Aluminium ist eines der am weitesten verbreiteten Metalle und findet sich in vielen Produkten, die Menschen benutzen, von Bierdosen bis hin zu Auto- und Flugzeugteilen.
Obwohl Aluminium nach Stahl das von Menschen am häufigsten verwendete Metall ist, kommt es in der Umwelt nicht natürlich vor und seine Herstellung ist ein energieintensiver und komplexer Prozess.
Die drei Stufen der Aluminiumproduktion
Jährlich werden weltweit etwa 390 Millionen Tonnen Bauxitgestein gefördert, wovon 85% wird bei der Herstellung von Aluminium verwendet.
Bauxit ist kein bestimmtes Mineral, sondern ein sedimentäres Tongestein, das hauptsächlich aus hydratisierten Aluminiumoxiden (Hydrargilit, Bemit oder Diaspore) besteht und in tropischen und subtropischen Klimazonen gebildet wird. Die mit Bauxitvorkommen verbundenen Minerale sind in der Regel Tonminerale, Kieselsäure, Eisenoxide und Hydroxide. Sie bilden sich in großen Mengen an Verwitterungsstellen von Alumosilikatgestein in heißen Klimazonen, weshalb der Bauxitabbau in Australien, Brasilien, China, Mittelamerika, Afrika, Frankreich und Griechenland am besten entwickelt ist. In Polen wird Bauxit unter anderem in der Nähe von Nowa Ruda in Niederschlesien gefunden.
Nach dem Abbau wird Bauxit zu Tonerde raffiniert, die dann in Aluminium umgewandelt wird.
Die Umwandlung von Aluminium aus Bauxiterz in Metall erfolgt in drei Stufen.
Stufe 1: Bauxitgewinnung
Bauxit wird in der Regel im Tagebau abgebaut, wobei nur drei Länder - Australien, China und Guinea - den größten Anteil an Bauxit haben. für 72% weltweite Bauxitproduktion.
| Land | 2022 Bauxitproduktion in der Mine (Tonnen) | % im Allgemeinen |
|---|---|---|
| Australien | 110,000,000 | 28.2% |
| China | 86,000,000 | 22.1% |
| Guinea | 85,000,000 | 21.8% |
| Brasilien | 32,000,000 | 8.2% |
| Indien | 22,000,000 | 5.6% |
| Indonesien | 18,000,000 | 4.6% |
| Russland | 6,200,000 | 1.6% |
| Jamaika | 5,800,000 | 1.5% |
| Kasachstan | 5,200,000 | 1.3% |
| Saudi-Arabien | 4,300,000 | 1.1% |
| Rest der Welt | 15,500,000 | 4.0% |
| Insgesamt | 390,000,000 | 100.0% |
Australien ist der größte Produzent von Bauxit und beherbergt auch die größte Bauxitmine der Welt, Weipa.
Guinea, der drittgrößte Produzent von Bauxit, verfügt über mehr als sieben Milliarden Tonnen Bauxitreserven, mehr als jedes andere Land der Welt. Darüber hinaus ist Guinea der größte Bauxitexporteur der Welt. So viel wie 76% Die Ausfuhren Guineas gehen nach China.
Nachdem das Bauxit aus dem Boden gewonnen wurde, wird es zu einer Schmelzanlage transportiert, um Tonerde zu erzeugen, der zweite Schritt im Produktionsprozess.
Stufe 2: Herstellung von Tonerde
Im Jahr 1890 erfand der österreichische Chemiker Carl Josef Bayer ein revolutionäres Verfahren zur Gewinnung von Tonerde aus Bauxit. Heute, mehr als 100 Jahre später, etwa 90% Schmelzhütten verwenden immer noch das Bayer-Verfahren zur Veredelung von Bauxit.
Die vier wichtigsten Phasen des Bayer-Prozesses:
- Mineralisierung:
Das Bauxit wird mit Natriumhydroxid vermischt und unter Druck erhitzt. In diesem Stadium löst das Natriumhydroxid selektiv die Tonerde aus dem Bauxit, während die anderen Mineralien als Verunreinigungen zurückbleiben. - Filtrierung:
Die Verunreinigungen werden abgetrennt und aus der Lösung gefiltert, wobei ein Rückstand entsteht, der als Rotschlamm bezeichnet wird. Sobald der Schlamm ausgefällt ist, wird der Alaun in Natriumaluminat umgewandelt. - Niederschlag:
Die Natriumaluminatlösung wird abgekühlt und fällt zu einer festen, kristallisierten Form von Aluminiumhydroxid aus. - Kalzinierung:
Aluminiumhydroxidkristalle werden gewaschen und in Kalzinieranlagen erhitzt, um reines Aluminiumoxid zu bilden - ein sandiges, weißes Material.
Der bei der Tonerdegewinnung anfallende Schlamm ist ein ernstes Umweltproblem. Für jede Tonne Tonerde fallen in den Hütten 1,2 Tonnen Rotschlamm an, der gelagert wird und bei dem nicht ganz klar ist, was mit ihm geschehen soll. Derzeit gibt es mehr als drei Milliarden Tonnen dieses Materials.
China ist der zweitgrößte Produzent von Tonerde und der größte Importeur von Bauxit und liefert mehr als die Hälfte der weltweiten Tonerde.
| Land | Aluminiumoxidproduktion im Jahr 2022 (Tonnen) | % im Allgemeinen |
|---|---|---|
| China | 74,000,000 | 53% |
| Australien | 21,000,000 | 15% |
| Brasilien | 11,000,000 | 8% |
| Indien | 6,800,000 | 5% |
| Russland | 3,100,000 | 2% |
| Deutschland | 1,900,000 | 1% |
| Irland | 1,900,000 | 1% |
| Saudi-Arabien | 1,800,000 | 1% |
| Ukraine | 1,700,000 | 1% |
| Spanien | 1,600,000 | 1% |
| Rest der Welt | 15,100,000 | 11% |
| Insgesamt | 139,900,000 | 100% |
Aluminiumoxid wird in vielen Industriezweigen eingesetzt, unter anderem in der Kunststoff-, Kosmetik- und Chemieindustrie. Dennoch 85% Aluminium wird in Aluminium umgewandelt.
Stufe 3: Aluminiumproduktion
Aluminiumoxid wird durch elektrolytische Reduktion in Aluminium umgewandelt. Für die Herstellung von Aluminium sind neben Tonerde selbst auch Kryolith und viel Strom.
Kryolith wird hauptsächlich als temperatursenkendes Flussmittel in der elektrolytischen Produktion eingesetzt. Aluminium. Aufgrund seiner hohen Nachfrage und Seltenheit wird heute eine synthetische Verbindung verwendet.
Im Folgenden wird ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Aluminium dargestellt:
- In Aluminiumhütten werden Hunderte von Elektrolysebädern und Reduktionszellen mit geschmolzenem Kryolith gefüllt.
- Aluminiumoxid (bestehend aus zwei Aluminiumatomen und drei Sauerstoffatomen) wird dann in diese Bäder getropft, wo ein starker elektrischer Strom die chemische Bindung zwischen den Aluminium- und Sauerstoffatomen bricht.
- Durch Elektrolyse setzt sich am Boden der Zelle reines, flüssiges Aluminium ab, das anschließend gereinigt und in verschiedenen Formen und Größen gegossen wird.
Der größte Produzent von Aluminium ist China, das auch der größte Verbraucher ist. Das Nachbarland Indien ist der zweitgrößte Produzent, produziert aber nur ein Zehntel der chinesischen Produktion.
| Land | 2021 Aluminiumhüttenproduktion (Tonnen) | % im Allgemeinen |
|---|---|---|
| China | 39,000,000 | 59% |
| Indien | 3,900,000 | 6% |
| Russland | 3,700,000 | 6% |
| Kanada | 3,100,000 | 5% |
| Vereinigte Arabische Emirate | 2,600,000 | 4% |
| Australien | 1,600,000 | 2% |
| Bahrain | 1,500,000 | 2% |
| Island | 880 | 1% |
| Vereinigte Staaten | 880 | 1% |
| Rest der Welt | 9,400,000 | 14% |
| Insgesamt | 66,560,000 | 100% |
Wie bei der Tonerdeproduktion stellen einige Länder, die Bauxit und Tonerde fördern, auch Aluminium her. Dazu gehören Indien, Australien und Russland.
Im Jahr 2022 wurde der weltweite Aluminiummarkt auf ca. 245,7 Milliarden USDEs wird erwartet, dass sich der Aluminiummarkt bis 2030 fast verdoppelt auf 498,5 Milliarden USD.