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Aluminium
Eigenschaften:
Reines Aluminium ist ein silberweißes, relativ weiches Leichtmetall, das sehr gut dehnbar und verformbar ist. Es lässt sich zu feinen Drähten ziehen und zu dünnen Blechen und feinen Folien walzen. Bei einer Erwärmung über 600°C nimmt es eine körnige Struktur an, die sich nach dem Abkühlen in Körner, Grieß oder Pulver (Aluminiumbronze) zerteilen lässt. Aluminium hat eine niedrige Schmelztemperatur und besitzt eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit.
Obwohl es ein relativ unedles Metall ist - es steht in der Spannungsreihe zwischen Mangan und Magnesium - ist es gegen Luftfeuchtigkeit und Luftsauerstoff viel unempfindlicher als Eisen. Dies beruht auf der dünnen Oxidschicht, die sich bei frisch angeritztem Aluminium innerhalb weniger Sekunden bildet und das darunter liegende Aluminium vor weiterer Korrosion schützt. Fein verteiltes Aluminium verbrennt an der Luft unter Lichtblitz und starker Wärmeentwicklung zu Aluminiumoxid:
4 Al + 3 O2 -----> 2 Al2O3 DHR = 3352 kJ/mol
Es reagiert sehr gerne mit Sauerstoff und eignet sich als Reduktionsmittel z.B. bei der Herstellung von Roheisen aus Eisenerz (Thermitverfahren). Das Aluminiumpulver entzieht dabei dem Metalloxid die Sauerstoffatome. Es löst sich auch sehr leicht in starken Säuren unter Wasserstoffbildung und Bildung der entsprechenden Salze, z.B. mit Salzsäure:
2Al + 6HCl -----> 2AlCl3 (Aluminiumchlorid) + 3H2
Die dabei entstehenden Salze reagieren infolge ihrer Hydrolyse in wässrigen Lösungen sauer. Zunächst löst es sich langsam, solange bis sich die schützende Oxidschicht aufgelöst hat, dann erfolgt eine raschere Zersetzung. In oxidierend wirkenden Säuren wie (kalte) Salpetersäure wird Aluminium nicht angegriffen, da sich die oxidierte Schutzschicht des Metalls weiter verstärkt. Mit Natronlauge bildet es unter stürmischer Wasserstoffentwicklung Natriumhydroxoaluminat:
2Al + 2NaOH + 6H2O -----> 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Von Salzen verschiedener Metalle, z.B. Blei, Eisen, Kupfer, Nickel, Natrium, Quecksilber, Zink und Zinn wird Aluminium ebenfalls angegriffen.
Verwendung:
Aluminium und seine Legierungen gehören heute zu den wichtigsten Werkstoffen zum Bau von Profilen, Rohren und Blechen. In der Lebensmittelindustrie ist Aluminiumfolie ein wichtiges Verpackungsmittel. Das Metall dient aber auch zur Herstellung von Kochgeschirr, Milchkannen und Trinkbechern. Aluminiumbronze wird in Rostschutzfarbe eingesetzt und spielt bei der Herstellung von Feuerwekskörpern und Sprengstoffen eine Rolle. Reinstes Aluminium wird in elektrischem Leitermaterial eingesetzt, z.B. in Hochspannungsleitungen. Duraluminium ist eine wichtige Aluminiumlegierung für den Fahrzeug- und Maschinenbau und für die Luftfahrt. Sie enthält neben dem Aluminium etwa 4% Kupfer, 0,5% Magnesium und 0,6% Mangan, sowie Spuren von Eisen und Silicium.
Reaktionsgleichungen:
Kathodische Reduktion: 4Al3+ + 12e- -----> 4Al
Anodische Oxidation: 6O2- -----> 3O2 + 12 e-
Gesamtreaktion: 2Al2O3 -----> 4Al + 3O2
Vorteile des Verfahrens:
Durch den großen Energieaufwand entsteht so viel überschüssige Energie, dass man die Außenwände des Aluminiumbades nicht erhitzen muss, um das Bad flüssig zu halten.
Nachteile:
Das zur Herabsetzung des Schmelzpunktes beigesetzte Kryolith ist ein sehr seltenes Mineral, das durch Auflösen von Tonerde und Soda in Flusssäure hergestellt wird: Zur Herstellung von einer Tonne Aluminium werden 4-5 Tonnen Bauxit, 0,6 Tonnen Kohlenstoff (Anodenmaterial), 0,06 Tonnen Kryolith und 0,03 Tonnen AlF3 benötigt. Der Energieaufwand beträgt 151,2 MWh für die Erzreinigung, bzw. zur Herstellung der reinen Tonerde und 15,5 MWh für die endotherme Reaktion der Elektrolyse.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Abgase neben dem Treibhausgas CO2 und dem giftigen CO sehr aggressive und umweltgefährliche Fluorverbindungen und Fluorwasserstoff enthalten. Daher müssen zusätzliche Abluft-Filteranlagen gebaut werden. Aus diesen Gründen ist eine Wiederverwertung von Aluminiumabfällen rentabel. |
