Exkursionsbericht Zur metallurgischen Fachexkursion des IME In Norddeutschland Vom 21.08. bis 26.08.2017
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Metallurgische Exkursion 2016 F. Brinkmann
B. Friedrich M. Schwenk
J. Brenk
Exkursionsbericht
Zur metallurgischen
Fachexkursion des IME
In Norddeutschland
Vom 21.08. bis 26.08.2017
Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling
Institut und Lehrstuhl der Aachen
Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ......................................................................................................... i 1 Einleitung ....................................................................................................... 1 1.1 Ablauf der Exkursion ...................................................................................... 1 1.2 Teilnehmer ..................................................................................................... 2 2 REAL ALLOY ................................................................................................. 3 2.1 Unternehmensprofil........................................................................................ 4 2.2 Produkte ........................................................................................................ 4 2.3 Kunden .......................................................................................................... 6 2.4 Ofen- und Prozesstechnik .............................................................................. 6 3 TRIMET ......................................................................................................... 9 3.1 Einleitung ..................................................................................................... 10 3.2 Geschichte ................................................................................................... 10 3.3 Elektrolyse ................................................................................................... 10 3.4 Gießerei ....................................................................................................... 12 4 Aurubis Lünen .............................................................................................. 14 4.1 Einleitung ..................................................................................................... 15 4.2 Einsatzmaterialien und Mechanische Aufbereitung ..................................... 16 4.3 Recyclingprozess ......................................................................................... 17 5 VDM Metals ................................................................................................. 20 5.1 Firmengeschichte......................................................................................... 21 5.2 Firmenbesuch .............................................................................................. 21 6 JL Goslar ..................................................................................................... 26 6.1 Einleitung ..................................................................................................... 27 6.2 Rohmaterialien ............................................................................................. 27 6.3 Produktionsprozesse ................................................................................... 27 6.4 Anwendungen und Produkte von Blei .......................................................... 29 7 PPM Pure Metals ......................................................................................... 34
II Inhaltsverzeichnis 7.1 Unser Besuch bei der PPM in Langelsheim ................................................. 35 7.2 Das Unternehmen PPM ............................................................................... 35 8 AOS Stade ................................................................................................... 41 8.1 Firmengeschichte......................................................................................... 42 8.2 Produktionsverfahren ................................................................................... 43 8.3 Produkte ...................................................................................................... 43 8.4 Anlagen und Prozesse ................................................................................. 43 8.5 Endprodukte:................................................................................................ 47 8.6 Prozesssteuerung ........................................................................................ 48 9 Weser-Metall ................................................................................................ 49 9.1 Begrüßung und allgemeine Informationen ................................................... 50 9.2 Geschichte der Hütte und Firmenstruktur .................................................... 50 9.3 Gewinnungsverfahren .................................................................................. 51 9.4 Betriebsbesichtigung.................................................................................... 54 10 Nordenhamer Zinkhütte ............................................................................... 63 11 KME ............................................................................................................. 67 11.1 Einleitung ..................................................................................................... 68 11.2 Geschichte ................................................................................................... 68 11.3 Forschung und Entwicklung ......................................................................... 69 11.4 Gießerei ....................................................................................................... 70 11.5 Walzwerk ..................................................................................................... 71 11.6 Sonderprodukte ........................................................................................... 71
Einleitung 1
1 Einleitung
Im Jahr 2017 führte die Teilnehmer der metallurgischen Exkursion des IME der Weg
nach Norddeutschland. Mit Zwischenhalten im Rheinland, Ruhrgebiet, sowie im Harz
wurde auch die Nordseeküste mit der Besichtigung interessanter Hüttenwerke be-
sucht. Die besuchten Unternehmen boten einen Einblick in die vielfältige metallurgi-
sche Industrie in (Nord-)Deutschland. So wurden unterschiedlichste Produktionsanla-
gen zur Herstellung und Raffination von verschiedensten Metallen, wie Aluminium,
Kupfer oder auch Blei gezeigt. Zwischen Herstellungsrouten im Hochreinbereich bis
zur Schrottverarbeiterung wurden die Teilnehmer mit unterschiedlichsten Themen kon-
frontiert. Insgesamt wurden 10 Unternehmen besichtigt. Mit einer Führung zu den his-
torischen Höhepunkten der Stadt Münster endete unsere Exkursion. Die Teilnehmer
erfuhren so vieles über die bewegte Vergangenheit der Stadt im Münsterland.
An dieser Stelle soll im Namen aller Teilnehmer noch einmal ausdrücklich ein Dank an
die Sponsoren dieser Exkursion gerichtet werden, die diese erst ermöglicht haben.
1.1 Ablauf der Exkursion
Datum Unternehmen Ort
REAL ALLOY Grevenbroich
21.08.17
TRIMET Essen
Aurubis Lünen
22.08.17
VDM Metals Unna
JL Goslar Goslar / Ilsenburg
23.08.17
PPM Pure Metals Langelsheim
AOS Stade Stade
24.08.17
Weser-Metall Nordenham
Nordenhamer Zinkhütte Nordenham
25.08.17
KME Osnabrück
26.08.17 Stadtführung Münster
2 Einleitung
1.2 Teilnehmer
Nr. Nachname Vorname
1 Friedrich Bernd
2 Brenk Janik
3 Brinkmann Frederic
4 Schwenk Martin
5 Milicevic Ksenija
6 Alkan Gözde
7 Peters Lilian
8 Flerus Benedikt
9 Curtolo Danilo
10 Zhang Xiaoxin
11 Lucas Hugo
12 Diaz Fabian
REAL ALLOY 3 2 REAL ALLOY Kontakt: Uwe Wülbers Real Alloy Germany GmbH Aluminiumstraße 3 41515 Grevenbroich Protokoll: Lilian Peters Werksführung durch: Jürgen Maintz und Michael Schmitz Abbildung 1: Foto der Exkursionsgruppe bei Real Alloy
4 REAL ALLOY 2.1 Unternehmensprofil Abbildung 2: Real Alloy Werkseingang in Grevenbroich Real Alloy ist der weltweit größte Al-Recycler mit Hauptsitz in Cleveland, USA. Der Konzern umfasst 27 Werke in 6 Ländern, einen jährlichen Umsatz von 1,25 Milliarden US$ und insgesamt circa 1800 Angestellte. In Europa hat die Firma 6 Standorte: Gre- venbroich, Deizisau und Töging in Deutschland, Raudsand und Eidsvag in Norwegen, und zusätzlich Swansea in Großbritannien. Die Unternehmensgeschichte beginnt im Jahr 1916 durch die Gründung der Vereinigten Aluminium-Werke (VAW AG), erlebt durch die Fusion aus IMCO Recycling & Commonwealth zu Aleris eine Namensände- rung und hat 2015 durch den Verkauf von der Recyclingsparte an die Signature Group Holdings, Inc. und der Umbenennung dieser in Real Industry eine Wende erfahren. 2.2 Produkte Abbildung 3: Aluminiumbarren
REAL ALLOY 5 Das Arbeitsgebiet von Real Alloy Grevenbroich bezieht sich auf das Umschmelzen und Auflegieren von Aluminiumschrotten. Somit wird erstens eine Weiterentwicklung von konventionellen Ofen- und Raffinationskonzepten im Bereich der Drehtrommel- öfen und Herdöfen erarbeitet. Hier sind die Parameter Schmelzhomogenisierung, Re- duzierung von Oxid- und Gaseinschlüssen durch Spülgasbehandlung, Chlorierung und Filtertechnologie zentral. Zweitens werden geschlossene Recyclingprozesse von einer Kundenanfrage über eine adäquate Schrottzusammenstellung zum fertigen Pro- dukt angestrebt. Geliefert werden Produkte aus einem breiten Aluminium- und Mag- nesium-Legierungsspektrum (Guss- und Knetlegierungen) in flüssiger Form (Straßen- transporttiegel) oder festem Aggregatzustand (verschiedene Ingotformen). Eine Legie- rungsentwicklung oder eine Herstellung von Halbzeugen erfolgt nicht, die Magnesium- sparte wird derzeit ausgeweitet. So werden im Werk in Töging beispielsweise neue, spezifische Öfen und Gießanlagen aufgebaut. Etwa die Hälfte der produzierten Legie- rungen wird in flüssiger Form verkauft. Da hier mit einem Temperaturverlust von 8-10 °C/ Stunde zu rechnen ist, ist die Lieferungsdistanz limitiert. In diesem Fall werden die Abgusstemperaturen erhöht sodass die Zieltemperaturen bei Anlieferung noch einge- halten werden können. Die Temperatur des ersten abgegossenen Tiegels ist die nied- rigste da die Gießrinne erstmals durch die Schmelze aufgeheizt werden muss. Zum Temperaturausgleich besteht die Möglichkeit die abgegossene Schmelze im Tiegel noch im Nachgang mittels Brenner aufzuheizen. Insgesamt werden pro Tag 4,5 bis 5,5 Tonnen Legierungen produziert. Die verkaufs- fähigen Ingotdimensionen sind zum einen Masseln á 750 kg, Desoxaluminium in Ke- gelform (60-90 g) oder Granalien mit einem Durchmesser von 4-10 mm. Ein Nebenprodukt des Schmelzbetriebes besteht aus der Salzschlacke zur Aufnahme von oxidischen Verunreinigungen. Diese wird am Real Alloy- Standort Raudsand in Norwegen aufbereitet. Durch die Prozessschritte Mahlen, Sieben zur Abtrennung einer Al-Feinfraktion und eine hydrometallurgische Behandlung wird diese Salzschlacke wieder einsatzfähig für den Schmelzbetrieb. Diese Aufbereitung ist die Umweltbelas- tungen betreffend anspruchsvoll, da es zur beispielsweise zur Bildung von Ammoniak kommt.
6 REAL ALLOY 2.3 Kunden Durch die Reichweitenbegrenzung im Bereich der Flüssigmetalllieferung werden vor allem Automobiler oder weiterverarbeitende Industrie im Bereich von 250 km beliefert. Hier sind daher Alu Norf und VW (Kassel) zu nennen. Allgemein sind darüber hinaus die Nemak, BMW, Federal Mogul, Daimler, Kolbenschmidt, Aleris, Nevelis, Hydro, Al- coa, und Tata Steel (für Deox-Aluminium) langjährige Kunden. 2.4 Ofen- und Prozesstechnik Abbildung 4: Impressionen eines Real Alloy Schmelzwerkes Insgesamt befinden sich im Werk Grevenbroich vier Kippdrehtrommelöfen und Gieß- karusselle. Darüber hinaus gibt es in der Befundigung einen Labormaßstab-Kippdreh- trommelofen, einen Widerstandstiegelofen und einen Trocknungsofen. Verarbeitete Einsatzstoffe sind Krätzen (> 51% der angelieferten Schrotte), Produkti- onsabfälle der Al-Industrie (~14 % der angelieferten Schrotte), Al-Stanzschrotte, Späne aus der Al-Verarbeitung (~9% der angelieferten Schrotte) und Al-Abfälle, wie gebrauchte Getränkedosen. Diese werden umgeschmolzen, raffiniert, abgegossen und zu verkaufsfähigen Legierungen gemacht. Die Befundigung beprobt gelieferte Schrotte und stellt diese mittels Gattierungsrechnung so zusammen, dass Legierun- gen entsprechend den Kundenanforderungen generiert werden können. Im Werk in Töging besteht die Möglichkeit einer thermischen Spänevorreinigung. In der Befundigung wird zunächst das nach Möglichkeit repräsentativ entnommene Material getrocknet und gewogen. Die Materialtrocknung ist zentral um das oftmals durch Feuchtigkeit verfälschte Gewicht der Probe, und damit verbunden auch den
REAL ALLOY 7 Wassergehalt, zu bestimmen. Dieser beläuft sich in der Regel auf 10-15%. Hierfür wird ein Naberthermofen mit einer Maximaltemperatur von 1300 °C verwendet. Dieser kann außerdem oberflächlich anhaftende Fette von den Metallschrotten entfernen. Nach der Entnahme werden 4-500 kg in einem Kippdrehtrommelofen mit 1,5 t Fassungsvermö- gen aufgeschmolzen. Anschließend wird sowohl die chemische Analyse als auch die Ausbeute für den Labormaßstab ermittelt. Um die Filtertücher der Abgasreinigung vor einem Brand zu schützen hat der Ofen eine Notabschaltvorrichtung bei einer Abgas- temperatur >120 °C. Außerdem gibt es in der Befundigung einen kippbaren, Gasbren- ner-beheizten Tiegelofen. In diesem werden Tiegel aus Tongrafit eingesetzt. Der Ofen hat eine Kapazität von 2 kg Einsatzgewicht bei stark brennbaren Materialien. Die Über- tragbarkeit der Ausbeute auf den Produktionsmaßstab ist nicht gegeben. Im Produktionsmaßstab werden die Ergebnisse der Befundigung berücksichtigt um eine Charge zusammenzustellen. Die vier IMCO Öfen werden von erfahrenen Opera- toren gesteuert, da die Zusammensetzung der Schrottchargen oft inhomogen ist und die Prozessführung auch Abweichungen zulassen muss und das Nachchargieren von Material ein Know-how des Prozesses und der Möglichkeiten erfordert. Beispielsweise kann erhöhter Flammenbildung im Ofenraum kann durch Zugabe von Al-Krätze ent- gegengewirkt werden. Eine Charge dauert ca. 4-5 Stunden. Real Alloy arbeitet im 3- Schicht Betrieb sodass die Öfen ohne Stillstand gefahren werden können. Die erforderliche Menge an Schmelzsalz, einer NaCl-KCl-Mischung, richtet sich nach der Schrottzusammensetzung und -verunreinigung, jedoch auch nach der Intaktheit der Zustellung. Die Einsatzmenge des Ofens liegt inklusive des Schmelzsalzes bei ca. 35 t, bei einer beschädigten Feuerfestzustellung werden ca. 10 t Schmelzsalzüber- schuss chargiert. Die Abgase der Kippdrehtrommelöfen werden über Rohrsystem Filter zur Abgasreini- gung unter Zugabe eines Absorptionsmittels zugeführt. Der Filterstaub wird schließlich zur Verwertung an Zwischenunternehmen geschickt. Der Abguss erfolgt mit Hilfe eines Salzwehres, welche das Schmelzsalz zurückhält und somit eine Phasentrennung von Metallschmelze und Schmelzsalz erleichtert. Das abgegossene Metall muss noch abgekrätzt werden. An den IMCO 4 ist zu diesem
8 REAL ALLOY Zwecke eine automatisierte Abkrätzvorrichtung angeschlossen, bei IMCO 1-3 wird der Abkrätzvorgang manuell durchgeführt. Neuere Ofenentwicklungen im Bereich der Verschlusslösung sorgen für eine bessere Absaugung und einen besseren Wärmehaushalt. Gegenwärtig ist ein Anstieg von organischen Verunreinigungen des Schrottes zu ver- zeichnen. Dies führt unmittelbar zu einem stärkeren, chemischen Angriff der Feuer- festausmauerung und einer Temperaturerhöhung auf 1200 °C in der Ofenatmosphäre. Daher werden im Bereich der Ofenausmauerung die Feuerfeststeine durch eine ge- sinterte Betonschicht ersetzt. Dieser Prozess wird 10 Tage in Anspruch nehmen, in denen der jeweilige Ofen ausfällt.
TRIMET 9 3 TRIMET Kontakt: Tobias Gath Trimet Aluminium SE Aluminiumstraße 3 41515 Grevenbroich Protokoll: Janik Brenk Werksführung durch: Tobias Gath und Benjamin Jaroni Abbildung 5: Foto der Exkursionsgruppe bei der TRIMET Essen
10 TRIMET 3.1 Einleitung Als zweite Station dieser Exkursion blieben wir dem Aluminium treu und haben die Primärhütte mit angeschlossener Gießerei der TRIMET Aluminium SE in Essen be- sucht. Hier wurden wir zunächst von Herrn Gath am Werkstor empfangen und beka- men anschließend vom Werkleiter, Herr Dr. Lützerath, die TRIMET und dabei insbe- sondere das Werk in Essen vorgestellt. Danach wurde die Exkursionsgruppe in zwei kleinere Gruppen aufgeteilt, welche jeweils von Herrn Gath durch die Elektrolyse, so- wie von Herrn Dr. Jaroni durch die Gießerei geführt wurden. 3.2 Geschichte Die TRIMET ist ein sehr junges Unternehmen und wurde 1985 als TRIMET Metallhan- delsgesellschaft mbH von Heinz-Peter Schlüter in Düsseldorf gegründet. Acht Jahre später stieg diese reine Handelsgesellschaft 1993 in die Metallurgie ein, indem die TRIMET, inzwischen eine AG, das Aluminiumrecyclingwerk in Gelsenkirchen über- nommen hat. Ein Jahr später wurde dann die, vom IME auf dieser Exkursion besich- tigte, Primärhütte in Essen durch die TRIMET übernommen. Im Laufe der Jahre wur- den weiterhin noch zwei Druckgießereien zum Einstieg in das Automotive-Geschäft, eine bereits stillgelegte Aluminiumprimärhütte in Hamburg, sowie zwei Standorte in Frankreich übernommen. Mit letzteren hat die TRIMET sich auch den Einstieg in das mittlerweile überaus lukrative Aluminiumdrahtgeschäft gesichert. Als letzte Erweite- rung fand die Übernahme der Primärhütte der Voerdal Aluminium GmbH im Jahr 2014 statt. Durch all diese Übernahmen und Erweiterungen produziert die TRIMET jetzt 740 kT Aluminiumprodukte, hat 2900 Mitarbeiter verteilt über acht Standorte und macht einen Gesamtumsatz von 1,8 Mrd.€. 3.3 Elektrolyse Durch die Elektrolyse wurden wir von Tobias Gath, Betriebsingenieur im Bereich Elekt- rolyse, welcher bei uns am Institut seinen Master gemacht hat, geführt. Hierbei beka- men wir zunächst einen Einblick in eine der drei Elektrolysehallen in Essen. Insgesamt sind dabei 360 Schmelzflusselektrolyseöfen über drei Hallen verteilt. Wie auf Abbil- dung 6 zu sehen ist, sind die Elektrolyseöfen in Essen, anders als zum Beispiel im Schwesterwerk in Hamburg, in der sogenannten „end to end“ Anordnung aufgebaut.
TRIMET 11 Dies bedeutet, dass die Öfen Kopf an Kopf und nicht etwa seitlich nebeneinander auf- gebaut sind. Abbildung 6: Blick in eine der drei Elektrolysehallen Auffällig ist, dass die Elektrolysehallen in Essen über keinerlei Kräne verfügen, was dazu führt, dass sämtliche Arbeiten mit speziellen Fahrzeugen durchgeführt werden müssen. So gibt es zum Beispiel spezielle Fahrzeuge für das Abpumpen des flüssigen Aluminiums oder auch Fahrzeuge für den Anodenwechsel. Lediglich das Einsatzma- terial wird über ein rohrbasiertes Druckluftfördersystem direkt in die Öfen gefördert und dort über sogenannte Point-Feeder in den Elektrolyten gefördert. Mehrere solche Chargiervorgänge konnten wir dann auch beobachten, als Herr Gath uns die Seite eines Ofens geöffnet hat, sodass wir direkt auf die Badoberfläche, be- ziehungsweise die darüber befindliche Kruste sehen konnten. Diese Kruste muss für jeden der automatisiert stattfindenden Chargiervorgänge aufgebrochen werden, damit das chargierte Al2O3 sich auch im Elektrolyt lösen kann. Während das Chargieren automatisiert erfolgt, muss der Anodenwechsel, eingesetzt werden kohlenstoffbasierte Anoden, welche aus dem Schwesterwerk in Hamburg stammen oder zugekauft werden, von den Mitarbeitern mit Hilfe der oben erwähnten Spezialfahrzeuge durchgeführt werden. Auch müssen die Mitarbeiter ab Erreichen ei- nes bestimmten Badspiegels flüssiges Aluminium aus den Elektrolyseöfen abpumpen und dieses dann in die werkseigene Gießerei überführen. Insgesamt werden so in Es- sen etwa 165.000 Tonnen Elektrolysealuminium hergestellt.
12 TRIMET 3.4 Gießerei Durch die Gießerei hat uns Dr. Benjamin Jaroni, ein Alumnus des IME, geführt. Dabei konnten wir exakt dem Weg des Aluminiums folgen, haben also an der Übergabe- schleuse zwischen Elektrolyse und Gießerei gestartet und am Warenausgangslager die Führung beendet. Das flüssige Aluminium wird in der Gießerei zunächst zusammen mit Schrotten, sowie Legierungselementen, welche in Reinform oder als Vorlegierung vorliegen können, zu- nächst in einen der insgesamt 12 Schmelzöfen (siehe Abbildung 7) oder vier kombi- nierten Schmelz- und Gießöfen eingesetzt. Abbildung 7: Blick auf einen Schmelzofen während des Chargiervorgangs Nachdem in diesen Öfen die Legierungsarbeit getan ist, wird die Aluminiumlegierung entweder aus dem Schmelzofen in einen der zwölf Gießofen überführt oder aus dem Schmelz und Gießofen direkt vergossen, wobei hierbei noch letzte Raffinationsschritte, wie Spülgasbehandlung, Filtration, sowie Kornfeinung durchgeführt werden. Die Ka- pazitäten der Öfen sind hierbei so aufeinander abgestimmt, dass es jeweils sechs Schmelz- und sechs Gießöfen mit einer Kapazität von 30 Tonnen und sechs Schmelz- und sechs Gießöfen mit einer Kapazität von 15 Tonnen gibt. Die kombinierten Schmelz- und Gießöfen sind größer und verfügen über eine Kapazität von 50 Tonnen. Gegossen wird bei der TRIMET in Essen mit verschiedensten Gießanlagen. So gibt es insgesamt 7 diskontinuierliche, vertikale Stranggießanlagen, auf denen runde Strangpressbolzen, sowie rechteckige Walzbarren gegossen werden können. Weiter- hin gibt es zwei kontinuierliche, horizontale Stranggießanlagen, welche mit fliegenden
TRIMET 13 Sägen ausgestattet sind und eine vollautomatische Masselgießanlage. An die Massel- gießanlage angeschlossen ist eine ebenfalls vollautomatische Verpackungsstation, welche individuell nach Kundenwunsch Masseln zu Paketen zusammenstellt und ver- sandfertig miteinander verschnürt. Der letzte noch zu nennende Ofen ist ein Späneofen, welcher es ermöglicht auch span- förmige Produktionsschrotte aus Aluminium und Aluminiumlegierungen einzusetzen. Dies stellt eine besondere Schwierigkeit dar, da Späne über eine extrem große Ober- fläche verfügen und somit sehr leicht oxidieren. In der Gießerei der TRIMET in Essen gibt es weiterhin eine vollautomatische Ultra- schallprüfanlage für Rundbolzen, sowie eine kontinuierliche Homogenisierungsanlage für Rundbolzen. Für Wärmebehandlung stehen daneben noch sechs Homogenisie- rungskammern, sowie drei Kühlkammern zur Verfügung. Insgesamt werden im Werk der TRIMET in Essen somit 300.000 Tonnen Gießereipro- dukte hergestellt, wozu neben den 165.000 Tonnen Primäraluminium aus der Elektro- lyse und Vorlegierungen auch etwa 50.000 Tonnen Aluminiumschrotte eingesetzt wer- den.
14 Aurubis Lünen 4 Aurubis Lünen Kontakt: Tobias Kuhm Aurubis AG Kupferstr. 23 44532 Lünen Protokoll: Benedikt Flerus Werksführung durch: Tobias Gath und Benjamin Jaroni Abbildung 8: Gruppenbild vor dem Werkseingang der Aurubis, Lünen
Aurubis Lünen 15 4.1 Einleitung Am Morgen des 22.08.2017, dem zweiten Tag der Exkursion, führte der Weg der Gruppe zunächst zur Aurubis AG im westfälischen Lünen. Den Empfang der Teilneh- mer sowie die weitere Betreuung vor Ort übernahmen Johannes Zervos und Tobias Kuhm, zwei ehemalige Absolventen des IME. Das Kerngeschäft der Aurubis AG in Lünen umfasst die Produktion von Kathodenkop- fer und Eisensilikatsand (Schlacke). Anders, als am Hamburger Standort erfolgt die Herstellung der Produkte jedoch ausschließlich aus Sekundärrohstoffen wie Altkupfer, Messingschrotten oder Elektronikschrott, weswegen im hiesigen Werk keine Schwe- felsäureproduktion stattfindet. Obwohl die Firma Aurubis schon seit dem Jahr 2000 in Lünen vertreten ist - damals noch unter dem Namen Norddeutsche Affinerie (NA) - beginnt die Historie des Werkes selbst bereits im Jahr 1913. Als Zweigstelle der Berliner Edelmetallhütte C. Wilhelm Kayser, Ahlemeyer & Co errichtet, erfährt der Standort über die Jahre mehrere Um- brüche und Eigentümerwechsel, bis er schließlich im Jahr 2000 durch die Norddeut- sche Affinerie erworben und modernisiert wird. Heute beschäftigt das Werk ca. 550 Mitarbeiter und ist mit 254.000 t Recyclingmaterial und 177.000 t produziertem Kathodenkupfers (Geschäftsjahr 15/16) der weltgrößte Kupferrecycler.
16 Aurubis Lünen Abbildung 9: Luftbild des Standorts Lünen 4.2 Einsatzmaterialien und Mechanische Aufbereitung Trotz des Fokus auf das Kupfergeschäft, ist die Vielfalt an eingesetzten Recyclingma- terialien enorm groß. Infrage kommen dabei vor allem kupferhaltige Altschrotte (Kabel, Kühler, Kessel, Rohre) und Produktionsrückstände (Späne, Stanzabfälle, Gekrätze), wobei durch den Einsatz von Messingschrotten erhebliche Mengen an Zink in den Pro- zess eingetragen und als KRS-Oxid (ZnO) ausgetragen werden. Die Bemusterung und zugleich die Wertermittlung der Schrottlieferungen erfolgt chargenweise und nach Au- genmaß. Da Kupfer gut als Sammlermetall für Edelmetalle geeignet und die Veräußerung letz- terer sehr profitabel ist, finden auch edelmetallhaltige Rücklaufgüter ihren Weg in den Verarbeitungsprozess. Neben Katalysatoren und Galvanikschlämmen werden Edel- metalle dem Prozess in Form von Leiterplatten und anderem Elektronikschrott zuge- führt. Im Sinne einer besseren Bemusterung sowie einer einfacheren Handhabung, durchläuft der Elektronikschrott zunächst eine mechanische Vorbehandlung, beste- hend aus Zerkleinerung und automatischer Sortierung. Durch den Einsatz von Magnet- und Wirbelstromscheidern, sowie Windsichter und Farbsortierung wird es ermöglicht Eisen, Leichtmetalle, Kunststoff, Leiterplatten und übrige NE-Metalle (hauptsächlich
Aurubis Lünen 17 Cu) voneinander zu separieren und somit die Masse an unerwünschten Stoffen im Recyclingprozess zu minimieren. Abbildung 10: Einsatzstoffe und Produkte Abbildung 10 enthält eine Übersicht über die verschiedenen Einsatzgüter und die da- raus hergestellten Produkte. 4.3 Recyclingprozess Am Beginn der pyrometallurgischen Prozesskette (siehe Abbildung 11) steht mit dem Kayser-Recycling-System (KRS) zugleich das Herzstück des gesamten Recyclingpro- zesses der Aurubis AG in Lünen. Das KRS ist dabei in die Schritte Reduzierendes Schmelzen im Badschmelzofen (TSL-Reaktor) und selektive Oxidation im Kipp-Dreh- trommelofen untergliedert. Beide Öfen verfügen über eine Tauchlanze, durch die je nach Bedarf Brennstoff oder Luft/Sauerstoff in die Reaktoren eingeblasen werden kön- nen. Von 2002 bis 2011 wurde sowohl das reduzierende Einschmelzen, als auch das oxidierende Konvertieren unmittelbar nacheinander im TSL-Reaktor durchgeführt. Der damit einhergehende enorme Ofenverschleiß rechtfertigte jedoch die Hinzunahme des TBRCs, sodass nun beide Prozessschritte in getrennten Reaktoren stattfinden.
18 Aurubis Lünen Abbildung 11: Prozessroute der Kupferherstellung aus Recyclingmaterial Während des Einschmelzens der Recyclingmaterialien wird neben Öl auch auf die am Schrott anhaftenden Kunststoffe als Energieträger zurückgegriffen. Dies gilt im We- sentlichen für Leiterplatten, da hier die Trennung von Kupferbahnen und Kunststoff durch mechanische Aufbereitung nicht realisiert werden kann. Bereits in diesem ersten Schritt entstehen neben der flüssigen Kupferphase zwei verkaufsfähige Nebenpro- dukte: Eine Fayalitschlacke, die zu Eisensilikatsand weiterverarbeitet wird und das so genannte KRS-Oxid, welches über den Flugstaub zurückgewonnen und aufgrund sei- nes hohen Gehaltes an ZnO an die Zinkindustrie verkauft wird. Das gebildete Schwarz- kupfer besitzt nach dem Badschmelzen ca. 20 % an Fremdelementen (Zinn, Blei), die im darauffolgenden Konvertieren durch Einblasen von Sauerstoff entfernt werden. Die dabei gebildete Blei-Zinn-Schlacke wird in einen Mischzinnofen eingebracht und dort zu einer ebenfalls verkaufsfähigen Zinn-Blei-Legierung verarbeitet. Die folgenden Prozessschritte entsprechen den Verfahren der klassischen pyrometal- lurgischen Kupferroute. So wird das im TBRC konvertierte Konverterkupfer zur Sauer- stoffentfernung im Anodenofen mit Erdgas verblasen und anschließend auf dem Gießrad zu Anoden vergossen. Ein Warmhalteofen dient als Puffer zwischen Anoden- ofen und Gießrad, sodass letzteres nur chargenweise betrieben wird. Abbildung 12
Aurubis Lünen 19 zeigt den Kipp-Drehtrommelofen (rechts) sowie den Anodenofen (links). Zwischen bei- den Öfen befindet sich die Leitwarte. Abbildung 12: Kipp-Drehtrommelofen und Anodenofen der Aurubis Lünen Durch den letzten Schritt, die Raffinationselektrolyse, wird die Reinheit des Kupfers auf 99,995% angehoben. Die Aurubis AG verwendet dabei Kathodenbleche aus Stahl, von denen die Kupferkathoden nach der Kathodenreise vollautomatisch entfernt wer- den. Zur Reinigung des schwefelsauren Elektrolyten verfügt der Betrieb über eine se- parate Gewinnungselektrolyse, in der überschüssiges Kupfer aus der Lösung abge- schieden wird. Im Elektrolyten gelöstes Nickel wird daneben als Nickelsulfat ausgefällt und ebenfalls veräußert.
20 VDM Metals 5 VDM Metals Kontakt: Matthias Steinhoff, M. Sc. VDM Metals GmbH Formerstraße 17 59429 Unna Tel. +49 (0) 2303 673 43 52 Matthias.steinhoff@vdm-metals.de Protokoll: Martin Schwenk Werksführung durch: Matthias Steinhoff und Oliver Zeidler Abbildung 13: Gruppenbild bei VDM Metals
VDM Metals 21 5.1 Firmengeschichte Der Ursprung des Unternehmens liegt in der Gründung der Vereinigten Deutschen Metallwerke AG im Jahr 1930 durch die Übernahme der Heddernheimer Kupferwerk- stoff und Süddeutsche Kabelwerk AG durch die Berg-Heckmann-Selve AG. Ursprüng- lich lag der Fokus der Produktion von Halbzeugen auf Basis der Metalle bzw. Legie- rungen von Kupfer und Messing, Aluminium, Edelstahl sowie Nickellegierungen. Nach zunächst wirtschaftlich erfolgreichen Nachkriegsjahren verlor das Unternehmen ab Mitte der sechziger Jahre kontinuierlich Anteile am Markt der NE-Metallindustrie. Hieraus resultierte die Konzentration des Unternehmens auf die Erzeugung von Ni- ckellegierungen. Diese konnten sich im Gegensatz zu anderen Geschäftsfeldern am Markt behaupten und die Erschmelzung, Vergießung und Entwicklung des Produkti- onsspektrums stellt noch heute eines der Hauptgeschäftsfelder dar. Weitere Aktivitä- ten betreibt die VDM heute in den Bereichen der Sonderstähle, Kobalt- und Zirkonium- legierungen, Produktion von Halbzeugen aus Kupfer und Aluminium sowie als neueste Produktionsstrategie die Pulvererzeugung. Im Rahmen der diesjährigen Exkursion wurde das Schmelzwerk für Nickellegierungen und Sonderstähle in Unna besichtigt. Gegründet 1972 stellt dieser Standort die ge- samten 50 000 Tonnen Material her, welche im Unternehmen jährlich erzeugt bzw. anschließend weiterverarbeitet werden. 5.2 Firmenbesuch Empfangen wurden wir durch die Herren Steinhoff und Zeidler. Bei einer Stärkung wurde der Gruppe zunächst das Unternehmen und deren Geschäftsbereiche vorge- stellt. Bei dieser Vorstellung wurden bereits diverse Themen in Bezug auf Fragen der Gruppe diskutiert. Damit die Gruppe das Unternehmen nicht nur in der trockenen The- orie erleben konnte, wurden wir zunächst in das Schmelzwerk geführt, um einen ge- planten Abguss eines Induktionsofens anzusehen. Im Schmelzwerk wird ein Elektrolichtbogenofen (LBO) mit drei Elektroden betrieben, welcher ein Fassungsvermögen von etwa 30 Tonnen aufweist. In diesem Ofen werden alle Arten Metall bzw. Legierungen erschmolzen, die im Unternehmen verarbeitet wer- den. Wie üblich werden auch in diesen Ofen Schrotte als Kühlmittel und zum Recycling
22 VDM Metals eingesetzt. Die Schrottquote ist dabei hoch. Weiterhin wird nahezu sämtlicher intern anfallende Schrott, wie beispielsweise Kopf- und Fußstücke aus den Umschmelzag- gregaten, Späne, Flugstäube etc., in diesen Ofen zur Verwertung rückgeführt. Sämtli- che Öfen und Hallen sind an eine Absaugeinrichtung angebunden, um die Emissionen in die Umwelt so gering wie möglich zu halten. Das im LBO erschmolzene Material wird im Anschluss jeder Charge in eine oder meh- rere Pfanne(n) abgegossen und in entweder einen Warmhalte- oder Vakuumbehand- lungsofen überführt. Zusätzlich zum LBO stehen noch 3 Mittelfrequenzinduktionsöfen mit einer Kapazität bis zu 16 Tonnen zur Verfügung, die die je nach Bedarf Stückgut eingeschmolzen werden kann. Nach der Überführung wird zunächst die Temperatur der Schmelze gemessen und im Hinblick auf den weiteren Prozessverlauf bzw. die gewünschten Prozessschritte diese dann nach oben korrigiert. Der Hintergrund ist, dass die Schmelzen innerhalb eines definierten Temperaturfensters abgegossen wer- den müssen. Dieses Temperaturfenster ist abhängig von der jeweiligen Legierungszu- sammensetzung und den dadurch bedingten Behandlungsschritten. Ist die Tempera- tur nach dem Abguss aus dem LBO zu niedrig, wird die Schmelze chemisch geheizt. Dies wird durch die Zugabe von metallischem Aluminium und dessen Verbrennung zu Aluminiumoxid erreicht. Bei diesem Schritt werden gleichzeitig weitere Legierungsele- mente zugegeben, um die jeweilige gewünschte Materialzusammensetzung zu errei- chen. Nach der Einstellung der notwendigen Temperatur wird die Schmelze abgeschlackt. Hauptbestandteile der Schlacke sind CaO, SiO2 und evtl. FeO. Die Schlacke wird auf- bereitet und wieder in die Primärroute zurückgeführt. Der VDM steht in Unna die Möglichkeit einer Vakuumbehandlung der Schmelzen zur Verfügung um diese zu Entgasen. Prinzipiell ist die Vorgehensweise vor den Vakuum- behandlungen analog zu der, welche für Schmelzen angewandt wird, die keine solche Vakuumbehandlung benötigen. Einziger Unterschied ist hier, dass Legierungsele- mente, welche evtl. eine große Neigung zur Verdampfung aufweisen während der Be- handlung durch geeignete Bunkereinrichtungen nachchargiert werden müssen. Diese Bunkereinrichtung ist zudem für die Entkohlung der Schmelze nach der Vakuumbe- handlung wichtig. Diese Entkohlung wird durch die Zugabe von FeO realisiert, welches vom Kohlenstoff zu CO und Fe reduziert wird.
VDM Metals 23 Die fertige Legierung wird schließlich in verschiedene Geometrien abgegossen (rund, eckig oder polygonal). Hauptsächlich wird fallend gegossen, wobei auch die Möglich- keit eines steigenden Gusses besteht. Hierbei weisen die Kokillen Löcher im Boden auf, an welche ein Verteilersystem für die Schmelze angeschlossen ist. Die Kokillen werden zudem mit isolierenden Kopfstücken ausgestattet, um die Erstarrung des Blocks im Kopfbereich langsamer zu realisieren. Auf diese Weise verringert sich die Tiefe des Kopflunkers und das Ausbringen des Materials erhöht sich. Zur Weiterverar- beitung werden die Blöcke im noch glühenden Zustand auf LKWs verladen. Diese LKW verfügen über geeignete isolierte Warmhaltekammern, die es ermöglichen dem Kun- den bzw. Weiterverarbeiter einen warmen Block auch über weite Strecken zu garan- tieren, damit diese warm verarbeitet werden können. Im Anschluss an das Schmelzwerk wurde den Teilnehmern in zwei separaten Gruppen zum einen der Vakuuminduktionsofen sowie der Bereich der Umschmelzaggregate vorgestellt. Der Vakuuminduktionsofen ist als VIDP Ofen (Vacuum Induction Degas- sing and Pouring) ausgelegt. Das heißt, dass sowohl die Erschmelzung als auch der Abguss in die gewünschten Kokillen unter Vakuum stattfinden kann, ohne dass der Prozess unterbrochen werden muss. Der Tiegel des Ofens weist ein Fassungsvermö- gen von etwa 15 bis 20 Tonnen auf, die Schmelzleistung beträgt 5 MW. Zusätzlich kann die Schmelze zur besseren Homogenisierung mit herstellerseitig ausgelegten 10 MW induktiv gerührt werden. Der Druck im Ofen kann im regulären Betrieb bis in den Bereich 10-2 mbar eingestellt werden. Sobald die Schmelze flüssig vorliegt und die Vakuumbehandlung durchgeführt wurde, wird der Ofen über ein Rinnensystem ent- leert. Hierfür kann dieser gekippt werden, die Schmelze läuft zur benachbarten Gieß- kammer und läuft von hier aus über ein Tundish System bzw. eine Gießrinne in die Kokillen. Sobald eine Kokille vollständig gefüllt ist, dreht sich der „Teller“ auf dem diese stehen und die nächste Kokille wird mit Schmelze gefüllt. Auf diese Weise können pro Charge bis zu acht Blöcke vergossen werden, ohne dass das Vakuum unterbrochen werden muss. Eine Art Wippe verhindert zusätzlich, dass Schmelze während des Dre- hens der Kokillen in deren Zwischenraum läuft. Der Tiegel kann beim Entleeren allerdings nicht so weit gekippt werden, dass die ge- samte Schmelze ausfließen kann. Dieser Umstand hat zur Folge, dass Legierungs- wechsel nicht trivial durchgeführt werden können sondern eine genaue Planung erfor-
24 VDM Metals dern, die zudem strikt eingehalten werden muss. Nur so kann eine Legierung mit ab- geänderter Zusammensetzung erschmolzen werden, welche die Produktspezifikatio- nen einhält. Um die Gefahr eines Tiegeldurchbruchs zu minimieren, arbeitet VDM in diesem Ofen mit einem sogenannten Safeway System. Im Feuerfestmaterial ist hierbei ein Netz von Thermoelementen platziert. Wird der Tiegel punktuell zu stark bean- sprucht, so dass sich die Wandstärke bspw. durch Auswaschungen reduziert oder Schmelze aufgrund von Rissen in den Tiegel eintritt, registriert dieses System einen Anstieg der Temperatur. Eine hinreichend hohe lokale Temperatur lässt auf einen eventuell baldigen Tiegelbruch schließen und die Schmelze wird vorsichtshalber ab- gegossen. Die im VIM erzeugten Blöcke dienen als Elektroden für die späteren Umschmelzpro- zesse. Nach der Entfernung von Kopf und Fuß der Blöcke wird an diese ein sogenann- ter Stub geschweißt. Dieser Stub dient während des Umschmelzprozesses als Verbin- dungsstück der Elektrode zur stromführenden Elektrodenstange. VDM betreibt in Unna 6 Elektroschlacke-Umschmelz Anlagen (ESU) sowie 2 Vakuumlichtbogenöfen (VAR). Die ESU Anlagen weisen Kapazitäten von je 2 bis 17 Tonnen auf und können sowohl Rundformate bis 1 Meter Durchmesser als auch Rechteckformate erzeugen. Die VAR Anlagen können verfügen ebenfalls über Kapazitäten von 2 bis 17 Tonnen, können aber nur Rundblöcke von bis zu 1 Meter erzeugen. Der erreichbare Druck liegt in die- sem Ofen bei etwa 0,001 mbar. Prinzipiell folgen beide Verfahren dem gleichen Grundsatz, dass über das Einbringen elektrischer Energie das Material zunächst in den flüssigen Zustand überführt wird, in diesem Zustand raffiniert wird und zuletzt als gereinigter Block wieder erstarrt. Unter- schiede ergeben sich in der Art der Raffination. Beim ESU Prozess existiert ein flüssi- ges Schlackenmedium, welches als Raffinationsmittel dient. Hauptsächlich wird das Metall hierbei entschwefelt, ein Großteil der nichtmetallischen Einschlüsse (NMI) wird physikalisch oder chemisch von der Schlacke zurückgehalten bzw. entfernt. Beim VAR Prozess durchtritt die flüssige Legierung ein Vakuum und wird hierdurch entgast. Zu- sätzlich werden letzte NMI durch Flotation entfernt. Beiden Prozessen gemein ist die Verwendung von stark wassergekühlten Kupfertiegeln. Diese sind notwendig um zum einen die immense Wärme aus dem Inneren des Tiegels abzuführen. Die wichtigere Funktion ist allerdings die homogene und gerichtete Erstarrungsstruktur der umge-
VDM Metals 25 schmolzenen Legierung, die diese Kühlung zur Folge hat. Bedingt durch die Ausbil- dung einer Schlackenhaut beim ESU Prozess weisen die entstehenden Blöcke glattere Oberflächen auf als diejenigen, die aus dem VAR Prozess stammen, da in letzterem keine Schlackenphase im Ofen vorhanden ist. Zur Innenreinigung der Kokillen steht eine Hochdruck-Wasserstrahl Reinigungsanlage zur Verfügung. Die letzte Halle die die Gruppe besichtigte war die Schmiedehalle. Auf dem Weg dort- hin hielten wir jedoch kurz vor der Halle mit einer neuen Pulververdüsungsanlage, ohne diese jedoch zu sehen. Das Geschäftsfeld der Pulververdüsung ist für VDM re- lativ neu. Die Anlage an sich ist eine Vakuuminertgasverdüsungsanlage (VIGA). Bei dieser Technik wird das zu verdüsende Material zunächst in einem Vakuuminduktions- ofen verflüssigt. Anschließend wird die Schmelze durch einen Gießtrichter in die Ver- düsungseinheit vergossen, welche mit inertem Gas arbeitet. Das so entstehende Pul- ver kann im unterhalb angebrachten Pulverturm entspannen, abkühlen und wird von dort aus über einen Zyklon in einem Sammelbehälter aufgefangen. Die Möglichkeit die Atmosphäre mittels Vakuum oder Inertgas zu kontrollieren bietet hierbei den Vorteil, dass das entstehende Pulver eine hohe Reinheit bei einer angestrebten Korngröße von etwa 40 µm aufweist. So kann es in nachfolgenden Prozessen gut in additiven Fertigungsverfahren wie beispielsweise dem selektiven Lasersintern verwendet wer- den. In der angesprochenen Schmiedehalle betreibt VDM in Kooperation mit der DEW eine Freiformschmiede mit einer Schmiedekraft von bis zu 45 MN. Zum Erhitzen der Blöcke stehen Vorwärmöfen zur Verfügung. Da das Material immer nur in einem bestimmten Temperaturbereich umgeformt werden kann, ohne dass das Risiko einer Defektbil- dung wie Risse o.ä. besteht, muss das Schmiedestück teils mehrmals in den Vor- wärmofen zur Wiedererwärmung chargiert werden. Nach Erreichen der nötigen Tem- peratur kann der Schmiedeprozess fortgesetzt werden. Nach Fertigstellung des Schmiedestücks stehen noch die Möglichkeiten der spanenden Bearbeitung sowie der Ultraschallprüfung zur Verfügung. Auch hier werden alle anfallenden Reststoffe, strikt getrennt nach Spezifikation, wieder in den Primärprozess zurückgeführt.
26 JL Goslar 6 JL Goslar Kontakt: Bernd Böttcher JL Goslar GmbH Im Schleeke 108 38640 Goslar Tel: +49 (0) 5321 - 754 – 0 Fax: +49 (0) 5321 - 754 - 333 E-Mail: info@jlgoslar.de http://www.jlgoslar.de/ Protokoll: Xiaoxin Zhang, Hugo Lucas Werksführung durch: Bernd Böttcher Abbildung 14: Gruppenbild bei JL Goslar
JL Goslar 27
6.1 Einleitung
Inzwischen ist JL Goslar ein Zusammenschluss aus den Unternehmen Bleiindustrie,
Metallwerk Goslar und Apparatebau Goslar. Es ist zudem der führende Anbieter für
NE-Produkten, semi-finished products, Apparaturen und Systemen aus Blei, Zinn und
ihren Legierungen. Neben Ihrem Hauptwerk in Goslar, wo hauptsächlich Schmelzar-
beiten und die Produktion von Bleiplatten und -barren durchgeführt werden, besitzt JL
Goslar ein neues Werk in Ilsenburg im Harz. Dort werden Bleianoden und Spezialpro-
dukte, wie zum Beispiel Bleidraht und Stranggussformate, hergestellt. Die Produkte
werden von namhaften Unternehmen (Aurubis, Boliden, Umicore, etc.) nachgefragt
und weiterverarbeitet.
Mit über 100 Jahren Erfahrung ist JL Goslar ein beliebter Industriepartner, nicht nur für
Unternehmen, sondern auch für Universitäten und Forschungseinrichtungen.
6.2 Rohmaterialien
JL Goslar bezieht die Rohmaterialien aus drei verschiedenen Quellen:
Wiedergewinnung aus Sekundärmaterialien
o Blei in Blei-Säure-Batterien
o Produkte der Kupfer und Zinkindustrie
Raffiniertes Blei
6.3 Produktionsprozesse
Bleiraffination
JL Goslar bietet eine komplett integrierte Recyclingroute für gebrauchte Anoden.
Diese werden von den Verkaufspartnern zurückgegeben. Im ersten Schritt werden
kupfer-, zink- und silberhaltige Rückstände von den Elektroden entfernt. Hierzu werden
der Kupferkontakt (siehe Abbildung 15) und Stahlhaken abgetrennt und wiederverwen-
det.28 JL Goslar
Kupfer-kon-
takt
Gewalztes
Bleiblech
Abbildung 15: Aufbau einer Bleianode
Das abgetrennte Blei von den Anoden wird geschmolzen, raffiniert und in Barren ver-
gossen. Das raffinierte Blei wird anschließend für andere Anwendungen benutzt. Die
im Prozess entstandenen Nebenprodukte (Aschen, Krätzen, etc.) werden gewogen,
aufgearbeitet und dem vorherigen Anodenbenutzer oder anderen Verarbeitern zur
Verfügung gestellt.
Das Unternehmen gewinnt ebenfalls Blei aus Blei-Säure-Batterien. Hier wird zuerst die
Säure entfernt und anschließend die Batteriereste geshreddert. Aus dem Shredder
wird Plastik von Metall getrennt. Die Metallphase wird anschließend im 3 m Durchmes-
ser großen Kesseln raffiniert. Unter der Zufuhr von Schwefel und Sauerstoff werden
bei 400 °C Verunreinigungen wie Zinn, Kupfer, Silber oder Antimon entfernt. Diese
Elemente sind reaktiver als Blei bei Kontakt mit Sauerstoff oder Blei.
Abbildung 16: Recyclingroute der Bleibatterien. Quelle: JL GoslarJL Goslar 29
6.4 Anwendungen und Produkte von Blei
Das Unternehmen bieten viele Bleiprodukte für folgende Anwendungen an:
Apparaturen aus Blei und Stahl
Strahlungsschutz
Anoden für Elektrolysen
Lötprodukte
Unabhängig vom Produkt wird das raffinierte Blei geschmolzen, gegeben Falls legiert
und anschließend in verschiedene Formen, Blechdicken, Rohre und Profile umgewan-
delt.
Gewalzte Bleibleche
Der gesamte Prozess startet mit dem Guss einer Bleiplatte. Arbeiter gießen flüssiges
Blei in die Form und ziehen die Krätze von der Oberfläche ab (siehe Abbildung 17).
Der Gießofen besitzt ein Volumen von 50 oder 10 t. Sobald der Bleiguss erstarrt ist
wird dieser hydraulisch aus der Form gehoben und auf das Walzband gelegt.
Gießofen Arbeiter entfernen vor
mit Blei- den Walzstichen die
schmelze Krätze von der
Schmelzoberfläche
Abbildung 17: Bleigießprozess
In Abbildung 18 ist die Walzstraße zu sehen. Mit jedem Walzstich reduziert sich die
Dicke. Somit können verschiedene Bleche, Platten und Folien mit unterschiedlichen
Dicken und Breiten produziert werden.30 JL Goslar
Hydrau-
lische
Presse Bleiplatte
Abbildung 18: Walzstraße mit Bleiplatte
Während des Schmelzprozesses können Elemente wie Antimon zulegiert werden, um
die Festigkeit des Bleis zu steigern. Die gefertigten Bleche und Folien werden in einem
großen Anwendungsspektrum genutzt. Dieses erstreckt sich von Strahlenschutz über
Korrosionsschutz bis zu Elektrolyseequipment.
Homogene Bleibeschichtung
Als Verbundmaterial werden bleibeschichtete Produkte hergestellt. Diese kombinieren
die Stärken von Stahl mit der Korrosionsbeständigkeit von Blei. Die Produkte können
für Hochtemperatur- und druckbelasteten Anwendungen eingesetzt werden. Ein paar
Beispiele sind folgend aufgelistet:
• Autoklaven und Reaktoren für die hydrometallurgische Extration von Gold, Ni-
ckel und Molybdem
• Behälter für den Transport von gefährlichen Stoffen (Säuren, Strahlenschutz)
• Apperaturen für die chemische Industrie wie bei der Herstellung von Methylac-
rylate, Viscous, Schwefelsäure
Abbildung 19: Bleibeschichtungsprozess. Quelle: JL GoslarJL Goslar 31
Bei der Beschichtung von Rohprodukten werden Bleifolien oder -bleche mit einem
Acetylenbrenner auf die Stahlkonstruktion aufgeschmolzen. Eine Beschichtung fördert
die Anhaftung von Stahl und Blei. Das Verfahren ist in Abbildung 19 dargestellt.
Anoden für die Metallextraktion
Die Herstellung von Anodenblechen ist die Hauptsparte von JL Goslar. Diese werden
aus gewalzten Bleiblechen hergestellt. Der Walzprozess verbessert die Dichte und die
Kornstruktur der Bleiplatten. Somit ist es möglich, dass Goslar längere Laufzeiten und
bessere Qualität an die Kunden liefern kann. Der Prozess beginnt mit den Walzble-
chen aus Abbildung 18. Wenn ein Blech den Qualitätsansprüchen genügt, wird es mit
der Hilfe von Lasern auf die Spezifikation des Kunden geschnitten. Im zweiten Schritt
wird der Kupferkontakt in eine spezielle Form, siehe Abbildung 21, eingelegt. Anschlie-
ßend wird eine Bleischmelze in die Form gegossen und somit der Kupferkontakt be-
festigt. Im finalen Schritt wird die Form entfernt und die Halterung abgeschliffen.
Bleischmelze
Form Kupfer-
(2 Teile) kontakt
Abbildung 20: Formen der Anodenhalterung
Kupfer-
Verbindung kontakt
s-stelle
Blei- Anoden-
platte halterun
g
Abbildung 21: Verbindung zwischen Anodenplatte und Kupferkontakt
In der nächsten Prozessstufe verbindet ein Roboter die gewalzte Bleiplatte mit dem
Anodenhalter (siehe Abbildung 22). Abschließend werden die Bleibleche abgestrahlt,32 JL Goslar
um die Adhäsion im Elektrolyseprozess zu verbessern. Die fertigen Elektroden werden
in speziellen Stahlcontainern, siehe Abbildung 8, verpackt und transportiert.
Abbildung 22: Verpackungseinheit mit 10 Elektroden. Quelle: JL Goslar
Ein Überblick über den Prozessweg ist in Abbildung 23 zusammengefasst.
Abbildung 23: Herstellung von Blei und Bleiprodukten. Quelle: JL Goslar
Strahlungsschutz
Blei und seine Legierungen besitzen gute Eigenschaften für die Anwendung im Strah-
lenschutz. Unter Anderem werden die Materialien in atomaren Techniken, Kernkraft-JL Goslar 33
werken, Forschungseinrichtungen, medizinischen Technologien und Röntgenuntersu-
chungen eingesetzt. Das Unternehmen produziert Strahlungsschutzsysteme, Behäl-
tern, Halbzeugen und Strahlenschutzmaterialien.
Anwendungsgebiete:
• Kerntechnologie: Transportbehälter, Gefahrstoffbehälter, Strahlenschutzkabi-
nen, Bleikammern, Heißzellen, Bleimatten,…
• Medizintechnik: Raumabschirmungen, Tür und Laborequipment, große Vielfalt
an Kleinteilen (Safes, Barren, Bleche, Folien, Matten, …)
• Materialtests: Gehäuse fürden Strahlenschutz bei Elektronenstrahlschweißen
• Forschung: z.B. Strahlenschutz in Synchrotronen
Spezialprodukte aus Blei und Zinn
Mit der Walzstraße können viele spezielle Legierungen verarbeitet werden. Diese kön-
nen für den Kunden angepasst werden und somit eine Vielzahl von Halbzeugen ange-
boten werden. Eine Auswahl an Produkten ist in Abbildung 24 zu erkennen. Hier sind
diese in Form von Draht dargestellt, können jedoch auch als Platten oder Stangen
ausgeliefert werden.
Abbildung 24: Verschiedene Produkte von JL Goslar34 PPM Pure Metals 7 PPM Pure Metals Kontakt: Dr. Ulrich Kammer PPM Pure Metals GmbH Am Bahnhof 1 36685 Langelsheim Tel. +49 (0) 5326 507-0 http://www.ppmpuremetals.de/ Protokoll: Danilo Curtolo Werksführung durch: Ulrich Kammer Abbildung 25: Foto der Exkursionsgruppe vor PPM
PPM Pure Metals 35
7.1 Unser Besuch bei der PPM in Langelsheim
Am 23. Oktober 2017 hat unsere Gruppe die PPM Anlage in Langelsheim besucht.
Der Besuch wurde geleitet von Dr. U. Kammer, welcher das Unternehmen vorgestellt
hat und in Form einer Präsentation erklärte, welche Anwendung für die von PPM ver-
arbeiteten Metalle existiert und welche Produktionsmethodik Verwendung findet. Da-
nach hat unsere Gruppe die Produktionsanlage besichtigt. Dabei haben wir einen ge-
nerellen Eindruck von der Prozessroute für diverse Metalle, speziell auch für Germa-
nium-Reinigung von Schrott bis zur Ultra reinen metallischen Form. Der Besuch hat
ebenfalls die Produktion von reinstem Tellur und Gallium.
7.2 Das Unternehmen PPM
Geschichte
PPM produziert ultra reine Metalle, Oxide und andere Substanzen schon seit etwa 50
Jahren auf dem Gelände der ehemaligen Herzog Juliushütte in Langelsheim, wo Zink
und Blei schon etwa seit 400 Jahren verarbeitet wurden. PPM gehörte früher zur Preu-
ssag Gruppe und ist heute Teil der deutsch-französischen Recyclex Gruppe. Das Un-
ternehmen beschäftigt etwa 100 Personen und hat einen Umsatz von etwa 20 Millio-
nen Euro.
Produkte
Heute ist PPM hauptsächlich Lieferant der elektronischen und opto-elektronischen In-
dustrie auf der ganzen Welt. Zunehmend ist das Unternehmen auch Lieferant für Her-
steller von Solarzellen. Weil der Bedarf dieser Industrien für diese speziellen, ultra rei-
nen Metalle stetig ansteigt, wächst diese Industrie ebenfalls. Die wichtigsten Produkte
und ihre Anwendungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.36 PPM Pure Metals
Tabelle 1: Hauptprodukte sowie deren Anwendungen und Reinheit
Metal / Purity Application
Com- range
pounds
Antimon 5N – 7N5 Hall Generatoren, infrarot Detektoren, Dotierstoff
für Silizium-Einkristalle und Dünnfilme
Arsen 5N5 – Integrierte Hochfrequenz Schaltungen, LEDs und
7N+ Laser Dioden
Cadmium 5N – 7N Infrarotoptik, infrarot- und Röntgen Detektoren,
Dünnfilm-Solarzellen
Germanium 50 IR-optische Geräte, GeO2 ist ein Katalysator in
ohm.cm der Produktion von Polyester und PET, GeCl4 für
Glasfasern.
Indium 5N – 7N5 III/V Halbleiter (verwendet in Hall Generatoren,
Hochfrequenzelektronik und Infrarot-Detektoren),
Dünnfilm-Solarzellen
Blei 4N – 5N Herstellung von Lötlegierungen und Strahlungs-
schutzschildern
Tellur 5N – 7N Peltier und Thermoelemente, Material für opti-
sche Speicherung, Solarzellen und IR und Rönt-
gen-Detektoren
Zinn 4N – 5N Bedampfungs-Targets die in der Herstellung von
Dünnfilmen Verwendung finden
Kupfer 5N – 5N5 Bedampfungs-Targets, Abbindedraht Dünnfilm-
Solarzellen, Kupferoxide werden als Komponent
für keramische Supraleiter verwendet
Gallium 4N – 8N III/V- Komponent für keramische Supraleiter wie
GaN, GaAs und GaSb, Dünnfilm-SolarzellenSie können auch lesen
