Aluminium

Aluminium is en cheemsch Element ut de 3. Hööftgrupp un tellt to de Metallen. Aluminium hett dat Atomteken Al un de Atomtall 13. De Naam leidt sik af vun dat latiensche Woort alumen för Aluun. Begäng is vundaag ok die kotte Form Alu.

In dat Periodensystem höört Aluminium to de Borgrupp, de fröher ok as Eerdmetallen betekend weer. Dat Lichtmetall Aluminium is dat drüttfakenste Element in de Eerdkrust un togliek dat fakenste Metall. Man in de Eerdkrust liggt Aluminium blots bunnen vör, wiel dat Metall licht mit annere Elementen reageert.

Historie

Plinius hett schreven, dat in’n Palast vun den Kaiser Tiberius, de 14 bit 37 dat seggen harr, en Metallarbeider kamen is, de en Gaav ut Metall mitbrocht harr, dat vun buten as Sülver utsehn hett, aver opfallig licht weer. Op Nafragen segg he, datt he dat Metall ut Eerd maakt harr, wo Toon binnen weer. As de Kaiser wieter fragen de, of noch annere vun dit Metall wüssen, hett de Dööskopp seggt, dat blots he un Jupiter vun dat Metall wüssen. Wiel de Kaiser nich wull, dat en anner’t Metall den Weert vun Sülver oder Gold rünner setten dee, leet he den Arbeider den Kopp afhauen un sien Warksteed toschannen maken. Dormit güng de Opdecken eerstmol verloren. As Sir Humphry Davy in’t Johr 1808 dat Aluminium opdeckt un beschreven hett, keem dat Unglück vun den armen Metallarbeider wedder in’t Gedächtnis, un man glööv, dat dat Metall, worut dormols dat Geschenk weer, Aluminium wesen hebben müss.

Sülvst wenn an de Geschicht en beten wat Wohres dran weer, bleev wieterhen unklor, woneem de Arbeider all de technischen Mucken överwunnen hebben schüll, de mit dat Winnen vun Aluminium tohopenhangt. Eerst 1825 hett de Dään Hans Christian Ørsted dat schapt, Aluminium künstlich hertostellen, man ok blots in düchtig verunreinigt Form. De Herstellen vun reinet Aluminium as’n Pulver schap 1827 de düütsche Chemiker Friedrich Wöhler. To de Tiet weer de Pries vun Aluminium höger as de vun Gold.

De Prozess vun Wöhler weer in’n Johr 1848 vun Henri Sainte-Claire Deville beter maakt un möök em 1859 in sien Book publik. Dat slöög op den Pries vun Aluminium daal, de binnen tein Johr üm 90% fallen is.

Unafhangig vunenanner hebbt 1886 Charles Martin Hall un Paul Héroult en Verfohren to’n Herstellen vun Aluminium utfunnen, dat vundaag na jehm as Hall-Héroult-Verfohren betekend warrt. Na den Prinzip warrt de groottechnische Herstellen vun Aluminium ok hüüt noch dörföört. 1889 weer dat Verfohren aver noch mol vun Carl Josef Bayer verbetert.

Vörkamen

Mit en Andeel vun 7,57 Gewichtsprozent is Aluminium na Suerstoff un Silizium dat drüttfakenste Element in de Eerdkrust un dormit dat Metall, dat an fakensten dorin vörkummt. Gediegen kummt Aluminium aver nich vör, man blots in cheemsch Verbinnen. Aluminium finnt man in de Natur tomeist as Alumosilikaten, wobinnen dat Aluminium in de Kristallstruktur de Steed vun Silizium in de Suerstofftetraeders innimmt. Aluminium is Bestanddeel t. B. vun Toon, Gneis oder Granit.

Wiel Aluminium ut de Alumosilikaten vun wegen de Binnen kuum ruttokriegen is, is een weertschopplich Winnen blots ut dat Al-Ierz Bauxit möglich. In dat Mineral is ungefäähr 60% Aluminiumoxid (Al₂O₃) binnen.

En rore Form vun Aluminiumoxid is dat Mineral Korund, dat in de Varietäten Rubin un Saphir beter begäng is. De rode oder blaue Klöör kummt dorbi vun Verunreinigen tostannen.

Bedüdend Bauxitvörkamen gifft dat in Süüdfrankriek (Les Baux), Bosnien un Herzegowina, Ungarn, Russland, Indien, Jamaika, Australien un in de USA.

Winnen un Dorstellen

De industrielle Herstellen vun Aluminium weer dör den Pariser Universitätsprofesser Louis Jacques Thénard andreven.

Na dat Verfohren vun Hans Christian Ørsted (1825) kann Aluminium ut Aluminiumchlorid un Kaliumamalgam wunnen warrn, wobi dat Kalium as Redukschoonsmiddel deent:

$\mathrm {4AlCl_{3}+3K\rightarrow Al+3KAlCl_{4}}$ .

Na Wöhler warrt metallisch Kalium to’n reduzeern verwennt.

Vundaag warrt de groottechnische Herstellen vun Aluminium eenzig dör Smöltflusselektrolys (Kryolith-Tooneer-Verfohren) ut (Al₂O₃) wunnen, dat vörher dör Brennen in Hoochavens ut Aluminiumhydroxid herstellt warrt. Dör dat Bayer-Verfohren (Natt Opsluss) warrt de Aluminiumoxid/-hydroxid-Mischen in’t Bauxit vörher vun annere Bestanddeelen as Iesen- un Siliziumoxid free maakt.

De dröge Opsluss (Deville-Verfohren) hett dorgegen vundaag keen Bedüden mehr. Dorbi weer dat banig fien mahlte Bauxit toeerst ahn to Reinigen tohopen mit Soda un Koks in Dreihrohravens bi ungefäähr 1200°C Kalzinatschoon. Dat Natriumaluminat, dat dorbi entsteiht, warrt dorna mit Natronlaug löst.

Bi de nafolgend Smöltflusselektrolys warrt dat Aluminiumoxid tohopen mit Kryolith smölt un elektrolyseert. Dat Kryolith deent dorto, den Smöltpunkt rünnertosetten. An de Kathood, de den Bodden vun dat Fatt billen deiht, entsteiht dat Aluminium un an de Anood Suerstoff, de mit den Graphit vun de Anood to Kohlenstoffdioxid un Kohlenstoffmonoxid reageert. De mööt denn vun Tiet to Tiet uttuscht warrn. Dat fletig Aluminium, wat sik an’n Bodden sammelt, warrt den mit en Suugrohr afsagen.

De Aluminium hett en grote Binnenergie. Dordör un wiel Aluminium dreeweertig is, warrt för de Herstellen düchtig Energie bruukt, de in Form vun elektrisch Stroom nödig is. De Opwand liggt bi ungefäähr 13-16 kWh/kg. De Energie, de för’t Winnen vun een Tunn bruukt warrt, de utrecken, üm en düütschen 4-Personen-Huusholt över dree Johr mit Stroom to versorgen.

Ümweltschulers un -verbännen schimpt wegen den hogen Energieverbruuk dorüm över de Verwennen vun Aluminium as Material för Verpacken, wiel sik Aluminium blots in kompakte un möglichst wenig verunreinigt Form mit lütten Energieopwand to’n Wedderverwennen opbereiden lett.

Man, de Toom- btw. Bauxit-Vörkamen sünd dorgegen bannig groot un faken. Dorüm warrt de Herstellen geern in de Nöög vun priesweerte Energievörkamen verlagert, as t. B. bi Waterkraftwarken.

Egenschoppen

Dat reine Lichtmetall Aluminium hett en stump, sülvergrau Utsehn, wat dör de Oxidschicht kummt, de sik an de Luft gau an de Bavenflach bildt. Disse Schicht maakt dat reine Aluminium düchtig bestännig gegen Korrosion. Dör elektrische Oxidatschoon (Eloxeeren) aver ok op chemschen Weg kann de schulende Shicht noch starker maakt warrn.

Aluminium reageert bannig dull mit mit Natriumhydroxid, wobi Waterstoff afgeven warrt. Disse Reakschoon warrt in cheemsch Rohrreinigers utnütt. Mit Brom reageert Aluminium bi Ruumtemperatur ünner Flammenbillen. Dorbi is vun Bedüden, dat das Aluminiumbromid mit Water ünner Billen vun Aluminiumhydroxid un Bromwaterstoffsüür reageert: $\mathrm {AlBr_{3}+3H_{2}O\rightarrow Al(OH)_{3}+3HBr}$ .

Mit Quecksülver bildt Aluminium en Amalgam

Aluminium is teemlich week un taach. Man kann dat dorüm dör Utwülten to dünne Folie verarbeiten. De so nöömten Aluminium-Knedlegeeren laat sik ok bi siete Temperaturen goot ümformen, bögen, pressen un smeden. Spannen, de dör koolt Verformen tostannen kummt, könnt dör Weekgleihen (bit üm un bi 250 °C) wegmaakt warrn. Ok Duraluminium warrt dordör vör sünnere Tiet formbor.

Legeeren mit 1-3% Magnesium un/oder Silizium laat sik goot geten (Aluminium-Druckgaat). un künnt ok goot mit Spoon afböhrend Methoden bearbeit warrn.

Aluminium kann ok goot den elektrischen Stroom leiden (de Leddanlaag liggt bi ungefäähr 60% vun den vun’n Kopper). Bi en Sprungtemperatur vun 1,8 K warrt Aluminium supraleidend. Man de Oxidschicht op de Bavenflach hinnert dat Leiden vun Stroom un is ok bi’t Schweißen hinnerlich.

Verwennen

Warkstoff

Vun wegen de lütte Dicht warrt Aluminium tomeist dor verwennt, wo veel Massen bewegt warrn schüllt. Deswegen warrt dat veel as Verpacken bruukt, aver ok in de Luft- un Ruumfohrt. In’n Fohrtüüchbo warrt de Bedüden ok jümmer grötter. Bither weern dorvör de hoge Pries, de schlechteren Egenschoppen bi’t Schweißen un de Nadelen bi de Duerbrookfastigkeit un de Verformegenschoppen (wenig Knautschzoon) bi Unfäll to problemaatsch.

In Legeeren mit Magnesium, Silizium un annere Metallen künnt aver Fastigkeiten schapt warrn, de nich veel slechter sünd as de vun Stahl. De Verwennen vun Aluminium, üm dat Gewicht lütter to maken, is överall dor sinnig, wo de Kosten blots en lüttere Rull speelt. Dat is sünnerilch bi’n Bo vun Flaagtüüch un in de Weltruumtechnik anbrocht.

Dör Strangpressen lett sik Aluminium in komplizeerte Profilen bringen. Dorin liggt en groten Vördeel bi’t Herstellen vun Hollprofilen, Köhlkörperprofilen oder in de Antennentechnik. Mit Aluminium warrt ok de Hittelementen vun Plettiesen oder Kaffeemaschienen ümpresst.

Gaatdele ut Aluminium künnt dör Druckgaat ok in komplizeerte Formen fertig maakt warrn, wobi dat Nabearbeiten dör sponen goot to maken is.

Fröher weer Aluminiumblick för Dachrönnen un Fasadenelementen bruukt, bevör dat möglich weer Zinkblick dör den Tosatz vun Titan beter vör Korrosion to schulen.

In de Elektrotechnik

Aluminium warrt sünners denn as Leddmaterial för elektrischen Stroom in’t Stroomnett bruukt, wenn de Leiden stief un dick sünd (Eerdkavels, Stroomschienen).

Aluminium hett hier Vördeele in’n Pries gegenöver dat Kopper, ok wenn de Kontaktgaav Probleme geben kann vun wegen de Oxidschicht, de dat Stroomleiden hinnert. Man snackt ok vun Sülvstpassiveeren. Aluminium is af de 1960er Johren blots vör en sünnerlich Tiet as Leidermaterial in Hüüs verwennt worrn. Klemmen, de nich goot noog weern, hebbt Utfäll utlöst un deels ok Füer vun wegen Kontakten, de sik lösen deen. Crimpverbinnen mit de passenden Büssen un Warktüch sünd aver seker. Vör en Tiet geev dat för Huusinstallatschonen de so nöömten „Alcu“-Kabel. Bi disse abels schüll en Verkoppern vun de Aluminiumadern för beteren Kontakt sorgen. Dat Krepen bi hogen Kontaktdruck vun en Klemme künn aver ok dordör nich wegmaakt warrn.

Vun Bedüden is dat blots lütte Afsacken vun de spezifisch elektrisch Leddanlaag vun Aluminium bi’t Tosetten vun Legeerenbestanddelen. Bi Kopper is dat Afsacken dör Verunreinigen veel duller. Dorüm warrt Aluminium nich blots vör Stroomschienen in Ümspannwarken, man ok vör stroomföhrend Gaatdelen verarbeit.

Aluminium warrt ok as Material för Överlandleiden (Freeleiden) verwennt. Dorbi is vör allen de lütte Dicht vun Bedüden. Kopperleiden mit de lieken Leddanlaag harrn woll en lütteren Quersnitt, aver dorvör üm un bi de dubbelte Masse. För Böverleiden is Aluminium aver vun wegen sien slecht Kontakt- un Slippegenschoppen nich bruukbor.

Elektronik

Bi elektronsche Redschoppen warrt Aluminium wegen de goden Leddegenschoppen för Stroom un Warms insett, un as sik Aluminium good verarbeiten lett. So sünd sünners ok Bonddröhd (Verbinnen twüschen Chip un Gehüüsansluss) bi Halfleiders ut Aluminium.

Ok de Leiderbohnen vun integrierte Schaltkreisen un vun Lesitungshalfleidern sünd faken ut Aluminium.

Vun wegen de hoge Hittleddanlaag is Aluminium ok goot as Warkstoff für Hittöverdrägers (Köhler), strangpresste Köhlprofilen oder Grundplatten, de de Hitt afleiden doot.

As Elektrodenmaterial un Gehüüswakrstoff warrt Aluminium ok bi Al-Elektrolytkondensaters verwennt, un wieter ok för Antennen un Hollleiders.

Verpacken

In de Verpackenindustrie warrt Aluminium för Konserven- oder Gedrünkedosen bruukt, oder för Aluminiumfolie un annere Artikels, de na’n Bruken wegsmeten warrt.

Ut Aluminium warrt aver ok Pütt un Geschirr herstellt, dat för Reisen dacht is, oder bi’t Militär verwennt warrt – vör allen, wiel dat lichter is, as anner’t Geschirr. Problemaatsch is dat Opbewahren un dat fertig maken vun Eten un Drinken, wo Süür binnen is. Dorbi billt sik löslich Aluminiumsolten, de denn mit dat Levensmiddel opnahmen warrt. Dorüm warrt Aluminiumschichten bi Verpacken faken dör en Kunststoffschicht schuult.

En ganze Reeg vun Fatten un Gehüüs warrt ut aluminium maakt, wiel sik dat Metall goot formen lett un licht is. De Saken warrt tomeist mit en Eloxalschicht schuult.

Annere Anwennen

Dat gifft noch eenige annere Anwennen vun aluminium. So t. B. in de Optik, wo dat Metall vun wegen sien goden Reflekschoonsanlaag to’n Beschichten för Spegels as in Scanners, Schiensmieters oder Spegelreflexkameras verwennt warrt. Anners as Sülver kann Aluminum ok Ultravigelettstrohlen reflekteeren. Eloxeert warrt Aluminium ok veel för Dekoratschoon verwennt, as Bänner för Gaven, Lametta för’n Wiehnachtsboom oder annere Saken, de glittert un flittert.

As Levensmiddelfarv (E 173) warrt Aluminium ok as Övertog bi Zuckersaken un to’n Dekoreeren vun Koken un fien Backwark nütt.

Aluminumpulver (Partikelgrött < 500 µm) is vun wegen sien grode Bavenflach düchtig reaktiv. Mit Water reageert dat to Aluminiumoxid, wobi Waterstoff afgeven warrt. Bruukt warrt Aluminum ok för de stark exotherme Thermitreakschoon (bit to 2500 °C) bi’t alumothermisch Schweißen.

Aluminiumstoff oder -pulver is bannig gefährlich, wiel dat bi Luftkontakt vun sülvst tünnern kann un denn ganz dull explodeert. Disse Egenschop warrt ok in de Luft- un Ruumfohrt utnütt, wo Aluminiumpulver as fasten Drievstoff in Raketen bruukt warrt. De Andeel vun Al-Pulver ist dorbi höchstens 30%, wiel dat bi’t Verbrennen düchtig Energie freesett.

Bedüden för Natur un Leevwesen

Aluminium is een vun de roren Elementen, de faken vörkamt, man vun Leevwesen schienbor nich bruukt warrt. Mach wesen, dat de Grund dorin liggt, dat dat Leven woll in’t Water tostannen kamen is, wo Aluminium in löste Form so goot as gor nicht vörkeem un dorüm ok nich vun de Organismen nütt warrn künn. Eerst mit de Tiet hett sik Aluminium ok in de See anriekert, man ok vundaag is de Konzentratschoon noch bannig lütt.

In Planten warrt dat Element jümmer mehr opnahmen, wiel de Boddens starker mit Süren belast sünd. Mit dat Eten nimmt de Minsch in Dörsnitt 25 mg Aluminium an’n Dag op. Wenn dat Eten ok noch in Aluminiumpött torechtmaakt oder in Aluminiumfolie lagetr warrt warrt, kann dat ok dat twee- bit dreefacke warrn, wiel de Süren in’t Eten dat Aluminium lösen doot.

To finnen is Aluminium in Backpulver, Smöltkees un suur inleggt Gröönsaken, bito ok as Middel gegen Verklumpen in Solt, Kaffeewittmakers un Kökenkrüder. En Ünnersöken vun Laugenbackwark (Brezeln, Stangen usw.) ut Bäckereen is ok Aluminium nawiest worrn, dat dorin kummt, wenn de Backwaren op Aluminiumblicken maakt waart.

Ok in Kosmetiksaken as Deo, Tähnpast oder Sünnenschuul sünd Aluminumverbinnen oder ok in Heelmiddels gegen Magenöversüren, Dörfall un in eenige Lipiddaalmakers. Dör de Industrie warrt ok en ganzen Deel Aluminium an de Ümwelt afgeven bi’t Herstellen vun Papier, Glas, Porzellan oder Textilen.

Aluminiumverbinnen künnt an Anämie bedeeligt wesen, wiel dat dat sülve Spiekerprotein besetten deit as dat Iesen. Ok de Knakenstoffwessel kann ünner Aluminium lieden, Arthritis begünstig warrn oder Lieden vun’t Nervensystem utlöst warrn, as t. B. Gedächtnis- un Spraakstören, aver ok Aggressivität oder Nuddeligkeit kann dör Aliminium föddert warrn. Mit de Tiet föhrt Aluminium ok to Schaden an Neren un Lebber. Aver ok de Stoffwessel vun ünnerscheedliche Elementen un vun de Vitaminen B6 un D warrt stört.

Nee’e Ünnersöken hebbt keen Tosamenhang nawiesen künnt, dat Aluminium ut Pütt, Verpacken oder Folie wat mit Alzheimer to doon hebbt, as lange Tiet vermood worrn is.

Gifft ok eenige Lüüd, de en Allergie gegen Aluminium hebbt. Se kriegt denn Utslääg in verscheeden Oorden, de dör Kosmetika utlösst warrt, un künnt en stöört Verdauen hebben un künnt mitünner ok keen Eten ut Aluminumpütt to sik nehmen.

Aluminium un Ümweltschuul

Vun Bedüden för Ümweltbelasten un Rohstoffen is bi Aluminium, dat dat goot wedder torüchwunnen warrn kann (Recycling), man dat mutt goot vun Legeeren trennt un ok goot reinigt warrn.

Dat lütte Gewicht vun Aluminiumwarkstoffen un -bodelen kann bi bewegliche Dele oder bi Fohrtüüch reduzeert de Masse, wat denn Drievstoff inspoort un dorüm ok beter is vör de Ümwelt.

Op de annern Siet warrt för de Elektrolys vun aluminium banig veel Energie verbruukt un de Afbo vun Bauxit maakt ok de Landschop toschannen, wiel dat in’n Daagbo wunnen warrt. En Drüttel vun de Masse blifft as so nöömten Rootschlamm torüch.

Dör de Oxidschicht is Aluminium bestänniger as t. B. Iesen un bruukt weniger Schuul gegen Korrosion, wat ok wedder weniger Ümweltbelasten dör dat Schuulmiddel bedüüd.

Nawies vun Aluminium

Aluminiumsolten kann man dör Gleihen mit verdünnte Kobaltnitratlösen op de Magnesia-Rinn nawiesen. Dorbi entsieht dat Farvpigment Thénadrs Blau (ok Kobaltblau nöömt). Dat is en Cobaltaluminiumspinell mit de Formel CoAl₂O₄. Disse Nawiesreakschoon is 1975 vun Leithner dör Gleihen vun Aluminiumsulfat un Cobaltnitrat (Co(NO₃)₂) opdeckt worrn.

För den Nawies gifft man eenige de Proov mit en poor Drapens verdünnte Lösen op en Magnesiarinn un maakt dat övern Bunsenbrenner hitt. Wenn Aluminium dor is, farvt sik dat blau.

En annere Methood is de Kryolithproov. Dorbi warrt de Lösen alkalisch maakt, dormit dat Aluminium as Aluminiumhydroxid Al(OH)₃ utfällen kann. Dat warrt den filtreert, mit en beten Phenolphtalein bedrüppelt un denn so lang wuschen, bit keen rode Klöör mehr vun dat Phenolphtalein mehr dor is. Denn warrt fastet Natriumfluorid (NaF) op den Nedderslag streit, wobi sik dat wedder root farvt dör de freesetten Hydroxidionen.

Un butendem kann de Proovlösen ok mit Kaliumhydroxid (KOH) kaakt un dorna mit Iesessig ansüürt warrn. Denn warrt Morinlösen tosett, watt to Fluoreszenz föhrt. Ünner UV-Licht is dat noch beter to sehn.

Legeeren mit Aluminiumandeel

Hööftartikel: Aluminiumlegeeren

In’n smöltfletigen Tostand kann Aluminium mit Kopper, Magnesium, Mangan, Silizium, Iesen, Titan, Beryllium, Chrom, Zink, Zirkon un Molybdän legeert warrn, üm sünnere Egenschoppen to föddern un annere to ünnerdrücekn, de nich wünscht sünd. Bi de mehrsten Legeeren warrt dorbi dat Billn vun de schulend Oxidschicht stöört. Dorüm sünd de Bodelen ut disse Legeeern anfallig för Korrosion. Dat geiht de meisten hoochfasten Aluminiumlegeeren an.

Dat gifft ünnerscheedlich Oorden. Dat sünd eenmol de Aluminiumknedlegeeren (AW, engl.: „wrought“), de to’n Herstellen vun Platten un Bänner verwennt warrt. Denn gifft dat ok Aluminiumgusslegierungen (AC, engl. „cast“), de ü.a. för Lichtmetallfelgen bruukt warrt aver ok för Motoren- un Driftgehüüs.

De eerste Aluminiumlegeeren, de utharten kann un hoochfast is, keem 1907 mit den Markennaam Duraluminium (AlCuMg) op’n Markt.

Verbinnen

Aluminiumoxid Al₂O₃ is ok as Tooneer oder Korund begäng. Liggt tomehrst as witt Pulver vör oder as düchtig harte Kristallen. Bruukt warrt Korund as Sliep- oder Poleermiddel, för Düsen oder Klockensteen. As Keramik warrt dat as Isoleerstoff verwennt oder as Warkstoff un to’n Deel ok in de Elektronik.
Kaliumaluminiumsulfat KAl(SO₄)₂ is begäng as Aluun un is goot to’n Bloodstillen.
Aluminiumacetat Al(CH₃-COO)₃ warrt ok Essigsuur Tooneer nöömt un warrt verwennt för Ümslääg gegen Sweren.
Aluminiumorgaansch Verbinnen (t. B. Triethylaluminium) warrt as Katalysaters bi de Herstellen vun Polyethylen insett aver ok in de Halfleidertechnik.
Aluminiumoxynitrid is en transparenten keramischen Warkstoff.
Aluminiumnitrid is en Isoleer- un Konstrukschoonswarkstoff, de sik dör düchtig hooge Hittleddanlaag bi Ruumtemperatur uttekend.

Ünner sünnerlich Bedingen kann Aluminium ok eenweertig vörkamen. Disse Verbinnen warrt to’n Winnen vun hoochrein Aluminium nütt (Subhalogeniddestillatschoon).