Herkunft und charakteristische Zusammensetzung

Allgemein

Der Nichteisenmetallguss umfasst das Gießen von Werkstücken aus NE-Metallen. Die NE-Metalle und ihre Legierungen werden entsprechend ihrer Dichte in Leichtmetalle (bis 5 g/cm³) und Schwermetalle (ab 5 g/cm³) eingeteilt. Zu den wichtigsten Basismetallen zählen bei den Leichtmetallen (LM) Aluminium und Magnesium sowie bei den Schwermetallen (SM) Kupfer, Blei, Zink, Zinn und Nickel (sogenannte Buntmetalle). Darüber hinaus gibt es auch Werkstoffe auf Basis von Titan (LM), Kobalt (SM), Gold (SM), Silber (SM) etc. Rund 77 % der NE-Metallgussteile werden im Straßenfahrzeugbau verarbeitet.

Das Gießen von NE-Metallen besteht aus den Fertigungsschritten Gießen, Gussstückentnahme und Nachbehandlung. Vorgelagert ist der Schmelzprozess des Metalls mit/ohne Dosierung von Zugschlagstoffen (z. B. Silizium zum Legieren von Aluminium oder Glas) in Brennstoff oder elektrisch beheizten Öfen. Durch die Legierung oder Dosierung von Zuschlagstoffen lassen sich beispielsweise die Gießbarkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Festigkeit oder die Warmfestigkeit verbessern. Die Mischung der Ausgangsstoffe wird auch als Gattierung bezeichnet. Bei den eingesetzten Metallen wird in Erzeugung aus Primär- und Sekundärrohstoffen unterschieden. Beispiele für Primärstoffe sind Erze und Konzentrate. Zu den Sekundärrohstoffen gehören nichteisenmetallhaltiger Schrott, Galvanikschlämme, Filterstäube und Produktionsrücklaufmaterialien. Meist werden die NE-Metalle in der Gießerei geschmolzen, Aluminium kann aber z. B. sogar in flüssiger Form von Schmelzwerken bezogen werden. Bei der Schmelze bilden sich unterschiedliche Mengen von Schlacken oder sogenannten Krätzen im Ofen aus.

Bei den Gießverfahren wird unterschieden zwischen Schwerkraftgießen (Nutzung Schwerkraft beim Eingießen des Metalls) und Gießen mit Anwendung von Druck (Druckgießen mit erhöhter Einfließgeschwindigkeit des Metalls). Als wichtigste Gießverfahren sind das Kokillengießverfahren, bei dem die Schmelze mit Hilfe der Schwerkraft in die Form gefüllt wird, das Niederdruckkokillengießverfahren, bei dem der Formhohlraum mit Hilfe eines geringen Luft- oder Inertgasdrucks mit Schmelze gefüllt wird und das Druckgießverfahren, bei dem die Schmelze zunächst in die Gießkammer einer Druckgießmaschine gefüllt wird und von dort mit einem Kolben in den Formhohlraum gepresst wird, zu nennen. Beim Gießen wird unterscheiden zwischen Dauerformen und verlorenen Formen.

Dauerformen werden mehrfach abgegossen. Sie bestehen aus metallischen Werkstoffen (Gusseisen oder warmfeste Stähle) und werden vor allem für das Gießen von Nichteisenmetalllegierungen verwendet.

Werden verlorene Formen eingesetzt, gibt es die Möglichkeit mit verlorenen Modellen oder mit Dauermodellen (Dauermodelle können mehrfach genutzt werden; die Modelle werden zwar beim Gießen zerstört, aber die Art des Modells wird immer wieder hergestellt; Dauermodell≠ Dauerform) zu arbeiten. Verlorene Formen können nur einmal genutzt werden und werden dann zerstört, um das Gussstück zu entnehmen. Beim Gießprozess in verlorenen Formen werden die entsprechenden Gussformen aus einem Formstoff (Formsand) hergestellt (Formherstellung). Sofern die resultierenden Gussteile Hohlräume (Innenkonturen) oder Hinterschneidungen aufweisen sollen, werden zusätzlich sogenannte Kerne in einem separaten Arbeitsgang hergestellt (Kernherstellung). Zum Schutz vor thermischer Belastung und der Metallschmelze und um die poröse Formteiloberfläche zu glätten sind die Gussformen und Kerne mit einer sogenannten Schlichte überzogen.

Für die Herstellung von Kernen werden chemische Bindungsverfahren eingesetzt, d. h. der Formstoff (Formsand) wird durch chemische Reaktionen verfestigt. Dabei kommen sowohl anorganische Bindersysteme (z. B. mit wasserlöslichen Alkalisilikate (Wasserglas)) als auch organische Bindersysteme (z. B. mit Polyurethan) zum Einsatz.

Für die Herstellung der Form werden physikalische Bindungen durch Verfahren mit tongebundenen Formstoffen, durch Nassgussformverfahren oder Verdichtungsformverfahren (z. B. mit Druckluft) genutzt. Die verwendeten Formstoffe bestehen grundsätzlich aus dem Formgrundstoff Quarzsand, dem Bindemittelsystem Ton-Wasser und speziellen Zusätzen. Auch chemische Binder, z. B. Epoxidharz, werden zur Herstellung von Gussformen eingesetzt.

Basis der Form bildet ein Modell, welches mit dem Formstoff (Formsand) abgeformt wird. Um ein Anhaften des Sandes am Modell bei dessen Entfernung zu vermeiden, werden dabei Trennmittel wie z. B. Talkum oder Graphit eingesetzt.

Bei der Herstellung der verlorenen Formen entsteht verfahrensbedingt sogenannter Überfallsand bzw. nicht abgegossener Form- oder Kernsand, sogenannter Gießereialtsand.

Nach dem Gießen und Erkalten des Gussstückes wird die Form aufgebrochen und das Gussstück entnommen (Prozess Gussstückentnahme). Das Gussstück wird einer Nachbehandlung unterzogen. Hierbei wird es gesäubert und anschließend im Allgemeinen einer Oberflächenbehandlung unterzogen, z. B. dem Schleifen oder Entgraten durch Sandstrahlen.

Nach dem Guss oder der Nachbehandlung werden die Werkstücke auf mögliche Risse geprüft (Rissprüfung). Die dafür überwiegend eingesetzten Verfahren sind visuelle Prüfung, Magnetpulver- und Farbeindringprüfung, Röntgenverfahren, Ultraschallverfahren, Laserverfahren oder Wirbelstromverfahren.

Bei der Farbeindringprüfung wird z. B. das Prüfmittel (Penetrant) mit fluoreszierenden oder nicht fluoreszierenden Farbpigmenten trocken oder als Suspension (Öl, Wasser) eingesetzt und mit UV-Licht bzw. blauem LED-Licht angeregt, sodass die Risse sichtbar werden.

Der Formstoff von verlorenen Formen und auch Kernen (Gießereialtsand ) wird wieder aufbereitet (Prozess: Sandaufbereitung oder -regenerierung) und zu ca. 95 % wieder verwendet. Zunehmend werden dabei die Kernsande zunächst von den Formsanden getrennt gehalten und jeweils unterschiedlichen Aufbereitungsschritten unterzogen. Typische Aufbereitungsschritte der Sandaufbereitung insgesamt sind Zerkleinerung, Siebung, Eisenmetall-/Nichteisenmetallabscheidung und weitere Klassierverfahren.

101003 Ofenschlacke

Das NE-Metall wird in erdgas-, erdöl- oder strombeheizten Öfen erschmolzen, z. B. Tiegelöfen oder Induktionsöfen. Schlacken und Krätzen (Aluminiumkrätzen fallen unter den AS 10 03) entstehen als zähfeste bis körnige, die Schmelze bedeckende Oxidhaut mit einer variablen Zusammensetzung. Sie bestehen hauptsächlich aus Metalloxiden und anhaftenden Metallen, z. B. aus Aluminiumoxid und metallischem Aluminium und in geringem Maß aus NE-metallhaltigen Mineralien wie Silikat, Kalk und Dolomit. Schlacken und Krätzen sind spezifisch leichter als der Nichteisenmetallguss. Ihr Anteil beträgt ca. 5 % des Ausgangsmaterials. Sie bilden sich unter hohen Temperaturen > 1.500 °C. Beim Einschmelzen von Aluminiumschrotten (Sekundärrohstoff) zu Sekundäraluminium wird zusätzlich eine Salzmischung (z. B. Mischung aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Calciumfluorid) zugegeben. Dabei entsteht Salzschlacke, die im Wesentlichen aus Natrium- bzw. Kaliumchlorid, Aluminiumoxid, Aluminium, Kaliumdioxid und weiteren Metalloxiden, z. B. aus den Legierungsbestandteilen der Vorstoffe (Blei, Kupfer, Nickel, Zink) besteht. Außerdem können in Spuren auch Carbide, Nitride und Phosphide enthalten sein. Kupferschlacke setzt sich aus den Oxiden von Silizium 45 – 50 %, Kalzium 18 – 22 %, Mangan 4 – 9 %, Eisen 3 – 5 %, Natrium und Kalium 3 – 5 % sowie aus Kupfer 0,2 – 0,3 % und Schwefel 0,2 – 0,4 % zusammen.

Zum Abfallschlüssel 101003 gibt es keinen Spiegeleintrag, d. h. es entstehen keine gefährlichen Abfälle. Die Mansfelder Kupferschlacke ist ein Sonderfall. Diese kann einen Anteil radioaktiver Elemente enthalten, der jedoch aus dem Ausgangsmaterial (Schiefer) und nicht der Technologie resultiert.

101005* gefährliche Stoffe enthaltende Gießformen und -sande vor dem Gießen
101006 Gießformen und -sande vor dem Gießen mit Ausnahme derjenigen, die unter 10 10 05 fallen

Nicht abgegossene Form- oder Kernsande (auch Gießereirestsande genannt) entstehen bei der Fertigung von Formen und Kernen verfahrensbedingt (Überfallsand) oder durch Herstellungsfehler. Sie enthalten den Sand, die Bindemittel und ggf. weitere Zusatzstoffe in unveränderter Form und liegen in stückiger bis rieselfähiger Form vor.

Beim Sandguss werden die Gießformen aus Formsand modelliert, der typischerweise aus Quarzsand (Korngröße < 0,02 mm) besteht. Die Form wird mit anorganischen Bindemitteln (z. B. Bentonit, Ton oder Wasser) oder organischen Bindemitteln (z. B. aus Kunstharzen auf Phenol- oder Furanbasis oder Polyurethan sowie aus Ölen) fixiert. Es können weitere Zusatzstoffe zugegeben werden, z. B. Natriumcarbonat (Soda) zur Aktivierung von Bentonit oder häufig auch kohleähnliche Additive wie Graphit oder Härter wie Phosphorsäure. Das vor dem Abformen des Modells aufgetragene Trennmittel, z. B. Talkum oder Graphit, beinhaltet der Formsand ebenfalls. Der Kernsand enthält im Wesentlichen chemische Bindemittel, z. B. Bentonit, Kaolinit oder Kunstharze auf Phenol-oder Furanbasis. Nach Freigabe der Patente der Bühler AG (Schweiz) wird der Kernsand zukünftig zunehmend auch durch Salze, z. B. Mischung aus 38 % Kaliumchlorid und 62 % Natriumcarbonat (Soda), insbesondere beim Druckgießen, ersetzt werden.

101007*gefährliche Stoffe enthaltende Gießformen und -sande nach dem Gießen
101008 Gießformen und -sande nach dem Gießen mit Ausnahme derjenigen, die unter 10 10 07 fallen

Gießformen nach dem Gießen enthalten neben den Formsanden mit den überwiegend anorganischen Bindemitteln auch abgegossene Kerne mit verbrannten bzw. pyrolysierten organischen Bindemitteln, z. B. Zersetzungsprodukte der Phenolharze. Zudem sind Glanzkohlenstoffbildner, Schlichte und eventuell geringe Metallanteile enthalten. Die Gießereialtsande werden je nach Zusammensetzung aus wirtschaftlichen Gründen größtenteils in den Gießereien aufbereitet bzw. regeneriert.

101009* Filterstaub, der gefährliche Stoffe enthält
101010 Filterstaub mit Ausnahme desjenigen, der unter 10 10 09 fällt

Filterstäube entstehen bei der Reinigung der Abgase aus dem Ofen und der Abluft aus den weiteren Prozessen, d. h. dem Schmelzprozess, der Form- und Kernherstellung, dem Gießen (Abguss), der Gussstückentnahme sowie der Nachbehandlung der Gussteile und der Sandaufbereitung/-regenerierung). Sie werden im Allgemeinen mit Gewebefiltern trocken aus der Abluft abgeschieden.

Stäube aus der Reinigung der Ofenabgase enthalten überwiegend Sandanhang aus der Gattierung, Abbrand der Ofenausmauerung, dem Einsatzmaterial anhaftende Stäube, unverbrannte Zuschlagstoffe und Oxidationsprodukte des Schmelzprozesses wie z. B. Metalloxide. Beim Einsatz von verunreinigten Schrotten entstehen bei Vorhandensein von chlororganischen oder aromatischen Verbindungen und Spuren von Kupfer auch Dioxine und Furane (PCDD/PCDF).

Filterstäube aus der Form- und Kernherstellung, dem Einsatz von Schlichten, der Gussstückentnahme sowie der Sandaufbereitung/-regenerierung enthalten vorwiegend die Feinanteile der Sande (oft > 50 %), Metallpartikel und ausgehärtete bzw. verbrannte Reste des Bindemittels.

Filterstäube aus der Abluft der Nachbehandlung (Schleifen, Entgraten) weisen hohe Metallanteile auf (bis zu 50 %).

101013*Abfälle von Bindemitteln, die gefährliche Stoffe enthalten
101014 Abfälle von Bindemitteln mit Ausnahme derjenigen, die unter 10 10 13 fallen

Abfälle von Bindemitteln sind unverbrauchte oder überlagerteRückstände. Je nach Sandsystem handelt es sich hierbei um anorganische Stoffe, z. B. Bentonit bzw. organische Zubereitungen, z. B. Phenol- oder Furanharze.

101015*Abfälle aus rissanzeigenden Substanzen, die gefährliche Stoffe enthalten
101016 Abfälle aus rissanzeigenden Substanzen mit Ausnahme derjenigen, die unter 10 10 15 fallen

Nach dem Guss werden die Werkstücke auf mögliche Risse geprüft. Die überwiegend eingesetzten Verfahren sind visuelle Prüfung, Magnetpulver- und Farbeindringprüfung, Röntgenverfahren, Ultraschallverfahren, Laserverfahren oder Wirbelstromverfahren.

Dabei handelt es sich z. B. um ultraschallangeregte Thermografie oder klassisch um eine Farbeindringprüfung. Das Prüfmittel (Penetrant) besteht hier z. B. aus Magnetpulver mit Eisenoxid, fluoreszierenden oder nicht fluoreszierenden Farbpigmenten wie z. B. Xanthen- oder Anthrachinonfarbstoffe, das trocken oder als Suspension (Öl, Wasser) eingesetzt und mit UV-Licht bzw. blauem LED-Licht angeregt wird.

Die Abfälle entstehen durch das Abwaschen des Färbemittels von der Metalloberfläche, z. B. mit Wasser oder Ethanol und im geringen Maß aus überlagerten Substanzen (Konzentrate).