Aluminium 

Primäraluminiumproduktion

 

Die Primäraluminiumproduktion umfasst drei Hauptstufen (Abbildung 1.1):

  • Abbau von Bauxit;
  • Herstellung von Aluminiumoxid;
  • Aluminiumschmelzen

Bild 1.1 – Menge an Rohstoffen
zur Herstellung von einer Tonne Primäraluminium

Gewinnung von Bauxit

Bauxit

Bauxit ist ein Aluminiumerz, Gestein aus rötlichem Tonmaterial. Es besteht aus Aluminiumverbindungen – verschiedene Aluminiumhydroxide, sowie Eisen- und Siliziumoxide. Die chemische Zusammensetzung von Bauxit variiert stark. Daher wird dieses Erz häufiger im Plural genannt. – Bauxit.

Bergbau

Bauxite kommen normalerweise nahe der Erdoberfläche vor und werden an der Oberfläche abgebaut.. Beim Abbau wird Bauxit zerkleinert und der Aluminiumoxidproduktion zugeführt.

Bei der Vorbereitung eines Standorts für den Abbau wird der Mutterboden entfernt und zur Lagerung gefaltet. Nach vollständiger Erschließung dieser Fläche wird der Mutterboden zurückgegeben. Also ungefähr 80 % Bauxit-Minenland kehrt zu lokalen Ökosystemen zurück.

Produktion und Lager

Jedes Jahr etwa 160 Millionen Tonnen Bauxit. Die Marktführer im Bauxitbergbau sind:

  • Australien;
  • China;
  • Brasilien;
  • Indien und
  • Guinea.

Die weltweiten Bauxitreserven werden auf geschätzt 55-75 Milliarden Tonnen:

  • Afrika (32 %);
  • Ozeanien (23 %);
  • Südamerika und Karibik (21 %);
  • Asien (18 %).

Herstellung von Tonerde

Bayers Methode

Die Herstellung von Tonerde nach dem Bayer-Verfahren erfolgt in vier Stufen:

  • Zuerst wird Bauxit zerkleinert, gewaschen und getrocknet. Dann wird es ausgelaugt: in Natronlauge bei hoher Temperatur gelöst.
  • Danach wird die resultierende Mischung filtriert, um Verunreinigungen abzutrennen, die als "roter Schlamm" bezeichnet werden. Die verbleibende "Aufschlämmung" wird in hohe zylindrische Tanks umgefüllt, die als Zersetzer bezeichnet werden.
  • In Zersetzern beginnt die heiße Lösung abzukühlen und setzt feste Kristalle von Aluminiumhydroxid frei. Aluminiumhydroxid setzt sich am Boden der Zersetzer ab.
  • Schließlich, Aluminiumhydroxid wird von Natronlaugeresten gewaschen und kalziniert, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen. Danach wird ein feines weißes Pulver erhalten - Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid.

Bild 1.2 – Gewinnung von Aluminiumoxid aus Bauxit: die Bayer-Methode [2]

Aluminiumoxid ist nicht nur Aluminiumoxid

Aluminiumoxid wird nicht nur zur Herstellung von Primäraluminium verwendet, wo es Aluminiumoxid heißt, aber in anderen Branchen. Aluminiumoxid wird als Füllstoff bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet. Diese Verbindung wird auch häufig als Schleifmittel verwendet und ist ein billigerer Ersatz für Industriediamanten.. In Raffinerien werden große Mengen Aluminiumoxid verwendet, um gefährlichen Schwefelwasserstoff in Abgasen in reinen Schwefel umzuwandeln..

Aluminiumoxid kann funkeln!

Aluminiumoxid kommt natürlich und in freiem Zustand vor. Dieses Mineral wird Korund genannt.. Unter besonderen Bedingungen nimmt Korund die Form von Saphir- und Rubin-Edelsteinen an.. Künstliche Saphire und Rubine werden aus Aluminiumoxid für industrielle Anwendungen hergestellt.

Schmelzen von Aluminium

Primäraluminium

Primäraluminium im Gegensatz zu Sekundäraluminium wird es direkt aus natürlichem Aluminiumerz geschmolzen und, Ja wirklich, einmal für den gesamten Lebenszyklus. Sekundäres Aluminium aus Aluminiumschrott gewonnen, kann sein, nicht das erste mal, indem du es sortierst, verfeinern und schmelzen.

Hall-Heroult-Elektrolyseverfahren

Beim Hall-Heroult-Verfahren wird Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith in einer mit Graphit ausgekleideten Stahlzelle gelöst. Auf diesem Bad sind Graphitanoden installiert.. Die Anoden werden in eine Lösung getaucht und ein konstanter elektrischer Strom von großer Stärke zugeführt, z.B, 150-170 kA oder sogar 400 kA. Sauerstoffatome werden von Aluminiumatomen getrennt und mit Kohlenstoff von Graphitanoden kombiniert. Das entstehende Aluminium sammelt sich am Boden der Wanne.

Bild 2 – Elektrolyse von Aluminium in einer Elektrolysezelle [2]

Geschmolzenes Aluminium wird periodisch aus dem Bad gesaugt und in einen Warmhalteofen überführt. Aus dem Warmhalteofen wird geschmolzenes Aluminium in Barren zum Gießen zugeführt.

Ungefähr aus allen 4 Tonnen Bauxit bekommen 2 Kilogramm Aluminiumoxid. Von jedem 2 Tonnen Aluminiumoxid produzieren 1 Tonne Aluminium.

Bild 3 – Stoff- und Energiebilanz bei der Herstellung von Primäraluminium [2]

Rolle der Elektrizität

Erst dann wird die Primäraluminiumproduktion wirtschaftlich attraktiv, wenn eine große Menge relativ billigen Stroms zur Verfügung steht. Derzeit betragen die Stromkosten von 20 zu 40 % Kosten des hergestellten Primäraluminiums.

Für das letzte 50 Jahre Stromverbrauch in der Produktion 1 Kilogramm Primäraluminium sank um decreased 50 %, einschließlich auf 10 % für das letzte 20 Jahre. Trotz der verbleibenden erheblichen Energieintensität der bestehenden Technologie nach der Hall-Heroult-Methode, es gibt derzeit keinen wirklichen ersatz dafür.

Quellen:

  1. Aluminiumverband – aluminium.org
  2. Das Metall Aluminium – Werkstoffe des Deutschen Aluminiumverbandes
  3. TALAT 1501

Viele weitere Informationen finden Sie hier:
Enzyklopädie von Aluminium und seinen Legierungen, Zweibändiges Set (2019)