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Allgemein

Geschrieben von Sabrina Heimrich am . Veröffentlicht in Allgemein.

Aluminium

AI • Ordnungszahl 13

Aluminium

Aluminium ist ein silbrig-weißes Leichtmetall. Es sticht durch sein geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und seine gute Wärmeleitfähigkeit hervor. Es ist gut formbar und nicht magnetisch. Aluminium hat in etwa ein Drittel der Dichte von Eisen. Der Schmelzpunkt ist mit 660 Grad Celsius relativ niedrig.

Es ist das dritthäufigste Element und das häufigste Metall in der Erdkruste.

Nach Eisen ist Aluminium das zweitwichtigste Metall für die Industrie. Die wichtigste Verwendung ist im Bausektor sowie im Leichtbau (Autoindustrie, Luft- und Raumfahrt).

Die Weipa-Mine in Australien ist die weltgrößte Abbaustätte für Bauxit, dem Mineral aus dem Aluminium gewonnen wird. Seinen Namen verdankt Bauxit seinem ersten Fundort Les Baux-de-Provence in Südfrankreich, wo es 1822 vom Geologen Pierre Berthier entdeckt wurde.

Der größte Bauxitförderer ist Rio Tinto, gefolgt von Winning International, das die Simandou-Mine in Guinea betreibt. Guinea verfügt über die größten Aluminiumreserven weltweit.

Marktführer in der Aluminiumproduktion ist China, das einen Marktanteil von fast 60 Prozent hat. Chinalco und Hongqiao Group sind dabei die führenden Unternehmen.

Aluminium kann ohne Qualitätsverlust recycelt werden und der Prozess verbraucht dabei nur einen Bruchteil der Energie, die in der Primärherstellung notwendig ist.

  • Geschichte

    Alaun (Aluminiumsalz) war bereits im Altertum bekannt. In der Antike wurde es in Ägypten und Rom in der Medizin und zum Färben eingesetzt.
    1754 entdeckt der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggraf Tonerde (Al₂O₃) als eigenständige Substanz. Der französische Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier vermutete als erster, dass es sich bei der von Marggraf aus einer Alaunlösung gewonnenen Alaunerde um das Oxid eines bislang unbekannten Elements handle.

    Der Brite Sir Humphry Davy versucht 1808 erstmals, Aluminium elektrolytisch herzustellen – erfolglos. Er führte jedenfalls die Namensvarianten alumium, aluminum und aluminium ein, von welchen die letzten beiden im Englischen nebeneinander fortbestehen.

    Die Darstellung von Aluminium glückte schließlich 1825 dem Dänen Hans Christian Ørsted. Mehrere Chemiker optimierten daraufhin den Herstellungsprozess, unter anderem Friedrich Wöhler, dem es 1845 endlich gelang, einige winzige Aluminiumkügelchen herzustellen. Damit konnte er dann auch die Dichte des Metalls bestimmen.

    1846 setzte Henri Étienne Sainte-Claire Deville die Versuche, die Aluminiumgewinnung zu verbessern und vor allem günstiger zu machen, fort. Er überzeugte Kaiser Napoleon III. Die Entwicklung der industriellen Herstellung von Aluminium finanziell zu unterstützen. Nach erfolgreichen Versuchen begann Deville in der Chemischen Fabrik der Brüder Rousseau mit der industriellen Herstellung von Aluminium. Er entwickelte das Wöhlerverfahren weiter indem er statt des teuren Kaliums das billigere Natrium als Reduktionsmittel benutzte. Dies senkte die Kosten für die Aluminiumgewinnung deutlich. Der Aluminiumspreis, der zuvor höher als Gold war, sank empfindlich. 1854 kostete 1 Kilo Aluminium noch 3000 Francs, 1860 sank der Kilopreis auf 130 Francs.

    1886 entwickelten Charles Martin Hall und Paul Héroult unabhängig voneinander das heute nach ihnen benannte Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Aluminium: der Hall-Héroult-Prozess.

    1889 erfand Carl Josef Bayer das nach ihm benannte Bayer-Verfahren zur Isolierung von reinem Aluminiumoxid aus Bauxiten. Aluminium wird noch heute nach diesem Prinzip großtechnisch hergestellt.

    Ende des 19. Jahrhunderts setzte die Verwendung in industriellem Maßstab ein, nachdem Aluminiumhütten neben Wasserkraftwerken (USA: Niagarafälle, Schweiz: Hochrhein), die günstig Strom produzierten, errichtet wurden. Aluminium konnte so billig hergestellt werden, dass es für allgemeine Gebrauchsartikel erschwinglich wurde. Die ersten Verwendungen für das leichte Metall fanden sich beim Militär, das an Gewichtsreduzierungen für die Ausrüstung der Soldaten interessiert war: Es wurden Feldflaschen, Kochgeschirre und Zeltstangen produziert.

    Wegen seines geringen Gewichts war Aluminium geradezu prädestiniert für die Luftfahrt. Die Karriere des Leichtmetalls in dieser Branche begann mit dem Zeppelin, das 1900 erstmals in die Lüfte abhob und auch unversehrt wieder landete.

  • Verwendung

    Der bedeutendste Aluminiumverbraucher ist die Bauindustrie, deren Bedarf zwischen einem Viertel und einem Drittel der Gesamtproduktion ausmacht.
    
Die Verpackungsindustrie, Autobranche sowie die Luft- und Raumfahrt verbrauchen jeweils ein Fünftel der globalen Produktionsmenge.

    Weitere Anwendungen für Aluminium sind Elektrotechnik und Maschinenbau. In E-Autos besteht ein um rund 30 Prozent erhöhter Aluminiumbedarf im Vergleich zu Verbrennern.

    Der größte Aluverbraucher ist China aufgrund staatlicher Infrastrukturprojekte im In- und Ausland.

  • Vorkommen, Abbau, Gewinnung

    Bauxit ist das wichtigste Mineral für die Aluminiumproduktion. Es beinhaltet 50 bis 60 Prozent Aluminiumoxid und 30 Prozent Eisenoxid.

    Die Herstellung von Aluminiummetall aus Bauxit erfolgt in zwei Stufen: im Bayer-Verfahren wird zunächst Aluminiumoxid (Alumina) gewonnen. Im zweiten Schritt wird durch den Hall-Héroult-Prozess Alumina zu Aluminium reduziert. Als Rückstand bleibt eisenhaltiger Rotschlamm zurück.

    Guinea ist das größte Förderland für Bauxit und verfügt auch über die größten Bauxit-Reserven. Australien ist das zweitwichtigste Abbauland, hat jedoch auch die weltweit zweitgrößte Aluminaproduktion. An dritter Stelle rangiert beim Bauxitabbau China.

    Die zur Rio-Tinto-Gruppe gehörende Weipa-Mine in Australien ist die größte Bauxitabbaustätte der Welt. Rio Tinto ist globaler Marktführer bei der Bauxitförderung gefolgt von Winning International Group und der guineischen Regierung.

    Bei der energieintensiven Aluminiumherstellung ist China mit einem Marktanteil von fast 60 Prozent global führend. Russland, Kanada und die Vereinigten Arabischen Emirate sind weitere wichtige Aluminiumhersteller.

    Die globale Jahresproduktion von Bauxit beläuft sich auf über 400 Millionen Tonnen.
    Daraus werden weltweit jährlich um die 140.000 Tonnen Primäraluminium gewonnen.

    Aufgrund des niedrigeren Energiebedarfs spielt das Recycling von Aluminium eine große Rolle. Aluminium gehört zu den am meisten wiederverwerteten Metallen. Nordamerika hat mit fast 60 Prozent die höchsten Alu-Recyclingraten der Welt.

  • Substitution

    Verbundwerkstoffe können Aluminium in Flugzeugrümpfen und Tragflächen ersetzen.
    Glas, Papier, Kunststoffe und Stahl können Aluminium in Verpackungen ersetzen. Verbundwerkstoffe, Magnesium, Stahl und Titan können Aluminium in Bodentransportmitteln ersetzen.
    Verbundwerkstoffe, Stahl, Vinyl und Holz können Aluminium im Bauwesen ersetzen.
    Kupfer kann Aluminium in Elektro- und Wärmeaustauschanwendungen ersetzen.

ISE AG, Institut für seltene Erden und Metalle AG

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Bauxit

Bauxit

Bauxit

Bauxit ist ein Aluminiumerz, das vorwiegend aus den Aluminiummineralen Gibbsit (Hydrargillit), Diaspor, ferner den Eisenoxiden Hämatit Fe2O3 und Goethit FeO(OH), dem Tonmineral Kaolinit und geringen Anteilen des Titanoxids Anatas TiO2 besteht. Ein sehr ähnliches Gestein, allerdings mit höherem Gehalt an Hämatit (also Eisen), ist Laterit. Seinen Namen verdankt Bauxit seinem ersten Fundort Les Baux-de-Provence in Südfrankreich, wo es 1821 von Pierre Berthier entdeckt wurde. In Österreich wurde über 80 Jahre lang bis 1964 bei Unterlaussa im Gebiet des heutigen Nationalparks Kalkalpen Bauxit abgebaut. Weitere Vorkommen gab es in Glanegg in Kärnten sowie in Großgmain in Salzburg.

 

  • Entstehung

    In den Geowissenschaften werden Lateritbauxite (Silikatbauxite) von den Karstbauxiten (Karbonatbauxite) unterschieden. Die schon früh entdeckten Karbonatbauxite liegen in Europa überwiegend über Karbonatgesteinen (Kalke und Dolomite), wo sie durch lateritische Verwitterung tonreicher Einlagerungen beziehungsweise tonreicher Lösungsrückstände entstanden. Die wirtschaftliche Bedeutung der Karbonatbauxite hat gegenüber den Lateritbauxiten stark abgenommen.

     

    Die Lateritbauxite liegen in zahlreichen Ländern des gesamten Tropengürtels. Sie entstanden durch lateritische Verwitterung ganz unterschiedlicher silikatischer Gesteine wie Granit, Gneis, Basalt, Syenit, Ton und Tonschiefer. Gegenüber eisenreichen Lateritdecken bilden sich Bauxite bei besonders intensiver Verwitterung und erhöhter Drainage, die eine Auflösung von Kaolinit unter Bildung von Gibbsit ermöglicht. Das dabei auftretende Auswaschen von nicht aluminiumhaltigen Verbindungen findet in tropischen Klimazonen besonders effektiv statt, da sich in ihnen lange Regen- und Trockenzeiten abwechseln. In den Lagerstätten liegen die aluminiumreichsten Bereiche häufig unter einer eisenreicheren Oberflächenschicht. Im Gegensatz zu den Karbonatbauxiten tritt als Al-Mineral fast ausschließlich in Gibbsit auf.

  • Vorkommen & Gewinnung

    Die bedeutendsten Förderländer sind Australien, China, Brasilien, Guinea, Jamaika und Indien. Kamerun hat mit neu entdeckten großen Vorkommen von 500 bis 700 Mio. t die Möglichkeit aufzuschließen. Weitere Vorkommen befinden sich unter anderem in Russland, Venezuela und Suriname. In Europa finden sich die wichtigsten Abbaustätten in Griechenland, Ungarn und Frankreich. Die aus heutiger Sicht wirtschaftlich abbauwürdigen gesicherten Bauxitvorkommen dürften den Bedarf auch bei steigender Produktion langfristig decken. Bauxit wird überwiegend im Tagebau gefördert. Dabei werden im Idealfall die durch den Abbau freigesetzten humushaltigen Erdschichten im Sinne einer nachhaltigen, umweltgerechten Entwicklung zunächst zwischengelagert und später zur Rekultivierung verwendet. 2017 betrug die weltweite Fördermenge 300 Millionen Tonnen. Die größten Produzenten sind Australien (83 Mio. Tonnen), China (68 Mio. Tonnen), Guinea (45 Mio. Tonnen), Brasilien (36 Mio. Tonnen) und Indien (27 Mio. Tonnen).

     

     

     

  • Verarbeitung

    Aus etwa 95 % des abgebauten Bauxits wird Aluminium produziert. Geringe Mengen dienen bei günstiger Zusammensetzung der Herstellung von Al-Chemikalien und Schleifmitteln. Eisenarme Varietäten werden als gesinterter Rohstoff in feuerfesten Werkstoffen eingesetzt. Durch den Sinterprozess (Sintern) entwässert Bauxit vollständig und wird in α-Korund umgewandelt. Ein Nebenprodukt der Aluminiumgewinnung ist Gallium.

    Zur Herstellung von metallischem Aluminium wird das Bauxit in Druckbehältern bei 150 bis 200 °C in Natronlauge erhitzt, wobei Aluminium als Aluminat in Lösung geht und vom eisenreichen Rückstand (Rotschlamm) abfiltriert wird (Bayer-Verfahren). Aus der Aluminatlauge scheidet sich beim Abkühlen und Zufügung von feinem Aluminiumhydroxid als Kristallisationskeim reiner Gibbsit ab, der durch Glühen in Aluminiumoxid Al2O3 umgewandelt wird. Das Aluminiumoxid wird unter Zusatz von Kryolith als Schmelzmittel bei etwa 1000 °C geschmolzen und in Elektrolysezellen bei hohem Energieeinsatz zu metallischem Aluminium reduziert (Hall-Héroult-Prozess, Schmelzflusselektrolyse).

    Allein bei dieser Reduktionsreaktion, die bei einer Spannung von etwa 5 Volt mit einer Anode aus Kohlenstoff stattfindet, werden pro kg Aluminium knapp 15 kWh Strom benötigt und rund 1,22 kg CO2 gebildet. Die Wiederaufbereitung von recyceltem Aluminium benötigt danach nur rund 5 % dieser elektrischen Energie.

ISE AG, Institut für seltene Erden und Metalle AG, Globale Metallpreise

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Audits

ISE real value audit

Bewertungs-Audit

Ein Audit ist ein 50-80 seitiger Bericht über Ihre Ware , Markt, das Marktumfeld, die Vorkommen, die Herstellung, die Verwendung, die Kunden und Besonderheiten.

Ein Audit errechnet den Gesamtwert Ihres Lots einer bestimmten  Ware. Wir bedienen uns hierbei den Vorgaben des IFRS13 zur Bewertung von Waren.

Auch bei unserem Audit weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass wir keinerlei Haftung für Geschäfte übernehmen, die aus deren Inhalt Gegenstand des Audit ist.

Das Audit wird in deutscher Sprache gefertigt. Es kann jedoch in jede weitere Sprache übersetzt werden. Je nach Ware benötigen wir 3-5 Wochen zur Erstellung. Geliefert wird das Audit als PDF und in drei gebundenen Exemplaren.

Folgende Dokumente werden für die Erstellung des Audits benötigt:

  • 1. Auftragserteilung PDF

  • 2. Wertermittlung ISE

  • 3. Analyse(n)

  • 4. Protokoll der Probenentnahme

  • 5. Lagerschein

  • 6. Import-/ Exportgenehmigungen (optional)

  • 7. Fotos

  • 8. Herkunftsnachweis

  • 9. Herstellerdatenblatt

  • 10. Packliste

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Microveredelung

Mikroveredlung von hochfeinen Pulvern

Die Haltbarkeit von Mikro- und Nanopulvern

In unserer modernen Zeit wird immer mehr mit hochfeinen Pulvern und Nanopulvern gearbeitet. Bei all den Vorteilen, die solche mit sich bringen, haben sie auch einen Nachteil. Durch ihre enorme Oberfläche sind sie um ein vielfaches mehr der Oxidation ausgesetzt als ihre Materialbrüder in Stangen-, Barren- oder Diskform. Wenn Pulver gut verpackt sind in einer hochwertigen PET-Flasche, mit Membran verschlossen und unter Argongas liegend, so halten sie sich aufrecht stehend 10-15 Jahre. Faktoren wie Feuchtigkeit, Licht, liegende Lagerung, minderwertige Gefässe, fehlende oder undichte Membranen usw. können diese Haltbarkeit verringern. Das Ende der Haltbarkeitszeit ist erkennbar durch kleine Korrosionen, die die üblicherweise sehr feinen Partikel zu grösseren verklumpen lassen. Sollte dies bemerkt werden, ist unverzügliches Handeln nötig, da sich Korrosion schnell und unaufhörlich ausbreitet. Nicht mehr zu rettendes, korrodiertes Pulver sieht meist aus wie Grafit.

Die Verpackungen von ultrafeinen Pulvern

Es gibt auch Pulver in Glasampullen, die im Inneren eine konstante Atmosphäre über Jahre hinweg erhalten. Dies hat Vor- und Nachteile. Für den Einsatz in der Industrie sind diese Verpackungen ungeeignet, da sich keine Glasampulle ohne Glasscherben auch im Inneren öffnen lässt. Die Industrie verwendet bevorzugt PET-Flaschen. Auch für den Transport mit dem Flugzeug sind PET-Flaschen sinnvoller als Glasampullen, da wesentlich leichter. Einige Pulver werden jedoch auch als Finanzinstrument eingesetzt, da ihre Wertigkeit über der des Goldpreises liegen kann. Hier verwendet man lieber Glasampullen, da das Pulver in dieser geschlossenen Atmosphäre fast unendlich lange ohne Wartungsarbeiten gelagert werden kann.

Die Mikroveredlung von hochfeinen Pulvern

Nachdem ein Pulver zehn Jahre gelagert wurde, sollte ab diesem Zeitpunkt alle zwei Jahre ein Analysetest inklusive Form- und Grössenbestimmung durchgeführt werden. Unter dem Raster-Elektronenmikroskop kann schnell erkannt werden, ob eine Oxidation eingesetzt hat. Sollte dies der Fall sein, darf nicht mehr allzu lange gewartet werden.

Im ersten Schritt wird das Pulver mit einem Ultraschall-Feinsieb auf eine vorgegebene Grösse gesiebt. Diese Grösse liegt meist zwischen 100 Nanometern und 50 Mikrometern. In der Praxis wird der Vorgang des Siebens meist mehrere Male wiederholt. Im Weiteren werden die Partikel mit einem Ultraschallgerät fragmentiert. So werden sie in der Grösse verkleinert und in Ihrer Form abgerundet. Auch dieser Vorgang ist mehrere Male zu wiederholen. Der dritte Schritt ist das Tumbeln in einem Argon-Vakuum-Tumbler. Unter einem konstanten Argonstrom werden die Partikel durchmischt. Dabei heftet sich das Argon an die einzelnen Partikel und bildet eine Art Folie um sie herum. Dies macht das Pulver weitere 10-15 Jahre haltbar. Zum Ende wird das aufbereitete Pulver in qualitativ hochwertige PET-Flaschen gefüllt, die verbleibenden ca. 10cm bis zum oberen Rand des PET-Behältnisses werden mit Argon, das schwerer als Luft ist, aufgefüllt, eine Membran schliesst das Argon sauber ein und ein Sicherheitsverschluss schützt den hochwertigen Inhalt in seiner neuen Verpackung. Die Flaschen werden anschliessend in ihre Box in ein Inlet gestellt, damit sie nicht umkippen können. Danach wird die Box neu versiegelt. Alle durchgeführten Arbeiten werden in einer Produktdokumentation zu Handen des Kunden festgehalten.

Das Endprodukt

Wenn es um die Behandlung, Aufbereitung und Verpackung von hochwertigen Pulvern geht, sparen wir nicht am Detail. Wir benutzen nur Marken-Flaschen, -Verschlüsse, -Boxen und -Inlets. Auch die Maschinen sind nur von namhaften Herstellern. Am Ende haben Sie ein professionell und sorgfältig verarbeitetes Produkt, hergestellt in der Schweiz.

 

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