Sekundäraluminiumherstellung

Die Sekundäraluminiumherstellung ist ein Prozess zur Herstellung von Aluminium aus Schrotten, die Aluminium enthalten. Demnach handelt es sich um einen Recyclingprozess. Die für die Sekundäraluminiumproduktion eingesetzten Schrotte werden in der Regel in Neuschrotte, Altschrotte, Krätze und Späne unterschieden. Die Prozesskette der Sekundäraluminiumherstellung lässt sich in die Aufbereitung von Schrotten und das Schmelzen von aufbereiteten Schrotten einteilen. Endprodukt der Sekundäraluminiumherstellung ist Sekundäraluminium.

Neuschrotte fallen direkt bei der Produktion und Verarbeitung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen an. Es kann sich also beispielsweise um Produktionsabfälle aus Gießereien oder Anlagen zur Formgebung handeln. Anlagen zur Formgebung sind beispielsweise Walzen oder Pressen. Die stoffliche Zusammensetzung von Neuschrotten ist in der Regel bekannt. Bei Spänen handelt es sich in der Regel ebenfalls um Neuschrotte. Sie entstehen bei der Weiterverarbeitung von Aluminium unter Anwendung spanabhebender Formgebungsverfahren. Sie werden in der Regel jedoch aufgrund der größeren Oberfläche im Verhältnis zur Masse als gesonderte Schrottkategorie aufgefasst. Krätze entstehen auf der Oberfläche von flüssigem Aluminium und Aluminiumlegierungen beim Kontakt mit Sauerstoff. Es handelt sich demnach um eine Mischung aus Aluminium und feinen Oxidpartikeln. Damit beim Gießen des flüssigen Aluminiums keine Oxidpartikel in das Gussteil gelangen wird die Krätze von der Oberfläche des Metallbads abgeschöpft. Demnach fallen Krätzen ebenfalls direkt bei der Verarbeitung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen an und die Zusammensetzung der Krätzen ist bekannt. Deshalb sind Krätzen im weiten Sinne ebenfalls den Neuschrotten zuzuordnen.

Altschrotte stammen aus Entsorgungsprozessen. In der Regel handelt es sich um gesammelte Schrotte aus Mischmaterialien. Häufig sind Altschrotte verunreinigt. Verunreinigungen können zum Beispiel Lacke, Öle, Silikon- oder Gummidichtungen, Klebeverbunde mit Plastik, Glas- und Karbonfasern, Holz, oder andere Metalle sein. Deshalb werden Altschrotte mechanisch aufbereitet, um das enthaltene metallische Aluminium stofflich zu trennen. Die dabei wichtigsten angewendeten verfahrenstechnischen Anlagen sind Schredder, Windsichtanlagen, Magnetabscheider und Schwimm-Sink-Anlagen. Altschrotte werden in der Regel im ersten Schritt zerkleinert. Da die Zerkleinerung unter Anwendung eines Schredders geschieht wird dieser Schritt auch Schreddern genannt. Im Schredder sind in der Regel sogenannte Windsichtanlagen integriert. Beim Windsichten handelt es sich um ein mechanisches Trennverfahren, bei dem stoffliche Fraktionen aufgrund ihres unterschiedlichen Verhältnisses von Schwerkraft und Gewichtskraft voneinander getrennt werden. Damit wird spezifisch leichterer Schredder­abfall im ersten Schritt separiert. Im nächsten Schritt werden Eisen- und Stahlfraktionen mit Magnetabscheidern herausgetrennt. Hierfür wird die magnetische Anziehung von Eisen und Stahl genutzt. Die im Anschluss übrig bleibende Fraktion besteht aus nichtmagnetischen, grobstückigen oder schweren Stoffen wie beispielsweise Buntmetallen, Gummi, Glas und so weiter. Diese Fraktion wird in einer Schwimm-Sink-Anlage mit mehreren Stufen getrennt. Hierbei macht man sich in erster Linie die unterschiedliche Dichte der Stoffe in der übrig gebliebenen Fraktion zur Trennung der Stoffe zu Nutze.

Die Schmelztemperatur von Aluminium beträgt 660 °C. Für das Schmelzen der aufbereiteten Schrotte zur Herstellung von Sekundäraluminium kommen unterschiedliche Ofentypen zum Einsatz. Die Wahl der eingesetzten Ofentypen hängt von der Charakteristik der aufbereiteten Schrotte ab. Hierfür werden die Schrotte durch den Metallanteil, Art und Umfang der Verunreinigungen, enthaltenen Legierungsbestandteilen und der Schrottgeometrie charakterisiert. Altschrotte mit hohen Verunreinigungsanteilen werden in der Regel in salzbetriebenen Drehtrommelöfen zur Herstellung von Gusslegierungen geschmolzen. Dabei erfüllt das Salz zwei Aufgaben. Erstens nimmt es die mit dem Altschrott eingetragenen Oxide, die beim Schmelzen entstehenden Oxide und sonstige anorganische Verbindungen auf. Zweitens schützt es das flüssige Metall vor weiterer Oxidation. Durch den Einsatz von Salz fällt Salzschlacke an. Die Salzschlacke ist ein Produktionsabfall und muss weiter behandelt werden. Bei Schrotten mit geringen Oxidhaftungen werden daher salzfrei betriebene Herdöfen eingesetzt. Dies ist in der Regel beim Schmelzen von Neuschrotten zur Herstellung von Halbzeugen der Fall. Für fast oxidfreie Schrotte werden in Gießereien vereinzelt auch Induktionsöfen eingesetzt.

Das nach dem Schmelzen flüssige Sekundäraluminium wird zu Produkten vergossen, die sich in Halbzeuge oder Gusslegierungen einteilen lassen. Halbzeuge werden beispielsweise in Form von Walz- oder Pressbarren gehandelt. Gusslegierungen werden in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt. Ein Beispiel für Produkte auf Basis von Gusslegierungen sind Motorblöcke in der Automobilindustrie. Für die Herstellung von Halbzeugen werden überwiegend Neuschrotte eingesetzt. Für die Herstellung von Gusslegierungen werden insbesondere Altschrotte verwendet. Fabriken zur Erzeugung von Halbzeugen unter vorwiegendem Einsatz von Neuschrotten werden häufig Umschmelzwerk genannt. Fabriken zur Erzeugung von Gusslegierungen unter vorwiegendem Einsatz von Altschrotten werden häufig als Schmelzhütte bezeichnet.

Der Energieeinsatz für die Produktion von Sekundäraluminium ergibt sich aus dem Energieeinsatz für die Aufbereitung von Schrotten und dem Energieeinsatz für das Schmelzen der aufbereiteten Schrotte. Deshalb hängt der Energieeinsatz für die Produktion von Sekundäraluminium unter anderem von der Charakteristik der eingesetzten Schrotte ab. Je höher der Aluminiumanteil im eingesetzten Schrott ist, desto niedriger ist der entsprechende spezifische Energieeinsatz für die Schrottaufbereitung. Verglichen mit der Produktion aus Altschrotten ist der Energieeinsatz also niedriger, wenn Sekundäraluminium aus Neuschrotten produziert wird. Neuschrotte werden in der Regel zu nahezu 100 Prozent für die Produktion von Sekundäraluminium wieder verwendet. Für Altschrotte schwankt die Recyclingquote je nach Anwendungsbereich und betrachtetem Land. Für Deutschland werden je nach Anwendungsbereich Recyclingquoten zwischen 80 Prozent und 95 Prozent angegeben. Der Energieeinsatz für das Schmelzen der aufbereiteten Schrotte ist ebenfalls von einer Vielzahl an Faktoren wie beispielsweise der verwendeten Ofentechnologie abhängig. Typische Energieverbräuche für das Schmelzen liegen zwischen 2 und 4,7 GJ pro Tonne Sekundäraluminium.