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icon-pfeil  Schmelzflusselektrolyse

1886 haben Charles Martin Hall und Paul Héroult dieses Verfahren etwa gleichzeitig unabhängig voneinander erfunden. Dieses Verfahren wird – mit einigen Verbesserungen – noch heute industriell angewandt.
Unter Elektrolyse versteht man ganz allgemein die Zersetzung eines Elektrolyten durch elektrischen Strom. Der Elektrolyt ist eine elektrisch leitende Flüssigkeit, beispielsweise eine Lösung aus Salzen. Darin spalten sich die Moleküle des gelösten Stoffes in Ionen, d.h. elektrisch geladene Atome.


Legt man nun an zwei Elektroden, die in den Elektrolyten tauchen, eine für den jeweiligen Elektrolyten charakteristische Mindestspannung (die sogenannte „Zersetzungsspannung“), so wandern die negativ geladenen Ionen zur positiven Elektrode (Anode) und die positiv geladenen zur negativen Elektrode (Kathode) – es fliesst ein Gleichstrom. Die Ionen tauschen ihre Ladungen mit den Elektroden aus und scheiden sich als elektrisch neutrale Stoffe ab.

 

Bei der Schmelzflusselektrolyse funktioniert Kryolith als Elektrolyt. Dieses weisse Mineral, eine Aluminiumverbindung mit Natrium und Fluor hat einen Schmelzpunkt bei ungefähr 1000ºC und kommt in der Natur nur in Grönland vor. Seit 1890 wird es allerdings überwiegend synthetisch hergestellt. Als Elektrolyt muss Kryolith in geschmolzenem Zustand vorliegen („Schmelzfluss“), so dass er bis zu 10% Aluminiumoxid zu lösen vermag. Beim Anlegen von 4 bis 5 Volt Spannung an die aus Kohlenstoff bestehenden Elektroden scheidet sich der Sauerstoff des Aluminiumoxids (d.h. Tonerde) an der Anode ab, wo er mit dem Kohlenstoff zu CO und CO2 verbrennt. Das Aluminium hingegen scheidet sich an der Kathode ab und wird somit zum Reinstaluminium.

 

metallexikon aluminium geschichte des aluminiums schmelzflusselektrolyse 1

 

Aus 2t Tonrde lässt sich somit etwa 1t Aluminium gewinnen. Dieses auch „Hüttenaluminium“ genannte Reinaluminium wird oft noch in der Hütte zu Masseln, Walzbarren oder Pressbolzen gegossen, woraus dann die Halbzeuge angefertigt werden. Die ersten nach 1886 gebauten Zellen zur Schmelzflusselektrolyse waren Tiegel von einem Meter Durchmesser und hatten eine Anode. Um 1900 ging man zu rechteckigen Behältern mit 20m2 und mehr Fläche und bis zu einem Dutzend Anoden über. Heutige Elektrolysezellen sind im Prinzip immer noch gleich aufgebaut, wenn auch in Einzelheiten verbessert.

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