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Abb. 1.45
Abstich an einem Hochofen. © Getty Images/iStockphoto.
Spannung ist so gewählt, dass Kupfer elektrisch oxidiert wird, als
Cu
+
durch die Lösung wandert und an der Kathode wieder elek-
trisch reduziert wird, während andere Metalle in der Lösung
bleiben oder im Fall von edleren Metallen nicht oxidiert werden
und sich unter der Anode als sogenannter Anodenschlamm
ansammeln. Im Anodenschlamm reichern sich Gold, Silber und
Platingruppenelemente sowie Selen und Tellur an. Diese Metalle
können als Nebenprodukte gewonnen werden. Elektrolyse ist
auch der letzte Schritt, wenn geeignete Kupfererze durch Lau-
gung und Lösungsmittelextraktion (siehe oben) aufbereitet wur-
den. Auch Nickel, Blei und Silber werden durch elektrolytische
Raffination gereinigt.
Zink hat die Besonderheit, dass der Siedepunkt mit 907 °C so
niedrig ist, dass es in einem normalen Ofen verdampft. Es kann
in einer Retorte (»Muffel«) abdestilliert werden, oder man laugt
es mit Schwefelsäure aus und gewinnt es durch Elektrolyse.
Bei der Aluminiumproduktion (
.
Abb. 1.46
) wird die Elek-
trolyse nicht in einer wässrigen Lösung, sondern in einer etwa
950 °C heißen Schmelze durchgeführt (Hall-Héroult-Prozess,
Schmelzflusselektrolyse
). Zunächst wird das Aluminiumerz
Bauxit in heißer konzentrierter Natronlauge gelöst (Bayer-Ver-
fahren), wobei Eisenoxide und andere Verunreinigungen zu-
rückbleiben. Beim Abkühlen und Verdünnen der Lauge fällt
reines Aluminiumhydroxid aus, das in einem Drehofen bei mehr
als 1200 °C zu Aluminiumoxid gebrannt wird. Zur Elektrolyse
wird dieses zusammen mit Kryolith (Na
3
AlF
6
) in eine große
Wanne gefüllt, wobei der Anteil von Kryolith 80-90 % beträgt.
Heute wird ausschließlich synthetisch erzeugter Kryolith ver-
wendet, während dieser früher von Ivigtut (Grönland) stammte
(
7
Abschn. 3.12
). Kryolith hat die Aufgabe, den extrem hohen
Schmelzpunkt von Aluminiumoxid (2050 °C) auf die eutektische
Temperatur (vgl.
7
Kasten 3.3
) der Mischung von nur 950 °C
herabzusetzen. Sobald das Material aufgeschmolzen ist, werden
als Anode dienende Grafitelektroden in die Schmelze abgesenkt,
der Boden der Wanne ist mit Grafit ausgekleidet und dient
als Kathode. Das Aluminiumoxid der Schmelze nimmt an der
Kathode Elektronen auf und wird so zu flüssigem Aluminium
reduziert, das sich auf dem Boden der Wanne ansammelt. Der an
der Anode freigesetzte Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff
zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Im Abgas ist auch vom
Kryolith freigesetztes HF enthalten. Der Energiebedarf der
Aluminiumproduktion ist so hoch, dass Aluminiumhütten vor
allem in Regionen mit geringen Strompreisen angesiedelt sind.
CO
2
, CO, HF
O
2−
+ C → CO + 2 e
−
2 O
2−
+ C → CO
2
+ 4 e
−
Al
3+
+ 3 e
−
→ Al
+
+
+
+
+
Kryolith-Aluminiumoxid-Schmelze
Aluminiumschmelze
−
−
−
−
Abb. 1.46
Aluminium wird durch Elektrolyse in einer 950 °C heißen
Kryolith-Aluminiumoxid-Schmelze erzeugt, wobei Kryolith (Na
3
AlF
6
)
zur Herabsetzung des Schmelzpunkts dient. Die Elektroden be-
stehen aus Grafit. An der Kathode nimmt Al
3+
Elektronen auf und
wird dadurch zu Aluminium reduziert, das sich als Schmelze am
Boden ansammelt. Der Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff der
Anoden zu CO und CO
2
.
