NE-Metalle Flashcards
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.
- 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)
Der Verbrauch von NE-Metallen in Industrieländern ist stabil. Welche Konsequenz hat das
für Recycling-Stoffströme und warum?
- 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
Legierungen: Welche „Störstoffe“ dürfen nicht in Recycling-Aluminium eingetragen werden? Begründen Sie.
- 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
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?
- mit steigenden Störstoffen werden Festigkeit und Härte gesteigert und die elektrische Leitfähigkeit sinkt
- Anforderungen an die Aufbereitung: Sortenreine Trennung
In welcher Form können Fabrikationsschrotte/Neuschrotte anfallen? Nennen Sie ein typisches Beispiel und benennen Sie Fremdstoffe, die enthalten sein können.
- Aluminiumabfälle, die bei der Verarbeitung und Herstellung von Aluminiumlegierungen & -anwendungen anfallen (zB. Stanzreste, Fräßspäne)
- Mögliche Fremdstoffe: Lacke, Schmiermittel
Worauf basiert die Produktionskapazität für Sekundäraluminium?
- 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
Erläutern Sie den Einfluss der Lebensdauer von Produkten auf das Recycling.
- 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
In welchen Mengenanteilen können Primäraluminiumhütten sekundäres Aluminium aufnehmen? Begründen Sie.
- In Primäraluminiumhütten wird kein Sekundäraluminium aufgenommen, es wird separat gelagert
Welche Voraussetzungen müssen für das Umschmelzen (Remelter) von Sekundäraluminium erfüllt sein?
- Salzarme Schmelzen
- Aluminiumanteil: > 65 %
Nennen Sie fünf typische Anwendungsgebiete von Aluminium- und Kupferprodukten und
nennen Sie deren spezifische Nutzungsdauer.
- 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
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.
- Recyceltes Aluminium spart ~ 20-mal so viel Energie bei der Produktion
o Primärproduktion: 50.000 Mj/Mg
o Recyceltes Aluminium: 2.000 Mj/Mg
Vergleichen Sie die CO2-Wirksamkeit von Aluminium- und Stahlrecycling im Vergleich zu den Primärprozessen. (Größenordnungen!)
- CO2 Ausstoß bei Primärproduktion ~ 11-mal größer
Inwieweit hängen Aluminiumproduktion und Rohstoffgewinnung (Bauxit) zusammen und was sind die wesentlichen Standortkriterien?
- aus 95 % des abgebauten Bauxits wird Aluminium gewonnen
- Standortkriterien:
o kurze Transportwege
o günstige Energiepreise
o Vorhandensein/ Reserve von Rohstoffen
Welche beiden Hauptlegierungsarten werden beim Aluminium voneinander unterschieden. Nennen Sie Unterschiede im Herstellungsverfahren, typische Produkteigenschaften und geben Sie je ein Beispiel für ein Produkt.
- 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)
Welche Gründe gibt es für den sehr unterschiedlichen Anteil von Sekundäraluminium bei der Produktion in den unterschiedlichen Produktionsländern?
- 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
In welcher Mengenrelation wird in der Sekundäraluminiumproduktion das Nebenprodukt Salzschlacke erzeugt? Welche verfahrenstechnische Funktion erfüllt dieses Nebenprodukt?
- 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
Im Hinblick auf die Anwendungsgebiete unterscheiden sich Kupfer und Aluminium. Was macht den Hauptunterschied hinsichtlich der Nutzungsdauer aus?
- Hauptverwendung Kupfer: o Kabel, Elektroindustrie (längere Nutzungsdauer als Aluminiumprodukte) - Hauptverwendung Aluminium: o Automobilbau - Beide sind nahezu „unsterblich“
Worin unterscheiden sich die Aluminiumlegierungen, die für eine Haushaltsfolie und für ein Motorbauteil verwendet werden? Welches ist der maßgebliche Legierungsbestandteil?
- Haushaltsfolie:
o Knetlegierung –> mind. 99 % aus Aluminium - Motorbauteile:
o Gusslegierungen
o Si als maßgeblicher Legierungsbestandteil
Wodurch entstehen die besonderen Anforderungen an die Aufbereitung von Altschrotten?
- Reinheitsanforderungen –> geringe Anteile an Störstoffen
o oft große Verunreinigung von Altschrotten (Oberflächen und Legierungen), Legierungen teil unbekannt, verschiedene Materialien
o verschiedene Aufbereitungsmethoden notwendig
In welchem Mengenverhältnis fallen Neuschrotte und Altschrotte nach der Berechnung des Aluminiumverbands der Schweiz an (Datengrundlage der Vorlesungsunterlagen)?
- Neuschrott: 15 Mio. t
- Altschrott: 5 Mio. t
- Verhältnis 3:1
Definieren Sie die Begriffe „Neuschrott“ und „Altschrott“.
- 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
Zur Unterscheidung von Knet- und Gusslegierungen kann auf die laserinduzierte Breakdown- Spektroskopie zurückgegriffen werden. Erläutern Sie, warum bei der Analyse ein Laserschuss nicht ausreicht.
- Schuss: Oberflächenreinigung
- 2. Schuss: Bestimmung des Elements (Analyse)
Worin unterscheiden sich die Prozessschritte „Pyrolyse“ und „Verbrennung (Blankglühen)“ im Umschmelzprozess von Verbundwerkstoffen?
- Pyrolyse:
o Thermische Behandlung zum Entfernen von Beschichtung bzw. Zersetzung organische Stoffe unter Luftabschluss - Verbrennung:
o Reduktion des Metalls bzw. seiner Oberfläche unter Luftabschluss
Durch welchen Metallgehalt wird die Aufbereitung von NE-Metall-Konzentraten wirtschaftlich? Begründen Sie.
- 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
