Aluminium ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle und kommt in vielen vom Menschen genutzten Produkten vor, von der Bierdose bis hin zu Bauteilen für Autos und Flugzeuge.
Obwohl Aluminium direkt nach Stahl das von Menschen am häufigsten verwendete Metall ist, kommt es in der Natur nicht vor, und seine Herstellung ist ein energieintensiver und komplexer Prozess.
Die drei Stufen der Aluminiumherstellung
Jedes Jahr werden weltweit etwa 390 Millionen Tonnen Bauxitgestein gefördert, wovon 85% wird zur Herstellung von Aluminium verwendet.
Bauxit ist kein bestimmtes Mineral, sondern ein tonhaltiges Sedimentgestein, das hauptsächlich aus hydratisierten Aluminiumoxiden (Hydrargillit, Bemit oder Diaspor) besteht und in tropischen und subtropischen Klimazonen entsteht. Begleitmineralien in Bauxitlagerstätten sind meist Tonmineralien, Kieselsäure sowie Eisenoxide und -hydroxide. Sie entstehen in größten Mengen an Orten, an denen Aluminatgestein in heißem Klima verwittert, weshalb der Bauxitabbau in Australien, Brasilien, China, Mittelamerika, Afrika, Frankreich und Griechenland am weitesten entwickelt ist. In Polen kommen Bauxite unter anderem in der Nähe von Nowa Ruda in Niederschlesien vor.
Nach der Förderung wird das Bauxit zu Aluminiumoxid raffiniert, das anschließend zu Aluminium verarbeitet wird.
Aluminium wird in drei Schritten aus Bauxiterz zu Metall verarbeitet.
Schritt 1: Bauxitabbau
Bauxit wird in der Regel in Tagebaubergwerken abgebaut, wobei nur drei Länder – Australien, China und Guinea – dafür verantwortlich sind für 72% der weltweiten Bauxitproduktion.
| Land | 2022 Bauxitförderung im Bergwerk (Tonnen) | % insgesamt |
|---|---|---|
| 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% |
| Der Rest der Welt | 15,500,000 | 4.0% |
| Gesamt | 390,000,000 | 100.0% |
Australien ist der größte Bauxitproduzent und Standort der weltweit größten Bauxitmine namens Weipa.
Guinea, der drittgrößte Bauxitproduzent, verfügt über mehr als sieben Milliarden Tonnen Bauxitreserven – mehr als jedes andere Land der Welt. Darüber hinaus ist Guinea der weltweit größte Bauxitexporteur. Sogar 76% Die Exporte Guineas gehen nach China.
Nachdem das Bauxit aus dem Boden gefördert wurde, wird es zur Aluminiumhütte transportiert, um dort Aluminiumoxid herzustellen – dies ist der zweite Schritt des Produktionsprozesses.
Schritt 2: Herstellung von Aluminiumoxid
Im Jahr 1890 erfand der österreichische Chemiker Carl Josef Bayer ein revolutionäres Verfahren zur Gewinnung von Aluminiumoxid aus Bauxit. Heute, mehr als 100 Jahre später, ca. 90% Das Werk wendet nach wie vor das Bayer-Verfahren zur Raffination von Bauxit an.
Die vier wichtigsten Schritte des Bayer-Verfahrens:
- Mineralisierung:
Bauxit wird mit Natriumhydroxid vermischt und unter Druck erhitzt. In dieser Phase löst das Natriumhydroxid selektiv das Aluminiumoxid aus dem Bauxit auf, während andere Mineralien als Verunreinigungen zurückbleiben. - Filterung:
Die Verunreinigungen werden aus der Lösung abgeschieden und gefiltert, wodurch ein Rückstand entsteht, der als roter Schlamm bezeichnet wird. Nach dem Abscheiden des Schlamms wandelt sich das Aluminiumoxid in Natriumaluminat um. - Ausfällung:
Die Natriumaluminatlösung wird abgekühlt und zu einer festen, kristallinen Form von Aluminiumhydroxid ausgefällt. - Kalzinierung:
Die Aluminiumhydroxidkristalle werden gewaschen und in Kalzinatoren erhitzt, wodurch reines Aluminiumoxid entsteht – ein sandweißes Material.
Der bei der Herstellung von Aluminiumoxid anfallende Schlamm stellt ein ernstes Umweltproblem dar. Pro Tonne Aluminiumoxid fallen in den Werken 1,2 Tonnen roter Schlamm an, der gelagert wird und bei dem noch nicht ganz klar ist, wie weiter mit ihm verfahren werden soll. Derzeit sind weltweit über drei Milliarden Tonnen dieses Materials.
China ist der zweitgrößte Aluminiumproduzent und der größte Bauxitimporteur und liefert mehr als die Hälfte des weltweiten Aluminiumoxids.
| Land | Aluminiumoxidproduktion im Jahr 2022 (Tonnen) | % insgesamt |
|---|---|---|
| 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% |
| Der Rest der Welt | 15,100,000 | 11% |
| Gesamt | 139,900,000 | 100% |
Aluminiumoxid findet in vielen Industriezweigen Anwendung, darunter in der Herstellung von Kunststoffen, Kosmetika und Chemikalien. Dennoch 85% Tonerde wird zu Aluminium verarbeitet.
Schritt 3: Aluminiumproduktion
Aluminiumoxid wird durch elektrolytische Reduktion in Aluminium umgewandelt. Neben dem Aluminiumoxid selbst wird für die Herstellung von Aluminium außerdem Folgendes benötigt: Kryolith sowie jede Menge Strom.
Kryolith wird hauptsächlich als Fließmittel zur Senkung der Temperatur bei der elektrolytischen Herstellung eingesetzt. Aluminium. Aufgrund der hohen Nachfrage und der Seltenheit wird derzeit eine synthetische Verbindung verwendet.
Im Folgenden wird der Herstellungsprozess von Aluminium vereinfacht dargestellt:
- In Aluminiumhütten werden Hunderte von Elektrolysewannen samt Reduktionszellen mit geschmolzenem Kryolith befüllt.
- Aluminiumoxid (bestehend aus zwei Aluminiumatomen und drei Sauerstoffatomen) wird anschließend in diese Wannen gegeben, wo ein starker elektrischer Strom die chemische Bindung zwischen den Aluminium- und Sauerstoffatomen aufbricht.
- Durch die Elektrolyse lagert sich am Boden der Zelle reines flüssiges Aluminium ab, das anschließend gereinigt und in verschiedenen Formen und Größen gegossen wird.
Der größte Aluminiumproduzent ist China, das zugleich auch der größte Verbraucher dieses Metalls ist. Das an China angrenzende Indien ist der zweitgrößte Produzent, dessen Produktion jedoch nur ein Zehntel der chinesischen Produktion ausmacht.
| Land | 2021 Produktion der Aluminiumhütte (Tonnen) | % insgesamt |
|---|---|---|
| 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% |
| Der Rest der Welt | 9,400,000 | 14% |
| Gesamt | 66,560,000 | 100% |
Ähnlich wie bei der Herstellung von Aluminiumoxid produzieren einige Länder, die Bauxit und Aluminiumoxid fördern, auch Aluminium. Dazu gehören Indien, Australien und Russland.
Im Jahr 2022 wurde der weltweite Aluminiummarkt auf etwa 245,7 Milliarden Dollar, es wird erwartet, dass sich das Marktvolumen für Aluminium bis 2030 fast verdoppeln wird und ein Niveau von 498,5 Mrd. USD.
