Thermit

Thermit

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte Prof. Dr. Hans Goldschmidt in Essen die technische Gewinnung von Schwermetallen aus ihren Oxiden durch die Oxidation von Aluminium. Thermit ist ein gemisch aus Eisen(III)-oxid und Aluminium-Pulver. Dieser aluminothermische Vorgang wurde fortan „Goldschmidt“- oder Thermit-Prozeß genannt. Diese von Goldschmidt entwickelte Reaktion läuft in wenigen Sekunden unter starker Wärmeentwicklung ab. Seine größte Verbreitung hat das Thermit Schweißverfahren wegen seiner einfachen und von äußerlichen Energiequellen unabhängigen Ausführung bei der Schienenschweißung gefunden.

Chemische Reaktion

Die Thermitreaktion ist eine Redoxreaktion, bei der Aluminium als Reduktionsmittel benutzt wird, um Eisen(III)-oxid zu Eisen reduzieren. Das unedlere Aluminum reduziert das Eisen(III)-oxid zum Elementarischen Eisen und wird dabei zum Aluminiumoxid. (Redoxreaktion) Die Reaktion läuft sehr stark exotherm ab. Die Reaktionsprodukte sind Aluminiumoxid und elementarisches Eisen.

Fe2O3 + Al -> 2Fe + Al2O3

Gefahren

Die Ursprungsprodukte sind bei Raumtemperatur stabil, sie können sich entzünden, falls sie einer genügend großen Aktivierungsenergie ausgesetzt werden. Der Brennvorgang ist eine Stak exotherme Reaktion (bis zu 2500°C), Die Produkte werden somit aufgrund der erreichten Temperatur flüssig.

Da brennendes Thermit kein externen Sauerstoff benötigt, kann die reaktion nicht erstickt werden und in jeder Umgebung- auch unter Sand und Wasser- gezündet werden und weiter brennen.

Löschversuche mit Wasser sowie Feuchtigkeit führen zur Dissoziation von Wasser und erzeugen Knallgas

2H2O -> 2H2 + O2

Anwendungen

Thermit wird seit etwa 1920 zum aluminothermischen Schweißen und Fügen von Bahngleisen an den Schienenstößen angewendet.

Der Thermit-Prozeß läuft ab, wenn eine Mischung aus Eisenoxid und fein verteilten Aluminium in einem Tiegel zur Entzündung gebracht wird. Die entstehende chemische Reaktion (Umsetzung) liefert flüssiges Eisen und flüssige Aluminium-Schlacke (Korund), die beide eine Temperatur von 2450°C haben. Das flüssige Eisen wird im Entstehungszustand durch Auflegierung zu Thermit-Stahl hoher Qualität veredelt der sich im unteren Teil des Tiegels sammelt. Die aluminothermische Schlacke schwimmt wegen ihres geringen Gewichtes auf dem Thermit-Stahl. Nach einer geringen Wartezeit nach Ablauf der Umsetzung wird der Tiegel abgestochen. Der flüssige Stahl wird hauptsächlich für das Schweißen von großen Werkstücken und besonders von Schienen verwendet. Nach dem Einbringen der Bodenabdichtung in die Formhälften werden diese in die Haltebleche gelegt und mit dem Universalspanngerät mittig über der Schweißlücke mit den T-Schrauben angespannt. Nach der Beendigung der Umsetzung und nach Ablauf der Wartezeit kann der flüssige Thermit-Stahl über die Sandriegel laufen und verteilt sich von dort durch die Kanäle in die Formhohlräume, wo er die Randzonen der Schienen auflöst, sich mit diesem Stahl vermischt und durch die Erstarrung der Schienen verschweißt. Nach etwa 3-4 Minuten ist der Stahl in der Form erstarrt. Nach dieser Wartezeit werden die Formhaltebleche bei jeder Schienenform vorsichtig abgenommen.

Abgrenzung

Das Thermitschweißen wird heute oft durch das effektivere Abbrennstumpfschweißverfahren ersetzt, welches jedoch einen höheren Geräteaufwand erfordert. Das Thermitverfahren hat nichts mit der Sauerstofflanze zu tun. Bei dieser erfolgt eine exotherme Eisen-Oxidation mithilfe von Sauerstoffgas.

== Herstellung anderer Metalle ==

Die Redoxreaktion mit Aluminium kann auch verwendet werden, um andere Metalleoxide oder –Erze, etwa Uranerz, Chromoxid,, Siliziumdioxid oder Manganoxid zu den Jeweiligen Metallen reduzieren.