Rohstoffe / Ausgangsstoffe

Hauptbestandteile

Aluminium ist nach Sauerstoff und Silizium mit ca. 8 % das dritthäufigste Element der Erdkruste, tritt aber stets in chemischen Verbindungen mit anderen Elementen auf. Es ist das häufigste Metall der Erdkruste; erst danach folgt Eisen mit einem Anteil von ca. 5 %. Aluminium ist allgegenwärtig in Feldspaten und Glimmern oder in deren Verwitterungsprodukten wie Ton und Lehm enthalten.
Als Rohstoff für die Aluminiumgewinnung wird fast ausschließlich Bauxit verwendet.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Bauxit als bekanntestes Aluminium-Mineral wird im Tagebau gewonnen. Es ist ein erdiges Sedimentgestein, das in seiner Zusammensetzung starke Schwankungen aufweist. Im Wesentlichen setzt es sich aus Aluminiumoxid Al₂O₃ (40 bis 60%), Eisenoxid Fe₂O₃ (0 bis 30%), Siliziumdioxid SiO₂ (bis 5%) und Titandioxid TiO₂ (bis 2,5%) zusammen, wobei das Eisenoxid die meist rötliche Färbung bedingt. Aktuell liegen die Hauptfördergebiete von Bauxit Australien, Brasilien, China, Indonesien, Indien und Guinea.

Verfügbarkeit

Aluminium ist das häufigste Metall der Erdkruste und ist daher in fast unerschöpflichem Ausmaß vorhanden. Allerdings wird Aluminium gegenwärtig nur aus Bauxiterz gewonnen. Die bekannten und heute als wirtschaftlich abbauwürdig angesehenen Bauxitreserven der Erde betragen ca. 140 Mrd. t. Der Weltjahresverbrauch betrug 2012 ca. 262 Mio. t.

Produktion von Rohaluminium in Deutschland

Produktion von Aluminiumhalbzeug in Deutschland

Weitere Informationen (auch weltweite Zahlen) auf der Homepage des Gesamtverbandes der Aluminiumindustrie e.V. (GDA) http://www.aluinfo.de/index.php/produktion.html

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

In Deutschland wird mittlerweile inzwischen mehr Aluminium aus dem Kreislauf gewonnen als über den primären Bereich. Durch das Recycling werden Energie- und Wasserverbrauch, Abfallaufkommen, Emissionen und Rohstoffverbrauch reduziert.

Bedingt durch die Legierungsbestandteile für Guss- und Knetlegierungen gelangen die Nebenbestandteile auch immer in die Recyclingmaterialien hinein. Dadurch steigt die Anzahl der Nebenbestandteile mit der Zeit an, was die Eigenschaften des Sekundäraluminiums beeinflusst. Derartige Störstoffe können aus der Schmelze mit vertretbarem Aufwand derzeit nicht wieder entfernt werden. Daher wird häufig mit Primäraluminium oder mit niedrig lagierten Schrotten "verdünnt". Heute wird Sekundäraluminium aus Altschrotten hüfig nicht zu Knetlegierungen, sondern zu Gusslegierungen verarbeitet. Sortenreines Sammeln und Sortieren wirkt diesem Sachverhalt entgegen. Die Weiterentwicklung von Trenntechnologien wird von der Aluminiumindustrie ebenfalls vorangetrieben.

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
Altaluminium, Fabrikationsabfälle und Schrotte werden zu Sekundäraluminium erschmolzen. Der Energieverbrauch liegt hier bei nur ca. 5% des ursprünglichen Wertes.
Aus Sekundäraluminium werden z. B. Motorenteile, Vormaterialbänder für die Dosenproduktion, Felgen, Treibstoffbehälter, Profile für Fahrzeugindustrie und Bauwesen aber auch Maschinenbauteile, Komponenten für den Flugzeugbau, Druckluftbehälter und vieles mehr erzeugt.

Radioaktivität

Bei den derzeit handelsüblichen Bauproduktgruppen sind aus der Sicht des Strahlenschutzes keine Einschränkungen erforderlich. Allerdings ist auch weiterhin die vorgegebene Beschränkung des Anteils industrieller Rückstände als Zuschlag zu beachten, siehe ausführliche BfS-Informationen zu Baustoffen unter http://www.bfs.de/de/ion/anthropg/baustoffe.html.

Aluminium und Aluminiumprodukte sind nicht radioaktiv und tragen daher nicht zur Strahlenexposition der Bewohner bei.

Landinanspruchnahme (Landuse)

Der Landverbrauch durch den Bauxitabbau ist wegen geringer Mächtigkeit der Erzschichten beträchtlich, es werden große Mengen Erde bewegt. Ausgeerzte Minen werden wieder rekultiviert. Aus den Flächen entstehen beispielsweise Nutzflächen für Ackerbau und Viehzucht.

Quellen

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

Herstellung

Prozesskette

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.

Umweltindikatoren / Herstellung

Energieaufwand

Zur Herstellung von 1 t Aluminium sind 2 t Aluminiumoxid bzw. 4 - 5 t Bauxit erforderlich. Es werden etwa 440 kg Elektrodenkohle, 100 kg Natronlauge, 16 kg Aluminiumfluorid (AlF), 390 kg Petrolkoks und ca. 15.000 kWh Strom bei der Elektrolyse benötigt. (Mehr als 50 % dieser Energie wird in Europa aus Wasserkraft bereitgestellt.) Dabei entstehen 0,7 - 1,5 t Rotschlamm und eine große Menge Abwasser, die über alle Wasch- und Reinigungsschritte bei 15,5 m³/t liegt.

Wenn Aluminium zurückgewonnen wird und zu neuem Aluminium erschmolzen wird, dann werden nur etwa 5-10 % der für die Primärproduktion erforderlichen Energiemenge verbraucht.
Quelle: Gesamtverband der Aluminiumindustrie e. V.

Für die Herstellung von Aluminiumprofilen und –blechen werden für alle Produktionsschritte bis hin zum Fertigprodukt (siehe Grafik Prozesskette) rund  135 GJ pro Tonne Aluminiumblech/profil nicht erneuerbare Energie eingesetzt. Dabei werden 9,2 t Treibhaus relevante Emissionen freigesetzt. Das Recycling von einer Tonne Aluminium benötigt rund 5,9 GJ nicht erneuerbare Energie und generiert 0,4 t Treibhaus relevante Emissionen.

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.

Verarbeitung

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.

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Die Berührung von Flussmittel beim Löten mit der Haut, besonders bei Hautwunden, ist zu vermeiden, Werkstatt oder Arbeitsplatz sind ausreichend zu lüften (VBG 15). Bei Spritzern und Verätzungen ist wiederholtes Abspülen mit reinem Wasser notwendig, Verätzungen sollten nachfolgend ärztlich versorgt werden.

Maßgebend für die Sicherheit am Arbeitsplatz sind die Unfallverhütungsvorschriften. Hier ist besonders die Vorschrift Nr. 15 (UW VBG 15), Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren zu beachten.

AGW-Werte

Der Grenzwert für die alveolengängige Fraktion nach TRGS 900 für Aluminium-Feinstaub als Metall, Metalloxid und -hydroxid wurde mit 6 mg/m³ festgelegt.

Nach Wingis-Online beträgt der AGW für Aluminium 3 mg/m³ gemessen in der alveolengängigen Franktion.

REACH / CLP

Die REACH-Verordnung regelt die Herstellung, das Inverkehrbringen und den Umgang mit Industriechemikalien. Zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, dient die CLP-Verordnung (Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen), um ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu gewährleisten.

Wird ein Produkt nicht als Stoff oder Gemisch, sondern als Erzeugnis eingestuft, ist kein Sicherheitsdatenblatt (SDB) erforderlich und Gefahrstoffbezeichnungen entfallen. Lediglich besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) müssen ausgewiesen werden.

Emissionen

Sehr feines metallisches Aluminiumpulver kann bei Kontakt mit Wasser oder Laugen entzündliche Gase bilden.

Umweltrelevante Informationen

Energiebedarf

Bei der Verarbeitung von Aluminiumbauteilen wird Energie zum Umformen (Biegen/Anpassen) von Blechen oder Fügen benötigt.

Wassergefährdung

Nach derzeitigen Erkenntnissen liegt keine Wassergefährdung durch Aluminium vor.

Transport

Aufgrund der hohen Energiepreise gibt es in Deutschland nur noch wenige Standorte an denen Aluminium produziert wird. 2005 mussten beispielsweise die Aluminiumwerke Stade und Hamburg schließen.¹ Das Aluminiumwerk in Hamburg wurde 2007 von neuen Besitzern wieder in Betrieb genommen.²

Quellen

¹ BGR Rohstoffinformationen 2012, Online-Quelle (abgerufen 10/2014)
² Trimet Aluminium Historie, Online-Quelle (abgerufen 04/2014)

Nutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Nach bisherigem Kenntnisstand erfolgt keine Schadstoffabgabe bei bestimmungsgemäßer Nutzung.

Biologische und toxikologische Bedeutung

In der Umwelt werden in den sauer gewordenen Gewässern zunehmend lebensfeindliche Mineralien aus dem Gestein auflösen, die vorher unlöslich waren. So konnte in vielen Bächen und Flüssen in der letzten Zeit eine angestiegene Aluminiumkonzentration nachgewiesen werden. Das hat in vielen Bächen ein extremes Artensterben ausgelöst. Neben diesen ökologischen Folgen konnte auch festgestellt werden, dass das Trinkwasser zunehmend mit Aluminium belastet wird. In Nord- und Nordostbayern wurden in Wasserwerken Aluminiumkonzentrationen von bis zu 9 mg/l gemessen. Die EU Grenzwert für Aluminium in Trinkwasser beträgt 0,05 mg/l, zulässiger Höchstwert 0,2 mg/l.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Aluminium selbst ist nicht brennbar (A1). Seine Wärmeleitfähigkeit ist mehr als 3-mal so hoch wie bei Stahl. Ein brandschutztechnischer Vorteil des Aluminiums liegt darin, dass dieses Metall oft keine statische Aufgabe übernehmen muss, sondern für Fenster, Türen, Geländer und Beschläge, also im Innenausbau verwendet wird. Aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur von 660°C geht eine gewisse Gefahr der Brandverbreitung durch flüssiges tropfendes Metall aus, wodurch die Brandbekämpfung erschwert wird.

Wassereinwirkung

Durch Oberflächenbehandlung oder die natürliche Oxidschicht von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind diese im pH-Bereich von 5-8, d. h. auch bei Wassereinwirkung, beständig.

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)

Nachnutzung

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)