Elemente und Moleküle, Schulbuch

107 5.7 MeTalle Das Schmelzflusselektrolyse-Verfahren schafft auch Umweltprobleme. Pro Tonne Alu - minium werden bei der Elektrolyse etwa 50 kg Kryolith zersetzt (Nebenreaktion an der Anode). Das dabei gebildete Fluor wird in Abgasreinigungsanlagen großteils zu- rückgehalten. Es wird mit Sodalösung umgesetzt. Dabei reagiert das Fluor mit Wasser zu Hydrogenfluorid (HF). Dieses bildet mit der basischen Sodalösung zum Großteil Natriumfluorid, das wieder zur Kryolithherstellung eingesetzt wird. Trotzdem entwei - chen beträchtliche Mengen des sehr pflanzenschädlichen Hydrogenfluorids in die Umwelt. Aluminium als Werkstoff Dass Aluminium als extrem unedles Metall überhaupt als Werkstoff brauchbar ist, liegt an seiner Eigenschaft zur Bildung von Passivschichten ( Passivierung ). Blanke Aluminiumoberflächen werden rasch von Luft und Wasser angegriffen. Dabei bildet sich eine fest haftende Oxidschicht von 5–10 nm Dicke, die vor weiterer Korrosion schützt, sodass Aluminium korrosionsbeständiger ist als das viel edlere Eisen. Es wird von den in Lebensmitteln vorhandenen Säuren nicht angegriffen. Stark saure und vor allem basische Substanzen zersetzen Aluminium unter Wasserstoffentwick- lung, da dann die Oxidschicht aufgelöst wird (im Basischen unter Bildung von Alu- minat). Auch Quecksilber, das sich oberflächlich mit Aluminium legiert, verhindert die Ausbildung der Passivschicht und bewirkt eine heftige Reaktion von Aluminium mit Wasser zu Wasserstoff und Aluminiumhydroxid. Für Hochspannungskabel wird heute ausschließlich Aluminium verwendet. Seine spezifische Leitfähigkeit ist zwar nur halb so groß wie die von Kupfer, ein Alumini- umkabel mit doppeltem Querschnitt und damit gleicher Leitfähigkeit ist aber leich- ter und billiger als ein entsprechendes Kupferkabel. Aluminium ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter. Man verwendet es zum Bau von Wärmetauschern, Heizkörpern, Kochgeschirr und Kühlgeräten. Große Bedeutung hat Aluminium im Bauwesen. Fenster und Türen aus Aluminium sind korrosionsbeständig. Dies lässt sich durch künstliches Verstärken der Oxid- schicht auf elektrolytischem Weg noch verbessern ( Eloxal = elektrolytisch oxidiertes Aluminium). Die gute Wärmeleitfähigkeit macht aber bei Aluminiumfenstern Maß- nahmen wie Ausschäumen mit Kunststoffschaum erforderlich. Da Aluminium für Wasser undurchdringlich ist, verwendet man Aluminiumfolien als Feuchtigkeitssper- re gegen aufsteigende Feuchtigkeit auf Kellerfundamenten und als Wasserdampf- sperre gegen Eindringen warmer, feuchter Luft in Wärmedämmungen aus Glaswolle. Zunehmende Bedeutung hat Aluminium in der Lebensmittelverpackung. Wegen seiner hohen Duktilität kann es bis zu 0,004 mm dünnen Alufolien ausgewalzt werden. Die- se Folien schützen vor Austrocknung (Tiefkühlverpackung) und Licht, was vor allem bei lichtempfindlichen Lebensmitteln wie Butter wichtig ist. Bierfässer aus Holz sind heute vollständig durch solche aus Aluminium (bzw. Edelstahl) verdrängt worden. Aluminiumdosen spielen in der Getränkeverpackung eine wichtige Rolle. Sie werden auf Grund des hohen Energieeinsatzes für die Aluminiumherstellung (ca. 20facher der Glasherstellung) aber als umweltproblematisch betrachtet. Dabei muss aller- dings das geringe Gewicht der Aludose berücksichtigt werden. (Mit einer Tonne Al kann man viel mehr Getränke verpacken als mit einer Tonne Glas.) Auch der Trans- port der schwereren Glasflaschen verbraucht Energie. Daher ist die Einwegglasfla- sche keineswegs umweltfreundlicher als die Aludose. Nur Mehrwegglasflaschen schneiden in der Energiebilanz günstiger ab. Aluminium weist heute schon eine Recyclingquote von etwa 35 % auf. Diese ließe sich noch verbessern. Zum Einschmelzen von Altaluminium sind nicht einmal 10 % des Energieaufwandes der Neuproduktion notwendig. Allerdings kann das Recycling- Aluminium nicht mehr für alle Einsatzgebiete verwendet werden, da es unkontrol- lierbare Mengen an Legierungsmetallen enthält. Daher sollen Getränkedosen, die aus sehr reinem Aluminium bestehen, getrennt gesammelt werden. Aus ihnen kann man nach dem Einschmelzen wieder neue Getränkedosen herstellen. Das Sammeln kann ohne weiteres gemischt mit Eisenblechdosen erfolgen, da diese magnetisch abgetrennt werden. ■ 107.1: Formulier die Reaktions glei- chungen für das Rösten von PbS und ZnS sowie für das Brennen von CuCO 3 und ZnCO 3 ! ■ 107.2: Formulier die Reaktionsglei - chungen für die Reduktion von Wolfram(VI)-oxid mit Wasserstoff sowie von Chrom(III)-oxid mit Alu- minium! ■ 107.3: Weshalb muss beim Einschmelzen von Aluminium streng auf Luftfrei- heit geachtet werden? (Dieses er- folgt unter einer Salzschmelze.) ÜBUNGeN Kryolith Al CO/CO 2 Al 2 O 3 C C C C ALUMINIUM Bauteile Flugzeugbau Züge Wärmetauscher Kochgeschirr Fenster Folien Dosen Hochspannungskabel Abb. 107.3: Verwendung von Aluminium Abb. 107.2: Massenbilanz der Aluminiumproduktion Abb. 107.1: Aluminiumelektrolyse 4 t Bauxit Bayer-Verfahren Elektrolyse 1 t Rotschlamm 2 t Tonerde 0,5 t Elektrodenkohle 13,5 MWh elektr. Energie 50 kg Kryolith 1 t Aluminium Themenbereiche und Selbsttest zu Kapitel 5 siehe Seite 268 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv