Wie wird Aluminium produziert? Welcher Rohstoff kommt dabei zum Tragen und welche Bearbeitungen sind erforderlich, um aus diesem Rohstoff reines Aluminium zu machen? Hier erfahren Sie alles über das Produktionsverfahren von Aluminium, von A bis Z.
Die Grundlage: Bauxit
Bevor wir uns das eigentliche Produktionsverfahren ansehen, sollten wir uns vor Augen führen, wo alles anfängt: bei der Gewinnung. Aluminium wird aus Bauxit gewonnen. Bauxit ist die Bezeichnung für das Erz, das ungefähr zu 30-54% Aluminiumoxid enthält. Weil Aluminium stark dazu neigt, sich mit Sauerstoff zu verbinden, findet man in der Natur nämlich kein reines Aluminium. Aluminium ist nur vorhanden in Form eines Oxids, d. h. Metall, das an Sauerstoff gebunden ist. Und dieses Aluminiumoxid muss dem besagten Bauxit erst einmal entzogen werden.
Bauxit wird in erster Linie in (sub-)tropischen Gebieten abgebaut, weil das Bauxit dort die größte Menge an Alumerde enthält. Alumerde ist die Bezeichnung für reines Aluminiumoxid. Die Gewinnung von Alumerde aus dem Bauxit erfolgt meistens dort, wo das Bauxit abgebaut wird, um Transportkosten zu sparen.
Von Bauxit zu Alumerde
Die Alumerde wird dem Bauxit durch das sogenannte Bayer-Verfahren abgerungen, benannt nach Karl Bayer, der dieses Verfahren 1887 erfand. Hierzu wird eine große Menge an Bauxit herantransportiert und fein gemahlen. Anschließend wird das Bauxit in einen großen Behälter gekippt und erhitzte Natronlauge wird zugesetzt. Natronlauge ist eine Lösung aus ätzendem Soda und Wasser. Die Natronlauge löst das Aluminiumoxid, das sich in dem Bauxit befindet, auf. Die übrigen Bestandteile des Bauxits lösen sich nicht auf.
Das flüssige Gemisch aus Natronlauge dem darin gelösten Aluminiumoxid nennt man Aluminiumslurry. Die übrig gebliebene Substanz des Bauxits ist der Rotschlamm. Die Aluminiumslurry wird mithilfe von Filtern vom Rotschlamm abgesondert. Der Rotschlamm wird entsorgt. Anschließend wird die Aluminiumslurry gekühlt und in Silos gepumpt. In diesen Silos entstehen kleine, weiße Kristalle in der Flüssigkeit, die zu Boden sinken. Von dort aus werden sie in einen weiteren Silo gepumpt, wo die Kristalle weiterwachsen können.
Anschließend werden die Kristalle in einen Ofen gebracht, wo sie bei einer Temperatur von 1000°C zu Alumerde umgewandelt werden. Diese Alumerde sieht aus wie ein feines, weißes Pulver, das weiterbearbeitet werden kann, um reines Aluminium zu erhalten.
Der Elektrolyseprozess
Die Alumerde wird zu den primären Schmelzöfen transportiert: in die Aluminiumhütten. Diese befinden sich oft an Standorten, an denen preiswerte und relativ saubere Energie erzeugt werden kann. In diesen primären Schmelzöfen wird aus Alumerde reines Aluminium gemacht. Dies geschieht mithilfe des sogenannten Hall-Héroult-Verfahrens. Dieses Verfahren ist nach zwei Erfindern benannt, die diese Methode im Jahr 1886 ungefähr gleichzeitig erfunden haben, ohne voneinander zu wissen.
Alumerde besteht aus Aluminium und Sauerstoff. Der Zweck des Hall-Héroult-Verfahrens besteht darin, diese beiden Substanzen voneinander zu trennen. Die Alumerde wird dazu in ein Reduziergefäß gegeben. Dieses Gefäß ist mit dem Fluoridsalz Kryolith gefüllt, das auf eine Temperatur von 1000 °C gebracht wurde. Die Innenseite des Gefäßes ist oft mit Graphit bedeckt. Außerdem hängen in dem Gefäß zwei Anodenblöcke aus Kohlenstoff.
Zwischen den Anodenblöcken und den Graphit wird eine elektrische Spannung erzeugt, die zwar niedrig ist (4-5 Volt), jedoch eine extrem hohe Stromstärke von 220.000 - 340.000 Ampère hat. Dieser elektrische Strom trennt den Sauerstoff vom Aluminium. Der Sauerstoff bindet sich an den Kohlenstoff der Anodenblöcke und wird in Form von CO² entsorgt. Das reine Aluminium sinkt zu Boden und wird in flüssigem Zustand abgelassen. Anschließend wird das flüssige Aluminium in Formen gegossen, bevor es für die verschiedenen Zwecke weiterbearbeitet werden kann.
Energieverbrauch bei der Produktion von Aluminium
Die Umwandlung von Alumerde zu reinem Aluminium erfordert durch die benötigte hohe Stromstärke ein hohes Maß an Energie. Aus diesem Grund wird Alumerde weiterverarbeitet an Standorten, an denen relativ einfach und relativ sauber die benötigte Energie erzeugt werden kann. Oft nutzen die Schmelzanlagen an diesen Standorten Wasserkraftwerke.
Abfallstoffe, die beim Produktionsverfahren von Aluminium freigesetzt werden
Das Verfahren zur Gewinnung von Alumerde aus Bauxit ergibt ein Abfallprodukt: eine rote Substanz, die als Rotschlamm bezeichnet wird. In manchen Fällen wird Rotschlamm zur Färbung von Dachziegeln, als Füllmaterial für Asphaltstraßen und in der Wasserklärung eingesetzt.
Der größte Teil des Rotschlamms ist wirtschaftlich jedoch unbrauchbar. Dieser Rotschlamm wird in Becken mit einem undurchdringbaren Lehmboden deponiert. Dort benötigt der Schlamm 5-10 Jahre, um die zurückgebliebene Natronlauge zu neutralisieren. CO² aus der Luft und Regenwasser sorgen dafür, dass die verbleibende Natronlauge neutralisiert wird zu einem Reststoff aus Soda und Wasser.
Während des Elektrolyseverfahrens bestehen der Abfall und die Emissionen vor allem aus Fluor-Emissionen und aus Bruchmaterial, das bei der Erneuerung der Deckschicht des Gefäßes freigesetzt wird. Bei der Erneuerung dieser Deckschicht wird fluorhaltiges Bruchmaterial freigesetzt. Es laufen bereits Projekte zur Erforschung, wie aus diesem Bruchmaterial Fluor zur Wiederverwertung zurückgewonnen werden kann. Diese Projekte werden nach Erwartungen im Zeitraum von 2023-2028 ausgereift sein und die Verfahren können dann auf breiter Front zum Einsatz kommen. Auch der Austausch der Anodenblöcke führt zu Abfällen in Form von Kohlenstoffblöcken. Diese Blöcke werden der Stahl- und Zementindustrie als Kraftstoff und Rohstoff zugeführt.
Von Bauxit zu einem vielseitigen Metall
Das gesamte Produktionsverfahren von Aluminium ist eine faszinierende Sache. Es beginnt mit dem Abbau des Bauxits, führt über die Umwandlung zu Alumerde und endet schließlich im Elektrolyseprozess. Das Endprodukt: reines Aluminium, das in den Nachbearbeitungsunternehmen problemlos weiterverarbeitet werden kann.
Aluminium hat viele charakteristische Eigenschaften, die das Metall zu einem vielseitigen Material machen, mit einer Reihe von Einsatzmöglichkeiten. Aluminium ist zum Beispiel gut recyclingfähig. Das Recycling von Aluminium erfordert nur 5 % der Energie, die man braucht, um primäres Aluminium herzustellen.
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