Aluminium ist mit einem Anteil von acht Prozent nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element in der Erdkruste. Aluminium kommt in der Erdkruste zwar sehr häufig vor, aber niemals in seiner reinen Form. Daher kann der Werkstoff nicht einfach in der Natur abgebaut werden, sondern wird in einem aufwändigen Verfahren hergestellt.
Aluminium in der Erdkruste
Aluminium ist mit einem Anteil von acht Prozent nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element in der Erdkruste. Zum Vergleich: Eisen kommt auf sechs Prozent. Aluminium kommt in der Erdkruste zwar sehr häufig vor, aber niemals in seiner reinen Form. Daher kann der Werkstoff nicht einfach in der Natur abgebaut werden, sondern wird in einem aufwändigen Verfahren hergestellt.
Vom Bauxit zum Metall
Aluminium findet man in der Natur nur in Aluminiumverbindungen. Die höchste Aluminium-Konzentration befindet sich in sogenannten Bauxiten - Verwitterungsprodukten aus Kalk- und Silikatgestein. In Bauxit beträgt der Anteil von Aluminiumoxiden häufig über 50 Prozent. Dies ist der Rohstoff für die Aluminiumproduktion. Die größten Abbaugebiete befinden sich in Australien, China, Guinea, Brasilien und Indien. Bauxit wird überwiegend im Tagebau gewonnen.
Aluminiumoxid
Aluminium hat eine natürliche Besonderheit: Es reagiert sehr schnell mit Sauerstoff, so dass es sich an der Luft mit einer hauchdünnen Schicht aus Aluminiumoxid überzieht. Diese Schicht ist sehr kompakt und schützt das Metall vor Eindringen von Sauerstoff. Deshalb sind Gegenstände aus Aluminium gut gegen äußere Einflüsse wie zum Beispiel Witterung und daraus folgende Korrosion geschützt.
Im so genannten Bayer-Verfahren wird aus dem Bauxit das reine Aluminiumoxid, auch Tonerde genannt, gewonnen. Aluminiumoxid ist so fein, dass es sich fast wie eine Flüssigkeit verhält und über Rohrleitungen transportiert werden kann. Aluminiumoxid ist geruchlos und nicht giftig. Was die Grundlage für Aluminium darstellt, sieht in diesem Arbeitsschritt aus wie hochwertiger, weißer Sand. Zur Weiterverarbeitung wird es in spezialisierte Hütten verbracht. Hier wird eine Schmelze aus Aluminiumoxid und dem Mittel Kryolith mit Hilfe von elektrischem Strom in flüssiges Aluminium und Sauerstoff zerlegt (Schmelzflusselektrolyse).
Weltweit werden in diesem Verfahren jährlich über 58 Millionen Tonnen Primäraluminium produziert. Hinzu kommen noch über 16 Millionen Tonnen erschmolzenes Recyclingaluminium aus Altmetall. Aluminium ist der ideale Werkstoff für diverse Produkte, und es lässt sich ohne Qualitätsverlust mit einem Energiebedarf von nur fünf Prozent der Rohmetallgewinnung wieder in den Werkstoffkreislauf integrieren, also recyclen. Der mit 660°C niedrige Schmelzpunkt wirkt sich beim Schmelzen energiesparend aus.
Weiterverarbeitungsverfahren und Bearbeitungsmöglichkeiten
Zur weiteren Verarbeitung von Primär- oder Recyclingaluminium sind verschiedenste Verfahren etabliert:
- Im sogenannten Strangpressverfahren werden gegossene Pressbolzen mit hohem Druck durch die Hohlräume einer Stahlmatrize gepresst. Es entstehen Strangpressprofile.
- Beim Walzen werden Aluminiumbarren in mehreren Durchgängen auf einem Warmwalzgerüst zu Platten oder Bändern vorgewalzt. In Folienwalzwerken werden in mehreren Walzschritten Bänder auf weniger als 0,2 Millimeter gewalzt. Das Ergebnis ist Aluminiumfolie.
- Gussprodukte aus Aluminium werden je nach Anforderung in unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Sie zeichnen sich durch große Gewichtseinsparung und saubere, glatte Oberflächen aus.
Aluminium lässt sich in kaltem Zustand sehr gut plastisch verformen. Grundsätzlich kann Aluminium mit allen spanenden Verfahren bearbeitet werden. Um Aluminiumteile zu verbinden, kann man sie nieten, schweißen oder kleben.
Aluminium kann man unendlich vielseitig dekorativ gestalten. Zur Einebnung von Oberflächenrauheiten schleift, bürstet oder poliert man das Leichtmetall. Eine gleichmäßige, matte Oberflächenstruktur entsteht durch Beizen. Anodisierung macht es möglich, dass die auf natürliche Weise entstehende Oxidschicht verdichtet wird. Dadurch wird eine künstliche, dekorative Oxidschicht erzeugt, die farblich gestaltet werden kann.
Bildnachweise: TRIMET (Titelfoto) und Norsk Hydro
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Aluminium als Metall und Verbindung
Grundsätzlich muss man zwischen Aluminium als Metall und Aluminiumverbindungen unterscheiden. Aluminium wird wie oben beschrieben als Bauxit auf der Erdoberfläche abgebaut und zum Metall weiterverarbeitet. Daneben existieren in chemischen Verfahren beziehungsweise im Labor hergestellte Aluminiumverbindungen, die im pharmazeutischen und kosmetischen Bereich unverzichtbar sind. Auch diese Form von Aluminium ist gesundheitlich grundsätzlich unbedenklich, sofern die vorgeschriebenen Grenzwerte eingehalten werden.
Fragen und Antworten
Alu-Herstellung und Verarbeitung
Wo befindet sich Aluminium?
Wie wird Aluminium hergestellt?
Aluminium wird im so genannten Bayer-Verfahren hergestellt. Dabei wird aus dem Bauxit das reine Aluminiumoxid, auch Tonerde genannt, gewonnen. Zur Weiterverarbeitung wird es in spezialisierte Hütten verbracht. Hier wird eine Schmelze aus Aluminiumoxid und dem Mittel Kryolith mit Hilfe von elektrischem Strom in flüssiges Aluminium und Sauerstoff zerlegt (Schmelzflusselektrolyse).
Wie wird Aluminium verarbeitet?
Zur Verarbeitung von Primär- oder Recyclingaluminium sind verschiedenste Verfahren etabliert: Im sogenannten Strangpressverfahren werden gegossene Pressbolzen mit hohem Druck durch die Hohlräume einer Stahlmatrize gepresst. Beim Walzen werden Aluminiumbarren in mehreren Durchgängen auf einem Warmwalzgerüst zu Platten oder Bändern vorgewalzt. Das Ergebnis ist Aluminiumfolie. Gussprodukte aus Aluminium werden je nach Anforderung in unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Sie zeichnen sich durch große Gewichtseinsparung und saubere, glatte Oberflächen aus. Aluminium lässt sich in kaltem Zustand sehr gut plastisch verformen. Grundsätzlich kann Aluminium mit allen spanenden Verfahren bearbeitet werden. Außerdem lässt es sich unendlich vielseitig dekorativ gestalten.
