- Charles Martin Hall
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Charles Martin Hall (* 6. Dezember 1863 in Thompson (Ohio); † 27. Dezember 1914 in Daytona, Florida) war ein amerikanischer Erfinder, Ingenieur und Unternehmer. Er wurde bekannt durch seine Entdeckung einer kostengünstigen Methode zur Herstellung von Aluminium.
Inhaltsverzeichnis
Leben
Die frühen Jahre
Charles Hall wurde als Sohn von Reverend Herman Bassett Hall und von Sophronia H. Brooks geboren. Er hatte einen Bruder und drei Schwestern, wovon eine in der Kindheit starb. Seine Familie zog im Jahr 1873 nach Oberlin (Ohio) und Charles besuchte dort die Oberlin High School. Im Jahr 1880 schrieb sich der nunmehrige Student in das Oberlin College, wo er 1885 den Grad eines Bachelor of Arts erhielt. Seine Interessenschwerpunkte waren Naturwissenschaften.
Hall wurde zu seinen wissenschaftlichen Experimenten durch Ideen und Materialien seines Chemie-Professors Frank Fanning Jewett (1844-1926) angeregt. Dessen Bemerkung, wer ein günstiges Verfahren zur Aluminiumherstellung finde, könne reich werden, ließ den Studenten hellhörig werden. Ob sich dieser gerne erzählte Vorgang ereignet hat, ist allerdings unsicher.
Charles führte seine Versuche in einem hinter dem Haus seiner Familie gelegenen Holzschuppen durch. Sowohl das Jewett Haus wie das Hall Haus gibt es in Oberlin noch, nur der Holzschuppen wurde vor langer Zeit abgerissen. Im Oberlin Heritage-Center im Jewett Haus enthält die Ausstellung Aluminium: The Oberlin Connection jedoch einen Nachbau des Holzschuppen-Experiments von 1886.
Die späteren Jahre
Hall setzte die Forschungen und Entwicklungen nach seiner erfolgreichen Aluminium-Gewinnung bis zum Tod fort und ihm wurden 22 US-Patente, die meisten zur Aluminiumproduktion, bewilligt. Er gehörte dem Oberlin College Board of Trustees an, einem Überwachungsausschuss seiner Hochschule. Charles Hall war Vizepräsident der Alcoa bis zu seinem Tod, der ihn 1914 in Daytona, Florida, ereilte. Der Erfinder starb unverheiratet und kinderlos und wurde im Woodland Cemetery in Oberlin begraben.
Eine Vorliebe für Aluminium
Das Umfeld
Aluminium kommt in der Erdkruste als zweithäufigstes Nichteisenmetall nach Silicium vor, jedoch nicht in einer reinen Form. Auf Aluminium wurde man im Jahre 1808 nach Forschungsarbeiten von Sir Humphry Davy aufmerksam. Er scheiterte jedoch beim Bemühen, diesen Stoff, den er alumium nannte, aus seinen Verbindungen zu isolieren. Das gelang dem dänischen Chemiker Hans Christian Ørsted im Jahr 1825 aus Tonerde. Die Menge war winzig, das Metall unrein. Im Jahr 1827 glückte es Friedrich Wöhler, erstmals Aluminium in reinem Zustand herzustellen, doch auch hier nur mit geringer Ausbeute. Das Metall war zu jener Zeit in seinem Preis wesentlich teurer als Gold. Diese Kostbarkeit weckte den Wunsch einzelner Adliger, daraus angefertigte Gegenstände zu besitzen.
Im Jahr 1846 ging der Franzose Henri Etienne Sainte-Claire Deville daran, den Herstellungsprozess Wöhlers zu verfeinern, produzierte Aluminium ab 1854 und gab seine Erkenntnisse im Jahre 1859 in Buchform heraus. Kaiser Napoléon III. beauftragte seine Wissenschaftler, über Möglichkeiten für eine Gewinnung des Stoffes in größeren Mengen nachzudenken. Das aufwendige chemische Verfahren Devilles gestattete im Jahr 1857 eine Jahresproduktion von etwa 750 Kilogramm, die nur in Frankreich stattfand.
Die Erfindung
Halls Überlegungen kreisten um die von Humphry Davy beschriebene Schmelzanalyse. Er machte sich auf die Suche, ob es eine Möglichkeit gab, die nur bei hohen Temperaturen schmelzbare Tonerde, aus der das Aluminium zu gewinnen war, leichter zum Schmelzen zu bringen. Im Jahr nach seinem Hochschulabschluss wagte er die ersten Experimente. Er musste die meisten seiner Apparate selbst fabrizieren und seine Chemikalien vorbereiten. Dabei wurde er von seiner älteren Schwester Julia Hall unterstützt.
Bei seinen Experimenten fand Charles Hall heraus, dass sich bei Zugabe von Kryolith zu Aluminiumoxid der Schmelzpunkt von etwa 2050 °C (für reines Aluminiumoxid) auf etwa 950 °C herabsetzen ließ. Seine grundlegende Erfindung führte deshalb elektrischen Strom durch ein Bad, in dem sich Aluminiumoxid-Tonerde und Kryolith befanden. Dadurch bildete sich quasi eine Pfütze von Aluminium auf der Unterseite der Retorte.
Hall produzierte die ersten Proben des reinen Metalls nach seiner Versuchsanordnung am 23. Februar 1886, nach einigen Jahren der intensiven Arbeit. Erst konnte er nur reine Aluminiumkügelchen herstellen, doch machte er mit seinen Versuchen weiter, bis ihm einige Barren gelangen. Am 9. Juli 1886 beantragte Hall sein erstes Patent für das von ihm getestete Verfahren.
Doch stellte sich nach mehreren Wochen heraus, dass dieser Prozess fast zur gleichen Zeit auch vom Franzosen Paul Héroult entdeckt worden war. Auch er erhielt in seinem Land ein Patent. Beide Erfinder wussten nichts voneinander. Daher gab es zwischen beiden zunächst juristische Streitigkeiten, doch sie einigten sich schließlich. Der Herstellungsvorgang wurde zu beider Ehren später als Hall-Héroult-Prozess bezeichnet. Héroult stieß in Frankreich auf Desinteresse an der Verwertung seiner Erfindung und tat sich deshalb mit drei Industriellen in der Schweiz zusammen.
Wirtschaftlicher Erfolg
Nachdem er zu Hause keine Geldgeber für das Verwerten seiner Neuerung finden konnte, ging Charles Hall nach Pittsburgh, wo er Kontakte zu dem bekannten Metallurgen Alfred E. Hunt knüpfte. Sie gründeten 1888 mit anderen Industriellen die Reduction Company of Pittsburgh, welche erst ein kleines Werk und nach dessen Erfolg breit angelegte Betriebe zur Aluminiumproduktion aufmachte. Die Reduction Company wurde ab 1907 zur Aluminum Company of America und später - unter ihrer Abkürzung - zur Alcoa. Sie hatte lange Zeit ein Monopol auf ihrem Sektor inne.
Hall war ein Hauptaktionär und wurde reich. 1907 betrieb die Gesellschaft Bauxitminen in Arkansas, eine Raffinerie in Illinois und drei Aluminiumhüttenwerke in New York und Kanada. Alcoa ist heute weltweit Marktführer.
Der Hall-Héroult-Prozess ließ den Preis für Aluminium um den Faktor 200 fallen und machte es für den praktischen Gebrauch erschwinglich. Bis zum Jahr 1900 stieg die jährliche Produktion auf ungefähr achttausend Tonnen. Heute wird mehr an Aluminium produziert als an allen anderen Nichteisenmetallen zusammen.
Die moderne Schmelzflusselektrolyse
Schematische Darstellung
Der Hall-Héroult-Prozess, den der Österreicher Carl Josef Bayer in seinem Bayer-Verfahren nochmals in puncto Säuberung des Bauxits von Oxiden und Silikaten verbesserte, ist das grundlegende Verfahren für die heutige Aluminium-Erzeugung. Diese Schmelzflusselektrolyse gestattete die wirtschaftliche Herstellung des Werkstoffes aus geeigneter Tonerde. Als Elektrolyt nimmt man eine Mischung aus Aluminiumoxid und Kryolith. Weiter sind Kohleanoden und Kohlekathoden eingesetzt. Durch Zuführen von Starkstrom (Gleichstrom bis zu 200.000 Ampere) beginnen die Stoffe im Elektrolysebad bei einer Temperatur von etwa 950 °C zu schmelzen. Das schwerere flüssige Aluminium sammelt sich am Boden und wird abgesaugt.
Ein fehlendes „i“
Wegen Hall schreiben die Amerikaner den Namen des Metalls Aluminium heute als aluminum und nicht als aluminium wie die Briten. Auf einem Handzettel zur Veröffentlichung hatte er den Namen fälschlichweise, aber übereinstimmend mit dem Oberlin College, ohne das zweite I geschrieben: aluminum refinement process. Weil seine Erfindung so umwälzend war und das Metall sehr bekannt machte, setzte sich diese Namensform in den USA durch. Die unterschiedliche Schreibweise in englischen Texten erlaubt oft den Schluss auf deren Entstehungsort.
Anerkennung
Hall erhielt im Jahr 1911 für seine Arbeit die Perkin Medaille, die höchste Auszeichnung in der amerikanischen Chemieindustrie.
Hall wurde einer der bekanntesten Wohltäter des Oberlin College, wo man ihn mit einem Denkmal ehrte, einer Statue aus Aluminium, die also vergleichsweise leicht ist. Studenten trieben deshalb oft ihren Schabernack mit ihr und versetzten sie nicht selten. Heute ist die Statue sicher auf einem großen Granitblock im zweiten Stock des Oberlin New Science Center befestigt, wird aber bei Feiertagen und ähnlichen Gelegenheiten mit allerlei „Schmuck“ verziert.
US-Patent
C. M. Hall reichte seine Schrift „Process of reducing aluminium from its fluoride salts by electrolysis” dem US-Patentamt im Jahr 1886 ein und erhielt das Patent am 2. April 1889 bewilligt.[1]
Weblinks
- Oberlin Heritage-Center im Jewett Haus (englisch)
- Hall Haus (englisch)
- Die Geschichte von Alcoa
- Aluminium im Zeitraum 1880-1905
- Kurze Geschichte des Aluminiums
Quellen
- Oberlin College Archives [1]
- Norman C. Craig: Charles Martin Hall-the young man, his mentor, and his metal. In: Journal of Chemical Education. 63, Nr. 7, 1986, 557–559.
- Norman C. Craig, Christian M. Bickert: Historical metallurgy: Hall and Heroult: the men and their invention. In: CIM Bulletin. 79, Nr. 892. 1986, S. 98–101.
Einzelnachweise
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