Chemiereferat Aluminiumherstellung

Chemiereferat: Aluminiumherstellung

1. Geschichte des Aluminiums:

J   das am häufigsten vorkommende Gebrauchsmetall in der Erdkruste (8%)

J   wurde Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckt

J   1807 vermutete Humphrey Davy ein in Tonerde an Sauerstoff gebundenes Metall

J   erst 1825 gelang es dem Dänen Hans Christian Ørsted metallisches Aluminium herzustellen

J   mit finanzieller Unterstützung von Napolen III. gelang es Henry Saint-Claire Deville ein Verfahren zur Aluminiumherstellung zu entwickeln

J   dieses Herstellungsverfahren war nicht wirtschaftlich, weil es zu teuer war

J   Elektrolyseverfahren von Héroult und Hall setzte die 1866 von Werner von Siemens erfundene Dynamomaschine voraus

2. Die Aluminiumherstellung

J   in Bauxit (n. d. ersten Fundort LES BAUX, Südfrankreich) gebundenes Aluminiumoxid wird abgebaut (im Bauxid sind außerdem zum größtem Teil Eisenoxid und Silikate enthalten [deswegen die rote Farbe])

J   das Aluminiumoxid wird aus dem Stein herausgefiltert (Bayer-Verfahren, nach Karl J. Bayer [deutsches Reichspatent 43 977 vom 17. 1. 1887]):

Bauxid wird bröselig gemacht

wird mit NaOH (Natronlauge) vermischt

Aluminiumoxid ist von vielen OH^- Ionen umgeben

Aluminiumoxid wird deshalb unter Druck gelöst, der rote Eisenoxidschlamm sinkt ab

der Schlamm wird herausgefiltert

=> Aluminatlauge Al(OH)₃

Kalzinierung (erhitzen => Wasser verdampft)

2Al(OH)₃  => Al₂O₃ + 3H₂O

J   Schmelze aus Kryolid (griech. Eisstein, wurde zum ersten Mal in Grönland gefunden, sehr selten, wird heute sysnthetisch hergestellt) (Na₂AlF₆) und Aluminiumoxid => Schmelztemperatur wird durch das Kryolid heruntergesetzt (Aluminiumoxid: 2050 °C; Aluminiumkryolidgemischt: 950-970 °C)

J   Gemisch wird in eine mit Kohle ausgekleidete Eisen- oder Steinwanne gefüllt

J   Kohlewanne ist die - Kathode

J   von oben werden mit Kohle umkleidete + Anoden hineingehalten

J   Strom wird induziert

J   5 Volt Spannung

J   200 000 bis 300 000 Ampère (normaler Hausstrom: ca. 10 A) also ca. 20 000 bis 30 000 Häuser => 12 bis 13 kWh / produziertes kg Aluminium

früher: 4000 A => 42kWh / produziertes kg Aluminium

zunehmende Stromstärke verringerte sich der spezifische Platzbedarf

J   der Strom heizt die Schmelze so stark auf, daß sie flüssig bleibt und daß man keine weitere Wärmeenergie hineinstecken muß

J   an den Anoden entsteht CO₂

J   an der Kathode entsteht Al, das am Wannenrand aufgrund des Gewichts hinunterfließt und sich unten sammelt

J   3C + 6O^2- => 3CO₂ + 12 e^-

J   4Al³⁺ + 12 e^- => 4Al

J   das flüssige Aluminium, das eine Temperatur von ca. 660 °C hat, wird abgesaugt

J   außerdem entstehen noch viele andere giftige Abgase, deswegen müssen die restlichen Gase noch gründlich gefiltert werden (u.a. entsteht sehr giftiges Fluor)

J   dieses Aluminiumherstellungsverfahren ist sehr energieaufwendig

J   1 t Hüttenaluminium = 21985 kWh

3. Allgemeines

J   90 Produzenten in 42 Ländern => 164 Aluminiumhütten Weltweit

J   Gesamtkapazität von 18,850 Mio. t = 18 850 000 000 kg = 18 850 000 000 000 g = 6,2833 * 10¹¹ Spraydosen = 628 330 000 000 Spraydosen (! Spraydose = 30 g)

J   18,850 Mio. t = 4,1442 * 10¹¹ kWh = 414 420 000 000 000 W = 6 907 000 000 000 60Watt Birnen brennen 1 h lang für die Produktion von 18,850 Mio. t Aluminium