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Metallrecycling - Referat
Geschichte:
Schon seit Uhrzeiten wird Schrott schon teils wiederverwertet. Ein einfaches Beispiel dazu ist etwa ein einfaches Umschmieden von Eisenteilen. Besonders in Zeiten der Kriegswirtschaft wird auf Metallgegenstände des zivilen Gebrauches zurückgegriffen zwecks Sekundär-Rohstoffgewinnung zur Waffenproduktion, wie etwa 1940 in Deutschland unter dem Motto Metallspende des deutschen Volkes. Dies bezeichnet Sammlungen von Rohstoffen und Einschmelzungen von Gegenständen aus Metall im Ersten und Zweiten Weltkrieg. Einen weiteren Wachstumsschub des Metallrecyclings trug der Wohlstand bei, den die Menschen nach dem Zweiten Weltkrieg erlangten. Zu dieser Zeit konnten sich die Menschen mehr Luxusgütern mit aufwändigeren Verpackungen wie Blechdosen oder Alufolien leisten, was zu einem akuten Müllnotstand der Industrieländer führte, dem entgegengesetzt werden musste. Heutzutage nicht mehr der Müllnotstand sondern andere wirtschaftliche und ökonomische Umstände die Gründe, weshalb das Metallrecycling so stark zugenommen hat.
Verfahren anhand eines Beispiels:
Die einzelnen Verfahrensschritte des Metallrecyclings möchte ich anhand des Weges eines alten Wagens näher erläutern. In Österreich fallen jährlich über 200000 Autowracks an, die durch gezieltes Recycling wieder in wertvolle Rohstoffe verwandelt werden. Erstaunlich ist, dass heutzutage 85% - 95% des durchschnittlichen Gewichts eines Altfahrzeuges wiederverwertet werden.
Als erstes führt der Weg des Metallrecyclings uns zu einer Schrottschere. Diese Schrottscheren dienen der Verarbeitung von schwerem Schrott, also sperrigen Stahl- und Eisenteilen wie Träger, Rohre, Maschinenteile, Grobbleche oder Baustähle, da diese von den Stahlwerken und Gießereien nur schwer verarbeitbar sind. Diese gewünschten Materialien werden auf das Scherenbrett verladen, wo es vorgequetscht und danach in die gewünschte Länge geschnitten wird. Bis vor wenigen Jahren wurden auch Autowracks hier zerschnitten, zu Schrottpaketen gepresst und zusammen mit allen umweltschädlichen Substanzen im Stahlwerk eingeschmolzen.
Der Einsatz von Schreddern änderte dies erheblich, doch bevor das Wrack in einen Schredder gelangt kommt es zur Trockenlegung. Bei dieser sogenannten Trockenlegung werden alle Flüssigkeiten abgelassen und umweltgerecht entsorgt. Batterien, Reifen, Felgen und sogar Wuchtgewichte und Ventile werden abmontiert und wiederverwendet bzw. weiterverarbeitet.
Erst jetzt kommt das trockengelegt Wrack zum Schredder, welcher das Auto im ersten Arbeitsschritt im ersten Arbeitsschritt in ungefähr faustgroße Stücke zerkleinert.
Diese faustgroßen Stücke werden von einem Windsichter in schweres und leichtes Material getrennt. Hierbei wird von unten Luft eingeblasen, was dazu führt, dass schwere Teile gegen den Luftstrom nach unten fallen und leichte Teile nach oben befördert und ausgeschieden werden.
Dieses Material wird durch einen Magnetabscheider in Eisen und Nichteisenmetalle getrennt. Unterschiedliche Materialdichte, Leitfähigkeit und Farbe wird genützt, um Buntmetalle wie Aluminium, Kupfer, Messing, Zink und weiteres zu trennen. Durch eine Schrottmühle werden diese Komponenten weiter zerkleinert und in einer Siebanlage getrennt. In einer Sink-Schwimm-Anlage werden die Metalle aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten getrennt. Aufgrund der geringeren Dichte kann hier zum Beispiel Kunststoff und Aluminium aussortiert werden, welches durch starke Magnetfelder in der NE-Schneider-Trommel vom Kunststoff getrennt werden kann.
Das Kupfer wird durch eine sogenannte Microsort-Anlage herausgefiltert. Je nach eingestelltem Programm werden Teile mit einer bestimmten Farbe hierbei von feinen Luftdüsen aus dem Gesamtstrom geblasen. Am nachgeschalteten Förderband werden die getrennten Teile noch händisch sortiert um die Qualität zu steigern. Nun haben wir also unter anderem die drei großen Komponenten Stahl, Aluminium und Kupfer aus dem Autowrack herausgefiltert.
Wir konzentrieren uns vorerst darauf, was mit dem Stahl passiert.
Stahl
Eisen- und Stahlschrott wird nach dem Sortieren zu den Stahlwerken befördert. Beim LD-Verfahren wird durch die Temperatur des flüssigen Roheisens durch Aufblasen von Sauerstoff auf über 2000°C gebracht. Hierbei wird der Eisen- und Stahlschrott zur Kühlung eingesetzt. Der Großteil des Eisen- und Stahlschrotts wird aber in Elektrostahlwerken eingeschmolzen und zu diversen Stahllegierungen verarbeitet. Danach werden in verschiedenen Verfahren Stahllegierungen erzeugt und in Kokillen gegossen. Der Stahl wird dann in Walzwerken zu Blechen oder Profilen oder in Schmieden beispielsweise zu Turbinenschaufeln weiterverarbeitet. Manche dieser Profile und Bleche finden danach wieder Anwendung in der Fahrzeugindustrie, wodurch sich der Kreislauf wieder schließt.
Aluminium
Das Aluminium aus der Schredderfraktion der Nichteisenmetalle wird wieder eingeschmolzen. Die dafür notwendige Energie beträgt nur 5% des Energiebetrages, den man zur Gewinnung der gleichen Aluminiummenge aus Bauxit benötigt, wobei es in Sachen Qualität dem neu gewonnenem Aluminium ohne Einschränkungen gleichsteht. Da die Erdoberfläche bis zu 8% Bauxit beinhaltet und es somit neben Silizium das zweithäufigste Metall ist die Energieeinsparung wohl der Hauptgrund, aus dem etwa ein Viertel des Bedarfs durch energiesparende Rückgewinnung gedeckt wird. Der angelieferte Aluminiumschrott wird im Umschmelzbetrieb in großvolumigen Öfen, wie zum Beispiel Trommelöfen, unter Zusatz von ca. 50% eines chloridischen Salzgemisches mit einem Zusatz von Flussspat bei 650-700°C unter ständiger Bewegung des Ofen Inhaltes aufgeschmolzen. Verunreinigungen des Aluminiumschrotts werden im Schlackenfluss der Salzschmelze aufgenommen und auch weitere Oxidation wird durch die Ofenatmosphäre begrenzt. Die fertigen Schmelzen werden meist in einen sognannten Mischer überführt, anstatt direkt zu Rohmasseln vergossen zu werden. Der Mischer ermöglicht weitere Behandlungsschritten, welche der Reinigung, der Gefügebeeinflussung und auch der Qualifizierung als bestimmte Umschmelzlegierung dienen. Das recycelte Aluminium geht zur Weiterverarbeitung in Masselform oder als Prozesswärme erhaltender Flüssigmetalltransport. In der Regel wird es zu Formgießereien weitergeliefert, wo ein Teil der hergestellten Gussteile wieder in einem neuen Fahrzeug landet.
Kupfer
Kupfer ist der Werkstoff der wohl in der ganzen Welt am häufigsten einer Wiederverwendung zugeführt wird, auch hier erzielt man durch Recycling eine Energieeinsparung von ungefähr 85% gegenüber der Primärgewinnung. Hier beträgt die Wiederverwertungsrate rund 45%. Seit Generationen ist die Erfassung und der Handel mit Schrotten und Altmaterialien für Kupfer und Kupferlegierungen gut organisiert. Der Grund ist die hervorragende Eignung der Kupferwerkstoffe für eine Wiederverwendung. Ein großer Vorteil von Kupfer ist es nämlich, dass sich Produkte ohne Qualitätsverlust herstellen lassen, die sich in keiner Weise von den aus Primärmetallen gefertigten unterscheiden.
Schrotte lassen sich zum Beispiel nach ihrer Zusammensetzung unterscheiden:
• sortenreine, saubere Schrotte wie Draht- oder Kabelschrotte, die direkt wieder eingeschmolzen werden.
• Schrotte, mit einem bestimmten Verhältnis der Zusammensetzung: Legierungs-schrotte aus Messing, Bronzen, Rotguss usw. Diese Schrotte lassen sich nach bestimmten pyrometallurgischen Verfahren (Einschmelzen oder Feuer-Raffination) verarbeiten.
• Schrotte, deren abzutrennende Metalle mit anderen metallischen und nicht-metallischen Komponenten verbunden sind. Hierzu gehören Elektromotore, Automobilschrotte, Elektronikschrotte usw. Die Automobilindustrie hat es im Wesentlichen mit diesen Schrotten zu tun, die einer Schrottaufbereitung unterzogen werden müssen.
Nach der Schrottaufbereitung, die bei unserem Autowrack schon erfolgte, beginnt das eigentliche „Recycling“.
Hierbei wird unterschieden zwischen:
• Direktem Recycling
• Pyrometallurgisches Recycling
Direktes Recycling:
Für das Erschmelzen von Kupferlegierungen und das Gießen von Walzplatten oder Pressbolzen werden Reinmetalle, Recyclingmaterial, gegebenenfalls Vorlegierungen sowie fertigungsbedingter Rücklauf aus der Kupferproduktion eingesetzt. Reinmetalle werden direkt von den Raffinerien und den Hütten bezogen. Recyclingmaterial gelangt teilweise über den Handel in das Werk. Das Einsatzmaterial wird, um Verunreinigungen in den Schmelzen zu vermeiden, durch Sichtkontrollen, physikalischen Prüfungen und chemischen Untersuchungen kontrolliert.
Pyrometallurgisches Recycling:
Im pyrometallurgischen Recycling werden die Kupferschrotte je nach Kupfergehalt in den entsprechenden Stufen der Sekundärkupfererzeugung bzw. auch als Kühlschrott in der Primärkupfer-Gewinnung eingesetzt. Ziel des Pyrometallurgischen Recyclings ist nicht nur die Trennung des Kupfers von Begleitstoffen und somit dieses anzureichern, sondern vor allem auch die gezielte Gewinnung der Begleitelemente. Die pyrometallurgische Verhüttung durch reduzierend und oxidierend arbeitendes Schmelzen der Sekundärrohstoffe, hat sich als Hauptverfahren durchgesetzt.
Sobald die metallischen Sekundärrohstoffe Verunreinigungen mit Begleitelementen, aber auch sonstige mineralischen und organische Anhaftungen aufweisen die ein direktes Einschmelzen zur Legierungsherstellung aus Qualitätsgründen nicht mehr zulassen, müssen pyrometallurgische Recyclingverfahren eingesetzt werden.
Seltenerd-Metalle
Die Rückgewinnung seltener Erden aus End-of-Life-Produkten und Prozessabfällen ist seit der künstlichen Verknappung dieser industriell wichtigen Elemente durch China im Jahr 2010 in den Fokus der Industrie und Öffentlichkeit gerückt. Obwohl Neodym, Praseodym und Dysprosium aufgrund ihrer Wichtigkeit zur Herstellung leistungsfähiger NdFeB-Permanentmagnete zum Beispiel für Windkraftgeneratoren, Festplatten oder Elektromotoren bereits heute die größte wirtschaftliche Bedeutung aller Seltenerdelemente haben, waren die Anstrengungen für deren gezielte Rückgewinnung bislang nicht ausreichend. Insbesondere existieren nur wenige vielversprechende Ansätze für eine effiziente Aufbereitung von Altmagneten in End-of-Life-Produkten und Prozessabfällen, die einerseits das volle Potenzial der bereits vorhandenen Trennung der darin enthaltenen Seltenerdelemente ausschöpfen und andererseits störende Verunreinigungen abtrennen können. Derzeit existieren nur aufwändige und teure Verfahren zur Feintrennung der Seltenerden durch z.B. Ionentauscher.
Ein neueres Verfahren, das in Deutschland erfunden wurde, weist sich allerdings als gute Alternative auf. Das SepSelsa-Verfahren. Hierbei sollen Leuchtstoffabfälle von alten Smartphones, Neonröhren oder Computerbildschirmen, die bislang als Sondermüll untertage landeten wiederverwertet werden.
Im ersten Schritt werden die Schichten, die Seltene Erden wie Yttrium, Gadolinium und Europium enthalten, mit Salzsäure vom Glas der Röhren abgewaschen. Es entsteht ein Brei, der mit Schwefelsäure versetzt wird. Diese verbindet sich mit Kalzium zu Gips, mit Barium zu Schwerspat.
Übrig bleiben die in Salzsäure gelösten Seltenen Erden. Diese werden per Diffusionsdialyse voneinander getrennt. Sie funktioniert ähnlich wie eine künstliche Niere. Sie filtert die Giftstoffe mit Hilfe einer teildurchlässigen Membran heraus und lässt nur Seltene Erden durch.
Dann werden die Metalle, die als Oxide vorliegen, voneinander getrennt. Zum Schluss entfernen die Forscher den Sauerstoff aus den Molekülen, sodass die Seltenen Erden wieder in reiner Form vorliegen.
Es bleibt also abzuwarten was die Zukunft an neuen Möglichkeiten für dieses Gebiet mit sich bringt.
Im Allgemeinen lässt sich also folgendes behaupten:
Schrott ist nicht Abfall, sondern wertvoller Rohstoff für die gesamte Metallwirtschaft, vorausgesetzt, er ist sortenrein getrennt.
Inhaltsverzeichnis:
Verwendete Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Recycling
https://www.bmbf.gv.at/schulen/service/mes/84043_Metallrecycling_9225.pdf?4f2jk2
http://www.chemie-am-auto.de/recycling/
http://www.lerntippsammlung.de/Die-Abfallwirtschaft.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Aluminiumrecycling
http://d-nb.info/1043823239/34
http://www.hi-tech-online.com/hitech-313/hifuture/schatz-im-muell.html
https://www.aurubis.com/de/de/shared/corp/produkte--leistungen/recycling/metallreycling
http://green.wiwo.de/seltene-erden-forscher-entwickeln-neues-recyclingverfahren/
http://www.ifam.fraunhofer.de/de/Dresden/Wasserstofftechnologie/recycling.html
http://ausfluege.don-alfredo.net/20110507/20110507-123644_Carsten.html
http://www.mouder.cz/?q=node/86
http://www.stahl-online.de/index.php/themen/energie-und-umwelt/recycling/
Abbildungsverzeichnis:
Abbildung 1: Wiederverwertung gebrauchter Nägel 1946 2
Abbildung 2: Recycling eines Fahrzeugs 2
Abbildung 3: Schrottschere 3
Abbildung 4: Sinnbild eines Schredders 3
Abbildung 5: Sinnbild Windsichter 4
Abbildung 6: Kreislauf Stahl 4
Abbildung 7: Aluminium Kreislauf 5
Abbildung 8: Energieeinsparung durch Recyceln von Aluminium 5
Abbildung 9: Kupferschrott 5
Abbildung 10: Flüssiges Kupfer 6
Abbildung 11: Anwendungsgebiete Kupfer 6
Abbildung 12: Seltenerd Magnet 7
Abbildung 13: SepSelsa Verfahren der TU-Freiburg 7
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