EVAEND

Entwicklung neuer verunreinigungstoleranter Aluminiumlegierungen aus Endverbraucherschrott

EVAEND entwickelt neue Aluminiumlegierungen, die auch bei verunreinigtem Endverbraucherschrott hohe technische Anforderungen erfüllen. Ergänzt wird dies durch innovative Reinigungstechnologien und digitale Prozessunterstützung. So wird hochwertiges Aluminiumrecycling wirtschaftlicher und flexibler.

Die Wiederverwertung von Aluminium ist eine der wichtigen Stützen zur Reduktion von Treibhausgasen und Rohstoffverbrauch in der Produktion des Rohmaterials. Für Energie und CO₂-Emmissionen belaufen sich die Einsparungen durch die Wiederverwertung auf mehr als 90 %. Zusätzliche Einsparungen ergeben sich durch die verringerte Rohstoffmenge und den Wegfall der Entsorgung. Schon jetzt liegt die Recyclingquote von Aluminium für Deutschland bei 90 % und kann somit nicht deutlich erhöht werden. Es gilt also das Aluminiumrecycling an sich zu verbessern. Die weiter steigenden Anforderungen an die Werkstoffe erfordern eine immer bessere Vorbereitung des Ausgangsmaterials aus dem Endverbraucherschrott. Dieser muss aufwendig gereinigt, sortiert und in Vorbereitungsschmelzen aufgearbeitet werden. Allein der Energieaufwand zum Trennen kann pro Tonne bis zu 0,2 MWh betragen. Zusätzlich kommt es zu einem Akkumulationseffekt der Legierungselemente wie Silizium, Magnesium, Kupfer, Eisen, Mangan, Chrom u.a. im Ausgangsschrott. Diese Legierungselemente müssen daher immer wieder aus den Schmelzen entfernt werden. Dies geschieht entweder durch Verdünnung mit Primäraluminium oder durch Abreicherung mittels chemischer Ansätze wie z. B. Entfernung von Magnesium durch Chlorspülen.

Eine vereinfachte Anwendung von dem Endverbraucherschrott wäre erstrebenswert, um die positiven Effekte für die Ressourcenschonung noch zu verbessern. Aus diesem Grunde hat sich dieses Projekt zum Ziel gesetzt eine Gruppe von Aluminiumlegierungen zu entwickeln, die zum einen die hohen Ansprüche an den Werkstoff erfüllen und zum anderen für Anwender von nichtsortiertem Aluminiumschrott einfach zu verwenden ist.

Das Konsortium verfolgt dafür einen Ansatz in drei Schritten.

1. Die Entwicklung von Prozessschritten eine beliebige Ausgangsschmelze aus gereinigten, aber unsortierten Verbraucherschrott in eine Basisschmelze gewünschter Zusammensetzung zu überführen. Dazu werden auf Basis von Calphadsimulationen und thermodynamischen Berechnungen chemische Verbindungen und ggf. Prozessführungen identifiziert, durch die störende Elemente und Verbindungen ausgefällt werden können.
2. Eine Gruppe von Aluminiumlegierungen entwickeln, die durch Zugabe weniger Legierungselemente aus der Basisschmelze einen Werkstoff mit gewünschten Eigenschaften ergibt. Auch hier werden Methoden der digitalen Materialentwicklung verwendet. Diese werden durch umfangreiche Materialanalysen sowie Erprobungen von unterschiedlichen Prozessrouten unterstützt, überprüft und verbessert.
3. Aufbau einer Software, die Nutzern ermöglicht nur auf Basis der chemischen Zusammensetzung der Schrottschmelze und der gewünschten Werkstoffparameter einen passenden Prozess zur Herstellung des Wunschwerkstoffes zu ermitteln.

Die Durchführung unterschiedlicher Materialanalysen und Prozessrouten ist für die Eignungsprüfung unerlässlich. Diese werden erweitert durch die Überprüfung der mechanischen Kenndaten zur Festlegung der Einsatzgrenzen.

In diesem Vorhaben werden dabei bekannte Methoden wie die Zugabe von Flussmitteln genauso berücksichtigt, wie neue Ansätze, die sich aus den thermo-physikalischen Bedingungen in der Schmelze ergeben können. Die neue Gruppe an Aluminiumwerkstoffen kann am Ende nicht jeden Anwendungsfall abdecken. Sie soll sich daher an gebräuchlichen Anforderungen wie der Korrosionsbeständigkeit oder der Festigkeit orientieren und somit für ein breites Anwendungs-spektrum geeignet sein. Neben der Betrachtungen des neuen innovativen Werk-stoffes, werden auch die resultierenden Abfallstoffe durch die Ausfällung unter-sucht und für eine mögliche Wiederverwertung z. B. als Legierungselement bewertet.

Im Konsortium wird Fehrmannn Materials seine Expertise auf dem Gebiet der digital basierten Materialentwicklung einbringen und als Anwender maßgeblich das Anforderungsprofil definieren. Hereon stellt als qualifizierte Materialforschungseinrichtung die umfangreiche Erfahrung auf dem Gebiet der Materialcharakterisierung zur Verfügung. Durch das Gießereitechnische Institut der TU Clausthal wird in diesem Projekt die experimentelle Seite der Erschmelzung der unterschiedlichen Schrott- und Ausgangsschmelzen abgedeckt und basierend auf deren Erfahrung immer weiter angepasst.