Metalle: Eigenschaften, Gewinnung und Anwendungen

Magnesium

Mineralien: Magnesium-Silikate

Herstellungsprozess

• Wärmebehandlung: Erhitzen im elektrischen Ofen bei hohen Temperaturen zu Magnesium-Metall.
• Elektrolyse: Umwandlung von Magnesiumchlorid durch Elektrolyse in Magnesium.

Eigenschaften

Strahlendes Weiß, sehr leicht, weich, dehnbar, wenig verformbar, unveränderlich in trockener Luft. In feuchter Luft korrodiert es; als Pulver reagiert es mit O₂.

Anwendungen

Pyrotechnik, Reduktionsmittel, feuerfeste Öfen, Landwirtschaft, chemische Industrie, Bauwesen, Sport.

Legierungen

• Ultraleichtlegierungen: Mn + Zn + Al + Mg
• Magnalium: Mg + Al

Titan

Minerale: Rutil und Ilmenit

Produktionsprozess

Chlorierung – Reduktion – Schmelzen im Elektroofen – Titan-Barren.

Eigenschaften

Weiß, plättchenförmig, glänzend, leicht, sehr hart, große mechanische Beständigkeit, teilweise oxidiert, sehr korrosionsbeständig, säurebeständig.

Anwendungen

Luft- und Raumfahrtindustrie, Schneidwerkzeuge, Rohre und Behälter, Kunststoffpigmente und Lacke, orthopädische Prothesen, Zahnimplantate.

Legierungen

• Titankarbid: Feuerfest, für Turbinen geeignet.
• Hartmetall: Ti + Co + N + Ilmenit (für Schärfe).

Quecksilber (Mercurio)

Mineralstoffe: Zinnober

Prozess

Rösten – Kondensation – flüssiges Quecksilber (Hg).

Eigenschaften

Flüssig, hellsilbern, sehr hohe Dichte, guter elektrischer Leiter, hoher Wärmeausdehnungskoeffizient, löst die meisten Metalle.

Anwendungen

Extraktion von Gold (Au) und Silber (Ag), Thermometer und Barometer, Quecksilber-Amalgam (Zahnmedizin), Leuchtstoffröhren, Knopfzellen. Hinweis: Mögliche Vergiftungsgefahr.

Legierungen

Amalgame

Wolfram (Tungsten)

Mineralstoffe: Wolframit

Prozess

Mineralien werden mit Na₂CO₃ verschmolzen, das lösliche Oxid wird mit HCl zu W reduziert.

Eigenschaften

Stahlgraue Farbe, sehr hart, sehr gute elektrische Leitfähigkeit, Dehnbarkeit, Beständigkeit gegen Säuren, extrem hoher Schmelzpunkt (> 3000 °C).

Anwendungen

Glühlampenfäden, Widerstände für Öfen, Zündkerzen, elektrische Kontakte.

Legierungen

• Wolframkarbid (C + W): Schneidwerkzeuge.
• Magnetstahl: Inmantierte Stähle.

Chrom

Mineral: Krokoit (Croquita)

Prozess

Goldschmidt-Verfahren: Reduktion durch Rösten zu Ferrochrom – Elektrolyse – Chrom.

Eigenschaften

Glänzend, spröde, kristalline Struktur, sehr hart, verträgt hohe Temperaturen.

Anwendungen

Pigmente, Eloxieren von Aluminium.

Legierungen

Chromstähle, rostfreie Stähle.

Nickel

Minerale: Niquelina (Rotnickelkies) und Garnierit

Prozess

Brechen und Mahlen – Trennung von Schwefel – Rösten – Reduktion – Raffination.

Eigenschaften

Weiß, mäßig hart, zäh, dehnbar, formbar, ferromagnetisch, sehr widerstandsfähig gegen Korrosion.

Anwendungen

Stahlplatten, Beschichtungen, Küchenwerkzeuge, Schiffsmotoren, Akkus.

Legierungen

Nichrom, Invar, Kupfer-Nickel.

Zink (Cinc)

Mineral: Sphalerit (Zinkblende)

Prozess

• Trockener Weg: Rösten – Reduktion – Raffination.
• Nasser Weg: Lösung in H₂SO₄ – Elektrolyse.

Eigenschaften

Blaugraue Farbe, spröde im kalten Zustand, relativ weich. Es bildet eine schützende Oxidschicht, ist jedoch nicht beständig gegen Säuren und Laugen.

Anwendungen

Dachbleche, Sanitärinstallationen, Dachrinnen, Verzinken, Batterien.

Legierungen

Messing und Neusilber.

Zinn

Mineral: Kassiterit (Zinnstein)

Prozess

Schreddern – Rösten – Reduktion – Raffination.

Eigenschaften

Strahlendes Weiß, sehr weich, leicht verformbar, sehr dehnbar, witterungsbeständig, sehr beständig gegen Säuren.

Anwendungen

Alufolie, Verzinnung, Polieren von Steinen, Gemälde, Landwirtschaft, Kunststoffe.

Legierungen

Weißmetall-Lager, Lötzinn (Pb + Sn).

Blei (Lead)

Mineral: Bleiglanz (Galenit)

Prozess

Reduktion zu Rohblei – elektrolytische Raffination.

Eigenschaften

Silbergrau, sehr weich, zerbrechlich, hohe Dichte, schlechter Leiter, flexibel, formbar, Affinität zu O₂, resistent gegen Säurekorrosion, undurchsichtig für elektromagnetische Strahlung.

Anwendungen

Abschirmung (Röntgenstrahlen), Rohre (historisch), Batterien und Akkumulatoren, Zusatz für Glaslinsen.

Legierungen

• Sn + Pb
• Pb + Sn + Sb (erhöhte Härte)

Krankheit: Bleivergiftung (Saturnismus).

Kupfer (Cobre)

Minerale: Cuprit, Malachit, Pyrit, gediegenes Kupfer

Prozess

• Nassverfahren: Eintauchen in Schwefelsäure – Elektrolyse (bei < 10 % Cu-Gehalt).
• Trockenverfahren: (> 10 % Cu-Gehalt) Schreddern – Trennung von Erz und Gangart – Rösten – Reduktion – Raffination.

Eigenschaften

Weich, dehnbar, formbar, sehr guter Leiter.

Anwendungen

Rohre, Kessel, elektrische Leitungen, Legierungen.

Legierungen

Messing, Bronze, Kupfer-Nickel, Aluminiumbronze, Neusilber.

Aluminium

Erz: Bauxit

Prozess (Bayer-Verfahren)

1. Gewinnung von Aluminiumoxid: Schreddern – Mischung mit Kalk, Soda und Wasserdampf – Dekantieren.
2. Elektrolytische Raffination: Schmelzen mit Kryolith – Elektrolyse zu Aluminium.

Eigenschaften

Silberfarben, sehr weich, geschmeidig, formbar, guter elektrischer Leiter, niedrige Dichte, korrosionsbeständig, gut lötbar.

Anwendungen

Elektrische Leitungen, Schreinereiarbeiten (Türen und Fenster), Luftfahrt, Alufolie.

Legierungen

Aluminiumbronze, Duraluminium (Al + Cu), Al + Mg, Al + Si, Alnico (Al + Ni + Co).