Was ist Aluminium?

Aluminium ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten Nichteisenmetalle, das von Getränkedosen bis hin zu Autostoßstangen reicht und auch medizinische Eigenschaften besitzt.

Bauxit, ein abgebautes Mineral, ist die Hauptquelle für Aluminiumoxid. Bei diesem als "Bauxit-Schmelzen" bezeichneten Verfahren wird dieses Oxid aus dem Erz gewonnen.

Es ist ein natürliches Element

Aluminium ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente, das in zahlreichen Produkten wie Getränkedosen, Folien, Küchenutensilien, Fensterrahmen und Flugzeugteilen enthalten ist. Die Eigenschaften von Aluminium wie Weichheit, Leichtigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Ungiftigkeit machen es wirtschaftlich und vielseitig - es lässt sich durch Gießen oder maschinelle Bearbeitung leicht in komplexe Formen bringen; mit seiner Formbarkeit steht es an zweiter Stelle aller Metalle, während seine Duktilität an sechster Stelle steht; außerdem lässt es sich leicht zu einer Vielzahl von Legierungen zusammenfügen und bildet neue Legierungen aus anderen Metallen.

Aluminium hat die Ordnungszahl 13 und befindet sich in der dreizehnten Periode des Periodensystems. Als Post-Übergangs-Metall mit drei Valenzelektronen ist Aluminium chemisch recht reaktiv und bei Umgebungstemperatur fest; seine Leitfähigkeit ermöglicht es, sowohl Wärme als auch Elektrizität effizient zu nutzen; außerdem ist es ein guter Isolator gegen Korrosion; reines Aluminium erscheint weich und silbrig und widersteht auf natürliche Weise der Oxidation durch Luft, die schützende Oxidschichten über seiner Oberfläche bildet.

Aluminium gibt es schon seit der Entdeckung des alten Ägyptens und Mesopotamiens, wo es in Färbemitteln und Poliermitteln zur Verbesserung der Farbe verwendet wurde. Plinius der Ältere schrieb bereits im Jahr 2 n. Chr. in seiner Enzyklopädie über seine Verwendung.

Obwohl Aluminium den Wissenschaftlern schon lange bekannt war, wurde es erst um 1800 in großen Mengen gewonnen. Hans Christian Oersted stellte 1825 durch Elektrolyse einer Kaliumaluminiumsulfatlösung kleine Mengen her; Humphrey Davy nannte dieses neue Element zunächst "Alumium", bevor er es später in Aluminium umbenannte; 1925 akzeptierte die American Chemical Society schließlich offiziell diesen Namen für dieses Metall.

Aluminium kommt in der Natur nicht als Element vor, sondern in Verbindung mit anderen Elementen in Mineralien und Gesteinen wie dem Bauxiterz, aus dem es abgebaut wird. Reines Aluminium ist für die Verwendung in der Natur zu reaktiv, verbindet sich aber leicht mit Sauerstoff und anderen Elementen, die in der Erdkruste vorkommen.

Es ist ein Metall

Aluminium mit der Ordnungszahl 13 ist eines der drei am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Aufgrund seiner geringen Dichte und seiner ausgezeichneten mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften wird Aluminium sowohl in der Industrie als auch für Haushaltsprodukte und -gegenstände wie Fahrzeuge, Züge und Flugzeuge verwendet.

Reines Aluminium ist in der Natur nur schwer zu finden, da es mit Sauerstoff reagiert und die Verbindung Tonerde bildet. Zur Gewinnung von Aluminium muss daher Bauxit aus der Erde geholt und mit Bauxitbrechern verarbeitet werden, bevor es zerkleinert und mit Ton und Kieselerde gemischt und in einem Ofen erhitzt wird, bevor es schließlich gefiltert wird, um geschmolzenes Aluminiumoxid zu bilden, das als Rohstoff für verschiedene Produkte dient.

Aus Aluminar reformiert, kann dann reines Aluminium hergestellt werden. Diese Form enthält keine Legierungselemente und nur einen geringen Anteil an Verunreinigungen; sie kommt in zahlreichen Legierungen vor, darunter auch in plattiertem Aluminium. Reines Aluminium ist ein wichtiger Bestandteil von Lebensmittelverpackungen und Kochutensilien und wird aufgrund seiner leichten Festigkeitseigenschaften auch von der Automobil- und Luftfahrtindustrie in großem Umfang verwendet.

Es gibt bis zu 100 verschiedene Aluminiumlegierungen, die jeweils auf die spezifischen Anforderungen der Industrie zugeschnitten sind. Sie reichen von wärmebehandelten und schweißbaren Legierungen über Wärmebehandlungsverfahren und Schweißanwendungen bis hin zu nicht wärmebehandelten Methoden; alle beginnen als Bauxit, das auf diese Weise verarbeitet wird, und enthalten schließlich Silizium- und Magnesiumelemente, um stärkere Legierungen zu bilden, die hohen Temperaturen standhalten können; dazu gehören 6xxx und 7xxx, die häufig in der kommerziellen Flugzeugproduktion zu finden sind.

Aluminium ist ein unglaublich flexibles Metall, das in den Bereichen Transport, Konstruktion, Bauwesen, Fertigung und Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird. Die einfache Verarbeitung, die Korrosionsbeständigkeit und das geringe Gewicht machen Aluminium zum idealen Werkstoff für Fahrzeuge, um den Kraftstoffverbrauch und die Kohlendioxidemissionen zu senken; für Getränke- und Lebensmittelverpackungen wird es unter anderem als Dachmaterial für Fenster verwendet, und aufgrund seines geringen Gewichts eignet es sich auch für die Herstellung von Luft- und Raumfahrtkomponenten.

Es ist eine Legierung

Aluminium ist ein Element, das sich mit anderen Elementen zu Legierungen verbinden lässt, und diese Legierungen sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken - von Getränkedosen und Flugzeugen bis hin zu Autos und Getränkedosen. Die weiche Beschaffenheit und die geringe Festigkeit von Aluminium machen es für einige Anwendungen ungeeignet; durch die Legierung mit anderen Metallen wird es jedoch wesentlich fester. Eine solche Legierung, 7075, ist bei Militärfahrzeugen beliebt, da sie im Vergleich zu Stahl ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweist; außerdem bietet sie eine höhere Ermüdungsfestigkeit und lässt sich besser bearbeiten, was sie zu einer hervorragenden Wahl macht. Andere Aluminiumlegierungen wie die 6000er-Serie weisen ebenfalls erstaunliche Festigkeits-/Korrosionsbeständigkeitseigenschaften auf.

Im Rahmen des Aluminiumherstellungsprozesses müssen zunächst Verunreinigungen aus dem Rohmaterial Bauxit entfernt werden, indem es durch chemische Lösungen aufgelöst wird. Nach diesem Schritt kann das Aluminium abgetrennt und in einem Ofen geschmolzen werden, wodurch ein Barren entsteht, der durch Walzen, Strangpressen oder Gießen zu Blechen für die weitere Verwendung weiterverarbeitet werden kann.

Legierungen können durch Kaltumformung, Legierung und Wärmebehandlung verfestigt werden. Zusatzstoffe wie Silizium und Magnesium können hinzugefügt werden, um die Festigkeit, die Gusseigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit einer Legierung zu verbessern.

Alle Aluminium-Knetlegierungen lassen sich anhand der vorhandenen Legierungselemente und deren Mengen klassifizieren. Die erste Ziffer ihrer Bezeichnungsnummern bezeichnet ihre Legierungsfamilie, während die beiden letzten den Gehalt an Verunreinigungen angeben. Sie können auch nach den wichtigsten verwendeten Legierungselementen und deren Mengen unterteilt werden, und dann noch weiter nach den Graden der verwendeten Elemente.

Durch sein geringes spezifisches Gewicht ist Aluminium gemessen am Volumen deutlich leichter als die meisten anderen Metalle, was seine Handhabung und seinen Transport im Vergleich zu vielen anderen wesentlich einfacher und billiger macht. Darüber hinaus findet es aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit und seiner hervorragenden Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und Korrosion viele industrielle Anwendungen, wie z. B. in Automobilen, Flugzeugen und Hochhausbauten.

Es ist ein Abfallprodukt

Aluminium ist ein äußerst nützliches Material, das in Gebäuden, Gebrauchsgütern (wie Kühlschränken und Kochgeräten), elektrischen Leitern und Baumaterialien eingesetzt wird. Die Vielseitigkeit von Aluminium ermöglicht seine breite Verwendung: In Baumaterialien, Gebrauchsgütern (wie Kühlschränken und Kochgeräten), elektrischen Leitern und mäßigen Mengen anderer Metalle und Silizium wird es oft hinzugefügt, um seine Eigenschaften für bestimmte Anwendungen zu verbessern; Aluminium wurde sogar im Flugzeugbau und in Fahrzeugen verwendet, um das Gewicht zu reduzieren - einschließlich Autos, Fahrrädern und Flugzeugen. Es findet sich auch in Lebensmittelbehältern sowie in Lebensmittel- und Getränkeverpackungen und Folienbehältern, die seine Eigenschaften nutzen.

Aluminiumlegierungen, die aus Mischungen von Aluminium mit anderen Metallen bestehen, werden häufig wegen ihrer Festigkeit, Härte und Haltbarkeit verwendet und sind leichter zu formen als Metalle wie Stahl und Kupfer. Aufgrund dieser Vorteile ist Aluminium ein attraktives Material für Produkte, die leichte Verpackungen wie Getränkedosen erfordern.

Die Herstellung von Aluminium ist ein komplexer Prozess, der den Abbau von Bauxiterz und dessen Raffination zu Tonerde umfasst, bevor es zur Herstellung von Aluminium eingeschmolzen wird. Der Bauxitabbau kann sehr umweltschädlich sein und erhebliche Abfälle verursachen. Außerdem kann die energieintensive Verarbeitung von Bauxit zu Dammbrüchen führen, durch die giftiger roter Schlamm in lebende Flüsse gelangt, was zu Überschwemmungen führt.

Obwohl Aluminium in der Natur nicht in seiner reinsten Form vorkommt, ist es in der Erdkruste in verschiedenen Formen zu finden und macht etwa 8% der Erdmasse aus. Aufgrund seiner hochreaktiven Eigenschaften sind reine Formen jedoch nicht so leicht zu finden, da sich Sauerstoff leicht mit ihm verbindet.

Aluminium liegt in wässrigen Lösungen als Hexaqua-Kation Al3+ vor und kann in sauren Lösungen unter Bildung von Aluminiumhydroxid, Al(OH)3, aufgelöst werden, während es in alkalischen Lösungen bis zu einem pH-Wert von 10 löslich bleibt, wo es als Mineral Aluminar ausfällt.

Aluminar ist ein gefährliches Nebenprodukt der Primäraluminiumschmelze, das aus allen in einer Aluminiumschmelze zurückgelassenen Zellenauskleidungsmaterialien besteht, wie z. B. Kohle- und Siliziumkarbidblöcken an den Seitenwänden, feuerfesten Bodenauskleidungen und Isoliermaterialien, die bei der Entfernung von Topfauskleidungen weltweit anfallen. Die ordnungsgemäße Entsorgung ist nach wie vor eine der größten ökologischen Herausforderungen, denen sich die Primäraluminiumhütten weltweit stellen müssen.