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Aluminĭum

[396] Aluminĭum (v. lat. alumen, Alaun), Al, das Metall der Tonerde, findet sich nicht gediegen, nimmt aber in Form von kieselsaurer Tonerde wesentlichen Anteil an der Bildung der Erdrinde (7,8 Proz.), so fern diese Verbindung den Hauptbestandteil der wichtigsten Mineralien (Feldspat, Glimmer) des Tonschiefers, des Tones, des Lehmes etc. bildet. Au�erdem kommt A. als Oxyd und Hydroxyd, als schwefelsaure und phosphorsaure Tonerde, auch als Fluoraluminium (mit Fluornatrium im Kryolith) vor. Zur Darstellung des Aluminiums zersetzte man zuerst Aluminiumnatriumchlorid (aus Bauxit dargestellt), dann auch Kryolith oder Fluornatrium, mit Natrium, gegenw�rtig aber wird A. ausschlie�lich auf elektrolytischem Wege dargestellt, wobei Voraussetzung ist, da� die Elektrizit�t durch Benutzung gro�er Wasserkr�fte sehr billig gewonnen werden kann. Zur �berwindung der chemischen Energie, die 1 kg A. in der Tonerde an Sauerstoff bindet, ist eine Arbeit erforderlich, die derjenigen entspricht, die 40 Pferde in einer Stunde leisten. In Neuhausen arbeitet man zur Darstellung von A. mit einigen Ab�nderungen nach dem Verfahren von H�roult und Kleiner-Fiertz, indem man die zu reduzierenden Alkalidoppelfluoride (Kryolith) in Gef��e bringt, deren Wandungen mit Bauxit oder Ton gef�ttert sind und in welche die verstellbaren Elektroden von oben und unten einm�nden. Der Lichtbogen schmilzt die gepulverten Massen, wobei sich das A. an der untern negativen Elektrode abscheidet, w�hrend der Elektrolyt sich durch Aufnahme von Tonerde, die man in angemessener Weise nachf�llt, regeneriert. Den Apparat zeigt die Abbildung auf S. 397. Ein aus Kohlenplatten gebildeter Tiegel A ist von einer fest anschlie�enden eisernen H�lle a umgeben, die vom Boden isoliert ist. Eine Anzahl kupferner Stifte a, f�hren den elektrischen Strom dem Tiegel A zu. In letztern taucht die positive Elektrode B, die aus Kohlenplatten b gebildet ist. Diese werden oben durch ein Rahmenst�ck g zusammengefa�t, und in die �se e des letztern greift eine Kette ein, mittels welcher die[396] Elektrode gehoben und gesenkt werden kann. Der Tiegel A ist mit Graphitplatten k bedeckt, die einige �ffnungen zur Einf�hrung von Material besitzen. Dieselben werden nach Bed�rfnis durch Deckel geschlossen, gestatten aber auch den Abzug der im Tiegel entwickelten Gase. Auf dem Boden des Tiegels liegt eine Metallplatte als negative Elektrode. Durch Ann�herung beider Elektroden bringt man die Beschickung zum Schmelzen, worauf man die positive Elektrode hebt, so da� der Strom durch die geschmolzene Tonerde geht, die alsbald zersetzt wird. Das am Boden angesammelte Metall wird durch das Stichloch C abgelassen. Sollen Aluminiumlegierungen dargestellt werden, so wird das betreffende Metall in den Tiegel gebracht und regelm��ig Tonerde nachgef�llt.

Heroults Apparat zur Darstellung von Aluminium.

In neuester Zeit ersetzt man auch die Tonerde durch Aluminiumsulfid, das bei der Elektrolyse durch die von dem elektrischen Strom erzeugte W�rme selbst oder durch Ofenhitze fl�ssig erhalten werden kann. Die Reduktion erfolgt bei geringer Stromst�rke, und es werden Kurzschl�sse vermieden, weil das A. sofort zu Boden sinkt. Als L�sungsmittel f�r das Aluminiumsulfid dienen Chlorkalium und Chlornatrium. Die Reduktion wird am besten in einem eisernen Kasten vorgenommen, der oben mit Kohle ausgef�ttert ist, und da weder dieses Futter noch die in die geschmolzene Masse eintauchenden Kohleelektroden durch den Elektrolyten sch�dlich beeinflu�t werden, so erh�lt man reineres A. als fr�her. Das Aluminiumsulfid erh�lt man (neben Chlornatrium) beim Eintragen von Natriumaluminiumchlorid in geschmolzenes Natriumsulfid, auch kann man das Sulfid auf diese Weise direkt aus Kryolith darstellen oder Ton mit Schwefels�ure aufschlie�en, das erhaltene Aluminiumsulfat mit Natriumfluorid schmelzen und das gebildete Natriumsulfat durch Zusatz von Kohle reduzieren. Die Pittsburgh Reduction Co. arbeitet nach dem Hallschen Verfahren, das auf der L�slichkeit der Tonerde in den Doppelfluoriden des Aluminiums und der Alkalimetalle beruht. Die Elektrolyse findet in eisernen Kasten statt, deren Futter aus hartgebackener Kohle als Kathode dient. Von einer kupfernen Stange, die mit dem positiven Pol der Dynamomaschine in Verbindung steht. h�ngen an Kupferstangen Kohlenzylinder als positive Elektroden herab, die in das Bad eintauchen. Eine zweite Kupferstange ist mit dem negativen Pol der Dynamomaschine verbunden. Bei Beginn der Arbeit bringt man auf den Boden des Kastens ein Flu�mittel, das aus einem Doppelfluorid von A. und Calcium und aus Fluorkalium und Fluornatrium mit 3 Proz. Chlorcalcium besteht; ist dasselbe durch die Stromw�rme eingeschmolzen, so gibt man Tonerde (aus Bauxit) nach. Durch regelm��iges Eintragen von Tonerde und Aussch�pfen von A. gestaltet sich das Verfahren zum ununterbrochenen Betrieb.

A. ist wei� mit etwas bl�ulichem Schein und starkem Metallglanz, h�rter als Zinn, aber weicher als Zink und Kupfer, l��t sich zu d�nnstem Draht, Blech und feinster Folie verarbeiten, zeigt dagegen bei Bearbeitung mit schneidenden Werkzeugen sehr stark die Eigenschaft des Schmierens. Im gegossenen Zustand hat es etwa die Festigkeit von Gu�eisen, kalt gewalzt oder geschmiedet erreicht es fast die Festigkeit von gegossener Gesch�tzbronze und �bertrifft diejenige von warm gewalztem Kupfer sowie von Zink und Zinn. Es kristallisiert regul�r, gegossenes A. bricht meist grobfaserig und unregelm��ig gek�rnt; bearbeitetes A. hat sehnigen, oft auch feink�rnigen, seidengl�nzenden Bruch. Gutes Metall l��t sich mit dem Mei�el durchhauen, ohne zu brechen. Stark gewalzt oder gezogen sedert es sehr gut; es besitzt einen sch�nen Klang. Spezifisches Gewicht bei 22� gegossen 2,64, gewalzt 2,68, gezogen 2,70. Die Verbrennungsw�rme betr�gt 7140 W�rmeeinheiten (Eisen 1352). Es schmilzt bei 700�, besitzt sehr hohe spezifische und Schmelzw�rme, und geschmolzenes A. erstarrt daher sehr langsam. Das W�rmeleitungsverm�gen ist etwa doppelt so gro� wie dasjenige des Schmiedeeisens und halb so gro� wie das des Kupfers. Das elektrische Leitungsverm�gen betr�gt 36–60 Proz. desjenigen von reinem Kupfer. Nach Gewicht berechnet, besitzt A. von allen Gebrauchsmetallen den geringsten Widerstand. Das lineare Schwindma� des Aluminiums (m�glichst kalt in Sand gegossen) betr�gt 1,8 Proz. Reines A. ist geschmack- und geruchlos, ein Gehalt von Silicium aber, den das k�ufliche Metall gew�hnlich besitzt, gibt ihm den Geruch des Gu�eisens. In trockner und feuchter Luft h�lt sich A. bei gew�hnlicher Temperatur und bei Rotglut unver�ndert, auch beim Schmelzen �berzieht es sich nur mit einem �u�erst d�nnen H�utchen, selbst bei Wei�glut verbrennt es nur oberfl�chlich. Dagegen verbrennt Blattaluminium schon in der Spiritusflamme mit blendendem Licht. Feiner Draht verbrennt an der Luft zu Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid. Eisenoxyd und Kupferoxyd werden durch A. erst bei sehr lebhafter Rotglut zersetzt. Durch Schmelzen mit Salpeter wird es erst bei lebhafter Rotglut oxydiert, ebenso reduziert es erst bei dieser Temperatur Eisen- und Kupferoxyd. A. ist nicht fl�chtig, zersetzt Wasser nur als Blattaluminium und beim Verbrennen in Wasserdampf, aus kochendem Wasser entwickelt A. auf Zusatz einiger Tropfen von �bermangansaurem Kali st�rmisch Wasserstoff. Es l�st sich leicht in Salzs�ure und Natronlauge, sehr langsam in verd�nnter Schwefels�ure, nicht in Salpeters�ure. Mit verd�nntem Ammoniak entwickelt A. lebhaft Wasserstoff. Verd�nnte L�sungen organischer S�uren wirken in der K�lte nicht auf A., beim Kochen mit kochsalzhaltigen L�sungen organischer S�uren wird es weniger angegriffen als Kupfer. Schwei�, Speichel, Eiter wirken �u�erst langsam, Schwefelwasserstoff und Schwefelmetalle gar nicht auf A. Saure Nitrate zersetzt es �u�erst langsam, aus Chloriden f�llt es schnell das elektronegativere Metall. Beim Schmelzen zersetzt es kohlensaure und schwefelsaure Alkalien augenblicklich, aus Borax und Silikaten nimmt es Bor, resp. Silicium auf, und man kann Verbindungen von 70[397] Proz. Silicium erhalten. Man schmilzt deshalb A. vorteilhaft in Tiegeln mit Kohlenfutter, wenn es auch kein Silicium aufnimmt, sobald man kein Flu�mittel anwendet und nicht weit �ber den Schmelzpunkt erhitzt. Auch Kryolith wird beim Schmelzen mit A. angegriffen. Mit amalgamiertem Zink gibt es in verd�nnter Schwefels�ure ein galvanisches Element, dessen Strom an Intensit�t wenigstens dem eines Platinzinkpaares gleichkommt. Gegen elektrische Einfl�sse zeigt A. eine Widerstandsf�higkeit, welche die des Platins vielleicht noch �bertrifft. A. zeigt sich in oben angegebener Weise verh�ltnism��ig indifferent, weil es stets mit einem unsichtbaren, aber sehr widerstandsf�higen Oxydh�utchen bedeckt ist. Wird letzteres durch �tzen mit Quecksilberchlorid entfernt, so zeigt sich A. sehr reaktionsf�hig, zersetzt Wasser st�rmisch und entz�ndet sich an feuchter Luft. Solches A. mu� in einer indifferenten Fl�ssigkeit aufbewahrt werden und eignet sich als bestes Trockenmittel f�r organische Fl�ssigkeiten (Alkohol, �ther), auch wird es als neutrales Reduktionsmittel angewendet. Geschmolzenes A. reduziert energisch die meisten Oxyde. Eine Mischung von Aluminiumpulver mit Eisenoxyd l��t sich durch eine Z�ndmasse aus Baryumsuperoxyd und Magnesiumpulver entz�nden und verbrennt dann unter Temperatursteigerung auf Wei�glut. Vgl. Thermit. Das Atomgewicht des Aluminiums ist 27,1. Man kennt vom A. nur ein Oxyd, Aluminiumoxyd oder Tonerde Al₂O₃.

Das A. des Handels enth�lt 99,9 Proz. A., 0,06 Proz. Silicium, 0,04 Proz. Eisen, bis 92,84 Proz. A., 3,82 Proz. Silicium, 3,34 Proz. Eisen. Ambo�aluminium hat das spez. Gew. 2,3 und besteht aus fast reinem A. mit etwas Eisen und Mangan, sehr wenig Magnesium und Spuren von Silicium und Natrium. Es l��t sich sehr gut bearbeiten, in nassen Sandformen gie�en, und stabf�rmige Gu�st�cke konnten nach dem Erkalten mehrfach um ihre Achse gedreht werden. Auch ist das Material in kaltem Zustand schmiedbar. Mit 1–2 Proz. Silicium ist A. schon sehr grau, aber in der K�lte noch ziemlich weich und z�h, in der W�rme freilich kaum mehr schmiedbar. �ber 2 Proz. Silicium machen das Metall spr�de und br�chig. F�r die H�mmer- und Walzbarkeit des Aluminiums ist die Verunreinigung mit geringen Mengen von Eisen, und namentlich von Kupfer, noch sch�dlicher als die mit Silicium. Das L�ten des Aluminiums erfordert besondere Sorgfalt. Mit Blattgold und Blattsilber l��t sich A. zwischen zwei auf dunkle Rotglut erhitzten Kolben durch hydraulischen Druck vereinigen. Galvanische Verkupferung und Vernickelung ist nicht haltbar, dagegen l��t sich A. mit Kupfer plattieren, die Bleche (10 mm A. mit 0,1 mm Kupfer) lassen sich wie Kupferbleche auswalzen, l�ten, pressen, salzen, ziehen, verzinnen, vernickeln, versilbern etc. und sind vielfach besser verwendbar als Aluminiumblech.

Man benutzt A. wegen seiner Leichtigkeit, Z�higkeit und Widerstandsf�higkeit gegen chemische Einfl�sse zu allerlei Gebrauchsgegenst�nden, in der Kunstindustrie, beim Schiffbau, Eisenbahnbau, zu Luftballonteilen, zu Instrumenten aller Art, zu milit�rischen Ausr�stungsgegenst�nden, Tischger�ten, Kochgeschirr, zu elektrischen Leitungen statt des Kupfers etc. Aluminiumplatten benutzt die Lithographie statt der Steine (s. Algraphie). Sehr wichtig ist die Verwendung des Aluminiums im H�ttenwesen zur Herstellung dichter G�sse und zur Darstellung von Chrom, Mangan etc. (vgl. Thermit). Blattaluminium fertigt man als Surrogat des Blattsilbers; auf Salinen wird A. zu Siedger�tschaften und Werkzeugen benutzt. Aluminiumpulver dient zu photographischem Blitzlicht. Vielfache Verwendung haben Aluminiumlegierungen gefunden.

A. wurde 1827 von W�hler entdeckt und mit Alkalimetall aus Chloraluminium abgeschieden; 1854 gelang Bunsen die elektrolytische Darstellung aus Natriumaluminiumchlorid, und um dieselbe Zeit erhielt Deville von Napoleon III. die Mittel zu gro�artigen Versuchen. In Javelle bei Paris wurde 1855 die fabrikm��ige Darstellung des Aluminiums unternommen, und noch in demselben Jahr erschienen die ersten Barren des »Silbers aus Lehm« auf der Pariser Ausstellung. Seit Mitte der 1880er Jahre hat die elektrolytische Darstellung des Aluminiums die chemische mehr und mehr zur�ckgedr�ngt und die Aluminiumindustrie einen Aufschwung genommen wie kaum eine andre Industrie, und zwar entsprechend dem Entwickelungsgang der gro�en Dynamomaschinen. Die Aktiengesellschaft in Neuhausen wendete zuerst Turbinen zum Betrieb der Dynamomaschinen an. Zu gleicher Zeit wurde in New Kensington (Pennsylvanien) eine Aluminiumfabrik errichtet, die 1895 nach dem Niagarafall verlegt wurde. Die Neuhauser Gesellschaft baute dann eine zweite Fabrik zur Ausnutzung der Strom schnellen bei Rheinfelden. Am Ende des 19. Jahrh. betrug die Jahresproduktion an A. etwa 5–6000 Ton. Die deutsche Einfuhr betrug 1901: 1,089,600 kg, davon kamen 367,500 kg aus der Schweiz, 341,000 kg aus �sterreich, 276,800 kg aus den Vereinigten Staaten, 85,700 kg aus Frankreich. Ausgef�hrt wurden 282,400 kg. Der Preis von 1 kg A. betrug 1856 etwa 300 Mk., 1889: 50,1892: 5,1900: 1,8 Mk. Auf das Volumen berechnet, ist A. kaum teurer als Zink. Vgl. Mierzinsky, Die Fabrikation des Aluminiums und der Alkalimetalle (Wien 1885); Richards, A. its history, occurrence, etc. (3. Aufl., Lond. 1896); Minet, L'A., fabrication, emploi, alliages (Par. 1892–98, 2 Bde.; deutsch, Halle 1902); Heroult, L'A. � bon march� (im »Bulletin de la Soc. de l'industrie min�rale«, St.-Etienne 1900).