Bauxit
Bauxit ist ein Sedimentgestein mit einem relativ hohen Aluminiumgehalt. Es ist die weltweit wichtigste Quelle für Aluminium und Gallium. Bauxit besteht hauptsächlich aus den Aluminiummineralen Gibbsit (Al(OH)3), Böhmit (γ-AlO(OH)) und Diaspore (α-AlO(OH)), vermischt mit den beiden Eisenoxiden Goethit (FeO(OH)) und Hämatit (Fe2O3), dem Aluminiumtonmineral Kaolinit (Al2Si2O5(OH)4) und geringen Mengen von Anatas (TiO2) und Ilmenit (FeTiO3 oder FeO.TiO2). Bauxit hat einen stumpfen Glanz und ist von rötlich-brauner, weißer oder hellbrauner Farbe. ⓘ
Im Jahr 1821 entdeckte der französische Geologe Pierre Berthier Bauxit in der Nähe des Dorfes Les Baux in der Provence, Südfrankreich. ⓘ
Formation
Es wurden zahlreiche Klassifizierungssysteme für Bauxit vorgeschlagen, aber bis 1982 gab es keinen Konsens. ⓘ
Vadász (1951) unterschied zwischen lateritischen Bauxiten (Silikat-Bauxiten) und Karst-Bauxit-Erzen (Karbonat-Bauxiten):
- Die Karbonatbauxite kommen vor allem in Europa, Guyana, Surinam und Jamaika über Karbonatgestein (Kalkstein und Dolomit) vor, wo sie durch lateritische Verwitterung und die restliche Anhäufung von eingelagerten Tonschichten entstanden sind - verstreute Tone, die sich bei der allmählichen Auflösung der umgebenden Kalksteine während der chemischen Verwitterung konzentriert haben.
- Lateritische Bauxite sind vor allem in den tropischen Ländern zu finden. Sie sind durch Lateritisierung verschiedener Silikatgesteine wie Granit, Gneis, Basalt, Syenit und Schiefer entstanden. Im Vergleich zu den eisenhaltigen Lateriten hängt die Bildung von Bauxiten noch stärker von intensiven Verwitterungsbedingungen an einem Standort mit sehr guter Entwässerung ab. Dies ermöglicht die Auflösung des Kaolinits und die Ausfällung des Gibbsits. Die Zonen mit dem höchsten Aluminiumgehalt befinden sich häufig unter einer eisenhaltigen Oberflächenschicht. Das Aluminiumhydroxid in den lateritischen Bauxitlagerstätten besteht fast ausschließlich aus Gibbsit. ⓘ
Im Fall von Jamaika wurde bei einer kürzlich durchgeführten Analyse der Böden ein erhöhter Cadmiumgehalt festgestellt, was darauf hindeutet, dass der Bauxit aus vulkanischen Ascheablagerungen aus dem Miozän stammt, die auf einen starken Vulkanismus in Mittelamerika zurückgehen. ⓘ
In den Geowissenschaften werden Lateritbauxite (Silikatbauxite) von den Karstbauxiten (Karbonatbauxite) unterschieden. Die schon früh entdeckten Karbonatbauxite liegen in Europa überwiegend über Karbonatgesteinen (Kalke und Dolomite), wo sie durch lateritische Verwitterung tonreicher Einlagerungen beziehungsweise tonreicher Lösungsrückstände entstanden. Die wirtschaftliche Bedeutung der Karbonatbauxite hat gegenüber den Lateritbauxiten stark abgenommen. ⓘ
Vorkommen und Gewinnung
Die bedeutendsten Förderländer (2020) sind Australien, Guinea, China, Brasilien, Indonesien und Indien. Kamerun hat mit neu entdeckten großen Vorkommen von 500 bis 700 Mio. t die Möglichkeit aufzuschließen. Weitere Vorkommen befinden sich unter anderem in Jamaika und Russland, zu Venezuela und Surinam gibt es gegenwärtig keine Daten. In Europa liegen die wichtigsten Abbaustätten in Griechenland, Bosnien-Herzegowina und Frankreich. Die aus heutiger Sicht wirtschaftlich bedeutendsten Bauxitvorkommen dürften den Bedarf auch bei steigender Produktion langfristig decken können. Bauxit wird überwiegend im Tagebau gefördert. Dabei sollen im noch unzureichend gehandhabten Idealfall die durch den Abbau freigesetzten Erdschichten sowie der bei der Weiterverarbeitung anfallende Rotschlamm im Sinne einer nachhaltigen, umweltgerechten Entwicklung zunächst zwischengelagert und später zur Rekultivierung verwendet werden. ⓘ
2017 betrug die weltweite Fördermenge 316 Millionen Tonnen. Die größten Produzenten waren Australien (89 Mio. Tonnen), China (69 Mio. Tonnen), Guinea (51 Mio. Tonnen), Brasilien (39 Mio. Tonnen), Indien (23 Mio. Tonnen) und Indonesien (4 Mio. Tonnen). In den folgenden Jahren bis 2020 stieg die Förderung zumeist, insbesondere in Guinea und Indonesien:
| Land | Förderung | Reserven ⓘ |
|---|---|---|
 Australien |
110,0 | 5.100 |
 Guinea |
82,0 | 7.400 |
 Volksrepublik China |
60,0 | 1.000 |
 Brasilien |
35,0 | 2.700 |
 Indonesien |
23,0 | 1.200 |
 Indien |
22,0 | 660 |
 Jamaika |
7,7 | 2.000 |
 Russland |
6,1 | 500 |
 Kasachstan |
5,8 | 160 |
 Saudi-Arabien |
4,0 | 190 |
 Vietnam |
4,0 | 3.700 |
 Malaysia |
0,5 | 170 |
| andere Länder | 11,0 | 4.900 |
| gesamte Welt | 371 | 30.000 |
Verarbeitung
Bauxit wird in der Regel im Tagebau abgebaut, da es fast immer in der Nähe der Oberfläche des Geländes vorkommt, mit wenig oder gar keinem Deckgebirge. Im Jahr 2010 werden etwa 70 % bis 80 % der weltweiten Trockenbauxitproduktion zunächst zu Tonerde und dann durch Elektrolyse zu Aluminium verarbeitet. Bauxitgestein wird in der Regel nach dem vorgesehenen Verwendungszweck klassifiziert: metallurgisch, abrasiv, zementiert, chemisch und feuerfest. ⓘ
Normalerweise wird Bauxiterz in einem Druckbehälter zusammen mit einer Natriumhydroxidlösung bei einer Temperatur von 150 bis 200 °C erhitzt. Bei diesen Temperaturen wird das Aluminium in Form von Natriumaluminat gelöst (Bayer-Verfahren). Die Aluminiumverbindungen im Bauxit können als Gibbsit (Al(OH)3), Böhmit (AlOOH) oder Diaspore (AlOOH) vorliegen; die verschiedenen Formen der Aluminiumkomponente bestimmen die Extraktionsbedingungen. Der ungelöste Abfall, Bauxit-Tailings, enthält nach der Extraktion der Aluminiumverbindungen Eisenoxide, Siliziumdioxid, Kalziumdioxid, Titandioxid und etwas nicht umgesetztes Aluminiumoxid. Nach Abtrennung des Rückstandes durch Filtration fällt beim Abkühlen der Flüssigkeit reiner Gibbsit aus, der dann mit feinkörnigem Aluminiumhydroxid versetzt wird. Der Gibbsit wird in der Regel durch Erhitzen in Drehrohröfen oder Flash-Calcinatoren auf eine Temperatur von über 1.000 °C (1.830 °F) in Aluminiumoxid (Al2O3) umgewandelt. Dieses Aluminiumoxid wird bei einer Temperatur von etwa 960 °C (1.760 °F) in geschmolzenem Kryolith aufgelöst. Aus dieser geschmolzenen Substanz kann dann durch Durchleiten von elektrischem Strom im Rahmen der Elektrolyse metallisches Aluminium gewonnen werden, was als Hall-Héroult-Verfahren bezeichnet wird, benannt nach seinen amerikanischen und französischen Entdeckern. ⓘ
Vor der Erfindung dieses Verfahrens und vor dem Deville-Prozess wurde Aluminiumerz durch Erhitzen des Erzes zusammen mit elementarem Natrium oder Kalium im Vakuum raffiniert. Das Verfahren war kompliziert und verbrauchte Materialien, die zu jener Zeit selbst teuer waren. Dies machte das frühe elementare Aluminium teurer als Gold. ⓘ
Aus etwa 95 % des abgebauten Bauxits wird Aluminium produziert. Geringe Mengen dienen bei günstiger Zusammensetzung der Herstellung von Al-Chemikalien und Schleifmitteln. Eisenarme Varietäten werden als gesinterter Rohstoff in feuerfesten Werkstoffen eingesetzt. Durch den Sinterprozess (Sintern) entwässert Bauxit vollständig und wird in α-Korund umgewandelt. Ein Nebenprodukt der Aluminiumgewinnung ist Gallium. ⓘ
Allein bei dieser Reduktionsreaktion, die bei einer Spannung von etwa 5 Volt mit einer Anode aus Kohlenstoff stattfindet, werden pro kg Aluminium knapp 15 kWh Strom benötigt und rund 1,22 kg CO2 gebildet. Die Wiederaufbereitung von recyceltem Aluminium benötigt danach nur rund 5 % dieser elektrischen Energie. ⓘ
Geschichte
1821 entdeckte der französische Geologe Pierre Berthier in der südfranzösischen Ortschaft Les Baux-de-Provence das Gestein Bauxit, welches nach seiner Typlokalität benannt ist. ⓘ
In Österreich wurde über 80 Jahre lang bis 1964 bei Unterlaussa im Gebiet des heutigen Nationalparks Kalkalpen Bauxit abgebaut. Weitere Vorkommen gab es in Glanegg in Kärnten sowie in Großgmain in Salzburg. ⓘ
Produktion und Reserven
Australien ist der größte Produzent von Bauxit, gefolgt von China. Die zunehmende Wiederverwertung von Aluminium, die den Vorteil hat, dass die Stromkosten bei der Aluminiumherstellung gesenkt werden, wird die weltweiten Bauxitreserven erheblich vergrößern. ⓘ
Liste der Länder nach Bauxitproduktion ⓘ
Sicherheit im Seeverkehr
Als Massengut ist Bauxit eine Ladung der Gruppe A, die sich bei übermäßiger Feuchtigkeit verflüssigen kann. Die Verflüssigung und der Effekt der freien Oberfläche können dazu führen, dass sich die Ladung im Laderaum schnell verschiebt und das Schiff instabil wird, wodurch es sinken könnte. Ein solches Schiff, das vermutlich aufgrund dieses Problems gesunken ist, war die MS Bulk Jupiter im Jahr 2015. Eine Methode, mit der dieser Effekt nachgewiesen werden kann, ist der Can-Test, bei dem eine Probe des Materials in eine zylindrische Dose gegeben und mehrmals gegen eine Oberfläche geschlagen wird. Wenn sich in der Dose ein feuchter Schlamm bildet, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Ladung verflüssigt. Aber auch wenn die Probe trocken bleibt, ist das kein schlüssiger Beweis dafür, dass sie so bleibt oder dass sie sicher verladen werden kann. ⓘ
Quelle von Gallium
Bauxit ist die Hauptquelle für das seltene Metall Gallium. ⓘ
Bei der Verarbeitung von Bauxit zu Tonerde nach dem Bayer-Verfahren reichert sich Gallium in der Natronlauge an. Daraus kann es mit verschiedenen Methoden extrahiert werden. Die neueste Methode ist die Verwendung von Ionenaustauscherharz. Die erzielbare Extraktionsleistung hängt entscheidend von der ursprünglichen Konzentration im Einsatzmaterial Bauxit ab. Bei einer typischen Einsatzkonzentration von 50 ppm sind etwa 15 % des enthaltenen Galliums extrahierbar. Der Rest geht in den Rotschlamm und die Aluminiumhydroxidströme über. ⓘ