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Fragenkatalog- NE-Metalle Flashcards

1
Q

Aluminium als wichtigster Vertreter von NE-Metallen weist eine kontinuierliche Verbrauchssteigerung auf. Zeichnen Sie eine Verbrauchskurve von 1960 - 2010 (qualitativ) und ergänzen Sie den Anfall von Schrotten (unterteilt in Alt- und Neuschrotte) im gleichen Zeitraum. Erläutern Sie den Verlauf der Kurven.

A
  • weltweite Verbrauch von Aluminium ist zwischen 1950 und 2010 in Deutschland von 400 t/a auf 2400 t/a angestiegen
  • Recyclinganteil (Sekundärproduktion) ist ebenfalls bis ca. 1992 von 100 t/a auf 500 t/a angestiegen, hat dann einen leichten Rückgang zu verzeichnen (ca. 350 t/a), steigt jedoch in den folgenden Jahren wieder an (Hauptgrund: Automobilindustrie)
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2
Q

Der Verbrauch von NE-Metallen in Industrieländern ist stabil. Welche Konsequenz hat das
für Recycling-Stoffströme und warum?

A
  • Die Produktion von Sekundäraluminium bleibt dadurch stabil
    o da Sekundärproduktion eng mit der Primärproduktion verknüpft und abhängig von dieser ist
    o kurzlebigen Produkten besitzen hohe Abfallrate
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3
Q

Legierungen: Welche „Störstoffe“ dürfen nicht in Recycling-Aluminium eingetragen werden? Begründen Sie.

A
  • Eisenhaltige Fremdstoffe dürfen nicht eingetragen werden
    o mit steigenden Störstoffen werden Festigkeit und Härte gesteigert und die elektrische Leitfähigkeit sinkt
    o da der Schmelzpunkt viel höher liegt und es somit zu Einschlüssen kommt
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4
Q

. Begründen Sie, warum Gussaluminiumschrotte einen maximalen Fe-Anteil von 2 % haben
dürfen. Welche Anforderungen stellt dieser Wert an die Aufbereitung und wie werden diese
technisch umgesetzt?

A
  • mit steigenden Störstoffen werden Festigkeit und Härte gesteigert und die elektrische Leitfähigkeit sinkt
  • Anforderungen an die Aufbereitung: Sortenreine Trennung
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5
Q

In welcher Form können Fabrikationsschrotte/Neuschrotte anfallen? Nennen Sie ein typisches Beispiel und benennen Sie Fremdstoffe, die enthalten sein können.

A
  • Aluminiumabfälle, die bei der Verarbeitung und Herstellung von Aluminiumlegierungen & -anwendungen anfallen (zB. Stanzreste, Fräßspäne)
  • Mögliche Fremdstoffe: Lacke, Schmiermittel
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6
Q

Worauf basiert die Produktionskapazität für Sekundäraluminium?

A
  • Nachfrage, Lagerkapazität, Verfügbarkeit
  • Die Produktkapazität für Sekundäraluminium basiert auf spezieller Schmelztechnologie
  • Dabei kann man zwischen reinen Umschmelzverfahren (Drehtrommelofen, Induktionsofen, Herdofen) und kombinierten Verfahren (Zweikammerverfahren, Pyrolyse, Blankglühen, Schmelzen) unterscheiden
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7
Q

Erläutern Sie den Einfluss der Lebensdauer von Produkten auf das Recycling.

A
  • hohe Lebensdauer –> längere Zeitspanne bis Material wieder dem Stoffkreislauf zugeführt wird (zB. alte Handys)
    o Material ist in der Zeit nicht anderweitig nutzbar
    o Bsp. Handy: wird oft zuhause gelagert (urban mining), dabei werden Rohstoffe aus dem Kreislauf ausgekoppelt
  • je kürzer die Lebensdauer, desto schneller wird das Produkt dem Stoffkreislauf wieder zugeführt und meist liegt eine geringere Verunreinigung vor
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8
Q

In welchen Mengenanteilen können Primäraluminiumhütten sekundäres Aluminium aufnehmen? Begründen Sie.

A
  • In Primäraluminiumhütten wird kein Sekundäraluminium aufgenommen, es wird separat gelagert
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9
Q

Welche Voraussetzungen müssen für das Umschmelzen (Remelter) von Sekundäraluminium erfüllt sein?

A
  • Salzarme Schmelzen

- Aluminiumanteil: > 65 %

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10
Q

. Nennen Sie fünf typische Anwendungsgebiete von Aluminium- und Kupferprodukten und
nennen Sie deren spezifische Nutzungsdauer.

A 
-	Kupfer:
o	Kabel-/Elektro (57%) – Jahrzehnte
o	Bauwesen (15%) – bis 100 Jahre
o	Automobil (9%) – Jahrzehnte
o	Handel (5%)
-	Aluminium 
o	Getränkedosen – wenige Wochen
o	Automobilindustrie – Jahrzehnte
o	Flugzeugbau – Jahrzehnte
o	Dachrinnen – Jahrzehnte
o	Stromleitungen – Jahrzehnte
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11
Q

. Welcher Aspekt der Aluminiumproduktion ist maßgeblich für den hohen ökologischen Effekt des Aluminiumrecyclings? Nennen Sie eine Kennzahl (Größenordnung!), die Sie gegenüber Laien als Begründung verwenden würden.

A
  • Recyceltes Aluminium spart ~ 20-mal so viel Energie bei der Produktion
    o Primärproduktion: 50.000 Mj/Mg
    o Recyceltes Aluminium: 2.000 Mj/Mg
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12
Q

Vergleichen Sie die CO2-Wirksamkeit von Aluminium- und Stahlrecycling im Vergleich zu den Primärprozessen. (Größenordnungen!)

A
  • CO2 Ausstoß bei Primärproduktion ~ 11-mal größer
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13
Q

Inwieweit hängen Aluminiumproduktion und Rohstoffgewinnung (Bauxit) zusammen und was sind die wesentlichen Standortkriterien?

A
  • aus 95 % des abgebauten Bauxits wird Aluminium gewonnen
  • Standortkriterien:
    o kurze Transportwege
    o günstige Energiepreise
    o Vorhandensein/ Reserve von Rohstoffen
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14
Q

Welche beiden Hauptlegierungsarten werden beim Aluminium voneinander unterschieden. Nennen Sie Unterschiede im Herstellungsverfahren, typische Produkteigenschaften und geben Sie je ein Beispiel für ein Produkt.

A
  • Knet- und Gusslegierung
  • Knetlegierung:
    o Niedrig legiert, kein Nickel, Verwendung als Walzbarren, weich und elastisch (Platten und Bandproduktion)
  • Gusslegierung:
    o hoch legiert, Pressbarren, hart und spröde (Motoren- und Getriebehäuser)
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15
Q

Welche Gründe gibt es für den sehr unterschiedlichen Anteil von Sekundäraluminium bei der Produktion in den unterschiedlichen Produktionsländern?

A
  • Frage der Wirtschaftlichkeit:
    o Technologie, Knowhow, Angebot, Nachfrage, bestimmte Reinheiten, CO2 Handel
  • Länder mit geringen Bauxit Vorkommen wollen mehr Aluminium recyceln und verfügen meist über bessere Technologien als Länder mit hohem Bauxit Vorkommen
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16
Q

. In welcher Mengenrelation wird in der Sekundäraluminiumproduktion das Nebenprodukt Salzschlacke erzeugt? Welche verfahrenstechnische Funktion erfüllt dieses Nebenprodukt?

A
  • 500 kg/t Aluminium
  • Aluminium-Salzschlacke schwimmt auf der Metallschmelze
    o verhindert Oxidation und nimmt zusätzlich Verunreinigungen der Schrotte auf
  • erstarrt nach dem Abgießen und enthaltene Al-Anteil wird wiederverwendet
17
Q

Im Hinblick auf die Anwendungsgebiete unterscheiden sich Kupfer und Aluminium. Was macht den Hauptunterschied hinsichtlich der Nutzungsdauer aus?

A 
-	Hauptverwendung Kupfer: 
o	Kabel, Elektroindustrie (längere Nutzungsdauer als Aluminiumprodukte)
-	Hauptverwendung Aluminium: 
o	Automobilbau
-	Beide sind nahezu „unsterblich“
18
Q

Worin unterscheiden sich die Aluminiumlegierungen, die für eine Haushaltsfolie und für ein Motorbauteil verwendet werden? Welches ist der maßgebliche Legierungsbestandteil?

A
  • Haushaltsfolie:
    o Knetlegierung –> mind. 99 % aus Aluminium
  • Motorbauteile:
    o Gusslegierungen
    o Si als maßgeblicher Legierungsbestandteil
19
Q

Wodurch entstehen die besonderen Anforderungen an die Aufbereitung von Altschrotten?

A
  • Reinheitsanforderungen –> geringe Anteile an Störstoffen
    o oft große Verunreinigung von Altschrotten (Oberflächen und Legierungen), Legierungen teil unbekannt, verschiedene Materialien
    o verschiedene Aufbereitungsmethoden notwendig
20
Q

. In welchem Mengenverhältnis fallen Neuschrotte und Altschrotte nach der Berechnung des Aluminiumverbands der Schweiz an (Datengrundlage der Vorlesungsunterlagen)?

A
  • Neuschrott: 15 Mio. t
  • Altschrott: 5 Mio. t
  • Verhältnis 3:1
21
Q

Definieren Sie die Begriffe „Neuschrott“ und „Altschrott“.

A
  • Altschrott:
    o wird erst nach der Nutzungsphase recycelt
    o gebrauchte Endprodukte und Bauteile
  • Neuschrott:
    o Abfälle, welche bei der Verarbeitung und Herstellung von Al-Legierungen und –Anwendungen anfallen
    o werden direkt wieder recycelt
22
Q

Zur Unterscheidung von Knet- und Gusslegierungen kann auf die laserinduzierte Breakdown- Spektroskopie zurückgegriffen werden. Erläutern Sie, warum bei der Analyse ein Laserschuss nicht ausreicht.

A
    1. Schuss: Oberflächenreinigung

- 2. Schuss: Bestimmung des Elements (Analyse)

23
Q

Worin unterscheiden sich die Prozessschritte „Pyrolyse“ und „Verbrennung (Blankglühen)“ im Umschmelzprozess von Verbundwerkstoffen?

A
  • Pyrolyse:
    o Thermische Behandlung zum Entfernen von Beschichtung bzw. Zersetzung organische Stoffe unter Luftabschluss
  • Verbrennung:
    o Reduktion des Metalls bzw. seiner Oberfläche unter Luftabschluss
24
Q

Durch welchen Metallgehalt wird die Aufbereitung von NE-Metall-Konzentraten wirtschaftlich? Begründen Sie.

A
  • Durch Schwermetallgehalt, da dieser besonders wertvoll sein kann
  • Schon geringe Konzentrationen von Cu und Messing haben eine große ökonomische Relevanz (Messing: Kupferlegierung mit bis zu 40 % Zink)
  • Außerdem soll der Eisenanteil unter 50 % gehalten werden
25
Q

Welchen Vorteil hat das Kupferrecycling im Gegensatz zur Gewinnung von Primärkupfer abgesehen von einer Energieeinsparung?

A
  • Erzvorkommen mit Kupfergehalt teilweise unter 1% Cu
26
Q

. Wie viel raffiniertes Kupfer wurde 2016 in Deutschland hergestellt? Wie viel Kupfer wurde verbraucht?

A
  • Raffiniertes Kupfer aus primären Vorstoffen: 400.000 t
  • Raffiniertes Kupfer aus Recycling: 300.000 t
  • Summe: 700.000 t
  • Verbrauch: 1,52 Mio. t
27
Q

Weshalb nimmt der Zugriff auf primäres Kupfer in Deutschland zu und der Einsatz von Sekundärrohstoffen sinkt? Auf welche marktwirtschaftlichen Vorgänge ist dies zurückzuführen?

A
  • Da es günstiger ist, Primärkupfer zu nutzen, als die Kabel eines Gebäudes zu ziehen (Kosten überwiegen den Gewinn)
28
Q

Durch welchen Metallgehalt lohnt sich das Recycling von Aluminium? Wie hoch müssen die Anteile sein?

A
  • Refiner (Schmelzhütten)

o Mindestgehalte an Aluminium > 65 %

29
Q

Wie viel Kupfer wurde 2016 in Deutschland verwendet?

A
  • 2016: 1,7 Mio t verwendet und nur 0,71 Mio produziert
  • Produktion &laquo_space;Verbrauch
  • Weltproduktion Kuper 2017
  • 20,4 Mio t
30
Q

. Wodurch zeichnet sich das Verhältnis von Produktion und Verbrauch von Kupfer in Deutschland aus? Nennen Sie eine Größenordnung.

A
  • 2016: 1,7 Mio t verwendet und nur 0,71 Mio produziert

- Produktion &laquo_space;Verbrauch

31
Q

Ab welchen Kupferanteilen ist Erz aus Kupferlagerstätten abbauwürdig?

A
  • Ca. 1% Cu
32
Q

. Welche Mineraltypen für Kupfer werden unterschieden? Nennen Sie je ein Beispiel.

A
  • Sulfidische Minerale:
  • Chalkopyrit (CuFeS2)
  • Oxidische Minerale:
  • Malachit (Cu2(OH2)CO3)
33
Q

. Nennen Sie kritische Begleitelemente, die in Kupfererzen vorkommen und bei der Raffination Probleme bereiten. Warum sind diese Elemente als „kritisch“ anzusehen?

A 
-	Schwefel: 
	in thermischen Prozessen als Niederschlag zu H2SO4
-	Arsen: 
	hochgradig giftig
-	Chlor: 
	giftig, korrosiv
34
Q

Nennen Sie die drei Hauptförderer von Kupfer und geben Sie den jeweiligen prozentualen Anteil an. Wie sieht die Situation der Kupfergewinnung in Europa aus?

A
  • Chile 33,9 %
  • Peru 7,8 %
  • China 7,4 %
  • In Europa wird lediglich in Polen Primärkupfer gewonnen
35
Q

. Nennen Sie drei Beispiele für Hauptverbraucher von Kupfer mit dem jeweiligen Anteil? Wie ist das Verhältnis des Kupferverbrauchs zu der Gewinnung?

A
  • China:
  • Verbrauch (48%) – Gewinnung (~10,8%)
  • USA:
  • Verbrauch (8%) – Gewinnung (~8,25%)
  • EU:
  • Verbrauch (15%) – Gewinnung (~3,1%)
36
Q

Welche Rolle nimmt Südamerika bei der weltweiten Kupfergewinnung und dem -verbrauch ein?

A
  • Südamerika ist für fast 50 % der weltweiten Kupfergewinnung verantwortlich
  • Im Verbrauch jedoch nicht weiter relevant
37
Q

. Nennen Sie Beispiele für Kupferlegierungen

A
  • Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung)
  • Zinnbronzen (Gussbronze, klassische Bronze) CuSn (Cu mit bis zu 12 % Sn)
  • Nickelbronzen CuNi (Cu mit bis zu 20 % Ni , teilweise mehr)
  • Aluminiumbronzen CuAl (Cu mit bis zu 10% Al)
  • Messing & Tombak (Kupfer-Zink-Legierung)
  • Messing: Kupfer mit bis zu 40 % Zn (goldgelb
  • Tombak : Kupfer mit Zinkanteil ≤ 10 % (rötlich braun)

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