TY - BOOK

T1 - Ressourcenschonendes Recycling von Aluminiumspänen zu hochwertigen Produkten

AU - Cislo, Clemens

N1 - nicht gesperrt

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Aufgrund der stetig steigenden Nachfrage nach Aluminiumprodukten in vielen Sektoren der Industrie und dem hohen Energieverbrauch der Primärgewinnung des Metalls aus den Erzen, gewinnt die Sekundärgewinnung von Aluminium aus Schrotten zunehmend an Bedeutung. Da das konventionelle Recycling über die schmelzmetallurgische Verarbeitung, mit hohen Verlusten verbunden ist, wird versucht, die Ressourceneffizienz des Recyclings über alternative Prozesse zu verbessern. Dabei sollen, durch umformtechnische oder pulvermetallurgische Prozesse, zusammengefasst unter dem Begriff „Solid State Recycling“, direkt neue Produkte aus den Schrotten hergestellt werden, um die, mit der schmelzmetallurgischen Rückgewinnung verbunden, Verluste zu umgehen. Um alle nötigen Verarbeitungsschritte für die konventionellen und direkten Recyclingrouten aufzuzeigen, wird im Rahmen dieser Arbeit, am Beispiel von Spanschrotten der Aluminiumlegierung EN AW 6082, die gesamte Prozesskette zur Rückgewinnung dargestellt und diskutiert. Die wesentlichen Schritte zur Aufbereitung und Konsolidierung der Schrotte werden im Labormaßstab erforscht und bezüglich ihrer Umsetzbarkeit untersucht. Zu Beginn der Untersuchungen steht die Abtrennung der organischen Verunreinigungen, durch anhaftende Kühlschmierstoffe aus der spanenden Bearbeitung, im Vordergrund. Im Anschluss an den Reinigungsprozess, werden die Schrotte unter hohem Druck verdichtet, um die Handhabung zu erleichtern und ein einheitliches Ausgangsmaterial für die Konsolidierung zur Verfügung zu stellen. Um das Verbindungsverhalten der Spanschrotte und die wesentlichen Einflüsse darauf zu evaluieren, werden zwei umformtechnische Prozesse, Kaltfließpressen und High Pressure Torsion und ein pulvermetallurgisches Verfahren, Pulsed Electric Current Sintering, genauer untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Späne nach der Reinigung und Brikettierung, bei hinreichend großer, plastischer Deformation, auch im kalten Zustand verbunden werden können. Eine Erhöhung der Prozesstemperatur verringert dabei die notwendige Deformation zur Verbindung und reduziert die Blasenbildung bei nachgelagerter Wärmebehandlung. Auch die Applikation von gepulstem Strom, führt zur Verbindung zwischen benachbarten Spanpartikeln und kann besonders in Kombination mit Deformation und Temperatur zur Konsolidierung der Schrotte genutzt werden. Eine industrielle Anwendung, wird eine stufenweise Optimierung der Prozesskette erfordern, die in erster Instanz, durch reinere Schrotte, auch zur Effizienzsteigerung des konventionellen Recyclings führen wird. Erst eine erfolgreiche und wirtschaftliche Aufbereitung der Schrotte, wird in weiterer Folge eine tatsächliche Umsetzung der direkten Recyclingrouten ermöglichen. Dabei präsentiert sich, aufgrund des vorhandenen Prozessverständnisses und der Möglichkeit zur gezielten Steuerung der eingebrachten Deformation über die eingesetzte Werkzeuggeometrie, speziell das Strangpressen als vielversprechende Optionen für eine erfolgreiche Integration des Solid State Recyclings in bestehende Produktionsbetriebe.

AB - Aufgrund der stetig steigenden Nachfrage nach Aluminiumprodukten in vielen Sektoren der Industrie und dem hohen Energieverbrauch der Primärgewinnung des Metalls aus den Erzen, gewinnt die Sekundärgewinnung von Aluminium aus Schrotten zunehmend an Bedeutung. Da das konventionelle Recycling über die schmelzmetallurgische Verarbeitung, mit hohen Verlusten verbunden ist, wird versucht, die Ressourceneffizienz des Recyclings über alternative Prozesse zu verbessern. Dabei sollen, durch umformtechnische oder pulvermetallurgische Prozesse, zusammengefasst unter dem Begriff „Solid State Recycling“, direkt neue Produkte aus den Schrotten hergestellt werden, um die, mit der schmelzmetallurgischen Rückgewinnung verbunden, Verluste zu umgehen. Um alle nötigen Verarbeitungsschritte für die konventionellen und direkten Recyclingrouten aufzuzeigen, wird im Rahmen dieser Arbeit, am Beispiel von Spanschrotten der Aluminiumlegierung EN AW 6082, die gesamte Prozesskette zur Rückgewinnung dargestellt und diskutiert. Die wesentlichen Schritte zur Aufbereitung und Konsolidierung der Schrotte werden im Labormaßstab erforscht und bezüglich ihrer Umsetzbarkeit untersucht. Zu Beginn der Untersuchungen steht die Abtrennung der organischen Verunreinigungen, durch anhaftende Kühlschmierstoffe aus der spanenden Bearbeitung, im Vordergrund. Im Anschluss an den Reinigungsprozess, werden die Schrotte unter hohem Druck verdichtet, um die Handhabung zu erleichtern und ein einheitliches Ausgangsmaterial für die Konsolidierung zur Verfügung zu stellen. Um das Verbindungsverhalten der Spanschrotte und die wesentlichen Einflüsse darauf zu evaluieren, werden zwei umformtechnische Prozesse, Kaltfließpressen und High Pressure Torsion und ein pulvermetallurgisches Verfahren, Pulsed Electric Current Sintering, genauer untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Späne nach der Reinigung und Brikettierung, bei hinreichend großer, plastischer Deformation, auch im kalten Zustand verbunden werden können. Eine Erhöhung der Prozesstemperatur verringert dabei die notwendige Deformation zur Verbindung und reduziert die Blasenbildung bei nachgelagerter Wärmebehandlung. Auch die Applikation von gepulstem Strom, führt zur Verbindung zwischen benachbarten Spanpartikeln und kann besonders in Kombination mit Deformation und Temperatur zur Konsolidierung der Schrotte genutzt werden. Eine industrielle Anwendung, wird eine stufenweise Optimierung der Prozesskette erfordern, die in erster Instanz, durch reinere Schrotte, auch zur Effizienzsteigerung des konventionellen Recyclings führen wird. Erst eine erfolgreiche und wirtschaftliche Aufbereitung der Schrotte, wird in weiterer Folge eine tatsächliche Umsetzung der direkten Recyclingrouten ermöglichen. Dabei präsentiert sich, aufgrund des vorhandenen Prozessverständnisses und der Möglichkeit zur gezielten Steuerung der eingebrachten Deformation über die eingesetzte Werkzeuggeometrie, speziell das Strangpressen als vielversprechende Optionen für eine erfolgreiche Integration des Solid State Recyclings in bestehende Produktionsbetriebe.

KW - Recycling

KW - Solid State Recycling

KW - Direktes Recycling

KW - Nachhaltigkeit

KW - Ressourceneffizienz

KW - Aluminium

KW - Späne

KW - Spanschrott

KW - Verfahrenstechnik

KW - Thermische Reinigung

KW - Pyrolyse

KW - Chemische Reinigung

KW - Umformtechnik

KW - Brikettierung

KW - Kompaktierung

KW - Fließpressen

KW - Extrusion

KW - High Pressure Torsion

KW - hochgradige plastische Deformation

KW - Sintern unter Stromfluss

KW - Spark Plasma Sintering

KW - Pulsed Electric Current Sintering

KW - recycling

KW - solid state recycling

KW - direct recycling

KW - sustainability

KW - resource efficiency

KW - aluminum

KW - aluminium

KW - chips

KW - chip-based

KW - scrap

KW - process technology

KW - thermal cleaning

KW - pyrolysis

KW - chemcial cleaning

KW - metal forming

KW - compaction

KW - extrusion

KW - high pressure torsion

KW - severe plastic deformation

KW - sintering

KW - spark plasma sintering

KW - pulsed electric current sintering

M3 - Dissertation

ER -