Nichteisenmetallindustrie

ein gro?er silberner Raffinationsofen, der bis unter die Decke der Fabriksalle reichtzum Vergr??ern anklicken
Raffinationsofen der KME Germany AG & Co
Quelle: KME Germany

Die Nichteisenmetallindustrie umfasst vorrangig die Produktion der Massenmetalle Kupfer, Aluminium, Blei und Zink. Aber auch Edelmetalle wie Gold, Silber und Platin werden in den Produktionsanlagen der NE-Metallindustrie verarbeitet.

Inhaltsverzeichnis

 

Die Nichteisenmetallindustrie in Deutschland

Nichteisenmetalle (NE-Metalle) sind unverzichtbar für die Wirtschaft hochtechnisierter Industriel?nder. Sie werden vielf?ltig genutzt: zum Beispiel von der Elektronik- und Elektrotechnik, dem Maschinen- und Fahrzeugbau sowie im Bausektor. Die NE-Metallbranche z?hlt zu den energie- und rohstoffintensivsten Branchen weltweit. Die Produktion von NE-Metallen aus Erzen und Konzentraten verursacht starke negative Umweltauswirkungen entlang der gesamten Wertsch?pfungskette. Neben dem hohen Wasser-, Fl?chen- Energieverbrauch wirkt sich auch die starke Beanspruchung der Umweltsenken Wasser, Boden und Luft negativ aus.

Bei der Produktion von Nichteisenmetallen unterscheidet man zwischen der Erzeugung aus Prim?rrohstoffen und der Erzeugung aus Sekund?rrohstoffen. Beispiele für Prim?rstoffe sind Erze und Konzentrate. Zu den Sekund?rstoffen geh?ren nichteisenmetallhaltiger Schrott, Galvanikschl?mme, Filterst?ube und Produktionsrücklaufmaterialien.

Derzeit werden in Deutschland vier Prim?rhütten zur Aluminiumherstellung, eine Prim?rhütte zur Kupferherstellung, eine Prim?rhütte zur Zinkherstellung und zwei Prim?rhütten zur Bleiherstellung betrieben. Insgesamt z?hlten 2011 in Deutschland 657 Betriebe zur Nichteisenmetallindustrie. Neben den Anlagen zur Erzeugung von NE-Metallen aus prim?ren und sekund?ren Rohstoffen sind dies vor allem Anlagen zur Weiterverarbeitung (z.B. Nichteisenmetallgie?ereien und Anlagen zur Herstellung von Halbzeugen).
Heute erzeugt die deutsche NE-Metallindustrie über 50 Prozent ihrer Gesamtproduktion aus Sekund?rrohstoffen. Hauptanwendungsgebiete für NE-Metalle sind der Fahrzeugbau, das Bauwesen, die Elektrotechnik und der Maschinenbau.

 

Herstellungsprozess

Typisch für die Prim?rproduktion von NE-Metallen ist, dass bereits in dem Land, wo der Rohstoff gewonnen wurde, mit der Aufkonzentrierung des gewünschten Nichteisenmetalls aus dem Erz begonnen wird. Es wird dann in den weiterführenden Prozessen je nach Bedarf bis zum hochreinen Nichteisenmetall aufbereitet. Eine typische prim?re Nichteisenmetallhütte l?sst sich in folgende Hauptbereiche einteilen:

  • Rohstofflagerung und -umschlag,
  • Vorbehandlung (z.B. R?sten, Sintern, Mischen),
  • Schmelzprozess (z.B. Schachtofen, Schwebeschmelzofen, QSL-Verfahren),
  • thermische Weiterbehandlung und Raffination in Konvertern, Drehtrommel?fen, Pol- und Gie??fen, Herd?fen, Gie??fen,
  • elektrolytische Raffination,
  • Endverarbeitung zu Barren, Masseln oder Halbzeugen.

Abzugrenzen hiervon ist die prim?re Aluminiumerzeugung aus Tonerde. Hier finden Schmelzen und Elektrolyse zusammen in Elektrolyse?fen statt. Das so gewonnene Aluminium wird danach gegebenenfalls legiert und zu Halbzeugen weiterverarbeitet. Teilweise sind die eingesetzten Erze sehr schwefelhaltig. Beim R?sten wird der enthaltene Schwefel als Schwefeldioxid in nachgeschalteten Doppelkontaktanlagen zur Schwefels?ure umgesetzt.

Bei der Sekund?rproduktion werden die Einsatzstoffe zun?chst mechanisch vorbehandelt und anschlie?end in verschiedenen Schmelzaggregaten eingeschmolzen. Die nachfolgende Raffination und Endverarbeitung unterscheidet sich nur unwesentlich vom Prim?rprozess und wird teilweise in denselben Aggregaten durchgeführt.

 

Energie- und Materialeffizienz

Nichteisenmetalle lassen sich im Prinzip beliebig oft wieder einschmelzen und raffinieren, ohne dass die Qualit?t der Metalle beeintr?chtigt wird. Bei Legierungen erfordert das Recycling zum reinen Metall einen vergleichsweise hohen Reinigungsaufwand. Um ein Downcycling zu verhindern, muss vor allem beim Aluminium eine sortenreine Sortierung der Schrotte vorgenommen werden. Zudem ist jede Form von Recycling immer mit einem Energieverbrauch verbunden. So dass für einen nachhaltigen Ressourcenschutz auch die Verringerung des totalen Materialeinsatzes im Blickpunkt stehen muss.
Bei der Erzeugung von Nichteisenmetallen fallen auch produktionsintern verschiedene Abf?lle wie Schlacken, Kr?tzen, Schl?mme und Filterst?ube an. Diese Abf?lle werden oft ebenfalls intern oder extern recycelt.

Alles in allem bietet das Recycling im Vergleich zur Prim?rerzeugung gro?e Vorteile bei der Ressourcenschonung. Es ist derzeit aber noch nicht optimal ausgereift. Aus globaler Sicht ist beispielsweise die Erfassung der nichteisenmetallhaltigen End-of-Life-Produkte und das ressourcenschonende Recycling noch stark verbesserungsf?hig, wie die UNEP-Studien zum Metallrecycling zeigen.

Neben der Frage der Materialeffizienz ist vor allem auch die Energieversorgung entscheidend. Der Energieverbrauch zum Erschmelzen der Rohstoffe h?ngt sowohl vom Metall als auch vom verwendeten Ofentyp ab. Die Erzeugung aus sekund?ren Rohstoffen (Recycling) ist in der Regel mit einem wesentlich geringeren Energieverbrauch verbunden. Im Falle von Aluminium wird dies besonders deutlich: Dort liegt die Einsparung gegenüber der Prim?raluminiumproduktion bei circa 95 Prozent. Durch optimierte Prozesse und W?rmenutzung konnte der Energieverbrauch in den letzten Jahren schon deutlich gesenkt werden.

Deutschland hat sich jedoch zur Energiewende entschlossen. Mittelfristig soll die Energieerzeugung aus fossilen Energietr?gern durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Diese Entwicklung bringt sowohl Chancen als auch Herausforderungen für die gesamte NE-Metallbranche mit sich. Die besondere Bedeutung von NE-Metallen für die hochspezialisierte deutsche Wirtschaft wird sich in Zukunft nicht ersch?pfen, sondern durch den Ausbau der erneuerbaren Energien und der Elektromobilit?t eher noch steigern. Es werden aber auch technische Herausforderungen auftreten, denen sich die Branche stellen muss. Neue Produktionsverfahren zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Nutzung erneuerbarer Energien müssen weiterentwickelt und implementiert werden. Um seine Vorbildfunktion für Europa und die Welt zu untermauern, obliegt der deutschen NE-Metallindustrie eine Verantwortung für die Entwicklung und Anwendung ressourcenschonender Produktionsprozesse und die Herstellung ressourcenschonender Produkte.

Eine Grafik zeigt die Entwicklungd es Prim?renergieverbrauchs bei der Herstellung von Nichteisenmetallen von 1995 bis 2010. Er sinkt.
Prim?renergieverbrauch für die Herstellung von NE-Metallen und Halbzeug daraus
Quelle: Umweltbundesamt
 

Umweltauswirkungen und Ma?nahmen zur Emissionsminderung

Emissionen von luftverunreinigenden Stoffen treten in NE-metallproduktionsanlagen in nahezu allen Prozessschritten auf und setzen sich aus einer Vielzahl von Stoffen zusammen. Den gr??ten Anteil nehmen dabei St?ube ein, die in nahezu allen Arbeitsschritten entstehen und Schwermetalle enthalten k?nnen.

Weiterhin enthalten die Abgase aus den Schmelzanlagen Gase wie Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Stickoxide, Fluorwasserstoff sowie Dioxine/Furane oder andere organische Verbindungen.
Die Schmelz- und Raffinationsaggregate sind weitgehend gekapselt. Dennoch austretende diffuse Emissionen sind abh?ngig von ihrer Bauart mit speziellen Abgasfassungseinrichtungen zu erfassen, zum Beispiel mit Einhausungen oder nachführbaren Hauben. Die gefassten Abgase werden mit Hilfe von geeigneten Systemen (z.B. Gewebefiltern) gereinigt, so dass die in der Technischen Anleitung Luft (⁠TA Luft⁠) unter Nummer 5.4.3.3 und 5.4.3.4 festgelegten Emissionswerte im gereinigten Abgas deutlich unterschritten werden k?nnen.

Auch zukünftig müssen Anlagen zur NE-Metallerzeugung oder Verarbeitung auf eine weitere Verringerung ihrer Schadstoffemissionen hinarbeiten. Dies ist besonders bei der Prim?rerzeugung von entscheidender Bedeutung, da beispielsweise die weltweite Qualit?t der Kupfererze abnimmt und dadurch der Anteil von toxischen Metallen wie Arsen in den Rohstoffen steigt. In diesem Zusammenhang rücken besonders auch diffuse Emissionen aus dem Umschlag und der Lagerung der Einsatzstoffe sowie aus den weiteren Prozessen in den Fokus. Diffuse Prozessemissionen tragen besonders zur Belastung am Arbeitsplatz bei. Emissionen durch Geb?ude?ffnungen, insbesondere über das Dach, k?nnen diffuse Feinst?ube und Schwermetalle enthalten, die einen hohen Beitrag an der Immissionsbelastung haben. Als wichtiger Beitrag zum Schutz der Gesundheit und der Umwelt sind hier die Bemühungen voranzutreiben. Anforderungen an die Luftqualit?t werden unter anderem durch die europ?ische Luftqualit?tsrahmenrichtlinie und ihre Tochterrichtlinien? festgelegt

Abw?sser fallen in Anlagen zur Nichteisenmetallherstellung im Prozess vor allem als Kühlwasser und bei nass arbeitenden Abgasreinigungsanlagen an. Dabei k?nnen sie mit einer Vielzahl von Schadstoffen belastet sein. Neben Schwermetallen wie Blei, Cadmium oder Nickel k?nnen auch organische Verbindungen enthalten sein.

Vielfach kann durch prozessintegrierte Ma?nahmen Abwasser vermieden oder vermindert werden. Die entstehenden Abw?sser werden in der Regel in betriebseigenen Anlagen behandelt. Dafür stehen in Abh?ngigkeit vom zu entfernenden Stoff verschiedene Verfahren wie zum Beispiel F?llungsreaktionen, Umkehrosmose oder Membranfiltertechnik zur Verfügung. Die Bedingungen an die Einleitung von Abw?ssern aus der Nichteisenmetallerzeugung oder Verarbeitung sind im Anhang 39 der Abwasserverordnung (AbwV – Anhang 39) formuliert.

 

Gesetzliche Grundlagen

Luft

Anlagen zur NE-Metallerzeugung unterliegen dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG).
Nach der vierten Bundesimmissionsschutzverordnung (4. ⁠BImSchV⁠ ) ist für Anlagen zur Herstellung von Nichteisenrohmetallen aus Erzen, Konzentraten oder sekund?ren Rohstoffen durch metallurgische, chemische oder elektrolytische Verfahren (4.BImSchV, Anhang Nr. 3.3) ein f?rmliches Genehmigungsverfahren (mit ?ffentlichkeitsbeteiligung) vorgeschrieben.

Das gleiche gilt für Anlagen zum Schmelzen, zum Legieren und zur Raffination von Nichteisenmetallen mit einer Schmelzleistung von vier Tonnen oder mehr pro Tag bei Blei und Cadmium oder von 20 Tonnen oder mehr pro Tag bei sonstigen Nichteisenmetallen.
Für Anlagen zum Schmelzen, zum Legieren und zur Raffination von Nichteisenmetallen mit einer Schmelzleistung von 0,5 bis vier Tonnen pro Tag bei Blei und Cadmium oder von zwei Tonnen bis weniger als 20 Tonnen pro Tag bei sonstigen Nichteisenmetallen ist ein verkürztes Genehmigungsverfahren (ohne ?ffentlichkeitsbeteiligung) vorgeschrieben. Die 4. BImschV weist einige Ausnahmen hiervon aus.

Die Kapitel 5.4.3.3 und 5.4.3.4 der ⁠TA Luft⁠ befassen sich mit den spezifischen Anforderungen an Anlagen zur Herstellung von Nichteisenrohmetallen und zum Schmelzen, zum Legieren und zur Raffination von Nichteisenmetallen. Diese Anforderungen umfassen sowohl die baulichen und betrieblichen Anforderungen als auch die zul?ssigen Emissionswerte, zum Beispiel für Staub, Schwermetalle und organische Verbindungen sowie an die eingesetzten Brennstoffe.

Wasser

Die Nutzung von Gew?ssern, wie zum Beispiel die Entnahme von Wasser aus Gew?ssern oder das Einleiten von Stoffen in Gew?sser, sind im Wasserhaushaltsgesetz (WHG)? geregelt.
Die Abwasserverordnung (AbwV) beinhaltet Vorschriften für die Vermeidung, die Messung und die Einleitung von Abwasser in Gew?sser. Im Anhang 39 der AbwV sind spezielle Anforderungen für Abwasser aus der Herstellung von Nichteisenmetallen festgelegt.

Abfall

Die Vermeidung, Verwertung und Beseitigung von Abf?llen wird im Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) geregelt.

BVT-Merkblatt

Das BVT-Merkblatt Nichteisenmetallindustrie wird im Moment überarbeitet. Die überarbeitung wird voraussichtlich im Jahr 2014 abgeschlossen sein. Der aktuelle Entwurf des überarbeiteten BVT Merkblattes in englischer Sprache wurde im Februar 2013 ver?ffentlicht.

 

Forschung und Entwicklung sowie Innovationsvorhaben

Im Rahmen des Umweltinnovationsprogrammes wurden in den letzten Jahren viele interessante Projekte in den Bereichen Energie- und Materialeffizienz sowie Emissionsminderung gef?rdert. N?here Informationen und eine übersicht zu den Projekten erhalten Sie auf der Website des Programms. Eine Liste abgeschlossener innovativer Vorhaben findet sich auch auf der Website ?Cleaner Production Germany“.?