Globales recyceltes Aluminium: Produktionsstruktur und Materialflüsse

Recyclingfähigkeit von Aluminium

Hohe Wiederverwendbarkeit von Aluminium nach dem Ende der Lebensdauer des Aluminiumprodukts, in dem er gehalten wurde, folgt aus den folgenden Eigenschaften [1]:

  • Hohe Korrosionsbeständigkeit unter den meisten Umgebungsbedingungen. Dadurch bleibt ein Großteil des recycelbaren und wiederverwendbaren Metalls in einem alten Aluminiumprodukt erhalten..
  • Energie, was benötigt wird, um dieses "alte" Aluminium zu "neuem" zu schmelzen, ist nur 5 % aus Energie, die für seine Primärverhüttung benötigt wurde.
  • Die Flexibilität der Aluminiumlegierung ermöglicht den Einsatz einer Vielzahl von industriellen Aluminiumlegierungen, die speziell unter Berücksichtigung der Möglichkeit des Vorhandenseins eines erhöhten Schadstoffgehalts in ihnen erstellt wurden.

Das Ziel jeder Sekundäraluminiumproduktion ist die Herstellung kostengünstiger und qualitativ hochwertiger industrieller Aluminiumlegierungen.. Aktuell vorbei 300 chemische Zusammensetzungen für Knet- und Gusslegierungen sind international registriert. Viele dieser Legierungen wurden entwickelt, um Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung und dem Gehalt an Verunreinigungen zu berücksichtigen, die bei der Verarbeitung von Aluminiumschrott auftreten können.

Die Rolle von Sekundäraluminium

Das Recycling von Aluminiumschrott ist ein komplexer interaktiver Prozess, Dazu gehören Zentren für die Sammlung und Verarbeitung von Schrott, Primäraluminiumproduzenten, Sekundäraluminiumhersteller, metallverarbeitende Industrie und Verbraucher von Aluminiumprodukten. Auf dem Bild 1 Darstellung von Materialflüssen in der Aluminiumindustrie, angefangen bei Primäraluminiumproduzenten bis hin zu verschiedenen Produktionsanlagen zur Verarbeitung und Umschmelzung von Aluminiumschrott. Auf dem Bild 2 präsentiert ein Modell der Struktur der globalen Sekundäraluminiumproduktion, die die Materialflüsse verschiedener Arten von Aluminiumschrott und die wichtigsten verwendeten Ausrüstungsarten zeigt [2].

Bild 1 - Stoffströme in der globalen Aluminiumindustrie:
die Rolle von Sekundäraluminium [1]


Bild 2 - Materialflüsse in der globalen Produktion
Sekundäraluminium [2]

Sekundäraluminiumproduzenten: Umschmelzer und Raffinerien

Sekundäraluminium aus Aluminiumschrott wird von zwei Arten von Industrieunternehmen gewonnen, die wir im Folgenden der Kürze halber „Umschmelzer“ und Raffinerien „[2] nennen werden:

  • Umschmelzer:
    – ein relativ großes eingeschmolzen, reiner und leicht oxidierter Aluminiumschrott (Abbildung 3);
    – Knetlegierungen herstellen (Gehalt an Legierungselementen bis zu 10 %);
  • Raffinerien:
    – umgeschmolzen lackiert (Abbildung 4), verunreinigter und stark oxidierter Aluminiumschrott, einschließlich zerkleinert (Abbildung 5), Späne (Abbildung 6) und Schlacken (Abbildung 7);
    – Herstellung von Gusslegierungen und Aluminium für die Stahldesoxidation; Gusslegierungen haben einen Legierungselementgehalt von bis zu 20 %.

Bild 3 - Reiner Aluminiumschrott [3]

Bild 4 - Lackierter Aluminiumschrott [3]

Bild 5 - geschredderte Alu-Schrottdosen [3]

Bild 6 - Aluminiumschrott "Späne" [3]

Bild 7 - Aluminiumschlacke
mit metallischem Aluminium 50-75 % [3]

Umschmelzer müssen die richtige Menge und Qualität des Aluminiumschrotts auswählen, in die chemische Zusammensetzung einer gegebenen verformbaren Aluminiumlegierung "hinein". Also ergreifen sie Maßnahmen, um verschiedene Aluminiumlegierungen sorgfältig zu trennen.

Raffinerien arbeiten unter weniger strengen Bedingungen in Bezug auf verschiedene Aluminiumlegierungen. Sie sind spezialisiert auf das Umschmelzen von Mischguss- und Knetlegierungen zu standardisierten Aluminiumlegierungen.. Es ist gängige Praxis für Raffinerien, verschiedene Legierungen in einer Charge proportional zu mischen., die in den Ofen geladen werden soll.

Ein Teil des Aluminiumschrotts wird auch von den Produzenten verbraucht, sogenannt, Urformguss.

Sekundäraluminium wird aus zugekauftem, Geben und Nehmen und interner Aluminiumschrott. Lohnschrott ist Schrott, die im Eigentum des Kunden bleibt und gegen Gebühr eingeschmolzen wird. Schrott, der innerhalb desselben Unternehmens oder einer Unternehmensgruppe gebildet und geschmolzen wird, wird als interner Schrott bezeichnet. Bis auf wenige Ausnahmen sind Raffinerien separate kleine und mittlere Unternehmen., und Umschmelzer sind Unterabteilungen eines Unternehmens oder einer Unternehmensgruppe, die irgendwelche Aluminiumprodukte herstellen. Daher produzieren nur Umschmelzer Sekundäraluminium aus internem Schrott..

In den Stufen der Aluminiumproduktion und der Herstellung von Halbzeugen oder Fertigprodukten daraus fällt neuer Schrott an. Altschrott entsteht, wenn ein aluminiumhaltiges Produkt, erreicht das Ende seiner Lebensdauer, geht zu Schrott, sortiert und umgeschmolzen.

Umschmelzen von Aluminiumschrott

Es ist bekannt, dass Aluminium nicht mit Kohlenstoff oder Wasserstoff in der Nähe seines Schmelzpunktes von seinem Oxid zu Metall reduziert werden kann, Wie kommt es dazu, z.B, mit Eisen. Insofern ist bei der Herstellung von Primäraluminium ein energieintensiver Elektrolyseprozess erforderlich., um metallisches Aluminium aus Aluminiumoxid (Al2Ö3). Das Recycling von Aluminium beschränkt sich auf das Umschmelzen (Schmelzen) von Aluminium aus aluminiumhaltigen Materialien, aus denen Aluminiumschrott besteht. Dies bietet eine einfache Methode zur Berechnung der Massenbilanz beim Recycling von Aluminium (ohne Berücksichtigung des Einflusses von Legierungselementen) [2]:

(Beladung von metallischem Aluminium in der Zusammensetzung der Ladung) =
= (Metall-Aluminium-Ausgang) + (Ausbeute an oxidiertem Aluminium) /1,89

Alle Oxide oder anderen anorganischen nichtmetallischen Bestandteile des Schrotts bleiben beim Schmelzen unverändert und gehen bei der Berechnung der Massenbilanz einfach vom Input zum Output über. Salze (Flussmittel) bleiben Salze, die hauptsächlich als Hüllmaterial für anorganische nichtmetallische Bauteile benötigt werden. Oxide gelangen entweder als Teil der Charge in den Ofen oder werden während des Schmelzprozesses gebildet. Flüchtige organische Verbindungen (z.B., Öle, Fett) und Feuchtigkeit hinterlassen mit Rauchgasen, kann aber einige Komponenten tragen, wie Salze oder Oxide [2].

Schmelzöfen für Umschmelzer

Umschmelzer verwenden:

  • в основном традиционные плавильные печи ванного типа без применения плавильных флюсов. Dabei handelt es sich in der Regel um Hallenherdöfen unterschiedlicher Bauart: Frontladeröfen, Schachtöfen, Öfen mit geneigtem (trockenem) Herd usw.. (Zeichnungen 8-10)

Bild 8 - Reflektierender Bad-Schmelzofen
Frontlader [4]

Bild 9 - Schachtschmelzofen [5]

Bild 10 - Schmelzofen mit Schrägherd und Lager [6]

Refiner-Schmelzöfen

Raffinerien verwenden:

  • Badöfen ohne Verwendung einer Schmelzflussmittelschicht mit zusätzlicher elektromagnetischer Rührung, sowie mit seitlicher Lademulde (Abbildung 11);
  • Dreh- (Dreh-)Öfen mit feststehender (fester) Drehachse (Abbildung 12);
  • Drehbacköfen (Drehbacköfen) mit kippbarer Drehachse (Kippdrehbacköfen) (Abbildung 13);
  • Öfen zur Verarbeitung von Salzschlacke, die wiedergewonnene (sekundäre) Flussmittel und körniges Aluminium abgeben;
  • Geräte zur Verarbeitung von Nassspänen;
  • andere Arten von Öfen (in kleinen Mengen).

Bild 11 - Schmelzofen mit Chargierwanne [6]

Bild 12 - Drehschmelzofen mit fester Drehachse [6]

Bild 13 - Drehschmelzofen mit kippbarer Drehachse [3]

Remelters: Merkmale der Arbeit

Für Umschmelzer ist das Hauptmerkmal die Qualität der Charge:

  • sauberer Schrott, unoxidiert und unlackiert
  • in den meisten Fällen - Schrott mit einer Art von Aluminiumlegierung.

Die Metallausbeute ist sehr hoch, das heißt, der Metallgehalt liegt zwischen 96 % zu 100 %. Dieser Schrott benötigt keine Schmelzflussmittel, die zum Umhüllen von anorganischen nichtmetallischen Bauteilen konzipiert sind. Zum Schutz vor Oxidation während der Schlackenbildung ist eine geringe Menge Beschichtungsflussmittel erforderlich. Umschmelzer können verschiedene Arten von Öfen verwenden, Am typischsten ist jedoch der Badeofen, Gas- und Schrägherd. Über 0,15 % die Gesamtmenge an Metall in der Ladung wird in Oxide umgewandelt. Heiße Schlacke, von der Oberfläche der Schmelze entfernt, enthält ungefähr 70 % Metall, meist von Schlacke aufgenommen. Diese Schlacke wird in einer Stahlbox gesammelt., wo es mit einer Flussmittelschicht bedeckt ist (bis zu 5 % aus dem Volumen der entfernten Schlacke), um die Oxidation des größten Teils der Schlacke zu verhindern. Der endgültige Metallgehalt in der abgekühlten Schlacke beträgt etwa 60 %. Diese Schlacke wird zur Verarbeitung an Raffinerien geschickt., die es unter einer Schicht von Flussmitteln umschmelzen.

Raffinerien: Merkmale der Arbeit

Die wichtigsten Arten von Öfen, die Raffinerien anwenden, sind:

  • Drehöfen verschiedener Typen zum Schmelzen unter einer Schicht aus oxidiertem Flussmittel, lackierter oder kontaminierter Schrott, sowie Schlacke. Drehrohröfen mit fester Drehachse bilden gewöhnliche flüssige Salzschlacke, die im Durchschnitt enthält 50 % Salz. Die durchschnittliche Oxidation von Aluminium beträgt 3 %. Der Metallgehalt in der Schlacke beträgt 8,5 % zum Zeitpunkt der Entladung. Kippdrehrohröfen eignen sich besser zum Umschmelzen von Schlacke.

Einige Refiner verwenden Herdöfen (oft Mehrkammeröfen) für Schrott mit einem hohen Anteil an organischen Verunreinigungen – zum kontinuierlichen Schmelzen einer homogenen Schrottsorte. Diese Öfen arbeiten im Gegensatz zu Drehöfen ohne Flussmittelschicht. Diese Schmelzöfen sind in der Regel mit einer elektromagnetischen Pumpe ausgestattet., die ein schnelles Eintauchen in die Schmelze ermöglicht, z.B, trockene Aluminiumspäne. Dadurch wird sichergestellt, dass der Oxidationsgrad der Späne während des Schmelzens nicht mehr als 0,2 %.

Eine gängige Praxis für Refiner ist es, das Metall aus dem Schmelzofen über eine Rutsche in einen speziellen Warmhalteofen abzulassen., die dazu bestimmt ist, die Schmelze zu verarbeiten und das Metall zum Weitertransport an Gießmaschinen oder an eine Pfanne zu übergeben. In diesem Ofen wird die Schmelze entgast, Einstellen der chemischen Zusammensetzung der Legierung, Absetzen und andere Behandlungen. Die in diesem Ofen gebildete Schlacke wird in den Drehofen zurückgeführt., mit fester Dreh- oder Neigungsachse.

Quellen:

  1. Aluminum Recycling and Processing for Energy Conservation and Sustainability/ed. John A.S. Grün – ASM International – 2007
  2. Schmelzen von standardisiertem Aluminiumschrott: Ein Massenbilanzmodell für Europa /U.M.J. Boin und M. Bertram - JOM, August 2005
  3. Recycling von Aluminiumschrott und -schrott – Der Hybrid-Kippdrehofen MASTERmax – www.kmf.at – 2021
  4. Handbuch des Aluminiumrecyclings / h. Schmitz, 2006
  5. TALAT-Lesung 3202 – Das flüssige Metall / John Campbell und Richard A. Härten – 1994
  6. TALAT-Lesung 1102 - Umweltfaktoren / Geoff Budd – 1994.