Den lätta mirakelmetallen

Åtta procent av jordskorpan består av aluminium. Det gör ­aluminium till det tredje vanligaste grundämnet på jorden efter syre och kisel.

Aluminium finns i lerjordar praktiskt taget överallt. Den högsta aluminiumhalten, 50–60 procent, finner man i bauxit, ett mineral som fått sitt namn efter byn les Baux i Provence i Sydfrankrike.

Att bauxiten innehöll en dittills okänd metall stod klart för kemisterna vid 1800-talets början. Man kände dess oxid, salter och andra kemiska föreningar. Men att locka fram metallen själv gick man bet på.

Ett av den okända metallens salter kal­lades alun och var känt sedan medeltiden. Alun användes dels för garvning av hudar, dels för betning av garn inför färgning. Alun hade också blodstillande egenskaper, och alla barberare hade en bit alun till hands om blodvite skulle uppstå vid rakningen.

Alun hade stort värde. I Andrarum väster om Tomelilla bröts alunskiffer. Skiffern brändes och lakades sedan ut i bassänger tills man kunde indunsta ren alun. Produktionen pågick ända till 1912.

Kemisten Humphrey Davy på Royal Institution i London hade i början av 1800-talet lyckats renframställa alkalimetallerna kalium, natrium och kalcium med hjälp av elektrolys. Men aluminium lyckades han inte med, trots att han använde en volta­stapel med hela 1 000 celler.

I stället blev det dansken Hans Christian Ørsted (han som upptäckte sambandet mellan elektricitet och magnetism) som först lyckades reducera aluminiumoxid. Han använde kaliummetall som reduktionsmedel och lät reaktionen ske i kvicksilver. Aluminiummetall bildades i form av amalgam. Kvicksilvret ångades sedan bort, och den rena (nåja) aluminiummetallen återstod.

Ørsted ville uppkalla metallen efter leran där den fanns, men det blev inget av den saken. I stället fick den namn efter alum, latin för alun.

Rostfritt

Aluminium är ju känt som en metall som står emot korrosion. Den rostar inte som exempelvis järn. Men aluminium är faktiskt ett mycket reaktivt ämne, och det är därför som metallen är så svår att renframställa. Lyckligtvis bildas i luft en tunn hinna av aluminiumoxid på metallytan som skyddar mot fortsatta angrepp.

Fransmannen Henri Saint-Claire Deville lyckades 1854 reducera aluminiumklorid med hjälp av rent natrium. Nu kunde mindre föremål formas av rent aluminium.

Det sägs att danske kung Fredrik VII förärades en hjälm av aluminium, och att den nyfödde franske tronpretendenten fick en skallra av aluminium i dopgåva. Kejsar Napoleon III bjöd sina finaste gäster att äta med aluminiumbestick från aluminiumtallrikar. De andra fick nöja sig med vanliga guldtallrikar. Aluminium var världens dyraste och mest exklusiva metall.

Så var läget fram till 1880-talet. Många kemister ansåg att det borde gå att få fram aluminium elektrolytiskt om man bara kunde smälta oxiden, men tyvärr var smältpunkten alldeles för hög, ungefär 2 500 grader. Och vad skulle man då använda för kärl och elektroder i processen?

Dödläget bröts av amerikanen Charles M Hall och fransmannen Paul Héroult år 1886. Oberoende av varandra upptäckte de att aluminiumoxid löser sig i en smälta av kryolit, ett mineral som upptäckts på Grönland och använts vid sodatillverkning. Och kryolit smälter redan vid 900 grader. (Kryolit betyder för övrigt kall sten efter grekiska kryos, kall, och lithos, sten.)

I Hall-Héroult-processen används själva ugnen som katod och anoder av grafit sticker ner i smältan. Det går åt enorma mängder ström för att reducera oxiden, men smält aluminiummetall sjunker prydligt ner i ugnens botten och kan enkelt tappas av eftersom aluminium smälter vid 660 grader.

Aluminium kunde nu produceras kommersiellt till hyfsat pris. För att fira detta utfördes skulpturen Eros på Piccadilly Circus i rent aluminium.

Hall-Héroult-processen och den växande efterfrågan på aluminium innebar att det blev stor efterfrågan på kryolit, och en gruva öppnades på sydvästra Grönland. Den stängdes dock 1987, eftersom industrin hade gått över till att använda syntetisk kryolit.

Ett problem med processen är att anoderna förbrukas. Grafiten förgasas successivt och går bort som koldioxid, vilket innebär att anoderna hela tiden måste bytas.

En norsk ingenjör vid namn Carl Wilhelm Søderberg, 1876–1955, fann på råd. Han utvecklade ett system där anoden byggdes på upptill under processens gång. Nya bitar av järnrör svetsades på efter hand och fylldes med grafit som bakades samman med stenkolstjära.

Eftersom enorma mängder ström går åt för aluminiumproduktion är det energikostnaden som bestämmer metallens pris. Därför produceras aluminium oftast på platser där det finns tillgång till billig elektricitet. Exempelvis på Island och i Norge, som har gott om vattenkraft, och i Förenade Arabemiraten, som har gott om naturgas. Bauxit skeppas in, och färdigt aluminium skeppas ut. Det låga oljepriset gör att aluminiumverken just nu gör stora vinster.

Som alla stora industriprocesser ställer aluminiumverk till med miljöproblem. Ett av dem är att anoderna förbrukas och förvandlas till en rad obehagliga gaser och fluorhaltiga kolväten, freoner, som inte alls är bra ur klimatsynpunkt.

Boktips

Den svenske författaren, chalmeristen, teknologie doktorn och före detta företagsledaren Lennart Ramberg har skrivit en spännande teknothriller om den saken. Boken heter Kyoto och fjärilarna och kom 2007. Här får man bland annat lära sig att man inte bör ta misshagliga miljövänner av daga genom att slänga ner dem i en aluminiumsmältugn. I alla fall inte om de har guldlänkar runt handlederna. Guldet kommer nämligen ut tillsammans med aluminiumet, och bildar gula strimmor när metallen valsats till folie.

Man bör också se till att liket inte har ett armbandsur av titan, för det kommer att flyta omkring på smältan mer eller mindre intakt.

En annan spännande bok där aluminiumproduktion ingår är Peter Høegs Fröken Smillas känsla för snö. Den kom 1992, och blev en internationell bästsäljare när den översatts till engelska.

Här är det mineralet kryolit som står i centrum för mystiska händelser och dolska intriger. Vi får i bokens slutskede följa med till den nedlagda kryolitgruvan i Ivittuut på sydvästra Grönland.

Om detta, och om en rad andra nedslag i kemihistorien, kan man läsa i Lars Öhrströms nyutkomna bok Den siste alkemisten i Paris.

Vem alkemisten i fråga är tänker jag inte avslöja, bara att han var en berömd svensk författare.