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Das metallische Element Aluminium ist das dritte Element am reichlichsten in der Erde # x0027; s Kruste, bestehend aus 8% des Planeten # x0027; s Böden und Gesteine (Sauerstoff und Silizium bilden 47% und 28%, jeweils). In der Natur wird Aluminium nur in chemischen Verbindungen mit anderen Elementen wie Schwefel, Silicium und Sauerstoff gefunden. Reines metallisches Aluminium kann wirtschaftlich nur aus Aluminiumoxid-Erz hergestellt werden.
Metallisches Aluminium hat viele Eigenschaften, die es sinnvoll, in einem breiten Spektrum von Anwendungen. Es ist leicht, stabil, nicht-magnetische und nicht-toxisch. Es leitet Wärme und Strom und reflektiert Wärme und Licht. Es ist stark, aber leicht zu verarbeiten, und es behält seine Festigkeit unter extremer Kälte ohne zu verspröden. Die Oberfläche des Aluminiums oxidiert schnell eine unsichtbare Barriere gegen Korrosion zu bilden. Darüber hinaus Aluminium einfach und wirtschaftlich in neue Produkte recycelt werden.
Hintergrund
Aluminiumverbindungen haben seit Tausenden von Jahren bewährt. Etwa 5000 v.Chr. . Persischer potters gemacht ihre stärksten Gefäße aus Ton, Aluminiumoxid enthielt. Ägyptern und Babylonians verwendeten Aluminiumverbindungen in Gewebe Farbstoffe, Kosmetika und Arzneimitteln. Allerdings war es nicht bis in die frühen neunzehnten Jahrhundert, die Aluminium als Element und isoliert als reines Metall identifiziert wurde. Die Schwierigkeit von Aluminium aus seinen natürlichen Verbindungen Extrahieren gehalten, um das Metall rare seit vielen Jahren; ein halbes Jahrhundert nach seiner Entdeckung, es war immer noch so selten und wertvoll wie Silber.
Rohes Material
Aluminiumverbindungen kommen in allen Arten von Ton, aber das Erz, das zur Herstellung von reinem Aluminium am nützlichsten ist, ist Bauxit. Bauxit besteht aus 45-60% Aluminiumoxid, zusammen mit verschiedenen Verunreinigungen, wie Sand, Eisen und anderen Metallen. Obwohl einige Bauxitvorkommen Hardrock, die meisten bestehen aus relativ weichem Schmutz, die leicht von Tagebau gegraben wird. Australien produziert mehr als ein Drittel der Welt # x0027; s Lieferung von Bauxit. Es dauert etwa 4 lb (2 kg) von Bauxit 1 lb (0,5 kg) Aluminiummetall herzustellen.
Aluminium wird in zwei Phasen hergestellt: das Bayer-Verfahren das Bauxiterz des Verfeinerns Aluminiumoxid und das Hall-Heroult-Verfahren des Schmelzens des Aluminiumoxids zu lösen reines Aluminium zu erhalten.
aus Aluminium. Stärke, Kalk und Natriumsulfid sind einige Beispiele.
Kryolith, eine chemische Verbindung, bestehend aus Natrium, Aluminium und Fluor, als Elektrolyt (stromleitende Medium) in dem Schmelzvorgang verwendet. Naturally Kryolith vorkommendes wurde einmal in Grönland abgebaut, aber die Verbindung wird nun synthetisch zur Verwendung bei der Herstellung von Aluminium hergestellt. Aluminiumfluorid zugesetzt, um den Schmelzpunkt der Elektrolytlösung zu senken.
Der andere Hauptbestandteil in dem Schmelzvorgang verwendet wird, ist Kohlenstoff. Kohlenstoffelektroden übertragen, um den elektrischen Strom durch den Elektrolyten. Während des Schmelzvorgangs wird ein Teil des Kohlenstoffs verbraucht wird, wie es mit Sauerstoff verbindet Kohlendioxid zu bilden. In der Tat, etwa ein halbes Pfund (0,2 kg) von Kohlenstoff für jedes Pfund (2,2 kg) aus Aluminium hergestellt verwendet. Ein Teil des Kohlenstoffs in der Aluminiumschmelze verwendet wird, ist ein Nebenprodukt der Ölraffination; zusätzliche Kohlenstoff wird aus Kohle gewonnen.
Da beinhaltet Aluminiumverhüttung einen elektrischen Strom durch einen geschmolzenen Elektrolyten verläuft, erfordert es große Mengen an elektrischer Energie. Im Durchschnitt Herstellung von 2 lb (1 kg) aus Aluminium erfordert 15 Kilowattstunden (kWh) an Energie. Die Kosten für Strom stellt etwa ein Drittel der Kosten für die Verhüttung Aluminium.
die Herstellung
Verarbeiten
Aluminium-Herstellung wird in zwei Phasen durchgeführt: das Bayer-Verfahren das Bauxiterz des Verfeinerns Aluminiumoxid und das Hall-Heroult-Verfahren des Schmelzens des Aluminiumoxids zu lösen reines Aluminium zu erhalten.
Das Bayer-Verfahren
Das Hall-Heroult-Verfahren
- 8 innerhalb des Reduktions Topfes, Aluminiumoxid-Kristalle werden in geschmolzenem Kryolith bei einer Temperatur von 1,760-1,780 # xb0 gelöst; F (960-970 # xb0; C) eine Elektrolytlösung zu bilden, der Strom von den Kohlestäbchen an dem Kohlenstoff ausgekleideten Bett des Topfes durchführen wird. Ein Gleichstrom (4-6 Volt und Ampere 100,000-230,000) wird durch die Lösung geleitet. Die resultierenden Reaktions brechen die Bindungen zwischen den Aluminium- und Sauerstoffatom in den Molekülen Aluminiumoxid. Der Sauerstoff, die freigesetzt wird, auf die Kohlenstoffstangen angezogen, wo es Kohlendioxid bildet. Die befreiten Aluminiumatome setzen sich am Boden des Topfes als geschmolzenes Metall.
Byproducts / Abfall
Die Zukunft
Nahezu alle der Aluminiumhersteller in den Vereinigten Staaten sind Mitglieder der Freiwillige Aluminium Industrie Partnership (VAIP), eine Organisation, die eng mit der EPA arbeitet Lösungen für die Umweltprobleme für die Branche zu finden. Ein Schwerpunkt der Forschung ist die Bemühung, ein inertes (chemisch inaktiv) Elektrodenmaterial für Aluminium-Reduktions Töpfe zu entwickeln. Eine Titan-diboride-Graphit-Verbindung zeigt sehr vielversprechend. Zu den Vorteilen erwartet zu kommen, wenn diese neue Technologie perfektioniert sind Beseitigung der Treibhausgasemissionen und eine 25% ige Verringerung des Energieverbrauchs während des Schmelzvorgangs.
Wo Erfahren Sie mehr
Altenpohl, Dietrich. Aluminium gesehen von innen: Eine Einführung in die Metallurgie von Aluminium Fabrication (englische Übersetzung). Düsseldorf: Aluminium-Verlag, 1982.