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Technische Herstellung

Reines Aluminium aus den Silicaten zu gewinnen ist chemisch schwierig und daher teuer. Zu diesem Zweck verwendet man heutzutage Bauxit, ein aluminiumhaltiges Sedimentgestein. Im Prinzip handelt es sich dabei um eine Mischung aus Aluminiumoxidhydroxid (AlOOH) und Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃).

Das für die eigentliche Schmelzflußelektrolyse benötigte Aluminiumoxid muss zuvor aus Bauxit aufgeschlossen werden. Beim so genannten Bayer-Verfahren wird gemahlenes Bauxit in entsprechend großen Reaktoren (vorzugsweise Rohrreaktoren) mit wässriger Natronlauge vermischt und bei etwa 150 °C zur Reaktion gebracht. Stark vereinfacht läuft dabei Folgendes ab (in der Realität sind die Reaktionsvorgänge viel komplizierter):

Al(OH)3 + NaOH ⇄ Na[Al(OH)4]

Während dieses Prozesses „lösen” sich quasi die Aluminiumbestandteile in Form von Natriumaluminat (Na[Al(OH)₄]) aus der Mischung, wobei man die Lösung durch Filtration von den festen Bestandteilen (meist stark eisenhaltig) trennt. Der verbleibende Schlamm wird mehrfach ausgewaschen, die Waschlösungen mit dem Filtrat weiterverarbeitet. Dazu behandelt man die abgekühlte Mischung mit großen Mengen Aluminiumhydroxids. Durch diese Vorgehensweise geht praktisch ein Großteil des Aluminats ins Hydroxid (a-Al(OH)₃; Hydrargillit) über und fällt als solches aus. Das Hydrargillit wird abfiltriert, getrocknet und anschließend bevorzugt in Wirbelschichtöfen bei rund 1 300 °C zu Al₂O₃ umgewandelt (Calcinierung).

1886 entdeckten der Franzose Paul Louis Toussaint Héroult und der Amerikaner Charles Martin Hall unabhängig voneinander, dass Aluminiumoxid (oder Tonerde) sich in geschmolzenem Kryolith (Na₃AlF₆) auflöst und elektrolytisch in ein rohes, geschmolzenes Metall und Nebenprodukte zerlegt werden kann. Dieses Verfahren ist heute auch unter dem Namen Hall-Héroult-Verfahren in der Technik bekannt.

Reines Aluminiumoxid hat einen extrem hohen und damit für die Elektrolyse ungünstigen Schmelzpunkt (2 045 °C). Bessere Vorbedingungen lassen sich durch die Zugabe des Oxids in eine Kryolithschmelze erreichen, denn der Schmelzpunkt von Kryolith liegt bei etwa rund 1 000 °C. Diese Mischung wird anschließend bei Temperaturen um 960 °C der Elektrolyse mit Gleichstrom unterworfen. Als Elektrodenmaterial verwendet man Kohlenstoff. Auch hierzu ein stark vereinfachtes Reaktionsschema:

Kathode:

2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2.

Anode:

3 C + 3 O2 → 3 CO2

bzw.:

6 C + 3 O2 → 6 CO.

Das Hall-Héroult-Verfahren ist derzeit immer noch die wichtigste Methode für die industrielle Produktion von Aluminium, wenn auch inzwischen neue Verfahren geprüft werden. Die Reinheit des Endprodukts wurde laufend gesteigert; heute besteht ein industriell reiner Barren aus 99,5 Prozent Aluminium. Die Reinheit lässt sich weiter bis auf 99,99 Prozent verfeinern.