Aluminium

Aluminium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Al und der Ordnungszahl 13.

Im Periodensystem gehört Aluminium zur dritten Hauptgruppe und zur 13. IUPAC-Gruppe, der Borgruppe, die früher als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet wurde. Es gibt zahlreiche Aluminiumverbindungen. Aluminium ist ein silbrig-weißes Leichtmetall. In der Erdhülle ist es, nach Sauerstoff und Silicium, das dritthäufigste Element und in der Erdkruste das häufigste Metall. In der Werkstofftechnik werden mit „Aluminium“ alle Werkstoffe auf Basis des Elementes Aluminium verstanden. Dazu zählt Reinaluminium (mindestens 99,0 % Al), Reinstaluminium (min. 99,7 % Al) und insbesondere die Aluminiumlegierungen, die bis zu mit Stahl vergleichbare Festigkeiten besitzen – bei nur einem Drittel seiner Dichte.

Entdeckt wurde Aluminium, das in der Natur fast ausschließlich in Form von chemischen Verbindungen vorkommt, im frühen 19. Jahrhundert. Im frühen 20. Jahrhundert setzte die industrielle Massenproduktion ein.

Die Gewinnung erfolgt in Aluminiumhütten ausgehend von dem Mineral Bauxit zunächst im Bayer-Verfahren, mit dem Aluminiumoxid gewonnen wird, und anschließend im Hall-Héroult-Prozess einer Schmelzflusselektrolyse, bei der Aluminium gewonnen wird. 2016 wurden weltweit 115 Mio. Tonnen Aluminiumoxid (Al2O3) produziert. Daraus hat man 54,6 Mio. Tonnen Primäraluminium gewonnen.

Das Metall ist sehr unedel und reagiert an frisch angeschnittenen Stellen bei Raumtemperatur mit Luft und Wasser zu Aluminiumoxid. Dies bildet aber sofort eine dünne, für Luft und Wasser undurchlässige Schicht (Passivierung) und schützt so das Aluminium vor Korrosion. Reines Aluminium weist eine geringe Festigkeit auf; bei Legierungen ist sie deutlich höher. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist hoch, weshalb Aluminium für leichte Kabel und Wärmetauscher verwendet wird.

Eines der bekanntesten Produkte ist Alufolie. Weitere sind Bauteile in Fahrzeugen und Maschinen, elektrische Leitungen, Rohre, Dosen und Haushaltsgegenstände. Das Aluminiumrecycling erreicht weltweit Raten von etwa 40 %.

Geschichte

1782 vermutete Lavoisier als erster, dass es sich bei der 1754 von Marggraf aus einer Alaunlösung gewonnenen Alaunerde (alumina, abgeleitet von lateinisch ‚Alaun‘) um das Oxid eines bislang unbekannten Elements handle. Dessen Darstellung glückte schließlich 1825 dem Dänen Hans Christian Ørsted durch Reaktion von Aluminiumchlorid (AlCl3) mit Kaliumamalgam, wobei Kalium als Reduktionsmittel diente:Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente. Wiley-VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.

Davy, der sich lange Zeit ebenfalls an der Darstellung des neuen Elements versucht hatte, führte ab 1807 die Namensvarianten alumium, aluminum und aluminium ein, von welchen die letzten beiden im Englischen nebeneinander fortbestehen.N. A. Figurowski: Die Entdeckung der chemischen Elemente und der Ursprung ihrer Namen, in deutscher Übersetzung von Leo Korniljew/Ernst Lemke, Moskau 1981, ISBN 3-7614-0561-8, S. 64.Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemistry of the Elements. 2. Auflage. Butterworth–Heinemann, 1997, ISBN 0-08-037941-9, S. 217.

1827 gelang es Friedrich Wöhler mit der gleichen Methode wie Ørsted, jedoch unter Verwendung metallischen Kaliums als Reduktionsmittel, reineres Aluminium zu gewinnen. Henri Étienne Sainte-Claire Deville verfeinerte den Wöhler-Prozess im Jahr 1846 und publizierte ihn 1859 in einem Buch. Durch diesen verbesserten Prozess stieg die Ausbeute bei der Aluminiumgewinnung, und in der Folge fiel der Preis des Aluminiums, der zuvor höher als jener von Gold gewesen war, innerhalb von zehn Jahren auf ein Zehntel.

1886 wurde unabhängig voneinander durch Charles Martin Hall und Paul Héroult das nach ihnen benannte Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Aluminium entwickelt: der Hall-Héroult-Prozess. 1889 entwickelte Carl Josef Bayer das nach ihm benannte Bayer-Verfahren zur Isolierung von reinem Aluminiumoxid aus Bauxiten. Aluminium wird noch heute nach diesem Prinzip großtechnisch hergestellt.

Am Ende des 19. Jahrhunderts stand das Metall in solchem Ansehen, dass man daraus gefertigte Metallschiffe auf den Namen Aluminia taufte.

Vorkommen Aluminium ist mit einem Anteil von 7,57 Gewichtsprozent nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element der Erdkruste und damit das häufigste Metall. Allerdings kommt es aufgrund seines unedlen Charakters praktisch ausschließlich in gebundener Form vor. Trotzdem kann es in seltenen Fällen in gediegener (elementarer) Form entdeckt werden und ist deshalb auch als Mineral anerkannt. Daneben wurde bisher einmalig (Stand 2024) eine allotrope Form von Aluminium im Meteoriten Chatyrka () gefunden, die zwar ebenfalls im kubischen Kristallsystem, jedoch in einer anderen Raumgruppe kristallisiert. Diese Modifikation wurde 2014 von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständige Mineralart unter dem Namen Steinhardtit anerkannt.

Die größte Menge befindet sich chemisch gebunden in Form von Alumosilicaten, in denen es in der Kristallstruktur die Position von Silicium in Sauerstoff-Tetraedern einnimmt. Diese Silicate sind zum Beispiel Bestandteil von Ton, Gneis und Granit.

Seltener wird Aluminiumoxid in Form des Minerals Korund (Al2O3) und seiner Varietäten Rubin (rot) und Saphir (farblos, verschiedenfarbig) gefunden. Die Farben dieser Kristalle beruhen auf Beimengungen anderer Metalloxide. Korund hat mit fast 53 % den höchsten Aluminiumanteil einer Verbindung. Einen ähnlich hohen Aluminiumanteil haben die noch selteneren Minerale Akdalait (Al5O7(OH); etwa 51 %), Diaoyudaoit (NaAl11O17; etwa 50 %). Insgesamt sind bisher 1237 aluminiumhaltige, von der IMA anerkannte Mineralarten bekannt (Stand: 2025).

Das einzige wirtschaftlich wichtige Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit. Vorkommen befinden sich in Südfrankreich (Les Baux), Guinea, Bosnien und Herzegowina, Ungarn, Russland, Indien, Jamaika, Australien, Brasilien und den Vereinigten Staaten. Bauxit enthält ungefähr 60 Prozent Aluminiumhydroxid (Al(OH)3 und AlO(OH)), etwa 30 Prozent Eisenoxid (Fe2O3) und Siliciumdioxid (SiO2).

Bei der Herstellung unterscheidet man Primäraluminium, auch Hüttenaluminium genannt, das aus Bauxit gewonnen wird, und Sekundäraluminium aus Aluminiumschrott. Die Wiederverwertung benötigt nur etwa 5 Prozent der Energie der Primärgewinnung.

Aluminium als Mineral Entdeckung und Mineralanerkennung Infolge der Affinität zu Sauerstoff kommt Aluminium in der Natur sehr selten elementar (gediegen) vor. Erstmals entdeckt wurde gediegen Aluminium durch B. V. Oleinikov, A. V. Okrugin und N. V. Leskova in Mineralproben aus der Billeekh Intrusion und dem Dyke OB-255 in der Republik Sacha (Jakutien) im russischen Föderationskreis Ferner Osten. Die Erstbeschreibung wurde 1978 zunächst im russischen Fachmagazin Доклады Академии наук СССР () veröffentlicht.

Offiziell anerkannt durch die IMA wurde Aluminium als Mineralart 1980 (interne Eingangsnummer 1980-085a). Die Anerkennung wurde im selben Jahr bei der Publikation der Neuen Mineralnamen im Fachmagazin American Mineralogist bestätigt.

Typmaterial, das heißt Mineralproben aus der Typlokalität des Minerals, wird im Museum des Jakutischen Instituts für Geowissenschaften, Sibirische Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften (; YIGS) in Jakutsk in der russischen Teilrepublik Sacha (Jakutien) aufbewahrt.

Klassifikation Da gediegen Aluminium erst 1980 als eigenständige Mineralart anerkannt wurde, ist er in der letztmalig 1977 überarbeiteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz noch nicht verzeichnet.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer I/A.03-005. Dies entspricht der Klasse der „Elemente“ und dort der Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“, wo Aluminium zusammen mit Cupalit, Ikosaedrit, Khatyrkit und Steinhardtit eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer I/A.03 bildet.

Die von der IMA zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet Aluminium ebenfalls in die Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, die entsprechend ihrer verwandten Eigenschaften in Metallfamilien eingeteilt wurden. Hier ist das Mineral in der Unterabteilung „Kupfer-Cupalit-Familie“ zu finden, wo es zusammen mit Blei, Gold, Kupfer, Nickel und Silber die „Kupfergruppe“ mit der Systemnummer 1.AA.05 bildet.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Aluminium die System- und Mineralnummer 01.01.01.05. Das entspricht ebenfalls der Klasse und gleichnamigen Abteilung der „Elemente“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Metallische Elemente außer der Platingruppe“ in der „Goldgruppe“, in der auch Gold, Silber, Kupfer und Blei eingeordnet sind.

Aluminiumfunde mini|Winziges Aluminiumkorn von der Insel Bulla, Kaspisches Meer, Aserbaidschan Insgesamt sind weltweit bisher knapp 30 Vorkommen für gediegen Aluminium dokumentiert (Stand 2025), so unter anderem in Aserbaidschan, Bulgarien, der Volksrepublik China (Guangdong, Guizhou, Jiangsu und Tibet) und in Venezuela. Zudem konnte gediegen Aluminium in Gesteinsproben vom Mond, das die Sonde der Luna-20-Mission vom Krater Apollonius mitbrachte, nachgewiesen werden.Fundortliste für Aluminium beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 30. November 2025.

In der Natur kommt gediegen Aluminium meist in Form körniger Mineral-Aggregate und Mikronuggets vor, kann in seltenen Fällen aber auch tafelige Kristalle bis etwa einen Millimeter Größe entwickeln. Frische Mineralproben sind von metallisch glänzender, silberweißer Farbe. An der Luft dunkeln die Oberflächen durch Oxidierung nach und wirken grau. Auf der Strichtafel hinterlässt Aluminium einen dunkelgrauen Strich.

Je nach Fundort enthält Aluminium oft Fremdbeimengungen von anderen Metallen (Cu, Zn, Sn, Pb, Cd, Fe, Sb) oder tritt eingewachsen in beziehungsweise mikrokristallin verwachsen mit Hämatit, Ilmenit, Magnetit, Moissanit und Pyrit beziehungsweise Jarosit auf.

Gewinnung Primäraluminium (Herstellung aus Mineralien) lang=de|mini|Zeitliche Entwicklung der weltweiten Primäraluminiumproduktion

Etwa zwei Drittel des europäischen Aluminiumbedarfs wird durch Primäraluminium gedeckt. Primäraluminium wird elektrolytisch aus einer Aluminiumoxidschmelze hergestellt. Da diese aus den auf der Erde allgegenwärtigen Alumosilicaten nur schwer isoliert werden kann, erfolgt die großtechnische Gewinnung aus dem relativ seltenen, silikatärmeren Bauxit. Zur Gewinnung von reinem Aluminiumoxid aus Silikaten gibt es seit langemRudolf Debar: Die Aluminium-Industrie. 2. Auflage. Springer 1925, S. 55 ff. (). Vorschläge, deren Anwendung allerdings nicht wirtschaftlich möglich ist.

Das im Erz enthaltene Aluminiumoxid/-hydroxid-Gemisch wird zunächst mit Natronlauge aufgeschlossen (Bayer-Verfahren, Rohrreaktor- oder Autoklaven-Aufschluss), um es von Fremdbestandteilen wie Eisen- und Siliciumoxid zu befreien, und wird dann überwiegend in Wirbelschichtanlagen (aber auch in Drehrohröfen) zu Aluminiumoxid (Al2O3) gebrannt.

Der trockene Aufschluss (Deville-Verfahren) hat dagegen keine Bedeutung mehr. Dabei wurde feinstgemahlenes, ungereinigtes Bauxit zusammen mit Soda und Koks in Drehrohröfen bei rund 1200 °C kalziniert und das entstehende Natriumaluminat anschließend mit Natronlauge gelöst.

mini|Schema der Schmelzflusselektrolyse