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Chloraluminium mit Chlornatrium, welche in einer angekitteten Vorlage durch Abkühlung verdichtet und dann in einem Flammofen
mit 35 Proz. Natrium erhitzt wird. Hierbei tritt nun das Chlor vom Aluminium an das Natrium, und so erhält man metallisches Aluminium. Außer
dem Bauxit wurde eine Zeitlang auch Kryolith aus Aluminium verarbeitet, viel wichtiger aber sind die Bemühungen,
das teure Natrium durch Zink zu ersetzen. Man erhält dabei eine Aluminiumzinklegierung, aus welcher durch wiederholtes Schmelzen
mit Chlornatrium-Chloraluminium das Zink entfernt wird. Die hierzu erforderliche hohe Temperatur hinderte bisher die Anwendung
dieser Methode in der Praxis. In neuester Zeit hat man angefangen, das Aluminium auf elektrolytischem Weg mit
Hilfe einer kräftigen Dynamomaschine aus seinen Verbindungen abzuscheiden.
An der Luft verändert sich reines Aluminium nicht, und beim Schmelzen oxydiert es sich nicht bemerkbar, selbst
in der Weißglut verbrennt es nur oberflächlich. Dagegen verbrennt Blattaluminium schon in der Spiritusflamme. Es ist nicht
flüchtig, zersetzt das Wasser nur als Blattaluminium. Es löst sich leicht in Salzsäure, warmer verdünnter Schwefelsäure
[* 9] und Alkalilauge. OrganischeSäuren lösen es besonders bei Gegenwart von Kochsalz, weshalb es sich nicht zu
Kochgeschirren eignet.
Sind nun auch die an das Aluminium geknüpften Erwartungen bei weitem nicht in Erfüllung gegangen, so hat es sich
doch eine gewisse feste Stellung in der Technik errungen und wird auf wirkliche Handelswaren verarbeitet.
Am günstigsten entwickelte sich die Aluminiumindustrie in Frankreich, wo es auch ausschließlich und zwar zu Salindres bei
Alais dargestellt wird. Verarbeitet wird es hauptsächlich in Nanterre (Seine), doch hat es sich auch in Berlin
[* 14] eingebürgert.
Fast noch wichtiger als das reine Aluminium sind einzelne Legierungen desselben, namentlich die Aluminiumbronze.
Die Aluminiumindustrie hat noch in andrer Weise einen bedeutenden Einfluß ausgeübt. Sie bedurfte reiner Thonerde, und das
Streben, ihr diese zu liefern, schuf die Bauxit- und Kryolithindustrie. Im Interesse der Aluminiumfabrikation wurde ferner die
Darstellung des Natriums in solcher Weise gefördert, daß der Preis desselben in zehn Jahren von 2000 auf 15 Frank
pro Kilogramm sank. Dadurch wurde es möglich, reines Ätznatron aus Natrium darzustellen, und namentlich gewann die wissenschaftliche
Chemie ungemein durch die erleichterte Benutzbarkeit eines so wichtigen Körpers.
Die zur Abscheidung des Metalls nötige Potenzialdifferenz und damit auch der Elektrizitäts- und Arbeitsverbrauch ist offenbar
um so geringer, je mehr sich die Temperatur der Aluminiumverbindung der Dissociationstemperatur nähert. Die ersten Versuche,
geschmolzenes Aluminiumnatriumchlorid durch Elektrolyse zu zersetzen, machte Bunsen 1854, und sein Vevfahren
ist im wesentlichen bis heute nur mit Änderung des Apparats beibehalten worden. Im großen wurde dasselbe schon 1862 von
Bell inGateshead durchgeführt. Grätzel in Hannover
[* 18] benutzte seit 1883 folgenden Apparat. In einem Ofen A
[* 15]
(Fig. 1) sind 2-5
Schmelzgefäße B nebeneinander angeordnet.
bogens zersetzen. Den elektrischen Schmelzofen
[* 22] zeigt
[* 21]
Fig. 2 im Längsschnitt,
[* 21]
Fig. 3 im
Querschnitt. Derselbe besteht aus einem Kasten von 1,5 m Länge, 30 cmBreite
[* 23] und 30 cm Tiefe, dessen Boden A und Seitenwände B
aus starken, feuerfesten Steinen gebildet werden und der oben durch einen schweren gußeisernen Deckel
C mit Flammlöchern o zum Entweichen der Gase
[* 24] verschließbar ist. An den beiden schmalen Seiten befinden sich Offnungen zum
Einführen der Kohlenelektroden E. Auf die Sohle des Ofens kommt zunächst eine Lage Holzkohlenpulver, welches zur Verhinderung
des Zusammenbackens mit Kalkwasser imprägniert ist.
Man zieht nun die Elektroden etwas auseinander und gibt weitere Beschickung auf. Damit die herausgezogenen glühenden Elektroden
an der Luft nicht verbrennen, bringt man an den beiden schmalen Ofenwänden mit Kupfergranalien gefüllte Lagerbüchsen
F an, welche die Elektroden schnell abkühlen. Hat sich nach wiederholter Beschickung eine genügende MengeMetall im Ofen angesammelt,
so leitet man den Strom in einen andern Ofen und läßt den ersten erkalten. Man findet dann eine weiße Aluminiumbronze mit
15-35 Proz. Aluminium, welche weiterhin mit mehr Kupfer zusammengeschmolzen wird, und eine beträchtliche Menge
Kohlenstoffaluminium mit 30-60 Proz. Aluminium. Das Kilogramm 10proz.
Aluminiumbronze, welches bisher in Amerika
[* 25] nicht unter 12,5 Mk. verkäuflich war, wird angeblich von
Cowles für 5,8 Mk., in einzelnen Fällen sogar für 4,4 Mk. geliefert. Der bei dem Cowlesschen Verfahren verlaufende Prozeß
ist noch nicht ganz sicher erklärt. Offenbar kommt in erster Linie die sehr hohe Temperatur in Betracht,
bei welcher sich der Reduktionsprozeß vollzieht, der in gewöhnlichen Ofen nicht erreichbar ist, und der hier durch die in der
Schmelzhitze stattfindende elektrolytische Wirkung des Stroms kräftig unterstützt wird.
Auf einem englischen Werk, welches mit einem ähnlichen Apparat arbeitet und auch Ferroaluminium darstellt,
berechnet man den elektrischen Kraftaufwand für 1 kg Aluminium zu durchschnittlich 50 Pferdekraft pro Stunde. Die Zersetzung des Aluminiumoxyds
durch Kohle erfordert theoretisch 5560 Wärmeeinheiten. Werden die 50 Stundenpferde durch eine Dampfmaschine
[* 26] geliefert, so sind
mindestens 75 kg Kohle, entsprechend etwa 560,000 Wärmeeinheiten, erforderlich. Es ergibt sich hiernach
nur 1 Proz. der theoretischen Leistung.
Kleiner hat vorgeschlagen, nach dem Cowlesschen Verfahren nicht Aluminiumoxyd, sondern Kryolith zu zersetzen. Es ist aber beachtenswert,
daß elektrolytisch hergestelltes Aluminium thatsächlich noch immer nicht im Handel ist (die Cowlessche Bronze
[* 27] kann dabei nicht in
Frage kommen), anscheinend weil die elektrolytische Herstellung dieses Metalls wegen praktischer
Schwierigkeiten überhaupt nicht vorteilhaft ist. Man ist zum Natriumverfahren zurückgekehrt, zieht aber dem Chloraluminium
jetzt das Fluoraluminium vor. Das Castnersche Verfahren der Natriumdarstellung dürfte dabei der Aluminiumindustrie wesentliche
Vorteile
gewähren. Das Aluminium des Handels enthält:
Bei dem von C. Netto 1888 beschriebenen und neuerdings von der Alliance Aluminium Company zu Walsend bei
Newcastle
[* 29] im großen ausgeführten Verfahren zur Darstellung von Aluminium wird dasselbe aus dem Kryolith (6 NaFl, Al2Fl6) ^[(6NaFl,
Al2Fl6)] durch Reduktion mit Natrium gewonnen, während früher fast ausschließlich das auf ziemlich umständlichem
und kostspieligem Wege herzustellende Natriumaluminiumchlorid als Ausgangsmaterial benutzt wurde.
Zwar hatten H. Rose und J. ^[John] Percy bereits 1855 auf die Verwendbarkeit des Kryoliths zur Aluminiumdarstellung aufmerksam
gemacht, indessen liegt der Schmelzpunkt des Minerals so hoch (etwa 800°), daß beim Erhitzen eines Gemenges von Kryolith und
Natrium letzteres zum größten Teil verdampft, ehe es hätte reduzierend einwirken können. Um dies
zu verhindern, wird bei dem obigen Verfahren das Natrium in Form großer Blöcke (von 5-7 kg) in den vorher geschmolzenen Kryolith,
der sich in eisernen konverterähnlichen Gefäßen befindet, eingeführt und darin durch einen geeigneten Apparat untergetaucht.
Aluminiums aus Kryolith. Die aus Fluornatrium bestehende Schmelze wird durch Schmelzen mit Aluminiumsulfat
auf künstlichen Kryolith und Natriumsulfat verarbeitet; letzteres läßt sich durch Auslaugen mit Wasser leicht entfernen.
Das aus der Schlacke gewonnene Material bietet dem Rohkryolith gegenüber den Vorteil eines geringern Siliciumgehalts.L. Grabau
wendet als Ausgangsmaterial zur Aluminiumdarstellung unschmelzbares Fluoraluminium an und zwar ohne Zusatz von Flußmitteln.
Das Fluoraluminium braucht zur Zersetzung mit Natrium nur auf etwa 600-700° vorgewärmt zu werden, behält
dabei den festen Aggregatzustand und kann deshalb in jedem feuerfesten Material oder in Metallgefäßen ohne Gefahr einer Verunreinigung
durch das Gefäßmaterial genügend erhitzt werden. Dagegen schmilzt Kryolith bereits bei Rotglut und zerstört jedes feuerfeste
Material in kürzester Zeit. Man wählt vorteilhaft die Mengenverhältnisse des Fluoraluminiums und
des Natriums derart, daß nach der Reaktion das leichtflüssige Aluminiumnatriumfluorid (Al2Fl6 , 6NaFl,
Kryolith) vorhanden ist.
Man wärmt das Fluoraluminium auf etwa 600° vor und schüttet es auf das geschmolzene Natrium. Über 90 Proz. des letztern
können für die Reaktion nutzbar gemacht werden. Bei derselben entsteht eine so hohe Temperatur, daß
der dabei sich bildende Kryolith dünnflüssig wird und das Aluminium sich auch ohne Zusatz eines Flußmittels zu einem Regulus ansammelt.
Das Zersetzungsgefäß überzieht sich mit einer Kruste von festem Kryolith und wird infolgedessen nicht angegriffen.L. Grabau
führt sein Verfahren in der Fabrik in Nienburg
[* 31] a. d. Weser mit gutem Erfolg aus; es ist das die erste deutsche
Fabrik, in welcher Aluminium auf chemischem Wege hergestellt wird.
Mit 1-2 Proz. Silicium ist das Metall schon sehr grau, aber in der Kälte noch ziemlich weich und zäh, in der Wärme
[* 36] freilich
kaum mehr schmiedbar. Über 2 Proz. Silicium machen das Metall schon spröde und brüchig. Für die Hämmer-
und Walzbarkeit des Aluminiums ist die Verunreinigung mit geringen Mengen von Eisen und namentlich von Kupfer noch schädlicher
als die mit Silicium. von der Qualität 0 und I lassen sich in der Kälte wie in der Wärme ausgezeichnet
schmieden, II aber infolge seines Silicium- und Eisengehalts nur schwer oder gar nicht.
(Thonerdemetall), das im Alaun und in der Thonerde enthaltene Metall; es kommt nicht unverbunden in der
Erde vor, sondern immer nur mit Sauerstoff vereinigt als Thonerde oder Aluminiumoxyd, seltener mit Fluor verbunden, wie z. B.
im Kryolith. Das A. ist ein weißglänzendes, sehr dehnbares Metall; es läßt sich zu Blech auswalzen (Aluminiumblech) und
zu Drath ausziehen (Aluminiumdraht); man kann es auch, ähnlich wie Gold und Silber, in sehr dünne Blättchen
schlagen, die als Aluminiumfolie oder Blattaluminium
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mehr
in den Handel kommen. Im polirten Zustande hält sich das A. an der Luft sehr gut blank. Bei etwa 700° C. schmilzt das A. und
läßt sich dann in Formen gießen. Das A. ist sehr leicht, in gegossenem Zustande hat es 2,56 specif. Gew.,
im gehämmerten 2,67. Das A. des Handels ist nie ganz chemisch rein, sondern enthält immer kleine Mengen
von Eisen und Silicium beigemengt. Früher stellte man das A. aus Chloraluminium - Chlornatrium durch Reduction mit Natrium
in der Glühhitze dar; jetzt reduziert man gewöhnlich den gepulverten Kryolith (Fluoraluminium - Fluornatrium) mit Natrium.
Wegen des hohen Preises, den das Natrium immer noch besitzt, ist auch der Preis des A. immer noch ein
ziemlich hoher, der seiner allgemeineren Verwendung hinderlich ist. Man benutzt es zu Schmucksachen, zu Gehäusen für Operngucker
und Fernrohre, zu den kleinsten Gewichten für chemische Wagen und zur Bereitung von Aluminiumbronze. Die Fabrikation von
Al. wird nur im beschränkten Maße, hauptsächlich in Frankreich und England,
betrieben; man erhält das Metall in kleinen Barren von 50 cm Länge und 3 bis 4 cm Breite und Dicke. Al.
in Barren ist zollfrei; Aluminiumwaren s. Zolltarif im Anh. Nr. 19 d 3 und
Nr. 20 b 2.
(von alumen, Alaun, chem. Zeichen Al, Atomgewicht 27,1), ein Metall, das meist als vierwertiges Element angesehen
wird, jedoch stets als scheinbar sechswertiges Doppelatom auftritt; viele Forscher sind auch geneigt,
es als dreiwertig anzusehen. Im freien Zustande ist das Aluminium bisher nicht aufgefunden worden, ist aber in seinen
Verbindungen, namentlich in Form von Silikaten, ungemein verbreitet und macht einen Bestandteil vieler Gebirgsarten aus. Als
Oxyd bildet das den Rubin, Saphir, Korund
[* 38] und Schmirgel, als unreines Hydroxyd den Bauxit, welcher heute das
wichtigste Rohmaterial zur Darstellung der für die Aluminiumgewinnung verwendeten Thonerde (Aluminiumoxyd) ist, und als Aluminium-Natrium-Fluorid
den auf Grönland in einem mächtigen Lager
[* 39] vorkommenden Kryolith. Als Thonerdesilikat findet sich das Aluminium im
Thon, Mergel und in jeder Ackerkrume, als Thonerde-Alkalisilikat bildet es den Feldspat (s. d.). Im freien Zustande
ist das Aluminium zuerst von Wöhler 1827 durch Reduktion von Aluminiumchlorid mittels Kaliums als graues Pulver, 1845 von ihm in
Form kleiner, glänzender Metallkugeln erhalten worden.
Eigenschaften. In Bezug auf Farbe und Glanz steht das in der Mitte zwischen Silber und Platin, es ist härter als Zinn, weicher
als Zink, kann aber beträchtlich gehärtet werden durch Zusatz geringer Mengen anderer Metalle (s.
Aluminiumlegierungen). Gegossen besitzt es die Zugfestigkeit des Gußeisens (12 kg pro 1 qmm), geschmiedet, gezogen oder gewalzt
erreicht es dagegen eine Festigkeit von 20 bis 27 kg pro 1 qmm. Das spec. Gewicht ist
2,64 gegossen, 2,7 geschmiedet oder gewalzt. Aluminium ist daher dreieinhalbmal leichter als Kupfer
und viermal leichter als Silber.
Sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 700° C. (dunkle Rotglut). Sein linearer Ausdehnungskoefficient zwischen 0° und 100° ist
0,0000206 für 1° C. Es ist nicht magnetisch, ein guter Leiter für Wärme (50 Proz. Leitungsfähigkeit
gegenüber Kupfer) und Elektricität (59 Proz. Leitungsfähigkeit gegenüber
Kupfer), giebt beim Anschlagen, besonders in Form von Stäben, einen schönen hellen Ton. Es ist kalt sowie warm (bei etwa 300°)
sehr gut schmiedbar, läßt sich zu dünnem Draht ausziehen und wie Silber zu feiner Folie ausschlagen, ferner durch Stanzen,
Treiben und Pressen in jede gewünschte Form bringen.
Das Löten ist bis jetzt etwas umständlich, indem es eine Vorbereitung der Lötflächen mit einem eigenen Aluminiumlot erfordert.
An der Luft verliert das Aluminium nur sehr langsam seinen Glanz, indem es sich mit einer sehr feinen Oxydschicht überzieht, welche
das Metall vor weiterer Oxydation schützt. Auch im geschmolzenen Zustande oxydiert es sich bei einer
Rotglut nicht übersteigenden Temperatur nur wenig; bei höherer Temperatur dagegen besitzt es große Affinität zu Sauerstoff
und entzieht diesen sogar den Oxyden anderer Metalle; es beruht hierauf seine Anwendung
als Raffinationsmittel für Eisen,
Stahl, Kupfer u. s. w. Von destilliertem Wasser wird es fast gar
nicht, von Brunnenwasser nur sehr langsam angegriffen.
Von Salpeter- und Schwefelsäure wird es langsam, von Salzsäure und Ätzalkalien rasch gelöst. Gegen Schwefelwasserstoff
ist es vollkommen unempfindlich. Von organischen Säuren, wie Essig-, Citronen- und Weinsäure wird es zwar etwas angegriffen,
doch ist das bei den in der Praxis vorkommenden Verdünnungen so gering, daß es kein Hindernis für
die Anwendung des Aluminium zuKoch- und Trinkgeschirren bildet, zumal die Aluminiumsalze vollkommen unschädlich sind. Aluminium läßt
sich galvanisch vergolden, versilbern u. s. w., doch werden die betreffenden Verfahren, welche solide, polierbare Überzüge
ermöglichen und erst in jüngster Zeit gefunden wurden, noch geheim gehalten.
Die technische Darstellung des Aluminium gelang 1854 unter Zugrundelegung der von Wöhler entdeckten Methode
dem FranzosenSainte-Claire Deville, dessen Verfahren zuerst auf Devilles Fabrik in Glacière, dann bei Morin in Nanterre und
schließlich bei Merle & Comp. in Salindres ausgeübt wurde. Letzteres Etablissement war lange Zeit die einzige Aluminiumfabrik
und vermochte mit einer jährlichen Produktion von 2000 bis 3000 kg den Gesamtbedarf der Welt zu decken.
Der Preis war bei dieser geringen Produktion entsprechend hoch. Eine Ermäßigung trat erst Ende der achtziger Jahre ein,
als durch die Verbesserungen Rettos und Castners in der Natriumgewinnung die Herstellungskosten dieses Metalls bedeutend
vermindert wurden.
Die Bestrebungen, Aluminium auf elektrolytischem Wege herzustellen, datieren schon vom Beginn dieses Jahrhunderts,
indem bereits Davy, wenn auch ohne Erfolg, versuchte, aus der Thonerde auf diesem Wege ein Metall zu isolieren. Erst viel später
(1852) gelang es Bunsen,aus Aluminium-Natriumchlorid Aluminium elektrolytisch abzuschneiden; doch konnte dessen Verfahren bei der
damals schwierigen und kostspieligen Erzeugung mächtiger Ströme keine technische Bedeutung gewinnen.
Eine Zeit lang war BunsensVerfahren in der von Grätzel (1883) angegebenen Modulation in der Aluminium- und Magnesiumfabrik
Hemelingen bei Bremen
[* 40] in Anwendung, wurde jedoch bald verlassen.
Erfolgreicher waren zunächst die Versuche, Alummiumlegierungen auf elektrolytischem Wege zu gewinnen. Nach dem ältern
Verfahren der Gebrüder Cowles (1885) wird der elektrische Strom durch ein Gemenge von Kupfer- oder Eisengranalien, Korund
und Kohlenstaub geleitet; es bilden sich Legierungen des Aluminium mit Kupfer oder Eisen. Das kontinuierliche Verfahren Héroults (1880)
besteht in der Elektrolyse von geschmolzener Thonerde unter Benutzung eines Bündels von Kohlenplatten als positive
und eines Bades von geschmolzenem Kupfer als negative Elektrode. Der elektrische Strom schmilzt und zersetzt zugleich die Thonerde,
das abgeschiedene Aluminium reichert sich im Kupfer an, und die erhaltene Legierung wird von Zeit zu Zeit abgelassen, während frische
Thonerde und Kupfer nachgefüllt wird. Beide Verfahren sind heute verlassen, hauptsächlich, weil man inzwischen
die Herstellung der Legierungen durch Zusammenschmelzen der betreffenden Metalle mit reinem Aluminium für vorteilhafter anerkannt
hatte.
Man suchte unterdessen auch das reine, unlegierte Aluminium auf elektrolytischem Wege herzustellen. Gleichzeitig und unabhängig
voneinander waren der
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mehr
bereits erwähnte franz. Metallurg Héroult und der damalige Chemiker der Allgemeinen Elektricitätsgesellschaft, M. Kiliani,
dazu gelangt, hierfür ein Verfahren ausfindig zu machen, das jetzt von der Aluminium-Industrie-Aktiengesellschaft Neuhausen
(Schweiz)
[* 42] und deren Schwestergesellschaft, der Societé électro-métallurgique francaise zu Froges (Depart. Isère), ausgeübt
wird. Dasselbe, welches in seinen Einzelheiten geheim gehalten wird, beruht darauf, daß man zunächst
den Prozeß durch Herstellung einer Kupferaluminiumlegierung einleitet, und später nur Thonerde nachfüllt. Indem man die
zuerst gebildete Legierung absticht, erhält man später reines Aluminium. Neuerdings hat sich die Gesellschaft ein Verfahren patentieren
lassen, nach welchem die Thonerde durch Aluminiumsulfid ersetzt wird.
Statistisches. Der eigentliche Aufschwung der Aluminiumindustrie datiert seit dem Ende des Jahres 1891, als die Aluminium-Industrie-Aktiengesellschaft
den Preis des Aluminium plötzlich auf 5 M. pro Kilogramm herabsetzte und sich ihm dadurch eine Reihe von neuen Verwendungen erschlossen. 1890 produzierte
genannte Gesellschaft nur etwa 38 500 kg, 1891 bereits 165 169 kg, 1892 237 395 kg und 1893 437 476 kg.
Die Aluminium-Industrie-Aktiengesellschaft benutzt einen Teil der Wasserkraft des Rheinfalls bei Neuhausen (4000 effektive
Pferdestärken).
Die Preise des Aluminium seit seiner ersten technischen Herstellung zeigt folgende Tabelle: