Quellen

¹Walter Lonsinger, A/U/F, www.a-u-f.com

Herstellungsprozess

⇒ auch Metalle

Aluminium wird in einem zweistufigen Prozess erzeugt. In einem ersten Prozessschritt (Bayer-Verfahren) wird das in dem Bauxit-Erz enthaltene Aluminiumoxid mit Natronlauge aufgeschlossen. Dafür werden zunächst größere Bauxitbrocken zerkleinert und gemahlen, anschließend mit Natronlauge versetzt und im Autoklaven (200°C, 40 bar) zu Aluminiumhydroxid umgesetzt.

Bei diesem Vorgang bleiben die Oxide von Eisen, Titan und Silizium sowie viele giftige Schwermetalle ungelöst und fallen als Rückstandsprodukt im sogenannten Rotschlamm an. Dieser wurde früher in Gewässer abgeleitet, wird aber heute auf kontrollierten Deponien abgelagert oder für die Herstellung von Pigmenten weiterverarbeitet. Vor der Deponierung werden die Erzrückstände von der Natronlauge getrennt. Die Natronlauge wird im Kreislauf geführt.
Das gewonnene Zwischenprodukt Aluminiumhydroxid wird im Drehrohrofen oder nach dem Wirbelschichtverfahren bei etwa 1200-1300 °C zu Aluminiumoxid weiterverarbeitet.

In einem zweiten Arbeitsgang wird schließlich metallisches Aluminium durch Elektrolyse aus dem Aluminiumoxid nach dem Kryolith-Tonerde-Verfahren (Hall-Héroult-Prozess) gewonnen. Um den hohen Schmelzpunkt von Aluminiumoxid (über 2000 °C) herabzusetzen, mischt man es mit Kryolith Na₃AlF₆.
Dadurch lässt sich die Schmelze bei 950 - 970 °C durch die Stromwärme der Elektrolyse flüssig erhalten. Sie wird in speziellen Elektrolysezellen durchgeführt, die eine mit Kohle ausgekleidete, als Kathode fungierende Wanne besitzen. Das Metall sammelt sich dann am Boden dieser Wanne in flüssiger Form an. Als Anode dienen in die Schmelze eintauchende kohlenstoffhaltige Stäbe.

Das flüssige Hüttenaluminium wird aus den Elektrolysezellen abgesaugt, in die Gießerei übergeführt und nach Zusatz von Legierungsbestandteilen zu Walzbarren, Drahtbarren oder Pressbolzen gegossen. Aus den Walzbarren werden Bleche, Bänder oder Folien gewalzt. Die Pressbolzen werden zu Profilen oder Rohren gepresst und aus den Drahtbarren werden Drähte hergestellt.
Diese Knetlegierungen haben als Hauptlegierungselemente Magnesium, Mangan und Silizium, bei einigen seltenen Legierungen werden Kupfer oder Zink verwendet. Ihr Anteil liegt im Durchschnitt zwischen 2 bis 2,5 %.

Oberflächenvergütung

Anodische Oxidation

Durch die anodische Oxidation, dem sogenannten Eloxal-Verfahren, lassen sich Oxydschichten auf der Aluminiumoberfläche erzeugen, die 50- bis 5000-mal so dick sind wie seine natürliche Oxydhaut. Bei diesem Verfahren wird im Gegensatz zu den galvanischen Überzugverfahren eine metallische Schutzschicht nicht auf dem Werkstück abgeschieden, sondern durch Umwandlung der obersten Metallzone ein Aluminiumoxid gebildet. Diese Schichten sind keramisch hart und fest mit dem Metall verbunden. Sie verleihen dem Aluminium ein dekoratives Aussehen. Dies geschieht durch elektrolytische Behandlung der zu eloxierenden Gegenstände in mehr oder weniger verdünnten Lösungen von Schwefelsäure und Oxalsäure. Je nach Legierungsbestandteilen, Metallgefüge, Elektrolytzusammensetzung lassen sich gleichmäßige, vollkommen lichtechte, transparente, sowie graue, hell- bis dunkelbronzene und schwarze Oxydschichten erzeugen.

Anodisierungsschichten können mit organischen bzw. anorganischen Farbstoffen (Tauchfärbung) oder elektrolytisch in Metallsalzlösung (elektrolytische Färbung) gefärbt werden.

Galvanisieren

Aluminium kann mit allen galvanisch abscheidbaren (elektrolytisch) Metallen überzogen werden (z. B. vernickeln, verkupfern, verchromen, verzinken, verzinnen). Dabei muss vor dem Galvanisieren die sich auf der Oberfläche des Aluminiums befindliche natürliche Oxydschicht durch eine Oberflächenvorbehandlung mittels einer Reinigung, Entfettung und Beizung beseitigt werden, um die für das anschließende Galvanisieren erforderliche Oberflächengüte zu erreichen.

Charakteristische Emissionen

Als Nebenprodukt entstehen bei der Schmelzflusselektrolyse von Aluminium Fluoride, die sich in den Abgasen der Aluminiumhütten wiederfinden und in den 70-80er Jahren zu erheblichen Emissionen beigetragen haben. Durch  den Einsatz von Filtertechniken ist die Fluorbelastung der Umgebung erheblich reduziert worden. Vielmehr wird das Fluor heute rezykliert und im Kreislauf geführt, was zur Reduzierung des Bedarfs an AlF geführt hat. Weiter entstehen durch die Verbrennung der Anoden auch CO, CO₂ und SO₂ , die zu den Emissionen beitragen.

Maßnahmen Gesundheitsschutz

Bei der Herstellung von Aluminium ist auf persönliche Schutzausrüstung zu achten (Augen-, Gesichts-, Gehör-, Hautschutz).

Maßnahmen Umweltschutz

Insbesondere bei der Deponierung des Rotschlamms (Abfallprodukt aus dem Bauxitaufschluss mit Natronlauge) müssen besondere Umweltschutzmaßnahmen getroffen werden, dass die gelösten Schwermetalle nicht ins Grundwasser und den Boden gelangen.

Transport

Da Bauxit als Rohstoff für Aluminium in Deutschland nicht abgebaut wird und es deshalb z. B. aus Australien, Venezuela, Guinea, Guyana, Ghana und Brasilien importiert werden muss, kommt es zu langen Transportwegen, vorzugsweise auf dem Wasserweg per Schiff.

Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen

Aluminium ist sehr gut kalt und warm verformbar, lässt sich schweißen, löten, kleben und schmieden und besitzt eine hohe Leitfähigkeit für Strom und Wärme.

Aluminium und Aluminiumlegierungen können, wie andere Metalle auch, grundsätzlich durch Schmelzschweißen verbunden werden, allerdings nur unter dem Ausschluss von Sauerstoff, da auch während des Schweißens die Bildung einer Oxidschicht verhindert werden muss. Unterschiede in der Schweißbarkeit, abhängig vom Gehalt an Legierungsbestandteilen, engen die praktische Anwendung teilweise ein.

Löten dient zum Verbinden metallischer Werkstoffe mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzmetalls (Lotes), dessen Schmelztemperatur tiefer als die der Grundwerkstoffe liegt. Dabei müssen die Berührungsstellen der Grundwerkstoffe durch flüssiges Lot benetzt werden, ohne selbst an zu schmelzen. Dabei wird zwischen Hartlöten (Arbeitstemperatur 450° C bis 900° C für Aluminium bis ca. 600°C) und Weichlöten (Arbeitstemperatur unterhalb 450°C) unterschieden.

Beständigkeit Nutzungszustand

Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“.

→ Datenbank als PDF

Instandhaltung

Oberflächen von Aluminiumbauteilen können im Laufe der Zeit verfärben. Diese Verfärbungen können in der Regel mit einfachen Haushaltsreinigungsmitteln beseitigt werden. ¹

Quellen

¹ alu provasystem, Online-Quelle (abgerufen 10/2013)

Wiederverwendung / Wiederverwertung / Beseitigung

„Die Recyclingraten liegen in den wichtigsten Verwendungsbereichen zwischen 85 und 95 Prozent und bei Produktionsschrotten bei nahezu 100 Prozent Daher wird Aluminium überwiegend nicht "verbraucht", sondern "genutzt" und anschließend immer wieder erneut nutzbar gemacht.“

Umwelt- und Gesundheitsrisiko Rückbau

Bauelemente aus Aluminium können ohne größere Umwelt- und Gesundheitsrisiken zurückgebaut werden. Geschraubte Verbindungen sind dabei leichter zu trennen als geschweißte, gelötete oder geklebte Verbindungen, was den Rückbau erleichtert.

Wiederverwendung

Bauteile aus Aluminium, können je nach Zustand direkt wiederverwendet werden, oder wenn das nicht möglich ist der stofflichen Verwertung zugeführt werden.

Stoffliche Verwertung

Zurzeit kommen rund 96 % des im Bauwesen anfallenden Aluminiumschrotts in den Verwertungskreislauf zurück. Dieses Sekundäraluminium wird heute häufig für Gusslegierungen verwendet.
Im Gussaluminium ist der Recyclatanteil sehr hoch. Für im Bauwesen eingesetzte Bleche und Profile wird derzeit aufgrund der geforderten Legirungen aber auch wegen der nicht vorhandenen Schrotte Primäraluminium verwendet.
Während der Produktion anfallende Reststoffe werden, wenn sie nicht wieder am Ort der Entstehung eingesetzt werden, von den Sekundärhütten oder den Hüttengießereien eingeschmolzen. Die nach dem Gebrauch der aluminiumhaltigen Güter entstehenden Altstoffe werden aufbereitet und dann wieder zu Legierungen verarbeitet.

Die Aktivitäten der Industrie zur Erhöhung der Recyclingquote waren sehr erfolgreich. In die Richtung sortenreines Sammeln und Sortieren handelt beispielsweise die Initiative A/U/F, die über Mitgliedschaften garantiert, dass Anwendungen im Baubereich aus Knetlegierungen nach ihrer Nutzung gesammelt werden, um diese wieder zu Pressbolzen zu verarbeiten. Damit wird der erneute Einsatz der Legierungen im Fenster und Fassadenbereich möglich.¹
Allerdings ist das Problem der Kennzeichnung und der erforderlichen sortenreinen Trennung für die Schließung von Kreisläufen ohne Qualitätsverlust noch nicht abschließend gelöst.

Energetische Verwertung

Eine energetische Verwertung von Aluminiumprodukten ist in Abhängigkeit ihrer Beschaffenheit möglich. Zum Beispiel können Folien in der Müllverbennung oxidieren. Dabei wird Energie freigesetzt. Nicht geschmolzenes Aluminium und geschmolzenes Aluminium werden über Wirbelstromabscheider aus der Bodenasche zurückgewonnen und dem Kreislauf zugeführt. Befindet sich das Aluminium in den Flugstäuben, kann es durch Feuchtigkeit chemisch reagieren. Dadurch kann es zu einer Verpuffungsreaktion kommen, die zu Risiken der Arbeitssicherheit beim Transport und Entsorgung  führen kann.²

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

Da Aluminium fast vollständig im Kreislauf geführt wird, fallen nur geringe zu deponierende Mengen Aluminium an, bei denen es nach derzeitigem Wissenstand keine Probleme bei der Deponierung gibt.

EAK-Abfallschlüssel

Quellen

¹ Walter Lonsinger, A/U/F, www.a-u-f.com
²G. Magel, W. Spiegel: Wasserstoffbildungspotential von MVA-Flugstäuben (L24)(http://www.chemin.de/Publikationen/PDF/vo-29-2.pdf)