den jeweiligen Einsatz des Metalls als Verpackungsmaterial und welche Wirkung wird jeweils erzielt? Beispiel: Anwendung Eigenschaft von erzielte Aluminium Wirkung Heiße Pizza Wärmereflexion Die Pizza bleibt länger heiß. 2. Erstelle eine Liste mit Vor- und Nachteilen für Aluminium, Glas, Eisen und Kunststoff als Verpackungsmaterial Know-how in Aluminium: Aufreißdeckel für Getränkedosen aus der Forschung und Entwicklung der VAW Aluminium in der Automobilindustrie Aluminium hält mehr und mehr Einzug in den Automobilbau. In den letzten Jahren haben die Autohersteller zunehmend ihre Fahrzeuge im Bereich Fahrwerk, Motor und Getriebe auf Aluminium umgerüstet. Motorblöcke, Zylinderköpfe und Felgen aus Aluminium sind heutzutage schon fast selbstverständlich. Neuerdings geht man aber noch einen Schritt weiter: Die ersten Fahrzeuge mit einer Karosserie ganz aus Aluminium sind auf dem Markt. Aufgabe 3. Welche Vor- und Nachteile hat die fortschreitende Verwendung von Aluminium im Fahrzeugbau? Fuhrunternehmer Anton Schnell muß scharf kalkulieren! Transportunternehmer Anton Schnell will einen neuen Lastkraftwagen für seinen Fuhrpark anschaffen. Ihm liegen zwei Angebote vor: die altbewährte und preiswertere Stahlbauausführung und ein Modell in Aluminium-Bauweise, das immerhin DM teurer in der Anschaffung ist. Der Hersteller des Aluminiumfahrzeugs weist auf den um 1 t leichteren Aufbau hin. Bei gleicher Achslast der Fahrzeuge - so erkennt Anton Schnell - kann er also bei jeder Fahrt 1 t mehr an Lasten transportieren. Anton schnell hollt seine Betriebsdaten aus der Schublade (siehe rechts) und beginnt zu rechnen: 4. Überlege, welche Rechnung Anton Schnell aufstellen wird. Rechne mit. 5. Für welches Fahrzeug wird sich Anton Schnell entscheiden? Begründe deine Antwort anhand der Berechnungen. 6. Sammle Argumente, die für einen Transporter aus Aluminium sprechen. Berücksichtige dabei auch Umweltbelange. Betriebsdaten Anton Schnell a: Jährliche Fahrstrecke pro LKW mit 100 % Auslastung: Frachteinnahmen je t und km bei 100 % Auslastung b: Treibstoffkosten je t LKW/100 km bezogen auf die Leerfahrten ( Leerkilometer pro LKW und Jahr) c: Laufzeit seiner Transporter: Ob nah ob fern, A. Schnell hilft immer gern km 0,17 DM 6.00 DM ca. 5 Jahre A. Schnell Nah- und Ferntransporte

4 Seite 4 VAW aluminium AG - Bonn Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 13 Aluminium, das etwas andere Metall Einem Vorurteil auf der Spur: Eisen rostet, Aluminium nicht Wer kennt es nicht, das leidige Problem mit dem Rost. Früher mußte man sein Fahrrad, das noch zu großen Teilen aus Eisen bestand, sorgfältig reinigen und fetten, damit sich der Rost nicht durch den Lenker und die Felgen fraß. Die Besitzer von Aluminiumrädern heute kennen dieses Problem nicht. Vergleichen wir einmal das Verhalten von Aluminium und Eisen an der Luft, so stellen wir fest, daß sowohl Eisen als auch Aluminium mit Sauerstoff reagieren. Aluminium reagiert spontan mit dem Luftsauerstoff unter Bildung einer festhaftenden schützenden Oxidschicht. Die Oxid-/Hydroxidschicht auf Eisen ist porös und verhindert bei feuchter Luft nicht die weitere Korrosion. Die glänzende Aluminiumoberfläche wird an der Luft matt und stumpf. Eisen wird von der gefürchteten rotbraunen Rostschicht überzogen. Verhalten von Aluminium an der Luft O 2 Al Verhalten von Eisen an der Luft O 2 HO 2 Al O 2 3 HO 2 Fe O Obwohl Gegenstände aus Aluminium viel schneller an der Luft reagieren als solche aus Eisen, müssen Eisengegenstände vor dem Korrosionsangriff von feuchter Luft geschützt werden. Versuche diesen scheinbaren Widerspruch anhand der Abbildung auf der rechten Seite aufzulösen. 2. Warum ist die Aussage, Aluminium rostet nicht, eigentlich falsch? 3. Bearbeite einen angerosteten Eisengegenstand und ein nicht glänzendes Stück Aluminium mit Schmirgelpapier und formuliere deine Beobachtung. Fe V1: Reaktion von Aluminium mit Salzsäure Einige Versuche mit Aluminium Materialien: Aluminiumgrieß oder -späne, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Reagenzglas, Stopfen, kurzes Stück Gummischlauch, Glaswanne, gebogenes Glasrohr, verdünnte Salzsäure. Durchführung: Man gibt einige Aluminiumspäne oder einen Spatellöffel Aluminiumgrieß in ein Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, verbindet diesen über ein Gummischlauchstück mit einem Gasableitungsrohr, das in eine runde, mit Wasser gefüllte Glaswanne taucht (siehe Abbildung rechts). Anschließend gibt man einige Milliliter verdünnte Salzsäure auf das Aluminium und verschließt das Reagenzglas mit einem Gummistopfen. Man fängt das sich bildende Gas in einem Reagenzglas auf. Wenn das Reagenzglas mit dem Gas gefüllt ist, hält man es mit der Öffnung (vorsichtig) an die nicht leuchtende Bunsenbrennerflamme. 4. Schreibe deine Beobachtungen auf. 5. Welches Gas ist entstanden? Salzsäure Aluminiumspäne 6. Formuliere die Reaktionsgleichung. Gas Wasser Glaswanne V2: Reaktion von Aluminium mit Natronlauge Materialien: Wie Versuch 1; anstelle von verdünnter Salzsäure verdünnte Natronlauge. Durchführung: Man verwendet die oben beschriebene Apparatur und gibt statt der Salzsäure einige Milliliter verdünnte Natronlauge hinzu. Ansonsten führt man den Versuch wie oben beschrieben durch. Aufgabe 7. Notiere und deute die Beobachtungen. V3: Reaktion von Aluminium mit Iod Materialien: Verbrennungslöffel, Klammer, Muffe, Stativ, Aluminiumgrieß, Iod, Wasser, Pasteurpipette. Hinweis: Der Versuch muß im Abzug durchgeführt werden! Durchführung: Man befestigt einen Verbrennungslöffel (Eisenlöffel) mit Hilfe von Klammer und Muffe an einem Stativ und füllt ein Gemisch aus 1 g Aluminiumgrieß und 3 g Iodpulver ein. Anschließend erhitzt man kurz mit der Brennerflamme, bis violette Dämpfe aufsteigen, und gibt mit einer Pipette 2 Tropfen Wasser in das Gemisch. Aufgabe 8. Notiere deine Beobachtungen und deute sie.

5 Vollmer: KIS Köln VAW aluminium AG - Bonn Seite 15 Kopiervorlage 14 Was Aluminium edler macht - Oberflächenverbesserung Ein wichtiges Feld der Aluminiumforschung dient dem Ziel, die Oberfläche dieses Leichtmetalls zu verbessern. Der Grund hierfür ist, daß an den Oberflächenzustand der verschiedenen Fertigungsprodukte und Bauteile aus Aluminium jeweils unterschiedliche Anforderungen gestellt werden. Diese Anforderungen betreffen Funktion und Aussehen der Werkstücke. Der Zentralbereich Forschung und Entwicklung der VAW Bonn hat es sich u. a. zur Aufgabe gemacht, neue Methoden der Oberflächenveredelung von Aluminium zu erforschen. Auf dieser Seite lernst du zwei altbewährte Methoden der Oberflächenbehandlung von Aluminium kennen: Das Eloxieren (Anodisieren) und das Einfärben einer frischen Eloxalschicht.. Das Eloxal-Verfahren Durch die elektrische Oxidation wird die dünne Oxidschicht um ein Vielfaches verstärkt. Die Oberfläche der neuen Oxidhaut ist porös. vor dem Eloxieren Al O 2 3 Al nach dem Eloxieren Versuche zur Oberflächenverbesserung von Aluminium V1: Eloxieren von Aluminium (Elektrolytische Oxidation von Aluminium) Geräte und Chemikalien: Gleichstromquelle, Amperemeter, Becherglas (250 ml), Aluminiumblech, Kohleelektrode, verdünnte Schwefelsäure H 2 SO 4, (10 bis 20 %ig) Durchführung: In das mit verdünnter Schwefelsäure gefüllte Becherglas werden das Aluminiumblech und die Kohleelektrode eingetaucht. Man verbindet das Aluminiumblech mit dem Pluspol, die Kohleelektrode mit dem Minuspol der Gleichstromquelle und schaltet das Amperemeter in den Stromkreis. Die Spannung wird so reguliert, daß ein Strom von 0,5 bis 1 A fließt. Nach ca. 15 Minuten schaltet man den Strom ab, nimmt das Aluminiumblech heraus und spült gründlich mit destilliertem Wasser nach. 1. Formuliere deine Beobachtungen. Vergleiche dazu auch das eloxierte mit dem unbehandelten Aluminiumblech. 2. Versuche anhand der Beobachtungen zu erklären, welche Vorgänge an der Kathode und an der Anode stattgefunden haben. 3. Worin liegen die grundsätzlichen Vorteile von eloxiertem gegenüber unbehandeltem Aluminium? + A _ V= Aluminiumblech Kohleelektrode verd. Schwefelsäure V 2: Einfärben der frisch erstellten Eloxalschicht Geräte und Chemikalien: Eosinlösung, Becherglas (500 ml), destilliertes Wasser, Heizplatte oder Bunsenbrenner. Durchführung: In einem 400 ml Becherglas bereitet man aus destilliertem Wasser und Eosin eine kräftig rotgefärbte Lösung und erhitzt diese auf etwa 95 C. In diese Lösung taucht man etwa 5 bis 10 Minuten lang ein frisch eloxiertes Al-Blech hinein, spült es anschließend mit destilliertem Wasser gründlich ab und stellt es dann in ein Becherglas mit siedendem Wasser. Nach zehnminütigem Kochen spült man das Blech unter kaltem Wasser ab und trocknet es. Aluminiumoxidschicht mit eingelagertem Farbstoff Aufgabe 4. Formuliere deine Beobachtungen. Die frisch gebildete Eloxalschicht ist zunächst noch porös, so daß die Farbstofflösung in die Poren eindringen kann. Beim Kochen quillt die Eloxalschicht, dabei schließen sich die Poren und der Farbstoff wird in die Schicht eingeschlossen.

6 Seite 6 VAW aluminium AG - Bonn Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage Didaktische Bemerkungen 15 Einsatzmöglichkeiten der Kopiervorlagen im Normalunterricht und Anbindung an die Lehrpläne Sekundarstufe I: Integration in das obligatorische Thema Elektronenübertragungsreaktionen (Oxidation/Reduktion). Mögliches Schwerpunktthema mit Anwendungsbezug könnte dabei sein Gewinnung und Recycling von Metallen. Das Thema ist auch im Rahmen einer projektorientierten Unterrichtsreihe durchführbar (vgl. Richtlinien und Lehrpläne Chemie für Gymnasien, Sekundarstufe I, S. 52/53, S. 96). Sekundarstufe II: Integration in das Kursthema Elektrochemie. Weiterhin können die Arbeitsblätter zur Vorbereitung einer Exkursion zur VAW Bonn bzw. für den Einstieg in das Thema Element Aluminium verwendet werden. Hierbei besteht für Bonner Schüler wegen der Nähe zur VAW Bonn ein besonderer Lebensweltbezug. Das nachstehende Fließschema gibt einen Überblick über die Einsatzmöglichkeiten und die mögliche Abfolge der Kopiervorlagen: Informationen, Bemerkungen, Lösungen Vorbemerkung: Auf die Behandlung der Aluminiumgewinnung aus Aluminiumoxid durch Schmelzflußelektrolyse wird im Rahmen dieser Materialien bewußt verzichtet, weil das Prinzip der Schmelzflußelektrolyse konventioneller Inhalt fast sämtlicher Unterrichtswerke (für die Sekundarstufe I und II) ist. Umfangreiche Informationen zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse findet man in Themenheften Aluminium (PdN, Heft 8/35, 1986; NiU, Heft 37, 1988). A. Bemerkungen zu den Kopiervorlagen Ergänzung zu den Kopiervorlagen 2 und 3: Recycling von Aluminiumschrott als Unterrichtsversuch Der Werkstoff Aluminium eignet sich in bevorzugter Weise für einen ökologischen Werkstoffkreislauf, weil er, wenn das Aluminiummetall einmal erzeugt ist, nur mit jeweils ca. 5 % des ursprünglichen Energieeinsatzes ohne Qualitätsverlust im Kreislauf geführt werden kann. Da Aluminium in großen Mengen im Hausmüll anfällt, ist es sinnvoll, daß die Schüler die Notwendigkeit der Verwertung von Aluminium aus Aluminiumschrott erkennen. Die Rückgewinnung von Aluminiummetall aus Aluminiumschrott läßt sich mit einem einfachen Versuch veranschaulichen: Versuch: Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumschrott: Material: Porzellantiegel, Porzellanschale, Dreifuß, Tondreieck, 2 Teclubrenner, Stativmaterial, Tiegelzange, Magnesiumstäbchen Aluminiummaterial: Man benötigt 20 bis 50 g Aluminiumschrott (Bleche, Folien, Verschlüsse, Deckel von Getränkedosen). Flußmittel: In einer Porzellanschale werden Natriumchlorid (45 Gew.%), Kaliumchlorid (45 Gew.%) und Natriumfluorid (10 Gew.%) mit einem Spatellöffel gründlich durchmischt. Das Salzgemisch schmilzt bei 610 C, die Schmelztemperatur von Aluminium liegt bei 660 C.

7 Vollmer: KIS Köln VAW aluminium AG - Bonn Seite 17 Didaktische Kopiervorlage Bemerkungen 61 Durchführung: Der Porzellantiegel wird auf einem Dreifuß in ein Tondreieck gesetzt. Ein Teclubrenner wird unter dem Tiegel plaziert. Von oben wird das Brennerrohr eines weiteren Brenners, der dazu in ein Stativ eingespannt wird, schräg auf die Öffnung des Tiegels gerichtet. Löffelweise wird das Flußmittelgemisch in den Tiegel eingebracht und eingeschmolzen. Dann gibt man den Aluminiumschrott (vorher zusammengerollt oder -gedrückt) hinzu. Ab und zu rührt man mit einem mit der Tiegelzange gefaßten Magnesiumstäbchen gut um. Nach ca. 10 Min. läßt man abkühlen. Der Tiegel wird zerschlagen und das Aluminium entnommen. B. Hilfen und Hinweise zur Beantwortung der Fragen und Kopiervorlage 1 Aufgabe 3 Al kommt in der Natur nicht elementar, sondern in sehr beständigen Verbindungen vor. Es kann nicht mit den bereits früh entwickelten Reduktionsverfahren mit Koks (C) als Reduktionsmittel, die bei der Herstellung von Eisen angewendet wurden, gewonnen werden. Kopiervorlage 2 Aufgabe 1 Weitere Beispiele für die Verwendung von Al als Verpackungsmaterial: Anwendung TK-Gerichte Joghurtdeckel Kaffeeverpackung Getränkedosen Eigenschaft von Aluminium Stabilität, chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit Verschlußsicherheit Dichtigkeit Geringes Gewicht, Dichtigkeit, Verschlußsicherheit, Recyclingfähigkeit auf hohem Niveau erzielte Wirkung sichere Aufbewahrung, Schutz vor Frostbrand, bequemes Garen in der Alu-Form (Backofen oder Mikrowelle), niedrige Transportkosten Aromaschutz, Schutz vor Eindringen von Keimen Aromaschutz Schutz vor Keimen und Aromaverlust, Ersparnis von Transportkosten, Bruchsicherheit Kopiervorlage 3 Aufgabe 1 Aluminium reagiert mit Sauerstoff zu Aluminiumoxid, das auf der Oberfläche eine sehr feste, dichte Schicht bildet und so das darunterliegende Metall vor weiterer Oxidation schützt. Der auf der Eisenoberfläche gebildete Rost dagegen blättert ab, oder es bildet sich eine poröse Schicht, durch die Wasser und Sauerstoff die darunter liegende Metallschicht angreifen können. Aufgabe 2 Aluminium reagiert wie Eisen mit Luftsauerstoff. Aufgabe 3 Beim Schmirgeln erscheint das glänzende metallische Eisen wieder. Die Aluminiumoberfläche bleibt matt und stumpf, da sich die Oxidschicht nicht durch Schmirgeln entfernen läßt. Kopiervorlage 4 Zu Versuch 1 Das Aluminiumblech läßt sich an den eingetauchten (eloxierten) Stellen weniger leicht mit Schmirgelpapier zerkratzen als an den nicht eingetauchten (nicht eloxierten) Stellen. Während das Metall den elektrischen Strom gut leitet, ist Al 2 O 3 ein schlechter Leiter. Man berührt mit der (abgetrockneten) Kohleelektrode das Aluminiumblech zunächst im oberen, nicht eloxierten, dann im unteren, eloxierten Teil. In den Stromkreis ist ein Amperemeter (erst auf größeren Meßbereich einstellen) geschaltet. Die angezeigte Stromstärke fällt beim Kontakt der Kohleelektrode mit dem eloxierten im Vergleich zum nicht eloxierten Teil wesentlich geringer aus. Bei der Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure entsteht an der Kohleelektrode Wasserstoff. Am Aluminiumblech (Anode) Für die Reduktion sind Temperaturen über 2000 C erforderlich. Dabei bildet sich in großen Mengen Aluminiumcarbid Al 4 C 3. Aufgabe 4 Al liegt im Erz nicht elementar, sondern gebunden vor. Aufgabe 3 Vorteile: geringes Gewicht (Einsparung von Treibstoffkosten) und Korrosionsbeständigkeit Nachteile:höherer Aufwand für die Al-Gewinnung, rechnet sich im Sinne einer Ökobilanzierung nur bei konsequentem Recycling 4/5/6 (Betriebskalkulation Anton Schnell) km mit Last ergeben DM Mehreinnahmen pro Jahr, da jeweils eine t mehr transportiert werden kann. Leerkilometer schlagen bei A. Schnell über die Treibstoffkosten negativ zu Buche; bei einem Leergewicht, das um eine t verringert ist (Alu-Aufbau), errechnet sich eine Ersparnis von 540 x 6 DM = 3240 DM pro Jahr. Nach 5 Jahren addieren sich die Mehreinnahmen und die Treibstoffersparnis zu insgesamt DM. Trotz der höheren Anschaffungskosten des LKW mit Aluminiumaufbau ergibt sich für A. Schnell eine um ca DM günstigere Bilanz. Zu Versuch 1 Das gebildete Gas ist Wasserstoff, der mit leichtem Knall oder ruhig mit farbloser Flamme verbrennt. Reaktionsgleichung: 2 Al + 6H + 2 Al H 2 Zu Versuch 2 Es wird ebenfalls Wasserstoff gebildet. (Reaktionsgleichung: 2 Al + 2OH H 2 O 2 [Al(OH) 4 ] H 2 Aluminium reagiert mit Säuren und Laugen unter Wasserstoffentwicklung. Zu Versuch 3 Es entweichen violette Dämpfe von Iod, und nach kurzer Zeit entzündet sich das Gemisch und brennt mit gelber Flamme. (Reaktionsgleichung: 2 Al + 3 I 2 2 AlI 3 ) wird die dünne Oxidschicht durch anodische Oxidation auf ein Vielfaches verstärkt. Die Eloxalschicht ist nach der Verdickung hart und kann mechanisch nur schwer zerstört werden. Beim Elektrolysevorgang fällt die Stromstärke allmählich stark ab. An der Kathode (Kohleelektrode) entwickelt sich ein Gas (Wasserstoff). An der Anode (Aluminiumblech) ist keine Gasentwicklung zu beobachten. An der Kathode werden Elektronen auf Wassermoleküle übertragen nach: 2 H 2 O + 2e - H OH - An der Anode laufen folgende Reaktionen ab: a: 4 OH - O H 2 O + 4e - b: Al Al e - insgesamt: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3

8 Seite 8 VAW aluminium AG - Bonn Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage Hintergrundinformationen 71 Hintergrundinformationen zu... VAW aluminium AG Die VAW aluminium AG, ein Unternehmen der VIAG-Gruppe, ist mit einem Umsatz von 5,9 Milliarden DM und Mitarbeitern eine der führenden Aluminiumgesellschaften Europas und Marktführer in Deutschland. Der Schwerpunkt der Marktaktivitäten liegt auf anspruchsvollen Aluminiumprodukten, die eine hohe Wertschöpfung aufweisen. Das Unternehmen liefert seine Produkte, vornehmlich Walzerzeugnisse, flexible Verpakkungen sowie Formgußteile für Motoren in die Zielmärkte Verpackung, Verkehr und Bau. Zur Versorgung der Verarbeitungsbetriebe greift VAW auf eine eigene Metallbasis zurück. Neben der Konzernzentrale in Bonn befinden sich in näherer Umgebung noch die Werke in Neuss-Norf und Grevenbroich. Aluminium als Verpackungsmaterial Da Aluminium leicht, geschmacks- und geruchsneutral, unempfindlich gegenüber den meisten organischen Säuren mit hohem Molekulargewicht und korrosionsbeständig ist, eignet es sich besonders als Lebensmittelverpackung. Es bietet bei sparsamem Materialeinsatz sicheren Schutz gegen Licht und Sauerstoff, Mikroorganismen, Fremdgeruch und Fremdstoffe sowie Feuchtigkeit. Es bewahrt das Füllgut vor Aromaverlust und chemischem Abbau, verhindert den Zerfall von Wirkstoffen und die Diffusion flüchtiger Bestandteile. Aluminium ist häufiger Bestandteil von Verbundmaterialien. Recycling von Aluminium Der Wert von gebrauchtem Aluminium hat seit jeher dazu geführt, daß ein hoher Anteil der Aluminiumschrotte wieder der Produktion zugeführt wird. In Deutschland erzeugte die Aluminiumsekundärwirtschaft im Jahre Jahrestonnen Sekundäraluminium aus Produktions- und Altschrotten. Die Primärhersteller produzierten im gleichen Zeitraum Jahrestonnen. Verkaufsverpackungen aus Aluminium werden durch das Duale System gesammelt und sortiert. Bei der Aluminiumsortierung hat man in letzter Zeit zunehmend von manueller auf mechanische Sortierung umgestellt. Durch den Einsatz von Wirbelstromabscheidern wird die Sortiereffizienz gesteigert. Wirbelstromabscheider trennen auf physikalisch-mechanischem Weg automatisch Aluminiumverpackungen von den übrigen Verpackungsmaterialien. Durch die Umstellung des Verfahrens wurde die Erfassung von Aluminiumabfällen von Juni bis September 1994 von Tonnen auf Tonnen Aluminium gesteigert. Aluminium im Fahrzeugbau 100 Kilogramm Gewichtsersparnis reduziert den Benzinverbrauch eines PKW zwischen 0,4 und 0,7 Liter auf 100 Kilometer. Heutzutage befinden sich bereits ca. 63 kg Aluminium im PKW mit steigender Tendenz: Motor/Getriebe 50 %, Fahrwerk 30 %, Karosserie 15 %, Ausstattung 5%. Mit über 31% am gesamten Aluminiumverbrauch ist der Verkehrssektor in Deutschland Hauptabnehmer für Aluminium. Die Aluminium-Recyclingquote im Bereich Verkehrswesen beträgt etwa 90 %. (Angaben: Duales System Deutschland GmbH) Literatur: [1] Themenheft Aluminium : PdN Heft 3/35, Aulis Verlag, Deubner & CO KG, Köln 1986 [2] Themenheft Aluminium : NiU Heft 37, Friedrich Verlag, Seelze 1988 Kontaktinformationen 1. Ansprechpartner und Informationsmaterial VAW allgemein: VAW aluminium AG, Öffentlichkeitsarbeit, Postfach 2468, Bonn, Tel.: / 552 (02)-21 46, Fax: , Internet: Forschung und Entwicklung: VAW aluminium AG, Forschung und Entwicklung, Postfach 2468, Bonn, Tel.: / 552 (02)-23 68, Fax: Ökologie: VAW aluminium AG, Ökologie, Postfach 2468, Bonn, Tel.: / 552 (02)-23 84, Fax: Umwelt: VAW aluminium AG, Umwelt und Arbeitssicherheit, Postfach 2468, Bonn, Tel.: / 552 (02)-22 86, Fax: Betriebsbesichtigungen und Betriebspraktika Führungen in der Forschung und Entwicklung werden auf Anfrage durchgeführt. Kontaktadressen für Betriebsbesichtigungen in den Produktionsstandorten im Großraum Köln: Elektrolyse und Gießerei: VAW aluminium AG, Postfach , Neuss, Tel.: / 382-1, Fax: -690 Walzerzeugnisse: VAW aluminium AG, Postfach , Neuss; Folie: Tel.: / , Fax: -1820; Lithographie: Tel.: / , Fax: ; Dose: Tel.: / , Fax: ; Band: Tel.: / , Fax: Betriebspraktika: Interessenten für Betriebspraktika wenden sich bitte an: VAW aluminium AG, Personal, Postfach 2468, Bonn, Tel.: / 552 (02)-22 20, Fax: Ausbildungsplätze, berufliche Möglichkeiten Ausbildungsplätze: Industriekaufleute in der Konzernzentrale, Werkstoffprüfer und Gießereimechaniker in der Forschung und Entwicklung. Die Produktionsstandorte bieten neben den o.g. Ausbildungen z.b. Ausbildung zum Energieanlagenelektroniker, Verfahrensmechaniker und Industriemechaniker. Berufliche Möglichkeiten: Neben den o.g. Ausbildungsberufen werden u.a. beschäftigt: Chemielaboranten, Physiklaboranten, Chemisch-Technische Assistenten für Chemie, Technische Assistenten für Metallographie und Metallkunde, Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler für Metallkunde, Hüttenwesen, Gießerei, Elektronik, Maschinenbau, Informatik, Mathematik, Chemie und Physik sowie Juristen, Betriebswirte und Volkswirte.