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  Aluminium


Aufgabe

Wenn es bisher einem Leichtmetall gelungen ist, den Kfz-Bereich zu erobern, dann dem Werkstoff Aluminium. Schon seit langer Zeit ist er Favorit bei Zylinderköpfen, Ansaugsystemen, Getriebe-/Achsantriebgehäusen usw. Doch in letzter Zeit kam mit den Zylinder-Kurbelgehäusen (Bild) und besonders den Fahrwerksteilen der endgültige Durchbruch. Hinzu kommen Bereiche, in denen die Verwendung von Aluminium im Innenraum (Sitzgestell, Armaturenbrettträger usw.) nicht sichtbar wird. Zusätzlich wird (gebürstetes) Aluminium jetzt auch z.B. am Armaturenbrett als Oberflächenwerkstoff eingesetzt.

Funktion

Das silberfarbene Aluminium ist das auf der Welt am häufigsten vorkommende Metall. Unter allen chemischen Elementen ist es die Nummer 3. In Reinform kommt es wegen mangelnder Stabilität in der Technik kaum vor. Meist wird es mit Silizium und/oder Magnesium legiert. Hat es erst einmal eine Oxidschicht gebildet, dann korrodiert es nicht weiter. Im Gegenteil, die Oxidschicht verstärkt (Eloxieren) sogar das Bauteil.

Aluminium entsteht aus Bauxit. Dies ist ein Mineral, u.a. mit Eisen und Titanium vemischt, das seinen Namen dem heute unbedeutenden, ersten Fundort Le Baux in Südfrankreich verdankt. Im Herstellungsprozess wird es gemahlen, getrocknet und damit zu Pulver, dessen Aluminiumanteile anschließend in Natronlauge zu Natriumaluminat aufgelöst werden. Druck und Wärme beschleunigen diesen Vorgang.

Im ersten Teil wurde Aluminium von allen im Erz zusätzlich vorkommenden Stoffen außer von Eisen getrennt. Jetzt werden die durch das Eisen leicht rötlichen Festbestandteile in Behältern mit schrägen Böden herausgeholt. Ist auch der letzte Rotschlammanteil durch zusätzliches Filtern entfernt, flockt das Aluminiumoxid durch geringe Zugaben von Aluminiumhydroxid in riesigen Rührwerken aus.

Es entsteht Aluminiumhydroxid, das nach erneutem Filtern und Erwärmen im Drehrohrofen bei knapp 1300°C von seinen Wasseranteilen befreit wird. Große Mengen Gleichstrom sind anschließend nötig, um im temperatursenkenden Kryolithbad das Aluminium von seinem Sauerstoff durch Elektrolyse zu trennen.

Wegen dem zehn Mal so hohen Energieaufwand wie bei der Stahlherstellung ist die Aluminium-Technologie ohnehin nur sinnvoll in Kombination mit funktionierendem Recycling (Rückführung von Werkstoffen in den Produktionsprozess), denn das braucht nur die halbe Energie. Wenn man die Dichte des Aluminiums (2,7 kg/dm³) mit der von Stahl (7,85 kg/dm³) vergleicht, wird die angestrebte massenhafte Verwendung in Fahrzeugen klar.

Zum Gießen muss das Aluminium erwärmt werden. Wichtig ist hierbei, eventuelle Verunreinigungen, z.B. Oxide, immer wieder abzuschöpfen. Aluminium tritt fast ausschließlich in der Legierung mit 10% bis 20% Silizium und herstellerspezifischen anderen Bestandteilen auf, was u.a. die Materialhärte und Festigkeit entscheidend verbessert. Im Niederdruckverfahren (mit 0,8 bar von unten nach oben) werden Zylinder-Kurbelgehäuse hergestellt.

Gute Laufeigenschaften gegenüber den ebenfalls aus Aluminium gefertigten Kolben entstehen, wenn sie auf den Siliziumkristallen gleiten. Diese können chemisch freigelegt oder als besonders siliziumhaltige Legierungen vorgefertigt und dann mit der sonst üblichen Mischung umgossen werden. Vor der Weiterbearbeitung werden die Teile zur Sicherung der Qualität geröntgt. Den Abschluss bilden das Entgraten, Drehen und Fräsen. Durch Laser- oder Spritzverfahren können auch besonders dünne Eisen- oder Keramikschichten aufgebracht werden.

Es gibt Wissenschaftler, die die Freisetzung von Aluminium mit der Öffnung der Büchse der Pandora vergleichen. Viele Dinge des täglichen Bedarfs enthalten Aluminium-Verbindungen. Sogar beim Impfen bekommt man seine Dosis. Aluminium steht im Verdacht, Allergien auszulösen. Normalerweise wird das Aluminium irgendwann wieder ausgeschieden. Allerdings gibt es offensichtlich Menschen, bei denen das nicht passiert. Das landet das Aluminium bzw. dessen Verbindung nach einer evtl. langen Reise durch den Körper im Gehirn.

Nicht das nur Aluminium so etwas wie Alzheimer auslöst, aber es gibt Fälle, wo es so passiert ist. Man weiß davon in Fällen, wo durch ein Unglück vermehrt Aluminium ins Trinkwasser gelangt ist. In kleineren Mengen wird es sogar verwendet, um sich mit bestimmten Stoffen im Trinkwasser zu verbinden, die dann leichter zu entfernen sind. Die Wissenschaft sagt uns, dass kein Lebewesen freiwillig Aluminium benutzt, es im Gegensatz zum enormen technischen keinen biologischen Nutzen hat.

Problematischer ist die Herstellung von Aluminium. Recycling braucht nicht nur die Hälfte an Energie, es muss auch nicht mehr mit dem äußerst problematischen Rotschlamm umgegangen werden. Das geschieht heutzutage im (Entwicklungs-) Land, wo auch das Bauxit gefördert wird. Leider sind gerade die Vorkommen in Gebieten des tropischen Regenwalds besonders ergiebig.

Der Dammbruch in einer Aluminiumhütte nahe bei Kolontar (Ungarn) hat die schrecklichen Folgen von Verätzungen mit Rotschlamm eindrucksvoll gezeigt. Jede Berührung mit der Haut hat zu deren Absterben geführt. 10 Menschen sind offensichtlich in den Schlamm-Lawinen erstickt, 150 wurden verletzt. Die Reste des Dorfes Kolontár wurden dem Erdboden gleich gemacht. Die Firma arbeitet inzwischen wieder. Lesen Sie hier weiter.

Rotschlamm macht im günstigsten Fall die Hälfte des Bauxits aus, bei schlechterer Qualität mehr. Es wird deponiert und bildet damit eine tickende Zeitbombe. Mit der Herstellung von Aluminium-Hydroxid verfünffacht sich der Wert. Trotzdem wird, vermutlich wegen der Umweltfolgen, der erste Verarbeitungsschritt im Förderland durchgeführt. Das hohe Energieaufkommen bei der Umwandlung von Aluminium-Hydroxid in reines Aluminium kann an einer weiteren Verfünffachung des Wertes abgelesen werden. 09/13


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