VAW aluminium AG VAW aluminium AG

Vollmer: KIS Köln
VAW aluminium AG - Bonn
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Kopiervorlage
Doris Servos, Dr. Monika Kenn
1
VAW aluminium AG
BONN
Lehrplananbindung
Kopiervorlage / Unterrichtsinhalte, -ziele, -methoden
S I/II
Unternehmen der Region (Ch, Sw, Ek)
(1) Unternehmensprofil (Information)
(1) Das Element Aluminium (problemorientierter Einstieg)
SI
Aluminium in der Lebenswelt (Verpackungsmaterial, Automobilindustrie) (Sw, Ch)
(2) Aluminium als Gebrauchsmetall (Information)
(2) Aluminium als Verpackungsmaterial im Vergleich mit anderen Materialien
(problemorientiert)
(2) Aluminium in der Automobilindustrie (Information)
- Fallbeispiel (problemorientiert)
S I/II
Aluminium / Aluminiumoxid / Rost / Reduktion u. Oxidation (Ch)
(3) Oxidation von Aluminium und Eisen im Vergleich
(phänomenologisch, problemorientiert)
(3) Versuche mit Aluminium; Reaktion mit Salzsäure, Natronlauge und Iod,
Wärmeleitfähigkeit (handlungsorientiert)
S I/II
Aluminium / Oberflächenveredelung; Eloxalverfahren / Redoxreaktionen (Ch)
(4) Oberflächenverbesserung (Information)
(4) Eloxieren und Einfärben einer Eloxalschicht (handlungsorientiert)
Materialien: Broschüren zum Thema „Aluminium“
I&S
I&S Gesellschaft
Gesellschaft
für
partnerschaftliche
für
partnerschaftliche
Beziehungen
Beziehungen
zwischen
zwischen Industrie
Industrie
uunndd
Schule/Öffentlichkeit
Schule/Öffentlichkeit
Kontaktschule
Collegium Josephinum Bonn
Kölnstraße 413
53117 Bonn
Tel. 02 28/ 5 55 85 60
Bonn
Bonn 1997
1997
Mitarbeit und fachliche Beratung: Dr. Gerhard Kudermann (VAW aluminium AG Bonn)
Co-Autor: Christoph Merschhemke (I&S GmbH)
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VAW aluminium AG - Bonn
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VAW aluminium AG - Bonn
VAW aluminium AG - Bonn
Im August 1996 wurde einer der auffälligsten Gebäudekomplexe der VAW aluminium AG Bonn (VAW Bonn) im Zuge
einer Neustrukturierung verkauft. Es handelt sich um das langgestreckte rote Ziegelgebäude, das du siehst, wenn du auf der
Autobahn A 555 vom Autobahnkreuz Bonn-Nord kommend in
Richtung Köln fährst. Dieses Werkgebäude, das sich über eine
Länge von etwa 500 m an der Autobahn erstreckt, war ein Teil
der „Leichtmetallwerke“, wo die VAW früher angewärmte
Rundbarren (Preßbarren) aus Aluminium zu Profilen, z.B. für
den Aufbau der Mittelwagen des ICE, preßte. Heute werden
diese Arbeiten unter der Regie des niederländischen Unternehmens „Hoogovens Aluminium“ ausgeführt.
Die VAW ist eines der größten europäischen Aluminiumunternehmen mit ca. 12600 Mitarbeitern in zahlreichen Werken in Deutschland und Tochtergesellschaften im In- und Ausland. Das Unternehmen liefert seine Produkte, vornehmlich
Walzerzeugnisse, flexible Verpackungen sowie Formgußteile für
Motoren in die Zielmärkte Verpackung, Verkehr und Bau.
Die VAW - ein Unternehmen im Wandel
Die Abkürzung VAW für den früheren Namen Vereinigte Aluminium-Werke könnte man für Bonn auch so deuten: Von hier
aus in alle Welt. Bonn ist Sitz der Konzernzentrale, von wo die
weltweit 73 Beteiligungsgesellschaften durch 178 Mitarbeiter
gelenkt werden. Du findest sie in der Georg-von-BoeselagerStraße, nicht weit entfernt vom ehemaligen Strangpreßwerk.
Daneben gibt es am Standort Bonn den Zentralbereich Forschung und Entwicklung mit 164 sowie drei weitere Beteiligungsgesellschaften mit insgesamt 107 Mitarbeitern.
VAW Motor GmbH: Zu ihr gehören Aluminiumgießereien in
Deutschland, Österreich, England, Ungarn und Mexico. Diese
Gesellschaft versteht sich als Entwicklungspartner der Automobilindustrie.
VAW Aluminium-Technologie GmbH: Diese Gesellschaft vermarktet ihr umfassendes Know-how zur Modernisierung von
Aluminiumhütten weltweit, zuletzt nach Südafrika und Sibirien.
V.I.S. Informationssysteme GmbH: In Zusammenarbeit mit
einem Rechenzentrum in Grevenbroich erbringt sie konzerninterne Dienstleistungen.
Verpackungen aus Aluminium
Die Geschichte eines jungen Werkstoffes
Der Werkstoff Aluminium hat erstaunlicherweise eine noch junge Geschichte. Wissenschaftler entdeckten dieses Leichtmetall
erst vor etwa 200 Jahren. Die Eisengewinnung hatte zu dieser
Zeit dagegen schon eine lange Tradition. Die späte Entdeckung
muß dem Laien um so erstaunlicher erscheinen, weil Aluminium viel häufiger als alle übrigen Metalle vorkommt: Die Erdrinde enthält über 8% Aluminium, aber nur 4% Eisen.
In der Natur kommt Aluminium nur in Form von Verbindungen
wie z.B. Aluminiumsilikaten und Aluminiumhydroxiden vor.
Letztere sind im sogenannten Bauxit angereichert, das als
Aluminiumerz abgebaut wird. Der Aluminiumhydroxidgehalt
von Bauxit beträgt - bezogen auf Aluminiumoxid Al2O3 - 50 bis
60 Prozent. Um eine Tonne metallisches Aluminium herstellen
zu können, sind ca. 2 Tonnen Aluminiumoxid und entsprechend
ca. 4 Tonnen Bauxit erforderlich.
Der Name Bauxit leitet sich übrigens von dem südfranzösischen
Dorf Les Baux nahe der bekannten Stadt Arles ab, wo dieses
Aluminiumerz 1821 entdeckt wurde. In den darauffolgenden
Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Aluminium-
gewinnung aus Bauxit entwickelt. Gegen Ende des Jahrhunderts
standen schließlich geeignete Verfahren zur großtechnischen
Produktion von Aluminium zur Verfügung. Im Jahre 1917 wurden daraufhin die Vereinigten Aluminium-Werke, die größte
deutsche Aluminiumgesellschaft, gegründet.
Aufgaben
1. Schreibe in Stichpunkten auf, was du über Aluminium
weißt.
2. Welche Gegenstände kennst du, die aus Aluminium
hergestellt sind?
3. Versuche mit Hilfe deines Chemiebuches herauszufinden,
warum Aluminium erst viel später als Eisen entdeckt und
als Werkstoff verwendet wurde.
4. Warum zeigt Bauxit trotz seines hohen Aluminiumgehaltes keinen metallischen Glanz?
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Der Einzug von Aluminium ins tägliche Leben
Energieaufwand zur Herstellung eines
Kubikmeters in Gigajoule [GJ]
Ich bin aus Alu
Ich bin aus PE
732,5
800
600
351,6
400
88,6
Al
0
6,3
Fe
200
PE
Aluminium als Verpackungsmaterial
Wer kennt sie nicht, die Alu-Folie zum Frischhalten von Lebensmitteln? Aluminium läßt sich zu dünnen Bändern und
Folien walzen, die für den Verpackungsbereich große Bedeutung erlangt haben. Die geschätzten Eigenschaften von Aluminium hierbei sind: Das Metall ist leicht und fest zugleich, es
reflektiert Licht-, Wärme- und UV-Strahlen. Aufgrund seiner
hohen Dichtigkeit verhindert Aluminium das Eindringen von
Fremdaroma, Keimen, Luft und Licht sowie Aromaverluste.
kehr, Bauwesen, Maschinenbau oder Elektrotechnik. Zunehmende Bedeutung gewinnt Aluminium auch als Verpackungsmaterial und ganz allgemein im Haushaltswarenbereich.
Glas
Aluminium ist heute nach Eisen das wichtigste Gebrauchsmetall. Seine außergewöhnlichen Eigenschaften eröffnen ihm
vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Ver-
Aufgaben
1. Für welche Anwendungen wird Aluminium als Verpakkungsmaterial verwendet? Welche Eigenschaften von
Aluminium begründen den jeweiligen Einsatz des Metalls als Verpackungsmaterial und welche Wirkung wird
jeweils erzielt?
Beispiel:
Anwendung
Eigenschaft von
Aluminium
erzielte
Wirkung
Heiße Pizza
Wärmereflexion
Die Pizza bleibt
länger heiß.
2. Erstelle eine Liste mit Vor- und Nachteilen für Aluminium, Glas, Eisen und Kunststoff als Verpackungsmaterial
Aluminium in der Automobilindustrie
Aluminium hält mehr und mehr Einzug in den Automobilbau.
In den letzten Jahren haben die Autohersteller zunehmend ihre
Fahrzeuge im Bereich Fahrwerk, Motor und Getriebe auf Aluminium umgerüstet. Motorblöcke, Zylinderköpfe und Felgen
aus Aluminium sind heutzutage schon fast selbstverständlich.
Neuerdings geht man aber noch einen Schritt weiter: Die erFuhrunternehmer Anton Schnell muß scharf kalkulieren!
Transportunternehmer Anton Schnell will einen neuen Lastkraftwagen für seinen Fuhrpark anschaffen. Ihm liegen zwei
Angebote vor: die altbewährte und preiswertere Stahlbauausführung und ein Modell in Aluminium-Bauweise, das immerhin 25.000 DM teurer in der Anschaffung ist.
Der Hersteller des Aluminiumfahrzeugs weist auf den um 1 t
leichteren Aufbau hin. Bei gleicher Achslast der Fahrzeuge so erkennt Anton Schnell - kann er also bei jeder Fahrt 1 t mehr
an Lasten transportieren. Anton schnell hollt seine Betriebsdaten aus der Schublade (siehe rechts) und beginnt zu rechnen:
Know-how in Aluminium: Aufreißdeckel für Getränkedosen aus der Forschung und Entwicklung der VAW
sten Fahrzeuge mit einer Karosserie ganz aus Aluminium sind
auf dem Markt.
Aufgabe
3. Welche Vor- und Nachteile hat die fortschreitende Verwendung von Aluminium im Fahrzeugbau?
Betriebsdaten Anton Schnell
a: Jährliche Fahrstrecke pro LKW mit
100 % Auslastung:
Frachteinnahmen je t und km bei
100 % Auslastung
b: Treibstoffkosten je t LKW/100 km
bezogen auf die Leerfahrten
(54.000 Leerkilometer pro LKW
und Jahr)
c: Laufzeit seiner Transporter:
70.000 km
0,17 DM
6.00 DM
ca. 5 Jahre
Aufgaben
4. Überlege, welche Rechnung Anton Schnell aufstellen
wird. Rechne mit.
5. Für welches Fahrzeug wird sich Anton Schnell entscheiden? Begründe deine Antwort anhand der Berechnungen.
6. Sammle Argumente, die für einen Transporter aus
Aluminium sprechen. Berücksichtige dabei auch Umweltbelange.
Ob nah ob fern,
A. Schnell
hilft immer gern
A. Schnell
Nah- und Ferntransporte
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Aluminium, das etwas andere Metall
Einem Vorurteil auf der Spur: Eisen rostet, Aluminium nicht
Wer kennt es nicht, das leidige Problem mit dem Rost. Früher mußte man sein
Fahrrad, das noch zu großen Teilen aus Eisen bestand, sorgfältig reinigen und
fetten, damit sich der Rost nicht durch den Lenker und die Felgen fraß. Die
Besitzer von Aluminiumrädern heute kennen dieses Problem nicht.
Vergleichen wir einmal das Verhalten von Aluminium und Eisen an der Luft,
so stellen wir fest, daß sowohl Eisen als auch Aluminium mit Sauerstoff
reagieren. Aluminium reagiert spontan mit dem Luftsauerstoff unter Bildung
einer festhaftenden schützenden Oxidschicht. Die Oxid-/Hydroxidschicht auf
Eisen ist porös und verhindert bei feuchter Luft nicht die weitere Korrosion.
Die glänzende Aluminiumoberfläche wird an der Luft matt und stumpf. Eisen
wird von der gefürchteten rotbraunen Rostschicht überzogen.
Verhalten von Aluminium an der Luft
H2O
O2
Al2O3
Al
Verhalten von Eisen an der Luft
O2
H2O
Fe2O3
Aufgaben
1. Obwohl Gegenstände aus Aluminium viel schneller an der Luft reagieren als solche aus Eisen, müssen Eisengegenstände vor dem
Korrosionsangriff von feuchter Luft geschützt werden. Versuche diesen
scheinbaren Widerspruch anhand der Abbildung auf der rechten Seite
aufzulösen.
2. Warum ist die Aussage, Aluminium rostet nicht, eigentlich falsch?
3. Bearbeite einen angerosteten Eisengegenstand und ein nicht glänzendes
Stück Aluminium mit Schmirgelpapier und formuliere deine Beobachtung.
Fe
Einige Versuche mit Aluminium
V1: Reaktion von Aluminium mit Salzsäure
Materialien: Aluminiumgrieß oder -späne, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Reagenzglas, Stopfen, kurzes Stück Gummischlauch, Glaswanne, gebogenes Glasrohr, verdünnte Salzsäure.
Durchführung: Man gibt einige Aluminiumspäne oder einen
Spatellöffel Aluminiumgrieß in ein Reagenzglas mit seitlichem
Ansatz, verbindet diesen über ein Gummischlauchstück mit einem Gasableitungsrohr, das in eine runde, mit Wasser gefüllte
Glaswanne taucht (siehe Abbildung rechts). Anschließend gibt
man einige Milliliter verdünnte Salzsäure auf das Aluminium und
verschließt das Reagenzglas mit einem Gummistopfen. Man
fängt das sich bildende Gas in einem Reagenzglas auf. Wenn das
Reagenzglas mit dem Gas gefüllt ist, hält man es mit der Öffnung
(vorsichtig) an die nicht leuchtende Bunsenbrennerflamme.
Gas
Wasser
Salzsäure
Aluminiumspäne
Glaswanne
Aufgaben
4. Schreibe deine Beobachtungen auf.
5. Welches Gas ist entstanden?
V2: Reaktion von Aluminium mit Natronlauge
Materialien:
Wie Versuch 1; anstelle von verdünnter Salzsäure verdünnte
Natronlauge.
Durchführung:
Man verwendet die oben beschriebene Apparatur und gibt statt
der Salzsäure einige Milliliter verdünnte Natronlauge hinzu.
Ansonsten führt man den Versuch wie oben beschrieben durch.
Aufgabe
7. Notiere und deute die Beobachtungen.
6. Formuliere die Reaktionsgleichung.
V3: Reaktion von Aluminium mit Iod
Materialien:
Verbrennungslöffel, Klammer, Muffe, Stativ, Aluminiumgrieß,
Iod, Wasser, Pasteurpipette.
Hinweis:
Der Versuch muß im Abzug durchgeführt werden!
Durchführung:
Man befestigt einen Verbrennungslöffel (Eisenlöffel) mit Hilfe von
Klammer und Muffe an einem Stativ und füllt ein Gemisch aus 1 g
Aluminiumgrieß und 3 g Iodpulver ein. Anschließend erhitzt man
kurz mit der Brennerflamme, bis violette Dämpfe aufsteigen, und
gibt mit einer Pipette 2 Tropfen Wasser in das Gemisch.
Aufgabe
8. Notiere deine Beobachtungen und deute sie.
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1
Was Aluminium „edler“ macht - Oberflächenverbesserung
Ein wichtiges Feld der Aluminiumforschung dient dem Ziel, die
Oberfläche dieses Leichtmetalls zu verbessern. Der Grund hierfür ist, daß an den Oberflächenzustand der verschiedenen
Fertigungsprodukte und Bauteile aus Aluminium jeweils unterschiedliche Anforderungen gestellt werden. Diese Anforderungen betreffen Funktion und Aussehen der Werkstücke. Der
Zentralbereich Forschung und Entwicklung der VAW Bonn hat
es sich u. a. zur Aufgabe gemacht, neue Methoden der
Oberflächenveredelung von Aluminium zu erforschen. Auf dieser Seite lernst du zwei altbewährte Methoden der Oberflächenbehandlung von Aluminium kennen: Das Eloxieren (Anodisieren) und das Einfärben einer frischen Eloxalschicht..
Das Eloxal-Verfahren
Durch die elektrische Oxidation wird die dünne Oxidschicht um ein Vielfaches verstärkt. Die Oberfläche der
neuen Oxidhaut ist porös.
Al2O3
vor dem Eloxieren
Al
nach dem Eloxieren
Versuche zur Oberflächenverbesserung von Aluminium
V1: Eloxieren von Aluminium (Elektrolytische Oxidation von Aluminium)
Geräte und Chemikalien:
Gleichstromquelle, Amperemeter, Becherglas (250 ml), Aluminiumblech, Kohleelektrode, verdünnte Schwefelsäure
H2SO4, (10 bis 20 %ig)
Durchführung:
In das mit verdünnter Schwefelsäure gefüllte Becherglas werden das Aluminiumblech und die Kohleelektrode eingetaucht.
Man verbindet das Aluminiumblech mit dem Pluspol, die
Kohleelektrode mit dem Minuspol der Gleichstromquelle und
schaltet das Amperemeter in den Stromkreis. Die Spannung
wird so reguliert, daß ein Strom von 0,5 bis 1 A fließt. Nach ca.
15 Minuten schaltet man den Strom ab, nimmt das Aluminiumblech heraus und spült gründlich mit destilliertem Wasser nach.
Aufgaben
1. Formuliere deine Beobachtungen. Vergleiche dazu auch
das eloxierte mit dem unbehandelten Aluminiumblech.
2. Versuche anhand der Beobachtungen zu erklären, welche
Vorgänge an der Kathode und an der Anode stattgefunden
haben.
3. Worin liegen die grundsätzlichen Vorteile von eloxiertem
gegenüber unbehandeltem Aluminium?
A
+
_
V=
Aluminiumblech
Kohleelektrode
verd. Schwefelsäure
V 2: Einfärben der frisch erstellten Eloxalschicht
Geräte und Chemikalien:
Eosinlösung, Becherglas (500 ml), destilliertes Wasser, Heizplatte oder Bunsenbrenner.
Durchführung: In einem 400 ml Becherglas bereitet man aus
destilliertem Wasser und Eosin eine kräftig rotgefärbte Lösung
und erhitzt diese auf etwa 95 °C. In diese Lösung taucht man
etwa 5 bis 10 Minuten lang ein frisch eloxiertes Al-Blech
hinein, spült es anschließend mit destilliertem Wasser gründlich ab und stellt es dann in ein Becherglas mit siedendem
Wasser. Nach zehnminütigem Kochen spült man das Blech
unter kaltem Wasser ab und trocknet es.
Aufgabe
4. Formuliere deine Beobachtungen.
Die frisch gebildete Eloxalschicht ist zunächst noch porös, so
daß die Farbstofflösung in die Poren eindringen kann. Beim
Kochen quillt die Eloxalschicht, dabei schließen sich die Poren
und der Farbstoff wird in die Schicht eingeschlossen.
Aluminiumoxidschicht mit
eingelagertem Farbstoff
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Kopiervorlage Bemerkungen
5
1
Didaktische
Einsatzmöglichkeiten der Kopiervorlagen im „Normalunterricht“ und Anbindung an die Lehrpläne
Sekundarstufe I:
Integration in das obligatorische Thema „Elektronenübertragungsreaktionen“ (Oxidation/Reduktion). Mögliches
Schwerpunktthema mit Anwendungsbezug könnte dabei sein
„Gewinnung und Recycling von Metallen“. Das Thema ist auch
im Rahmen einer projektorientierten Unterrichtsreihe durchführbar (vgl. Richtlinien und Lehrpläne Chemie für Gymnasien,
Sekundarstufe I, S. 52/53, S. 96).
Sekundarstufe II:
Integration in das Kursthema „Elektrochemie“.
Weiterhin können die Arbeitsblätter zur Vorbereitung einer Exkursion zur VAW Bonn bzw. für den Einstieg in das Thema
„Element Aluminium“ verwendet werden. Hierbei besteht für
Bonner Schüler wegen der Nähe zur VAW Bonn ein besonderer
Lebensweltbezug.
Das nachstehende Fließschema gibt einen Überblick über die Einsatzmöglichkeiten und die mögliche Abfolge der Kopiervorlagen:
Informationen, Bemerkungen, Lösungen
Vorbemerkung:
Auf die Behandlung der Aluminiumgewinnung aus Aluminiumoxid durch Schmelzflußelektrolyse wird im Rahmen dieser Materialien bewußt verzichtet, weil das Prinzip der Schmelzflußelektrolyse
konventioneller
Inhalt
fast
sämtlicher
Unterrichtswerke (für die Sekundarstufe I und II) ist. Umfangreiche Informationen zur Gewinnung von Aluminium durch
Schmelzflußelektrolyse findet man in Themenheften „Aluminium“ (PdN, Heft 8/35, 1986; NiU, Heft 37, 1988).
A. Bemerkungen zu den Kopiervorlagen
Ergänzung zu den Kopiervorlagen 2 und 3: Recycling von
Aluminiumschrott als Unterrichtsversuch
Der Werkstoff Aluminium eignet sich in bevorzugter Weise für
einen ökologischen Werkstoffkreislauf, weil er, wenn das
Aluminiummetall einmal erzeugt ist, nur mit jeweils ca. 5 % des
ursprünglichen Energieeinsatzes ohne Qualitätsverlust im
Kreislauf geführt werden kann. Da Aluminium in großen Men-
gen im Hausmüll anfällt, ist es sinnvoll, daß die Schüler die
Notwendigkeit der Verwertung von Aluminium aus Aluminiumschrott erkennen.
Die Rückgewinnung von Aluminiummetall aus Aluminiumschrott läßt sich mit einem einfachen Versuch veranschaulichen:
Versuch: Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumschrott:
Material:
Porzellantiegel, Porzellanschale, Dreifuß, Tondreieck, 2 Teclubrenner, Stativmaterial, Tiegelzange, Magnesiumstäbchen
Aluminiummaterial: Man benötigt 20 bis 50 g Aluminiumschrott
(Bleche, Folien, Verschlüsse, Deckel von Getränkedosen).
Flußmittel: In einer Porzellanschale werden Natriumchlorid (45
Gew.%), Kaliumchlorid (45 Gew.%) und Natriumfluorid (10
Gew.%) mit einem Spatellöffel gründlich durchmischt. Das Salzgemisch schmilzt bei 610 °C, die Schmelztemperatur von Aluminium liegt bei 660 °C.
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Didaktische Kopiervorlage
Bemerkungen
6
1
Durchführung:
Der Porzellantiegel wird auf einem Dreifuß in ein Tondreieck
gesetzt. Ein Teclubrenner wird unter dem Tiegel plaziert. Von
oben wird das Brennerrohr eines weiteren Brenners, der dazu in
ein Stativ eingespannt wird, schräg auf die Öffnung des Tiegels
gerichtet. Löffelweise wird das Flußmittelgemisch in den Tiegel
eingebracht und eingeschmolzen. Dann gibt man den Aluminiumschrott (vorher zusammengerollt oder -gedrückt) hinzu. Ab und
zu rührt man mit einem mit der Tiegelzange gefaßten Magnesiumstäbchen gut um. Nach ca. 10 Min. läßt man abkühlen. Der Tiegel
wird zerschlagen und das Aluminium entnommen.
B. Hilfen und Hinweise zur Beantwortung der Fragen und Aufgaben
Kopiervorlage 1
Aufgabe 3
Al kommt in der Natur nicht elementar, sondern in sehr beständigen
Verbindungen vor. Es kann nicht mit den bereits früh entwickelten
Reduktionsverfahren mit Koks (C) als Reduktionsmittel, die bei
der Herstellung von Eisen angewendet wurden, gewonnen werden.
Für die Reduktion sind Temperaturen über 2000°C erforderlich.
Dabei bildet sich in großen Mengen Aluminiumcarbid Al4C3.
Aufgabe 4
Al liegt im Erz nicht elementar, sondern gebunden vor.
Kopiervorlage 2
Aufgabe 1
Weitere Beispiele für die Verwendung von Al als Verpackungsmaterial:
Anwendung
TK-Gerichte
Eigenschaft von
Aluminium
Stabilität, chemische
Beständigkeit, Hitzebeständigkeit
Joghurtdeckel
Verschlußsicherheit
Kaffeeverpackung
Getränkedosen
Dichtigkeit
Geringes Gewicht,
Dichtigkeit, Verschlußsicherheit, Recyclingfähigkeit auf hohem
Niveau
erzielte Wirkung
sichere Aufbewahrung,
Schutz vor Frostbrand,
bequemes Garen in der
Alu-Form (Backofen
oder Mikrowelle), niedrige Transportkosten
Aromaschutz, Schutz
vor Eindringen von
Keimen
Aromaschutz
Schutz vor Keimen und
Aromaverlust, Ersparnis von Transportkosten, Bruchsicherheit
Aufgabe 3
Vorteile: geringes Gewicht (Einsparung von Treibstoffkosten)
und Korrosionsbeständigkeit
Nachteile:höherer Aufwand für die Al-Gewinnung, rechnet sich
im Sinne einer Ökobilanzierung nur bei konsequentem Recycling
Aufgaben 4/5/6 (Betriebskalkulation Anton Schnell)
70.000 km mit Last ergeben 11.900 DM Mehreinnahmen pro
Jahr, da jeweils eine t mehr transportiert werden kann.
Leerkilometer schlagen bei A. Schnell über die Treibstoffkosten
negativ zu Buche; bei einem Leergewicht, das um eine t verringert ist (Alu-Aufbau), errechnet sich eine Ersparnis von 540 x 6
DM = 3240 DM pro Jahr.
Nach 5 Jahren addieren sich die Mehreinnahmen und die
Treibstoffersparnis zu insgesamt 75.700 DM. Trotz der höheren
Anschaffungskosten des LKW mit Aluminiumaufbau ergibt sich
für A. Schnell eine um ca. 50.000 DM günstigere Bilanz.
Kopiervorlage 3
Aufgabe 1
Aluminium reagiert mit Sauerstoff zu Aluminiumoxid, das auf
der Oberfläche eine sehr feste, dichte Schicht bildet und so das
darunterliegende Metall vor weiterer Oxidation schützt. Der auf
der Eisenoberfläche gebildete Rost dagegen blättert ab, oder es
bildet sich eine poröse Schicht, durch die Wasser und Sauerstoff
die darunter liegende Metallschicht angreifen können.
Aufgabe 2
Aluminium reagiert wie Eisen mit Luftsauerstoff.
Aufgabe 3
Beim Schmirgeln erscheint das glänzende metallische Eisen
wieder. Die Aluminiumoberfläche bleibt matt und stumpf, da
sich die Oxidschicht nicht durch Schmirgeln entfernen läßt.
Zu Versuch 1
Das gebildete Gas ist Wasserstoff, der mit leichtem Knall oder
ruhig mit farbloser Flamme verbrennt.
Reaktionsgleichung: 2 Al + 6H+→ 2 Al3+ + 3 H2
Zu Versuch 2
Es wird ebenfalls Wasserstoff gebildet. (Reaktionsgleichung:
2 Al + 2OH- + 6 H2O → 2 [Al(OH)4]- + 3 H2
Aluminium reagiert mit Säuren und Laugen unter Wasserstoffentwicklung.
Zu Versuch 3
Es entweichen violette Dämpfe von Iod, und nach kurzer Zeit
entzündet sich das Gemisch und brennt mit gelber Flamme.
(Reaktionsgleichung: 2 Al + 3 I2 → 2 AlI3 )
Kopiervorlage 4
Zu Versuch 1
Das Aluminiumblech läßt sich an den eingetauchten (eloxierten)
Stellen weniger leicht mit Schmirgelpapier zerkratzen als an den
nicht eingetauchten (nicht eloxierten) Stellen. Während das Metall den elektrischen Strom gut leitet, ist Al2O3 ein schlechter
Leiter. Man berührt mit der (abgetrockneten) Kohleelektrode
das Aluminiumblech zunächst im oberen, nicht eloxierten, dann
im unteren, eloxierten Teil. In den Stromkreis ist ein Amperemeter (erst auf größeren Meßbereich einstellen) geschaltet. Die
angezeigte Stromstärke fällt beim Kontakt der Kohleelektrode
mit dem eloxierten im Vergleich zum nicht eloxierten Teil wesentlich geringer aus.
Bei der Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure entsteht an
der Kohleelektrode Wasserstoff. Am Aluminiumblech (Anode)
wird die dünne Oxidschicht durch anodische Oxidation auf ein
Vielfaches verstärkt. Die Eloxalschicht ist nach der Verdickung
hart und kann mechanisch nur schwer zerstört werden.
Beim Elektrolysevorgang fällt die Stromstärke allmählich stark
ab. An der Kathode (Kohleelektrode) entwickelt sich ein Gas
(Wasserstoff). An der Anode (Aluminiumblech) ist keine Gasentwicklung zu beobachten.
An der Kathode werden Elektronen auf Wassermoleküle übertragen nach: 2 H2O + 2e- → H2 + 2 OHAn der Anode laufen folgende Reaktionen ab:
a: 4 OH- → O2 + 2 H2O + 4eb: Al
→ Al3+ + 3 einsgesamt: 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
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Hintergrundinformationen zu . . .
VAW aluminium AG
Die VAW aluminium AG, ein Unternehmen der VIAG-Gruppe,
ist mit einem Umsatz von 5,9 Milliarden DM und 12.700 Mitarbeitern eine der führenden Aluminiumgesellschaften Europas
und Marktführer in Deutschland. Der Schwerpunkt der Marktaktivitäten liegt auf anspruchsvollen Aluminiumprodukten, die
eine hohe Wertschöpfung aufweisen. Das Unternehmen liefert
seine Produkte, vornehmlich Walzerzeugnisse, flexible Verpakkungen sowie Formgußteile für Motoren in die Zielmärkte Verpackung, Verkehr und Bau. Zur Versorgung der Verarbeitungsbetriebe greift VAW auf eine eigene Metallbasis zurück. Neben
der Konzernzentrale in Bonn befinden sich in näherer Umgebung noch die Werke in Neuss-Norf und Grevenbroich.
Aluminium als Verpackungsmaterial
Da Aluminium leicht, geschmacks- und geruchsneutral, unempfindlich gegenüber den meisten organischen Säuren mit hohem
Molekulargewicht und korrosionsbeständig ist, eignet es sich
besonders als Lebensmittelverpackung. Es bietet bei sparsamem
Materialeinsatz sicheren Schutz gegen Licht und Sauerstoff, Mikroorganismen, Fremdgeruch und Fremdstoffe sowie Feuchtigkeit. Es bewahrt das Füllgut vor Aromaverlust und chemischem
Abbau, verhindert den Zerfall von Wirkstoffen und die Diffusion flüchtiger Bestandteile. Aluminium ist häufiger Bestandteil
von Verbundmaterialien.
Recycling von Aluminium
Der Wert von gebrauchtem Aluminium hat seit jeher dazu geführt, daß ein hoher Anteil der Aluminiumschrotte wieder der
Produktion zugeführt wird. In Deutschland erzeugte die
Aluminiumsekundärwirtschaft im Jahre 1993 408.000 Jahrestonnen Sekundäraluminium aus Produktions- und Altschrotten.
Die Primärhersteller produzierten im gleichen Zeitraum 552.000
Jahrestonnen. Verkaufsverpackungen aus Aluminium werden
durch das Duale System gesammelt und sortiert. Bei der
Aluminiumsortierung hat man in letzter Zeit zunehmend von
manueller auf mechanische Sortierung umgestellt. Durch den
Einsatz von Wirbelstromabscheidern wird die Sortiereffizienz
gesteigert. Wirbelstromabscheider trennen auf physikalisch-mechanischem Weg automatisch Aluminiumverpackungen von den
übrigen Verpackungsmaterialien. Durch die Umstellung des Verfahrens wurde die Erfassung von Aluminiumabfällen von Juni
bis September 1994 von 1.000 Tonnen auf 1.800 Tonnen Aluminium gesteigert.
Aluminium im Fahrzeugbau
100 Kilogramm Gewichtsersparnis reduziert den Benzinverbrauch eines PKW zwischen 0,4 und 0,7 Liter auf 100 Kilometer. Heutzutage befinden sich bereits ca. 63 kg Aluminium im
PKW mit steigender Tendenz: Motor/Getriebe 50 %, Fahrwerk
30 %, Karosserie 15 %, Ausstattung 5%.
Mit über 31% am gesamten Aluminiumverbrauch ist der
Verkehrssektor in Deutschland Hauptabnehmer für Aluminium.
Die Aluminium-Recyclingquote im Bereich Verkehrswesen beträgt etwa 90 %. (Angaben: Duales System Deutschland GmbH)
Literatur:
[1] Themenheft „Aluminium“: PdN Heft 3/35, Aulis Verlag,
Deubner & CO KG, Köln 1986
[2] Themenheft „Aluminium“: NiU Heft 37, Friedrich Verlag,
Seelze 1988
Kontaktinformationen
1. Ansprechpartner und Informationsmaterial
VAW allgemein: VAW aluminium AG, Öffentlichkeitsarbeit, Postfach 2468, 53014 Bonn,
Tel.: 02 28 / 552 (02)-21 46, Fax: -21 20, Internet: http:\\www.VAW.DE
Forschung und Entwicklung: VAW aluminium AG, Forschung und Entwicklung, Postfach 2468,
53014 Bonn, Tel.: 02 28 / 552 (02)-23 68, Fax: -24 52
Ökologie: VAW aluminium AG, Ökologie, Postfach 2468, 53014 Bonn, Tel.: 02 28 / 552 (02)-23 84,
Fax: -20 17
Umwelt: VAW aluminium AG, Umwelt und Arbeitssicherheit, Postfach 2468, 53014 Bonn,
Tel.: 02 28 / 552 (02)-22 86, Fax: -2081
2. Betriebsbesichtigungen und Betriebspraktika
Führungen in der Forschung und Entwicklung werden auf Anfrage durchgeführt.
Kontaktadressen für Betriebsbesichtigungen in den Produktionsstandorten im Großraum Köln:
Elektrolyse und Gießerei: VAW aluminium AG, Postfach 101554, 41415 Neuss,
Tel.: 0 21 31 / 382-1, Fax: -690
Walzerzeugnisse: VAW aluminium AG, Postfach 100664, 41415 Neuss; Folie: Tel.: 0 21 81 / 66-14 56,
Fax: -1820; Lithographie: Tel.: 0 21 81 / 66-13 51, Fax: -11 80; Dose: Tel.: 0 21 81 / 66-13 83, Fax: -18 28;
Band: Tel.: 0 21 81 / 66-12 32, Fax: -17 72
Betriebspraktika: Interessenten für Betriebspraktika wenden sich bitte an: VAW aluminium AG, Personal,
Postfach 2468, 53014 Bonn, Tel.: 02 28 / 552 (02)-22 20, Fax: -24 47
3. Ausbildungsplätze, berufliche Möglichkeiten
Ausbildungsplätze: Industriekaufleute in der Konzernzentrale, Werkstoffprüfer und Gießereimechaniker
in der Forschung und Entwicklung. Die Produktionsstandorte bieten neben den o.g. Ausbildungen z.B.
Ausbildung zum Energieanlagenelektroniker, Verfahrensmechaniker und Industriemechaniker.
Berufliche Möglichkeiten: Neben den o.g. Ausbildungsberufen werden u.a. beschäftigt:
Chemielaboranten, Physiklaboranten, Chemisch-Technische Assistenten für Chemie, Technische Assistenten für Metallographie und Metallkunde, Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler für Metallkunde,
Hüttenwesen, Gießerei, Elektronik, Maschinenbau, Informatik, Mathematik, Chemie und Physik sowie
Juristen, Betriebswirte und Volkswirte.