Alles, was du wissen musst über: Aluminium

Wie würdest du reagieren, wenn dir jemand sagen würde, er würde dir ein Stück Gold für die alte Getränkedose geben, die du hinten im Kühlschrank stehen hast? 

Du würdest wahrscheinlich lachen, oder? Jahrhunderts zurück, und das Aluminium in deiner Getränkedose galt einst als eines der wertvollsten Metalle der Welt, ja, sogar noch wertvoller als Gold! 

Heutzutage erscheint das ziemlich abwegig, wenn man bedenkt, dass Aluminium praktisch überall auf der Welt zu finden ist. Heute gilt Aluminium als das meistverwendete „Nichteisenmetall“ der Welt und wird häufiger hergestellt und verwendet als alle anderen Metalle mit Ausnahme von Eisen und Stahl. 

Doch obwohl es das häufigste Metall in der Erdkruste, das zweithäufigste Metall der Welt und das dritthäufigste Element auf unserem Planeten ist, ist das Wissen über dieses weit verbreitete Metall ziemlich dürftig. 

Was genau ist also Aluminium? Und warum ist es so wichtig?

Was ist Aluminium?

Wenn du kein Chemiker bist und Zugang zu einer kontrollierten Laborumgebung hast, ist die Wahrscheinlichkeit, dass du mit „reinem Aluminium“ zu tun hast, gering bis gar nicht vorhanden. Das liegt daran, dass die chemischen Eigenschaften von Aluminiummetall so reaktiv gegenüber Sauerstoff sind, dass es sich bei Kontakt sofort an Sauerstoffatome anlagert. Das ist Chemie vom Feinsten! Das Ergebnis ist die Bildung einer Substanz, die als hydratisierte Tonerde bekannt ist.

Hydratisierte Tonerde, besser bekannt als Bauxiterz, wird in der Erdkruste abgebaut und zur Gewinnung von Aluminium raffiniert. Sobald es aus dem Bauxit gewonnen wurde, ist reines Aluminium oft viel zu weich und dehnbar für die kommerzielle Nutzung. 

Aus diesem Grund wird Aluminium fast immer mit anderen Legierungsmetallen oder -elementen kombiniert. Dazu gehören in der Regel Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium, Zinn und/oder Zink. Durch die Herstellung einer Aluminiumlegierung werden die Gesamtfestigkeit des Metalls und viele andere physikalische Eigenschaften verbessert, die für die Anwendung notwendig sind.

Wenn du also in deinem Alltag mit Gegenständen wie Aluminiumdosen, Kochfolie oder Lebensmittelverpackungen in Berührung kommst, denke daran, dass du nicht mit reinem Aluminium in Berührung kommst, sondern mit Aluminiumlegierungen, die nur zu 90 bis 99 % aus Aluminium bestehen.

Wie wird Aluminium hergestellt?

Inzwischen weißt du, dass Aluminium in der Natur nicht in seiner reinen Form vorkommt.  Stattdessen gibt es Aluminiumverbindungen in felsigen Erzbrocken, die in der Erdkruste vergraben sind. Dieses Erz heißt, wie bereits erwähnt, Bauxit und ist die wichtigste Aluminiumquelle der Welt. 

Um Aluminium aus Bauxit zu gewinnen und daraus nützliche Dinge herzustellen (z. B. die Folie, mit der du die leckeren Reste deiner Mutter abdeckst), gibt es zwei wichtige Verfahren: das erste ist das Bayer-Verfahren (1886) und das zweite das Hall-Héroult-Verfahren (1889). 

1. Bayer-Verfahren: Da Bauxit aus Aluminiumoxid, Wassermolekülen und einer Reihe von Verunreinigungen besteht, müssen das Wasser und die Verunreinigungen zunächst entfernt werden. Rohes Bauxit wird abgebaut und dann zerkleinert, gemischt, gemahlen und in eine Aufschlämmung verwandelt. Diese Aufschlämmung wird dann mit Hitze und Druck behandelt, um die Bauxitrückstände zu reinigen und nur das Aluminiumoxid zurückzulassen.

2.  Hall-Héroult-Verfahren: Das zurückbleibende Aluminiumoxid (auch Tonerde genannt) wird einem Schmelzprozess unterzogen, der einen extrem hohen Energieaufwand erfordert. Das Aluminiumoxid wird in eine geschmolzene Mischung gegeben und elektrolysiert, sodass sich die Aluminiumatome von den Sauerstoffatomen abspalten. Auf diese Weise entsteht metallisches Aluminium. Das Rohaluminium wird dann in Aluminiumknüppel/-bolzen gegossen, die legiert und Alu – U-Profile oder Alurohre weiterverarbeitet werden.

Die Herstellung von Aluminium mag auf den ersten Blick nicht so schwierig erscheinen, aber das ist weit gefehlt. Deshalb ist das Recyclingverfahren so wichtig geworden. Die Gewinnung und Herstellung von Aluminium, das in unserer Gesellschaft verwendet wird, ist ein schwieriger, zeitaufwändiger und energieintensiver Prozess. Dank des Recyclings kann Aluminium leicht wiedergewonnen werden und benötigt nur 5 % der Energie, die für die ursprüngliche Gewinnung erforderlich war. 

Arten von Aluminium

Angenommen, du hast richtig gutes Rohaluminium abgebaut und hast einen glänzenden Barren übrig.  Was tust du jetzt? Das Ding einschmelzen und legieren, genau das!

Reines Aluminium ist extrem weich und oft nicht stark genug für die meisten kommerziellen Anwendungen und Projekte. Um das zu ändern, wird reines Aluminium eingeschmolzen und mit anderen Elementen wie Eisen, Silizium, Kupfer, Magnesium, Mangan und Zink vermischt. Durch das Legieren mit diesen anderen Elementen werden die Eigenschaften von Aluminium wie Festigkeit, Dichte, Verarbeitbarkeit, elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit verbessert.

Beim Legieren von Aluminium können drei verschiedene Arten von Legierungen hergestellt werden, je nachdem, welche Eigenschaften sie haben und mit welchen Methoden sie behandelt werden: handelsübliche reine, wärmebehandelbare und nicht wärmebehandelbare. 

Jede Art von Aluminiumlegierung kann dann weiter unterteilt und durch ihr Hauptlegierungselement charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wird jeder Legierungsart eine vierstellige Nummer zugewiesen, wobei die erste Ziffer eine allgemeine Klasse (oder Serie) angibt. 

1. Commercially Pure: Legierungen, die zu 99% oder mehr aus Aluminium bestehen. 

  • Serie 1xxx: hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, eine hervorragende Verarbeitbarkeit sowie eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit. Diese Serie wird häufig für Übertragungsleitungen verwendet, die die nationalen Stromnetze in Deutschland verbinden.

2. Wärmebehandelbar: Legierungen, die durch einen extremen Erhitzungs- und Abkühlungsprozess verfestigt werden. Die Legierungen werden bis zu einem bestimmten Punkt erhitzt, um die Elemente darin gleichmäßig zu verteilen, und dann abgeschreckt (schnell abgekühlt), um sie an Ort und Stelle einzufrieren. 

  • 2xxx-Serie: Kupfer wird als Hauptlegierungselement verwendet. Diese Legierungen besitzen eine gute Kombination aus hoher Festigkeit und Zähigkeit. Sie werden oft für die Flugzeugproduktion verwendet. 
  • 6xxx-Serie: Die wichtigsten Legierungselemente sind Silizium und Magnesium. Diese Legierungen sind vielseitig, wärmebehandelbar, umformbar, schweißbar, fest und korrosionsbeständig. Sie werden häufig für die Automobilproduktion verwendet. 
  • Serie 7xxx: Zink wird als Hauptlegierungselement mit geringen Mengen an Magnesium, Kupfer oder Chrom zur Erhöhung der Festigkeit verwendet. Diese Legierungen sind wärmebehandelbar und haben eine sehr hohe Festigkeit. Sie werden häufig in der kommerziellen Luftfahrtindustrie verwendet. 

3. Nicht wärmebehandelbar: Legierungen, die durch ein Verfahren verfestigt werden, das als Kaltverformung bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird das Metall während des Walzens oder Schmiedens „bearbeitet“, wobei Versetzungen in der atomaren Struktur des Metalls entstehen, die die Festigkeit erhöhen. 

  • 3xxx-Serie: Mangan ist das wichtigste Legierungselement, dem oft geringe Mengen an Magnesium zugesetzt werden. Diese Legierungen haben eine mittlere Festigkeit und eine gute Verarbeitbarkeit. Sie werden oft für Aluminium-Getränkedosen und Kochgeschirr verwendet. 
  • 4xxx Serie: Silizium ist das wichtigste Legierungselement. Diese Legierungen haben einen niedrigeren Schmelzpunkt, ohne spröde zu werden. Sie werden oft für Schweißdrähte und strukturelle Anwendungen verwendet. 
  • Serie 5xxx: Magnesium ist das wichtigste Legierungselement. Diese Legierungen haben eine mittlere bis hohe Festigkeit, eine gute Schweißbarkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit in Wasserumgebungen. Sie werden häufig im Bauwesen und in der Schifffahrt eingesetzt. 

Warum Aluminium verwenden? 

Inzwischen solltest du eine gute Vorstellung davon haben, was Aluminium ist und wie es hergestellt wird, aber jetzt kommt die große Frage: Warum verwenden wir es?

Aluminium ist reichlich vorhanden, preiswert, leicht, dehnbar, haltbar, verformbar, leitfähig und die Liste lässt sich fortsetzen. Eine der wichtigsten Eigenschaften, die Aluminium auszeichnet, ist jedoch seine Variabilität.

Kein anderes Metall ist so vielseitig einsetzbar wie Aluminium, wenn es mit anderen Elementen legiert wird. Außerdem ist Aluminium unbegrenzt recycelbar und eines der wenigen Materialien auf der Welt, das die Kosten für seine Sammlung selbst trägt.

Die Kombination aus Nachhaltigkeit und Vielseitigkeit macht Aluminium nicht nur zu einem der wichtigsten Metalle der Welt, sondern auch zu einem der meistgenutzten in unzähligen Branchen. 

Von den Tiefen des Weltraums bis zum Grund des Ozeans ist Aluminium überall und trägt sowohl zur Entwicklung unserer Gesellschaft als auch zur Verbesserung unseres Lebens bei.

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