Rohstoffe / Ausgangsstoffe

Hauptbestandteile

Zur chemischen Vorbehandlung werden oft Natronlauge, Salpetersäure und Flusssäure eingesetzt. Das elektrolytische Verfahren wird üblicherweise in Schwefel- oder Oxalsäure Elektrolyten durchgeführt. Zur Farbgebung werden organische oder anorganische Farb­stoffe/ Pigmente eingesetzt. Es handelt sich dabei um Komplexfarbstoffe oder Metallsalze.

Die für das Verfahren benötigten Säuren, Laugen, Farbstoffe und Pigmente werden in großen Anlagen der chemischen Industrie erzeugt. Ihre Herstellung ist nicht produkt­spezifisch.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Die für das Verfahren benötigten Säuren, Laugen, Farbstoffe und Pigmente werden in großen Anlagen der chemischen Industrie erzeugt. Dafür werden auch fossile und mineralische Rohstoffe benötigt. Ihre Herstellung ist jedoch nicht produkt­spezifisch.

 Die Gewinnung der fossilen Rohstoffe aus Erdöl, Erdgas und Kohle wie auch der mineralischen Rohstoffe ist mit Umweltrisiken verbunden.

Verfügbarkeit

Mit der allmählichen Erschöpfung der Erdölvorräte vermindert sich auch das Potential zur Gewinnung von fossilen Rohstoffen in wenigen Jahrzehnten. Allerdings könnten die Rohstoffe auch aus Kohle hergestellt werden, was jedoch mit einem größeren Energieaufwand verbunden wäre.

Die mineralischen Rohstoffe sind auch langfristig nicht erschöpft, eine Knappheit ist nicht zu erwarten.

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

Die Aufbereitung der beim Verfahren eingesetzten Säuren und Laugen ist denkbar, es ist jedoch nicht bekannt inwiefern dies gegenwärtig in der Praxis umgesetzt wird.

Radioaktivität

Radioaktivität ist für anodisierte Oberflächen nicht relevant.

Quellen

Eigene Datensammlung, büro für umweltchemie

Verein Schweizerischer Anodisierbetriebe, 06.08.2013, Anodisieren, Online-Quelle

Herstellung

Prozesskette

Vor dem Anodisieren wird das Werkstück chemisch oder mechanisch vorbehandelt. Bei der chemischen Vorbehandlung wird das Aluminium zum Entfetten und Beizen in alkalische und saure Lösungen getaucht. Oft wird dazu Natronlauge und anschließend Salpetersäure oder Flusssäure eingesetzt. Beim Beizen wird die dünne Oxidschicht entfernt. Die mechanische Vorbehandlung kann durch Bürsten, Schleifen oder Polieren geschehen. Dadurch können verschiedene Oberflächeneffekte erzielt werden. Das metallische Aluminium reagiert an der Luft sehr schnell zu Aluminiumoxid, das eine natürliche Schutzschicht ergibt. Man sieht deshalb immer nur Aluminiumoxid, nie das reine metallische Aluminium.

Beim Eloxieren wird das elektrolytische Verfahren meistens mittels Gleichstrom in Schwefel­säure Elektrolyten durchgeführt (GS-Verfahren). Das Gleichstrom-Schwefelsäure-Oxalsäure-Verfahren (GSX-Verfahren) ist ein Sonderverfahren und wird insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik angewendet, da es eine erhöhte Korrosionsresistenz aufweist. Aus umwelttechnischer Sicht ist das GS-Verfahren zu bevorzugen, da die unvermischte Schwefelsäure besser ergänzt und recycelt werden kann. Beim Eloxieren wird das Aluminium als Anode geschaltet und oxidiert. Die erzeugte Oxidschicht ist zunächst mikroporös und daher mit Farbstoffen leicht anfärbbar. Zur Einfärbung können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Beim Einstufen-Farbanodisieren wird die Einfärbung direkt beim Eloxierprozess durch Variation der Säuremischung sowie der Aluminiumlegierung erzielt. Die Schichten sind sehr hart und weisen eine gute Lichtechtheit auf. Die erzielten Farbschattierungen sind jedoch eingeschränkt (Silber-, Gelb- und Bronzetöne bis schwarz). Beim adsorptiven Färben wird das Aluminium nach dem Eloxieren in eine Farbstofflösung oder in ein Farbbad mit organischen (Komplexfarbstoffe) oder anorganischen (Metallsalze) Farbstoffen getaucht. Dabei dringen die Farbstoffe in die Poren der Eloxal-Schicht ein. Mit organischen Farbstoffen lässt sich ein breites Farbspektrum abdecken. Der Nachteil des adsorptiven Färbens besteht jedoch in der nur bedingten Lichtechtheit der Einfärbung. Der Vorteil des elektrolytischen Färbens beruht auf der hohen Lichtechtheit der erzielten Einfärbungen. Bei diesem Verfahren enthält der Elektrolyt ein färbendes Metallsalz dessen Ionen sich in die Oxidschicht des Aluminiums einlagern. Mit unterschiedlichen Metallsalzen, darunter auch etliche Schwermetallverbindungen (z. B. Kupfer, Blei, Kobalt, Cadmium), lässt sich ein beinahe uneingeschränktes Farbspektrum realisieren. In Deutschland haben sich jedoch fast ausschließlich Verfahren mit Zinnsalzen durchgesetzt. Die beim Eloxieren erzeugte mikroporöse Oxidschicht wird anschließend mit siedendem Wasser verdichtet.

Umweltindikatoren / Herstellung

Einheitliche Werte zu Umweltindikatoren in WECOBIS soll zukünftig ausschließlich die Datenbank Ökobau.dat des Informationsportals Nachhaltiges Bauen des BMI liefern.

Die Ökobau.dat stellt Umweltprofile für Bauprodukte bereit, die als erforderliche Datengrundlage für die Lebenszyklusanalyse eingesetzt werden. Für Bauprodukte gibt es Herstellungs- und End-of-Live- Datensätze.

Weiterführende Informationen zur Ökobau.dat im Zusammenhang mit dieser Produktgruppe finden sich in WECOBIS unter Fachinformationen / Reiter Umweltdeklarationen → Ökobau.dat / Umweltindikatoren

Da in der Herstellung von Bauprodukten ein großer Anteil der verursachten Umweltbelastungen auf den Verbrauch von nicht erneuerbaren Energieträgern zurückzuführen ist, stellt die Graue Energie (kumulierter Primärenergieaufwand nicht erneuerbar) dafür einen guten Indikator dar.

Im Kapitel Energieaufwand finden sich ggf. allgemeine Informationen zum Thema, die die Produktgruppe prägen.

Datensätze zu Anodisierung siehe → Metalle (4) → Oberflächenbehandlung und Beschichtung von Metallen (7) → Anodisieren von Aluminium (01) → Eloxieren von Aluminium

Energieaufwand

Eloxierprozesse sind energieaufwändig. Die Energiekosten bei Eloxalbetrieben liegen meist im Bereich von 10 – 20% des Umsatzes. Die wesentlichen Faktoren sind der Strombedarf für den eigentlichen Eloxierprozess, die Absaugung sowie die Beheizung, teilweise aber auch die Kühlung von Anlagen und Prozessbädern. Der Hauptanteil des Strombedarfs ent­fällt auf die Stromversorgung der Eloxierbäder. Verluste entstehen dabei insbesondere im Gleichrichter sowie durch die Übergangswiderstände an den Kontakten bis zum eloxierenden Teil. Zumindest bei voller Auslastung entsteht bei den Gleichrichtern und in den aktiven Eloxierbädern ein Wärmeüberschuss, der durch Kühlung abgeführt werden muss. Andererseits sind die Bäder bei der Vorbehandlung oft beheizt, z. B. Ent­fettungs- und Beizbäder.

Graue Energie

Grauen Energie für die Anodisierung ohne Einfärbung: 75 MJ/m² (pro m² Bauteilfläche)

Charakteristische Emissionen

Ist eine Regenerierung des Elektrolyten oder der Farbbäder nicht wirtschaftlich oder nicht mehr möglich, so müssen sie entsorgt werden. Kleine Mengen können auch in einer betrieblichen Abwasserbe­handlungsanlage aufbereitet werden. Die Entsorgung muss als gefährlicher Abfall (früher Sonderabfall) erfolgen.

Maßnahmen Gesundheitsschutz

Die bei der Anodisierung eingesetzten Säuren sind Gefahrenstoffe. Es muss daher eine Betriebsanweisung erstellt werden und die Mitarbeiter zum richtigen Umgang mit Gefahren­stoffen unterwiesen werden. Weiterhin wird beim Eloxierprozess an der Kathode Wasser­stoff freigesetzt. Zur Vermeidung von Explosionsgefahren müssen die entstehenden Gase abgesaugt und für eine gute Belüftung gesorgt werden.

Sonstiges

Nicht alle Aluminiumlegierungen eignen sich zum Eloxieren. Beispielsweise sind die Werk­stoffe AlMg3 und AlMg5 gut geeignet während AlMg4,5Mn schlecht eloxierbar ist.

Transport

Der Transport jener Ausgangsstoffe welche auf fossilen Rohstoffen basieren (evtl. Farbstoffe) ist generell mit längeren Transportwegen und größeren Umweltrisiken behaftet als der Transport der Ausgangsstoffe welche auf mineralischen Rohstoffen basieren. In der Produktionskette werden auch Güter mit Gefahrstoffkennzeichnung transportiert. Da jedoch Säuren, Laugen und Farbstoffe in einer Vielzahl von verschiedenen Produkten verwendet werden (nicht nur zur Anodisierung von Oberflächen) ist die Umweltrelevanz des Transports nicht spezifisch für das Anodisieren.

Quellen

• Eigene Datensammlung, büro für umweltchemie
• Alutecta, Anodisation – Eloxal, 06.08.2013, Online-Quelle
• Verein Schweizerischer Anodisierbetriebe, 06.08.2013, Anodisieren, Online-Quelle
• Schletter, 06.08.2013, Technische Informationen Eloxierung, Online-Quelle
• R.S. Alwitt, 06.08.2013, Anodizing, Electrochemistry Encyclopedia, Online-Quelle

Verarbeitung

Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen

Es handelt sich um eine werkseitige Beschichtung von Bauteilen aus Aluminium. Anodisierte Oberflächen sind deshalb mit keinen umweltrelevanten oder arbeits­hygienischen Risiken auf der Baustelle verbunden.

Die Verformung und Bearbeitung der Bauteile muss vor der anodischen Behandlung geschehen, da Eloxal-Schichten sehr spröde sein können, so dass beim Biegen Haarrisse entstehen.

Quellen

Eigene Daten, büro für umweltchemie

Nutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Anodisierte Oberflächen sind beständig und enthalten weder Bindemittel noch Lösemittel wie etwa konventionelle Metallbeschichtungen. Schadstoffemissionen in den Innenraum können ausgeschlossen werden.

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Außenraum

Eloxierte Aluminiumoberflächen sind sehr witterungsbeständig und werden durch UV-Strahlung nicht zerstört. Durch Einwirkung von Laugen oder durch mechanische Abtragung können allenfalls organische oder anorganische Pigmente welche in der Oxidschicht eingelagert sind freigesetzt werden.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Im Brandfall sind keine besonderen Risiken für Umwelt und Gesundheit zu erwarten.

Wassereinwirkung

Es sind keine besonderen Risiken für die Umwelt zu erwarten. Anodisierte Oberflächen enthalten keine gemäß Gefahrstoffverordnung kennzeichnungspflichtigen Bestandteile, welche wasserlöslich sind.

Beständigkeit Nutzungszustand

Die durch Anodisieren erzeugte Oxidschicht zeichnet sich durch eine sehr gute Haftfestig­keit aus, da die Oxidschicht bei der Herstellung von der Oberfläche her in das Metall hineinwächst. Aufgrund der extremen Härte von Eloxalschichten sind anodisierte Ober­flächen unempfindlich gegenüber Abrasion und anderen mechanischen Einflüssen und unempfindlich gegenüber UV-Strahlung

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

Quellen

Eigene Daten, büro für umweltchemie. Zürich

Nachnutzung

Wiederverwendung / Wiederverwertung / Beseitigung

Grundsätzlich können und sollen alle eloxierten Aluminiumteile stofflich verwertet werden, vgl. Metalle, Aluminium.

Umwelt- und Gesundheitsrisiko Rückbau

Mit dem Rückbau sind keine besonderen Risiken für Umwelt und Gesundheit verbunden.

Wiederverwendung

Eine Wiederverwendung von anodisierten Aluminiumbauteilen ist in Abhängigkeit vom Bauteil grundsätzlich möglich.

Stoffliche Verwertung

Die Recyclierbarkeit von eloxierten Aluminiumteilen wird gegenüber unbehandeltem Aluminium kaum beeinträchtigt. Die Fremdstoffe gehen in die Schlacke oder bleiben je nach Pigment als Verunreinigung im Sekundäraluminium.

EAK-Abfallschlüssel

17 04 02

Aluminium (Bau- und Abbruchabfälle)

Quellen

Verordnung über das Europäische Abfallverzeichnis (Abfallverzeichnis-Verordnung – AVV, zuletzt geändert am 24. Februar 2012, Online-Quelle abgerufen am 06.08.2013