Aluminium Erhitzen

Erwärmung von Aluminium

Hinweis: Das Aluminiumblech schmilzt in der Brennerflamme. Dieses feste Teil wird dann in einem Ofen erwärmt. Das Aluminium hat eine ausgeprägte Affinität zu Sauerstoff. Wenn es mit säure-, salz- oder laugenhaltigen Lebensmitteln in Berührung kommt, löst sich Aluminium auf und gelangt in die Lebensmittel. Aufgabe: In einer Produktionslinie müssen Aluminiumplatten unterschiedlicher Größe erwärmt werden.

Leichtmetall - ein Spezialmetall mit einer kurzen Vorgeschichte

Das Aluminium ist ein silberweißes Leichtgewicht. Obgleich das Material sehr basisch ist, ist es durch ein Passivieren gesichert, so dass es bei Zimmertemperatur nicht mit Wind oder Wetter mitwirkt. Im Gegensatz zu anderen Metallarten ist Aluminium seit langem nicht mehr bekannt. Es wurde 1825 vom Apotheker und Naturphysiker Hans Christian Ørsted durch Umsetzung von Aluminiumchlorid (AlCl3) mit Kaliumamalgam unter Verwendung von Pottasche als Reduktionspräparat erstmals hergestellt:

Nach dem gleichen Verfahren arbeitete Friedrich Wöhler 1827, benutzte aber für die Zerkleinerung metallisches Kalium und gewann so sauberes Aluminium. Damals war Aluminium teurer als Metall. Seit den Tagen seiner Erfindung ist der Aluminiumpreis deutlich gesunken. Die Produktionskosten sind jedoch immer noch sehr hoch.

Für die Herstellung einer produzierten Menge von einer produzierten Menge von einer produzierten Menge von einer produzierten Menge von einer produzierten Menge von einer produzierten Menge von 1 t Aluminium werden eine Menge von ca. 1.000 kg Elektrizität, 600 kg Steinkohle (Elektrodenmaterial) und ca. 1.000 kg Bauxit (Aluminiumoxid, Al2O3) benötigt. Das Aluminium ist ein verhältnismäßig flexibles und widerstandsfähiges Stahl. Alufolien können bis zu einer Stärke von 0,004 Millimetern gewalzt werden. Bis zu 3 Prozent magnesiumhaltige oder siliziumhaltige Leichtmetalle sind leicht zu vergießen (Aluminiumdruckguss).

Mit einer Rohdichte von 2,7 g/cm3 wird klar, dass Aluminium ein leichtes Metall ist. Es ist ein guter Stromleiter: Obwohl Aluminium den Strombedarf pro Gramm besser ableitet als Aluminium, ist es dennoch umfangreicher als Aluminium, so dass das Aluminium den Strombedarf pro Quadratzentimeter Leiterquerschnitt besser abführt. Aufgrund der geringeren Reaktionsfähigkeit von kupferhaltigen Materialien und der im Vergleich zu Aluminium weniger problematischen Verarbeitbarkeit wird meist kupferhaltige Materialien und Aluminium nur dann eingesetzt, wenn es auf das Eigengewicht ankommt. In der Regel ist dies der Fall.

Vor allem bei starren und dicken Kabeln (Stromschienen, Erdkabel) wird Aluminium als Leiterwerkstoff für den Elektrostrom im Netz eingesetzt. Aluminium als Basismetall reaktioniert sehr stark mit Chlorwasserstoffsäure unter Bildung von Wasserstoff, der durch die Schwefelsäure allmählich gelöst wird. Alupulver verbrennt wie ein Blitz mit einem Flammenstrahl (Experiment 1, Kap. 14), während sich ein Teil des Aluminiumblechs als schwer entflammbar herausstellt.

Neben der großen Pulveroberfläche ist dieser Differenz auch auf eine dünne Oxydschicht aus dem reinem Leichtmetall Aluminium zurückzuführen, die sich sehr rasch in der Atmosphäre bildet. Darüber hinaus macht es Reinaluminium bei pH-Werten von 4 bis 9 hochkorrosionsbeständig. Elektrooxidiertes Aluminium wird als anodisiertes Aluminium bezeichnet. Konzentrierte salpetrige Säuren oxidieren die Aluminiumoberfläche, so dass das Material nicht mehr von anderen Säuren befallen werden kann (Experiment 2).

Der Wasserstoffwechsel bei der Umsetzung des Metalles mit Natriumhydroxidlösung ist auf eine Primärreaktion des Alumniums mit wässrigem Medium zurückzuführen und wird durch eine Primärreaktion mit wässrigem Medium verursacht (vgl. Sodium, Kap. 40). Stufe 1: Reagieren mit Wasser: Normalerweise folgt die Abtrocknung der Oberflächen, was zu einer Umsetzung des Hydroxids in Oxide führt:

Bei der Umsetzung von Aluminium in einer wässrigen Natriumhydroxidlösung geschieht dies jedoch nicht. Die Beleuchtung ist eine sogenannte Komplexbildung. Als amphoter bezeichnet man Stoffe, die mit Säure und Alkali Salz ausbilden. Das bedeutet, dass die Aluminium-Oberfläche nicht mehr vor weiteren Angriffen durch das Wasser geschont wird und die Stufe 1 wiederholt wird. Auf diese Weise können pro zwei Mole Aluminium drei Mole Wasserstoffgas erzeugt werden - wie bei der Umsetzung von Aluminium mit Säure.

Aluminium wird bei Raumtemperatur unter dem Einfluss von Flammen mit Chrom umgesetzt. Es ist zu berücksichtigen, dass das resultierende Alubromid mit Wasserstoff zu Alumiumhydroxid und Salzsäure umsetzt. Aluminium verbindet sich mit Hg. Kommt Merkur in direkten Kontakt mit Aluminium (d.h. wenn die Korundschicht an dieser Position mechanisch beschädigt wird), verschlingt das Merkur Bohrungen im Aluminium.

Aufgrund seines Grundcharakters kommt er jedoch fast ausschliesslich in begrenzter Gestalt vor. In den seltensten Fällen kommt das Mineral Edelkorund mit seinen Sorten Rubin (rot) und Saphir (blau) vor.

Mit knapp 53% weist der Werkstoff Aluminium den größten Aluminiumgehalt in einer Mischung auf. Der einzig ökonomisch bedeutsame Ausgangsstoff für die Aluminiumherstellung ist Bauxit, AlO(OH). Aluminium kann trotz seines Grundcharakters auch in der freien Wildbahn in elementarer, d.h. würdevoller Weise vorkommt. Selten kann Aluminium tafelförmige Quarze von bis zu etwa einem Millimeter Durchmesser bilden.

Solides Aluminium hat aufgrund seiner hohen Rarität keine große Relevanz als Rohstofflieferant. Es wird zwischen primärem Aluminium aus Bauxit in Verbindung mit sekundärem Aluminium aus Aluminiumschrott unterschieden. Die Recyclingeffizienz von Aluminium ist sehr gut, da es viel energieintensiver ist, durch den Abbau von Bauxitfraktion ( "Aluminiumerz") und dessen Umwandlung in Aluminiumoxid mit anschliessender Elektrolyse als Aluminiumschrott (Schmelzpunkt >660 C) zu extrahieren.

Die Extraktion von Aluminium aus Bauxit erfordert einen erheblichen Anteil an elektrischer Elektrizität, und Primärenergiequellen wie beispielsweise Biogas können für das Recyceln genutzt werden. Im Jahr 2006 wurden in Deutschland rund 1,3 Mio. t Aluminium veredelt, davon 0,8 Mio. t gegossen, davon 80% aus dem Altpapier. Die kostengünstige Großproduktion von metallischem Hüttenaluminium ist nur aus Bauxit denkbar.

Die in diesem Erzmineralien enthaltende Aluminiumoxid/Hydroxid-Mischung wird zunächst mit Natriumhydroxidlösung (Bayer-Prozess) abgebaut, um sie von Fremdstoffen wie Eisenoxid und Siliziumoxid zu lösen. Anschließend wird es in der Regel in Fließbettanlagen (aber auch in Drehrohröfen) zu Korund (Al2O3) verbrannt. Aluminium wird ausschliesslich durch Schmelzsalzelektrolyse von Korund nach dem Kryolith-Aluminiumoxid-Verfahren (Hall-Héroult-Verfahren) hergestellt. Um den Schmelzpunkt zu senken, wird das Korund zusammen mit Kryolith aufgeschmolzen.

Aufgrund der höheren Bindenergie von Aluminium ist das Verfahren sehr energieintensiv. Während der Galvanik bildet sich Aluminium an der den Behälterboden bildende Katode und Luftsauerstoff an der anorganischen Oberfläche, die mit dem Grafit (Kohlenstoff) der anorganischen Oberfläche unter Bildung von Kohlenstoffdioxid und Kohlenmonoxid reagieren. Der Graphitkathode (Behälterboden) ist gegenüber dem Aluminium inaktiv. Die auf dem Fußboden gesammelte Flüssigkeit Aluminium wird über ein Absaugrohr abtransportiert.

Nur in der Nachbarschaft billiger elektrischer Energie ist die Aluminiumproduktion rentabel. In der Industrie nimmt der Einsatzbereich von Aluminium stetig zu. Abbildung 7 zeigt, welche Branchen wie viel Aluminium mitbringen. Baumaterial - Aufgrund seiner niedrigen Rohdichte wird Aluminium oft dort eingesetzt, wo eine niedrige Rohdichte erforderlich ist, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie, aber auch im Automobilbau.

Die spezifische elektrische Leitungsfähigkeit von Aluminium nimmt unter Zugabe von Leichtmetallbestandteilen nur geringfügig ab, während bei der Zugabe von Fremdstoffen die Leitungsfähigkeit von kupferhaltigen Materialien deutlich abnimmt. Elektroindustrie - Die Elektroindustrie nutzt Aluminium wegen seiner hohen Verarbeitungsfähigkeit, seiner hohen Strom- und Wärmeleitfähigkeit. In der Elektroindustrie wird Aluminium wegen seiner hohen Qualität eingesetzt. Das Aluminium wird bei der Fertigung von Antennensystemen und Wellenleitern eingesetzt.

Verpackungen und Container - In der Lebensmittelindustrie wird Aluminium zu Getränkedosen, Lebensmitteldosen und Aluminiumfolie weiterverarbeitet. Aluminium wird auch für die Herstellung von Kochtöpfen und anderen Küchengeräten sowie Reise- und Militärgeschirr verwendet. Optiken und Beleuchtungstechnik - Aluminium wird als Spiegelummantelung für Oberflächenspiegel verwendet, zum Beispiel in Scannern, Fahrzeugscheinwerfern und Reflexkameras. Zukunftsweisend erscheinen neue, auf Aluminium basierende Materialien, die sogenannten Metallschaumstoffe.

Diese haben eine niedrige Rohdichte aufgrund von Hohlräumen und Porositäten, aber eine große spez. Starrheit und Zähigkeit. Zusätzlich zu Aluminium oder Al-Legierungen ist es auch möglich, mit geeigneten Treibmitteln Schaumstoffe aus Aluminium, Messing, Zink, Zinn, Eisen oder Stahl/Eisen zu erzeugen. Metallkunststoffschaum aus Aluminium wird erzeugt, indem Alupulver mit einem pulvrigen Blähmittel unter Hochdruck zu einer festen Baugruppe verdichtet wird.

Dieses massive Teil wird dann in einem Backofen erwärmt. In dem Aluminiumschaumstoff sind die Gasblasen etwa gleich groß wie die Blasen im Feinbadschaum. Der Aluschaum ist sehr leicht, seine Festigkeit beträgt weniger als 1 g/cm³. Aufgrund seiner niedrigen Packungsdichte und seiner engen Porosität sinkt der Aluminiumschaumstoff nicht in das Trinkwasser.

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