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Rohstoffe und Recycling II (Fach) / NE-Metalle P1 (Lektion)

Teil 1

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  • 1. Aluminium als wichtigster Vertreter von NE-Metallen weist eine kontinuierliche Verbrauchssteigerung auf. Zeichnen Sie eine Verbrauchskurve von 1960 - 2010 (qualitativ) und ergänzen Sie den Anfall von Schrotten (unterteilt in Alt- und Neuschrotte) im gleichen Zeitraum. Erläutern Sie den Verlauf der Kurven. Der weltweite Verbrauch von Aluminium ist zwischen 1950 und 2010 in Deutschland von 400 t/a auf 2400 t/a angestiegen. Der Recyclinganteil, also die Sekundärproduktion ist ebenfalls bis ca. 1992 von 100 t/a auf 500 t/a angestiegen, hat dann einen leichten Rückgang zu verzeichnen (ca. 350 t/a), steigt jedoch in den folgenden Jahren wieder an.
  • 2. Der Verbrauch von NE-Metallen in Industrieländern ist stabil. Welche Konsequenz hat das für Recycling-Stoffströme und warum? Die Produktion von Sekundäraluminium bleibt dadurch stabil. (Die Produktion passt sich dem Bedarf an)
  • 3. Legierungen: Welche „Störstoffe“ dürfen nicht in Recycling-Aluminium eingetragen werden? Begründen Sie. Eisenhalte Fremdstoffe dürfen nicht in Recycling-Aluminium eingetragen werden, da der Schmelzpunkt viel höher liegt und es somit zu Einschlüssen kommt. mit steigenden Störstoffen werden Festigkeit & Härte gesteigert, elektrische Leitfähigkeit gesenkt
  • !4. Begründen Sie, warum Gussaluminiumschrotte einen maximalen Fe-Anteil von 2 % haben dürfen. Welche Anforderungen stellt dieser Wert an die Aufbereitung und wie werden diese technisch umgesetzt? hohe Anforderungen an Recycler & Technologiehohe Kosten - mit steigenden Störstoffen werden Festigkeit und Härte gesteigert und die elektrische Leitfähigkeit gesenkt (Höhere Energiebedarf beim Recycling = Höhere Kosten; Höherer Aufwand bei der Trennung von Fe- und Ne-Metalle)
  • 5. In welcher Form können Fabrikationsschrotte anfallen? Nennen Sie ein typisches Beispiel und benennen Sie Fremdstoffe, die enthalten sein können. Aluminiumabfälle, die bei der Verarbeitung und Herstellung von Aluminiumlegierungen & -anwendungen anfallen. z.B.: Stanzreste(Schneidreste), FräßspäneFremdstoffe: Lacke, Schmiermittel
  • 6. Worauf basiert die Produktionskapazität für Sekundäraluminium? spezielle Schmelztechnologie (reinen Umschmelzverfahren, kombinierten Verfahren)
  • 7. Erläutern Sie den Einfluss der Lebensdauer von Produkten auf das Recycling. Je höher die Lebensdauer des Produkts ist, umso länger braucht das Material um wieder in den Recyclingprozess und somit in den Stoffkreislauf zurückgeführt zu werden. Je kürzer die Lebenszeit, desto weniger Verunreinigung.
  • 8. In welchen Mengenanteilen können Primäraluminiumhütten sekundäres Aluminium aufnehmen? Begründen Sie. In Primäraluminiumhütten wird kein Sekundäraluminium aufgenommen, es wird separat gelagert. -> Beeinflussung des Primärrohstoffes
  • 9. Welche Voraussetzungen müssen für das Umschmelzen (Remelter) von Sekundäraluminium erfüllt sein? Salzarme Schmelzen
  • 10. Nennen Sie fünf typische Anwendungsgebiete von Aluminium- und Kupferprodukten und nennen Sie deren spezifische Nutzungsdauer. Kupfer: •Kabel-/Elektro (57%) – Jahrzehnte•Bauwesen (15%) – bis 100 Jahre•Automobil (9%) – Jahrzehnte•Handel (5%) Aluminium •Getränkedosen – wenige Wochen•Automobilindustrie – Jahrzehnte•Flugzeugbau – Jahrzehnte•Dachrinnen – Jahrzehnte
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  • 11. Welcher Aspekt der Aluminiumproduktion ist maßgeblich für den hohen ökologischen Effekt des Aluminiumrecyclings? Nennen Sie eine Kennzahl (Größenordnung!), die Sie gegenüber Laien als Begründung verwenden würden. Der Unterschied des Energiebedarfs in der Aluminiumproduktion ist hier das ausschlaggebende Argument. Der Primärprozess bedarf fast 50.000 MJ/Mg, dagegen werden beim Recyclingprozess nur ca. 2.000 MJ/Mg benötigt. Recyceltes Aluminium spart also mehr als 20-mal so viel Energie in der Produktion gegenüber Primäraluminium. CO2-Emission viel geringer(11x)
  • 12. Vergleichen Sie die CO2-Wirksamkeit von Aluminium- und Stahlrecycling im Vergleich zu den Primärprozessen. (Größenordnungen!) Der Energiebedarf vom Primärprozess der Aluminiumproduktion liegt bei 47.000 MJ/Mg, dagegen beträgt die Energiemenge die für den Recyclingprozess benötigt wird bei ca. 2.000 MJ/Mg, also deutlich darunter. Anders bei der Eisenproduktion, hier ist der Unterschied zwischen Primärprozess (14.000 MJ/Mg) und Recyclingprozess (12.000 MJ/Mg) sehr gering. Die Aluminiumproduktion hat eine große CO2-Emission bei Primärprozessen, dagegen eine sehr geringe Emission bei Recyclingprozessen. Bei Stahlrecycling ist die Differenz zwischen Primär- und Recyclingprozessen sehr gering.
  • 13. Inwieweit hängen Aluminiumproduktion und Rohstoffgewinnung (Bauxit) zusammen und was sind die wesentlichen Standortkriterien? Eine wirtschaftliche großtechnische Gewinnung von metallischem Aluminium ist nur aus Bauxit möglich. Geringe Arbeitskosten, niedrige Energiepreise sowie kurze Transportwege sind ebenfalls wesentliche Standortkriterien. + Vorhandensein von Rohstoffen
  • 14. Welche beiden Hauptlegierungsarten werden beim Aluminium voneinander unterschieden. Nennen Sie Unterschiede im Herstellungsverfahren, typische Produkteigenschaften und geben Sie je ein Beispiel für ein Produkt. Knetlegierungen: Remelter (z.B. als Walzbarren; weich und duktil, niedrig legiert)Gusslegierungen: Refiner (z.B. Pressbarren; hart und spröde, hoch legiert ) Refiner: Guss und Knet zu Guss Remelter: Knet zu Knet
  • 15. Welche Gründe gibt es für den sehr unterschiedlichen Anteil von Sekundäraluminium bei der Produktion in der unterschiedlichen Produktionsländern? Technologie, Know-How, Angebot, Nachfrage, bestimmte Reinheiten, CO2-Handel Hoher Vorkommen = niedriger Sekundäranteil Niedriger Vorkommen = Hoher Sekundäranteil
  • 16. Der Schrotthändler hat ein Gemisch, bestehend aus 90 % Stahlschrott und 10 % Aluminium. Er hat eine technische Möglichkeit zur Trennung dieses Gemisches. Die Aufbereitung kostet ihn 20 ¤/t. a) Ist eine Aufbereitung für den Verkauf zwingend notwendig? Begründen Sie. b) Welche Empfehlung würden Sie ihm hinsichtlich der Aufbereitung geben (Trennung ja oder nein?)? Begründen Sie anhand einer Beispielrechnung. (  a) >50% Stahl; Verkauf als Stahlschrott möglich (100€/t)) b) 0,9*Stahlpreis(150€/t)+0,1*Alupreis(600€/t) -20€/t =175€/t 175€/t (Aufbereitung) > 100€/t (Direktverkauf)
  • 17. In welcher Mengenrelation wird in der Sekundäraluminiumproduktion das Nebenprodukt Salzschlacke erzeugt? Welche verfahrenstechnische Funktion erfüllt dieses Nebenprodukt? 500 kg/t Aluminium erzeugt. Die Aluminium-Salzschlacke schwimmt auf der Metallschmelze, verhindert die Oxidation und nimmt zusätzlich die Verunreinigungen der Schrotte auf. Sie erstarrt nach dem Abgießen und der enthaltene Aluminium-Anteil wird Wiederverwendet.
  • 18. Im Hinblick auf die Anwendungsgebiete unterscheiden sich Kupfer und Aluminium. Was macht den Hauptunterschied hinsichtlich der Nutzungsdauer aus? Kupfer fällt meist in Kabelform in Elektrogeräten an, Aluminium meist im Verkehrs- und Bauwesen. Kupfer sind durch die bauliche Maßnahmen langlebiger.
  • 19. Worin unterscheiden sich die Aluminiumlegierungen, die für eine Haushaltsfolie und für ein Motorbauteil verwendet werden? Welches ist der maßgebliche Legierungsbestandteil? Haushaltsfolie(Knetlegierung?) (Alufolie) besteht zu mindestens 99 % aus Aluminium. Bei Motorbauteilen(Gusslegierung?) ist der maßgebliche Legierungsbestandteil Silicium.

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