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icon-pfeil  Geschichte des Aluminiums

 

 

 

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Alaunstein

 

 

 

 

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A. S. Marggraf

 

 

 

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H. C. Oersted

 

 

 

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R. W. Bunsen

 

 

 

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P. L. T. Héroult

Der römische Geschichtsschreiber Plinius der Ältere (23-79 n.Chr.) bezeichnete in seiner „Historica naturalis“ den natürlichen Alaunstein (Verbindung aus Aluminium und Schwefel) als „Alumen“. Die daraus gewonnenen Salze wurden wahrscheinlich schon um 1'000 v.Chr. von den Ägyptern, dann von den Griechen und auch im alten China als Bindemittel von Mal- und Textilfarben verwendet. Wir wissen heute jedenfalls mit Sicherheit, dass während der kommenden Jahrhunderte die Nutzung des Alauns (eingedeutscht von „Alumen“) auf die Verbreitung als Gerbmittel und blutstillendes Medikament beschränkt blieb.

 
Erst Mitte des 18. Jahrhunderts erkannte der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782) den Grundstoff des Alauns: Tonerde, die Verbindung eines bis dahin noch unbekannten Metalls mit Sauerstoff. Besagtes Metall rückte so erstmals ins Bewusstsein der Wissenschaft, allerdings wurde es nicht als eigenständiges Metall anerkannt, da es in der Natur nur in Verbindung mit Sauerstoff und Kieselsäure vorkommt.

Erst 1809 gelang es dem britischen Naturwissenschaftler Sir Humphry Davy (1778-1829), für den Bruchteil einer Sekunde Aluminium aus Tonerde herzustellen und so seine Existenz nachzuweisen. Er gab ihm auch seinen Namen „Aluminum“ (nach „alum“, dem englischen Begriff für Alaun).


Die reine Darstellung dieses Metalls gelang jedoch erst 1825 dem dänischen Naturwissenschaftler Hans Christian Oersted (1777-1851). „Es bildet einen metallischen Klumpen, der in Farbe und Glanz an Zinn erinnert“, beschrieb er seine Entdeckung, verzichtete jedoch auf weitere Experimente und teilte seine Ergebnisse dem deutschen Chemiker Friedrich Wöhler (1800-1882) mit. Von Oersted angeregt, aber mit einer besseren Methode, gelang es diesem ebenfalls, Aluminium in reiner Form darzustellen. Später vermochte er es auch in grösseren „Klumpen“ zu fabrizieren und als erster dessen wichtigste chemische und physikalische Eigenschaften zu bestimmen; beispielsweise Dichte, elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Brennbarkeit.

Auch Robert Wilhelm Bunsen, der Magnesium durch Elektrolyse aus Magnesium-Chlorid darstellte, versuchte sich 1854 erfolgreich an der Gewinnung von Aluminium, und zwar durch Elektrolyse aus Natrium-Aluminium-Chlorid. Bemerkenswert ist, dass fast gleichzeitig ein anderer Chemiker unabhängig davon dieselbe Idee hatte. Dieser Chemiker leitete nun die fabrikmässige Herstellung von Aluminium ein.


Die Rede ist vom französischen Chemiker Henri Etienne Sainte-Claire Deville (1818-1881), der 1854, auf Wöhlers Ergebnisse aufbauend, das erste brauchbare Verfahren zur Aluminiumgewinnung erarbeitete. Er verwendete wie Wöhler als Ausgangsstoff Aluminiumchlorid, als Reduktionsmittel jedoch billiges Natrium anstelle des teuren Kaliums: Natrium verbindet sich dabei mit Chlor zu Natriumchlorid (Kochsalz) und übrig bleibt Aluminium.


Damit war erstmals die Produktion von Aluminium im industriellen Massstab in den Bereich des Möglichen gerückt. Sainte-Claire Deville präsentierte an der Pariser Weltausstellung 1855 einen Aluminiumbarren als „Silber aus Lehm“, der grosses Interesse weckte. Das Metall war damals noch wesentlich teurer als Gold. In den darauffolgenden Jahren errichtete er mit Unterstützung von Kaiser Napoleon III., der sich leichte Brustpanzer für seine Reiterei erhoffte, mehrere Fabriken, die jahrzehntelang die Aluminiumproduktion der Welt deckten.
 

Dank einem verbesserten Verfahren sank der Aluminiumpreis in den Jahren 1855 bis 1890 von umgerechnet 1200 auf 13 Euro pro kg. Dieses verbesserte Verfahren schlug Sainte-Claire Deville bereits in seinem 1859 erschienen Lehrbuch „De l’Aluminium“ vor: die Schmelzflusselektrolyse. Es sollte allerdings noch bis 1886 dauern, bis diese entwickelt und zum Patent angemeldet wurde.

 

Der industrielle Durchbruch  gelang schließlich. Die Erfinder der Schmelzflusselektrolyse waren, zeitgleich und unabhängig voneinander, der französische Ingenieur Paul Louis Toussaint Héroult (1863-1914) und der amerikanische Chemiker Charles Martin Hall (1863-1914). In diesem Verfahren (auch als das Hall-Héroult-Verfahren bekannt) wird Tonerde in geschmolzenem Schmelzflusselektrolyse, einem auf Grönland vorkommenden Mineral, gelöst und durch elektrischen Strom zersetzt, so dass das Aluminium daraus gewonnen werden kann. In einem langjährigen Rechtsstreit zwischen Hall und Héroult über die Patentrechte erhielt Hall das Patent für die USA, während Héroults Ansprüche in allen anderen Ländern anerkannt wurden.

 

Ihre Methode, weit kostengünstiger als das Verfahren von Sainte-Claire Deville, ermöglichte erst den grosstechnischen Einsatz von Aluminium. Voraussetzung dazu waren die 20 Jahre zuvor von Werner von Siemens erfundene Dynamomaschine, welche im grossen Massstab elektrischen Strom lieferte, benannte Bayer-Verfahren zur Herstellung von Tonerde, auf das ihm 1887 und 1892 deutsche Reichspatente erstellt wurden. Darin wird Tonerde aus dem Mineral Bauxit gewonnen, welches 1822 im französischen Dorf Les Baux (daher der Name) entdeckt wurde und mit ungefähr 50 Prozent eine grosse Menge an Tonerde enthält. Bauxit wurde damit zum eigentlichen Rohstoff der Aluminiumgewinnung.

 

Den endgültigen Durchbruch für ein breitgefächertes Anwendungsgebiet von Aluminium bereitete aber erst der deutsche Ingenieur Alfred Wilm, der 1906 zufällig entdeckte, dass geringe Zusätze von Kupfer, Mangan, Magnesium und Silizium die mechanischen Eigenschaften von Aluminium deutlich verbesserten. Die Ausscheidungshärtung war entdeckt.

 

 
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Sir Humphry Davy

 

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Friedrich Wöhler

 

 

 

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H. E. S.-C. Deville 



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Charles M. Hall




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Karl Joseph Bayer

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Wilm wusste, dass geeignete Stähle zur Härtung ausreichend schnell abgekühlt werden müssen. So mischte er eine Vielzahl von Legierungen des Aluminiums und fand zu seiner Verzweiflung, dass diese durch Abschrecken eher weicher wurden. Die überlieferte Geschichte seiner „Entdeckung“ berichtet, dass er eines Samstagmorgens wieder viele Proben abgeschreckt hatte. Dann schien die Sonne durchs Fenster, und er vergaß sein preussisches Pflichtgefühl und ging für das restliche Wochenende zum Segeln hinaus auf die Havelseen. Als am Montagmorgen Härte und Zugfestigkeit gemessen wurden, waren die Werte teilweise auf mehr als das Doppelte angestiegen. Wilm glaubte erst an einen Messfehler, wiederholte daher alsbald die Messungen systematisch und bestätigte die Ergebnisse. Schon bald danach (1910) war die Legierung Al+3.5-5.5%Cu+Mg, Mn zum Patent angemeldet (Handelsname der Dürener Metallwerke: DURALUMIN). Sie wird bis heute fast unverändert gebraucht.  Das Aluminium wurde erst durch Aushärtung zum ernsthaften Konstruktionswerkstoff. Bald nach der Entdeckung des Duralumin flogen die ersten daraus konstruierten Zeppeline.

 

Alfred Wilm beendete schon 1919 seine Forscherlaufbahn und lebte bis zu seinem Tode 1937 glücklich - als Bauer. Und er wusste nicht, dass er die erste Nanotechnologie entdeckt hatte. 


Heute ist Aluminium nach Stahl der am häufigsten verwendete Werkstoff. Im Jahr 1900 betrug die Weltproduktion rund 6700 t, 1916 bereits bei 100 000t, 1939 bei nahezu 700 000t, um im Kriegsjahr 1943 fast 2 Mio. t zu erreichen. 1990 betrug die Produktion über 17 Mio. t, wobei sich die Anzahl der Aluminium produzierenden Länder bis 1983 auf 42 erhöht hat.
 

Heute dient Aluminium nicht nur als vielseitig verwendbarer Werkstoff, der in allen Lebensbereichen des Menschen vorkommt, sondern auch als ein Treiber des technischen Fortschritts. Diese Merkmale machen die Aluminiumindustrie zu einer Branche mit guten Wachstumsaussichten. Sie stellt Arbeitsplätze und Lohneinkommen für rund 200'000 Mitarbeiter in Europa zu Verfügung. Mit dieser Anzahl von Mitarbeitern in mehr als 3'000 Betrieben generiert die europäische Aluminiumindustrie einen jährlichen Umsatz von deutlich über 25 Milliarden Euro.

 
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Alfred Wilm

 

 

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