Das Aluminium. Von Dipl.-Ing. E. Kuhn, Berlin. E. KUHN, Das Aluminium. Das Aluminium ist auf der Erde außerordentlich weit verbreitet, in jedem Ton z.B. ist Aluminium in der Gestalt von Tonerde Al2 O3 enthalten. Seine Verbindungen mit anderen Elementen sind aber ziemlich innige, und außerdem noch mit anderen vermischt, so daß seine Herstellung nicht ganz einfach ist. Man kann es nämlich nicht wie Eisen und Kupfer lediglich durch Anwendung von Wärme gewinnen, sondern muß chemische und elektrische Vorgänge mit zu Hilfe nehmen. Obwohl es schon 1827 Wöhler gelungen war, metallisches Aluminium herzustellen, und der Franzose Saint Claire Deville in den vier ziger Jahren eine Fabrik erbaut hatte, in der auf chemischem Wege Aluminium bis zu 2 t jährlich erzeugt werden konnte, war es erst der Entwicklung der Elektrotechnik zu verdanken, daß sie es ermöglichte, die für eine Herstellung im Großen erforderlichen Energiemengen zur Verfügung zu stellen. (Denn diese ist erst unter Zuhilfenahme der Elektrolyse möglich.) Erst Ende der achtziger Jahre kamen dann größere Mengen von elektrolytisch erschmolzenem Aluminium auf den Markt, während die eigentliche Entwicklung der Aluminiumindustrie erst durch den Krieg und in den Nachkriegsjahren einsetzte. Heute beträgt die deutsche Aluminiumerzeugung 35000 t jährlich und damit etwa 25% derjenigen Europas. Als Ausgangsmaterial für die heutige Aluminiumgewinnung dient in erster Linie der Bauxit, nach dem Fundort, Les Beaux in Frankreich, genannt, seine Zusammensetzung schwankt zwischen 50–70% Al2O3, 1 20%, Fe2O3; 2 bis 25% SiO2 + TiO2 und 10–30% H2O. Dieser Bauxit kommt bei uns in Oberhessen vor, doch werden die größeren Mengen vorwiegend aus Ungarn bezogen. Die Herstellung aus den bei uns in reichem Maße vorkommenden Tonen ist aber technisch möglich und zurzeit wohl im wesentlichsten eine Kostenfrage. Ein weiteres Ausgangsmaterial ist der Kryolith, Na3 Al F6, der in großen Lagern in Grönland vorkommt und auch in der Glasindustrie eine Rolle spielt, außerdem wird er aber auch noch künstlich hergestellt, da der grönländische z. T. stark verunreinigt ist und erst aufbereitet werden muß. Ein weiteres Material, das aber nur die Rolle eines Hilfsmaterials spielt und wiedergewonnen wird, ist die Soda, dann kommen noch die Anodenkohlen für die Elektrolyse hinzu, die aus Petrolkoks, Pech und Teer gemischt, in Blockpressen mit hohem Druck geformt und im Ringofen gebrannt werden. Der Vorgang bei der Herstellung des Aluminiums ist folgender: Der Bauxit kommt in rohem Zustande und etwas vorgebrochen nach dem Werk, wird hier in einem Drehofen getrocknet und dann zerkleinert, worauf er mit wasserfreiem Natriumkarbonat in Drehöfen bis zum Sintern erhitzt wird. Er geht dann durch eine Mühle und in große Autoklaven, in denen ihm durch heißes Wasser das beim Erhitzen entstandene Natriumaluminat entzogen wird, ebenso wird das gleichzeitig gebildete Natriumsilikat gelöst. Das Eisenoxyd bleibt als „Rotschlamm“ zurück und wird durch Filterpressen von der Lauge getrennt. Das Natriumaluminat zersetzt sich hierbei und scheidet sich als Aluminiumhydroxyd (Tonerdehydrat) aus, Zusatz von Kohlensäure aus der Sodaherstellung beschleunigt diesen Vorgang. Das so gefällte Tonerdehydrat wird auf Vakuumfiltern abfiltriert und von den Filtern durch Schaber abgenommen oder auch mit Filterpressen abgepreßt, worauf es in großen Drehöfen „kalziniert“, d.h. entwässert wird. Es entsteht so Tonerde in sandiger Form. Die so gewonnene Tonerde wird jetzt mit dem oben genannten Kryolith zusammengebracht und in das „Aluminiumbad“ eingeführt. Dieses besteht aus schmiedeeisernen Kästen von etwa 2,5 m Länge, 1–1,5 m Breite und 70 cm Höhe. Der Boden ist mit Kohlemasse ausgestampft, die als Kathode dient, die Anoden (positive Pole) bestehen aus den oben erwähnten Kohleblöcken von etwa 35 cm Höhe und 600 bis 800 cm2 Querschnitt, sie sind mit Zuführungsstangen aus Kupfer verbunden. Die Seitenwände sind mit feuerfesten Steinen ausgekleidet. In diesem Bad geht dann der elektrolytische Vorgang vor sich, das Aluminium sammelt sich am Boden als geschmolzene Masse an. Zur Herstellung des Aluminiums sind sehr große elektrische Leistungen erforderlich. Ein solcher Ofen oder Bad hat bis zu 12 Anoden, von denen jede bei etwa 7 V mit 1000 A belastet ist, bei 500 V Betriebsspannung sind gewöhnlich etwa 70 Bäder hintereinander-geschaltet. Aus den genannten Zahlen geht schon der große Strombedarf hervor, daher befinden sich diese Anlagen meist in Gegenden, in denen billiger Strom zur Verfügung steht, also wo große Waserkräfte wie in Süddeutschland und der Schweiz, oder billige Kohle, Braunkohle, vorhanden sind. Die bekanntesten Werke sind Bitterfeld, das Erftwerk, das Lautawerk, das Innwerk, Rheinfelden usw. In Amerika sind es besonders die Werke am Niagara u.a.m., in denen Leistungen von 40–60000 und mehr PS eingebaut sind. Weitere Werke sind in Oesterreich, Norwegen, Spanien, Frankreich, Schweiz und Italien, das neuerdings ein sehr großes Werk plant. Die deutschen Werke sind in der „Vereinigte Aluminiumwerke“ und der Erftwerk-A.G. zusammengefaßt. Die Eigenschaften des Aluminiums, seine Leichtigkeit, gute Leitfähigkeit für Wärme und elektrischen Strom usw., sind bekannt; Einzelheiten sind in Tabelle 1 enthalten. Die Verwendungsmöglichkeiten in Technik und Industrie sind sehr zahlreich, und besonders durch die Anwendung von Legierungen noch in dauerndem Steigen begriffen. Die Verwendung von solchen zu Freileitungen für die elektrische Kraftübertragung, von Gefäßen aller Art in der Industrie für Lebensmittel, in der chemischen Industrie, in Brauereien usw. hat in den letzten Jahren einen großen Aufschwung genommen und man kann Gefäße von sehr großen Abmessungen aus Reinaluminium usw. herstellen. Die Verwendung von Aluminiumfolie als Isoliermaterial und zu Verpackungszwecken ist in letzter Zeit stark hervorgetreten, es konnte hier das viel teurere Zinn ersetzen. Heute kann man Folien bis zu 0,008 bis 0,005 mm Stärke herstellen. Die Möglichkeit, das Aluminium zu gießen, beschleunigte die Entwicklung des Automobil-, Flugzeugbaues usw. Heute können die kompliziertesten Gußstücke aus ihm und seinen Legierungen hergestellt werden. Es werden große Blöcke gegossen und zu den verschiedensten Konstruktionsmaterialien ausgewalzt. Textabbildung Bd. 339, S. 42 Von größter Bedeutung ist die Herstellung von Aluminiumloten sowie das Löten und Schweißen von Aluminium überhaupt. Gerade die letzteren Fragen sind in neuerer Zeit fast in der ganzen Welt eingehend studiert und auch bis zu einem gewissen Grade gelöst worden. Vor allem ist es gelungen, Verfahren zur Schweißung des Aluminiums zu finden, die schon weitgehenden Ansprüchen genügen. Es sind dies das Hammerschweißverfahren, das der Gasschmelzschweißung, die elektrische Lichtbogen- und die elektrische Widerstandsschweißung. Die deutsche Aluminiumindustrie hat lebhaften Anteil an dieser Entwicklung; sie ist eine der wenigen deutschen Industrien, die fast ausschließlich inländische Rohstoffe verwendet, denn der Anteil des ausländischen Bauxits beträgt nur etwa 1,5% des Rohaluminiumwertes. Die Literatur über das Aluminium, seine Verwendung und Verarbeitung ist sehr umfangreich, es seien daher nur einige der neuesten Quellen darüber angegeben. 1. Technische Elektrochemie von Prof. Dr. K. Arndt, 1929, Verlag Ferdinand Enke, Stuttgart. 2. Grundzüge der theoretischen und angewandten Elektrochemie, von Prof. Dr. G. Grube. 1930. Verlag Th. Steinkopff, Dresden u. Leipzig. 3. Hauszeitschrift der V. A. W, u. d. Erftwerk-A.-G. für Aluminium. 4. Gießereizeitung 1930, Nr. 3. 5. Deutsche Bergwerkszeitung und deren technische Blätter. usw. Textabbildung Bd. 339, S. 43 Reinaluminium; Physikal. und mechan. Eigenschaften; Eigenschaft Zustand; gegossen; weichgeglüht; hart gewalzt oder gezogen; Atomgewicht; Spez. Gewicht; Siedepunkt; Schmelzpunkt; Schmelzwärme; Spez. Warme; Wärmeausdehnung; Schwindmaß; Wärmeleitfähigkeit; Verbrennungswärme; Elektr. Leitfähigkeit bei 20°; Spez. elektr. Widerstand bei 20°; Widerstandstemperaturkoeffizient; Elastizitätsmodul; Gleitmodul; Zugfestigkeit; Fließgrenze; Bruchdehnung; Bruchquerzusammenziehung; Brinellhärte; Kerbzähigkeit; Scherfestigkeit; Erichsentiefung f. 1 mm Blech (weich) mm; Entsprechend deutschem Normenvorschlag Aus der Hauszeitschrift der V.A.W. und der Erft-Werk A.-G., Februar 1930.