Von Bauxit zum Aluminium

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1 Von Bauxit zum Aluminium

2 Themenübersicht Geschichte Vorkommen von Bauxit Allgemeines zum Aluminium Verwendung Herstellungsverfahren Gewinnung des Oxids ( Bayer-Verfahren) Gewinnung des Aluminiums (Schmelzflusselektrolyse) Umwelt Quellenangaben

3 Geschichte Aluminium ist im Vergleich zu anderen Metallen noch nicht lange bekannt Der Engländer Davy entdeckte das Aluminium 1821 Entdeckung des Bauxits vom Franzosen Berthier in Les Baux heute noch Rohstoff für Aluminiumgewinnung Von Christiene Vogel und

4 1825 erstmalige Herstellung durch Øersted: Reaktion von AlCl 3 mit Kaliumamalgam, wobei Kalium als Reduktionsmittel dient: AlCl 3 + 3K Al + 3 KAlCl Wöhler verbessert das Ørstedsverfahren Verwendung von metallischem Kalium reineres Aluminium

5 1886 Schmelzelektrolyseverfahren Entwicklung von Hall und Héroult Entwicklung des Bayerverfahrens durch den Österreicher Bayer Heute noch großtechnisches Herstellungsverfahren

6 Vorkommen von Bauxit Südfrankreich (Les Baux) Guinea Bosnien und Herzegowina Ungarn Russland Indien Jamaika Australien Brasilien USA Zusammensetzung von Bauxit: ca. 60% Al(OH) 3 /AlO(OH), ca. 30% Fe 2 O 3 /SiO

7 Allgemeine Eigenschaften vom Aluminium Geringe Dichte: 2,6-2,8g/cm 3 (ein drittel der Dichte von Strahl) Gute chemische, Witterungs- und Seewasserbeständigkeit (Passivierung durch Oxidschicht) Vielseitige Oberflächenbehandelbarkeit (z.b. Eloxieren) Hohe elektrische Leitfähigkeit (liegt am höchsten bei Reinst- und Reinaluminium mit etwa 34m/Ohm mm 2 ) Hohe Wärmeleitfähigkeit (235 W/mol*K) Ein guter Reflektor/ ein schlechter Absorber

8 Konstruktionswerkstoff Elektrotechnik Verpackung und Behälter Optik und Lichttechnik Luft- und Raumfahrttechnik usw

9 Das Bayer-Verfahren Bauxit mit ca. 200 C heißer NaOH bei Überdruck Bauxit + NaOH Na(Al(OH) 4 ) + Rotschlamm ( Fe 2 O 3 ) Ab filtrieren des Rotschlamms Verdünnen des Filtrats mit NaOH, abkühlen auf 78 C und Normaldruck An Impfen mit festen Al(OH) 3 somit ausfällen des festen Al(OH) 3 Na(Al(OH) 4 ) Al(OH) 3 + NaOH Brennen des Al(OH) 3 bei 1300 C zu Reinbauxit 2Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 2H 2 O

10 Bayer - Verfahren

11 Hall-Héroult Prozess (Schmelzflusselektrolyse) Aufbau: Steinmauer oder Stahlwanne ausgekleidet mit Graphit Das Wannengraphit ist die negative Pol Absenkbare Graphitblöcke bilden die positive Pol Zu dem werden zwei Absaugvorrichtungen benötigt

12 Hall-Héroult Prozess (Schmelzflusselektrolyse) Funktionsweise: Eine Gemisch aus 80-90% Kryolith(T s 1000 C) und max. 20% Al 2 O 3 (T s 2045 C) wodurch der Schmelzpunkt auf ca. 950 C gesenkt wird. Es bildet sich ein Eutektikum. Durch das Anlegen von bis zu 200kA-300kA wird Al 2 O 3 in Aluminium zerlegt. Al 2 O 3 + 2C 2Al + CO + CO 2 Der Sauerstoff reagiert mit dem Anodengraphit zu CO und CO2 Das flüssige Aluminium sinkt zu Boden und kann dort abgesaugt werden

13 Hall-Héroult Prozess (Schmelzflusselektrolyse)

14 Hall-Héroult Prozess (Schmelzflusselektrolyse)

15 Übersicht der Reaktionen Bauxit + NaOH Na(Al(OH) 4 ) + Rotschlamm ( Fe 2 O 3 ) Na(Al(OH) 4 ) 2Al(OH) 3 Al(OH) 3 + NaOH Al 2 O 3 + 2H 2 O 2Al 2 O 3 4Al + 3O 2 3O 2 + 4C 2CO + 2CO

16 Umweltaspekte Energieaufwand Nachteile: Sehr Energieaufwendig, pro Tonne Al werden ca kwh benötigt Die Weiterverarbeitung benötigt ebenfalls viel Energie Bauxit wird auf großen Flächen im Tagebau gefördert, d.h Rekultivierung Maßnahmen sind notwendig Pro Kilogramm Al fallen ca. 1,5 kg eisenhaltiger Rotschlamm an

17 Umweltaspekte Energieaufwand Vorteile: Wird an Orten produziert wo Energie günstig und CO 2 frei zur Verfügung steht, z.b. An Wasserkraftwerken Aluminium kann zu 100% recycelt werden dazu werden nur 5% der Stromkosten benötigt (ca. 700 kwh ) 2003 lag die Produktion von Sekundäraluminium weltweit bei 25% (7,7 Mio. Tonnen) Tendenz steigend

18 Umweltaspekte Wirkung auf Lebewesen und Pflanzen Lebewesen/Pflanzen: nicht essentiell Spurenelement im Körper mit keiner biologischen Bedeutung Größere Mengen können über die Nieren ausgeschieden werden In verschiedenen gelösten Salzen in verschiedenen Pflanzen enthalten Somit eine tägliche geringe Aufnahme von Aluminium eine zu hohe Al 3+ -Konzentration kann das Wurzelwachstum schädigen

19 Quellenangabe Riedel Anorganische Chemie ( 6 Auflage, ISBN ) Wikipedia.de Hollemann Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie; Verlag de Gruyter 101. Auflage