Chemisches Risiko: Metallurgie

Um eine genaue Definition der Metallurgie abgeben zu können, muss diese vor allem von der Mineralurgie, die mit der Bergbauindustrie verbunden ist, unterschieden werden:

• Mineralurgie: Die Gesamtheit der mechanischen, physikalischen oder chemischen Verfahren, mit denen sich Mineralien von ihrer Gangart trennen und durch Konzentration teilweise reinigen lassen, wie gravimetrische oder magnetische Trennung oder Flotation.

Letztgenannte basiert auf Verfahren, die mittels verschiedener Adjuvantien – wie tensioaktiven Substanzen oder Lösungsmitteln – ein Aufschwemmen der mineralischen oder metallischen Partikel an der Oberfläche einer Flüssigkeit bewirken. Dazu werden verschiedene Substanzen verwendet, um die Eigenschaften von Mineralien so zu verändern, dass ihre Konzentration erhöht wird.

• Metallurgie: Diese ist in drei Haupt-Spezialgebiete aufgegliedert: jeder der drei Bereiche erfordert eine Spezialisierung, die sich von der der anderen beiden Bereiche unterscheidet. Zum einen gibt es die Eisen(Stahl)-Metallurgie und zum anderen die Metallurgie der Nichteisenmetalle, die in Edelmetalle wie Gold und Nichtedelmetalle wie Aluminium unterteilt werden.

Die Metallurgie erstreckt sich über ein breites Spektrum von industriellen Aktivitäten, u. a. das Recycling von Metallen, das Gießereiwesen (in Gießereien, Stahl- und Aluminiumhütten), die Herstellung von Rohprodukten durch Walzwerke, die Umwandlung von Rohprodukten in Halbfertigprodukte und schließlich die Herstellung von Materialien und Fertigprodukten für die Industrie (Automobilindustrie, Raumfahrtindustrie, Informations- und Telekommunikationssysteme, Nahrungsmittelverpackungen, Mikroelektronik, Druckindustrie, Bauindustrie und Transport).

Ein kurzer Überblick über die globale metallurgische Industrie zeigt die führenden Unternehmen des Sektors: Alcoa, Rio Tinto (Übernahme der Gruppe Alcan Ende 2007 nach einem ersten Übernahmeversuch durch Alcoa), Hydro und BHP Billiton (der Vorschlag eines Angebots zur Übernahme von Rio Tinto wurde von der Gruppe im Februar 2008 letztlich abgelehnt).

Chemisches Risiko

Im Metallurgiesektor wird in den täglichen Produktionsprozessen regelmäßig eine Vielzahl von chemischen Produkten verwendet: Lacke, Lösungsmittel, Harze, Polyurethane, Öle, vor allem aber alle Substanzen, die zur Oberflächenbehandlung verwendet werden (mechanische, chemische, elektrochemische oder physikalische Verfahrensschritte, mit denen das Aussehen oder die Funktion von Materialoberflächen verändert bzw. verbessert werden soll, um sie den jeweiligen Verwendungsbedingungen anzupassen: zum Beispiel Korrosionsschutz oder Verbesserung der physikalischen Eigenschaften) sowie für Reinigungsarbeiten.

Es werden Metalle der unterschiedlichsten Art behandelt und die erforderlichen Arbeitsschritte sind mannigfaltig; daher kommen zahlreiche Produkte zum Einsatz (Surfactants (grenzflächenaktive Substanzen), Komplexbildner wie EDTA, Säuren – Salz-, Salpeter-, Phosphor-, Schwefel-, Fluss-, Essigsäure, Basen – Natrium- und Kaliumhydroxid, Kalk, Lösungsmittel, Farbstoffe und Abfallstoffe) und das damit verbundene chemische Risiko ist entsprechend hoch.

Einige Beispiele

• Elektropolitur: Elektrochemisches Verfahren, das gegenwärtig zum Glätten, Polieren, Abgraten und Reinigen von verschiedenen Metallen verwendet wird. Bei der Elektropolitur wird eine feine Schicht der Oberfläche durch Elektrolyse abgetragen. Für die Verfahren der Elektropolitur werden verschiedene Elektrolyte verwendet. Es handelt sich im Allgemeinen um Mischungen verschiedener Säuren (Schwefelsäure, Chromsäure, Zitronensäure und/oder Phosphorsäure), denen manchmal organische Verbindungen zugesetzt werden.

• Nassreinigung: Werkteile werden mehrere Minuten lang in eine für dieses Verfahren erforderliche Lösung gebracht. Diese Lösung ist im Allgemeinen alkalisch oder neutral; sie kann jedoch auch sauer sein. Zur Verbesserung der Reinigungswirkung wird die Lösung auf hohe Temperaturen (40 – 90 °C) erhitzt.

• Beizen: Das Beizen ist ein chemisches Verfahren, das zur Veredelung von Metalloberflächen und/oder zur Unterdrückung der Bildung von Oxiden an Metalloberflächen verwendet wird, bevor andere Verfahren zur Oberflächenbehandlung zur Anwendung kommen. Während des Beizvorgangs werden Haftschichten, Oxidschichten und andere Korrosionsprodukte durch chemische Reaktion mit einem Säure-Beizmittel entfernt. Üblicherweise werden Salzsäure (18-22%) oder Schwefelsäure (25%) verwendet.

In bestimmten Einzelfällen können Salpetersäure, Flusssäure (20-25%), Schwefelsäure oder Säuremischungen verwendet werden. Fluoridhaltige Lösungen sind für das zuverlässige Beizen von bestimmten Legierungen erforderlich.

• Eloxation (anodische Oxidation): Die Eloxation von Metallen ist ein Verfahren zur elektrolytischen Oxidation der Oberfläche, das die natürliche Fähigkeit von Metallen, zu oxidieren, verbessert. Die Beschichtungen können 1000 Mal dicker sein als die natürliche Schicht.

Aluminium ist das am häufigsten eloxierte Metall, bei der Eloxation wird Aluminiumoxid (Al2O3) an der Oberfläche gebildet. Aluminium wird im Allgemeinen (in 90% der Fälle) in Schwefelsäure-Elektrolyten eloxiert. Für spezielle Anwendungen kann Aluminium auch in anderen Lösungen eloxiert werden, wie zum Beispiel in Phosphorsäure, Schwefelsäuren oder Oxalsäuren und Chromsäure-Elektrolyten.

• Phosphatierung: Die Phosphatierung ist eine chemische Reaktion, die mittels einer phosphorhaltigen Substanz durchgeführt wird. Die Behandlung einer Oberfläche mit verdünnter und heißer Phosphorsäure ermöglicht deren Passivierung (Zustand von Metallen oder Legierungen, in dem ihre Korrosionsgeschwindigkeit durch das Vorhandensein eines natürlichen oder künstlichen Passivfilms beträchtlich verlangsamt wird) und verbessert das Korrosionsverhalten von Farbaufträgen.

Die künstliche Passivierung erfolgt an einem vorher reduzierten Metall (Beizverfahren: Lösung von unerwünschten Oxiden) mittels einer Säure (am häufigsten kommen Salzsäure oder Schwefelsäure zum Einsatz) oder einer Säuremischung (zusätzliches Vorhandensein von Salpeter- oder Flusssäure).

Hinweis: Eine große Herausforderung für die metallurgische Industrie ist der kurzfristige Ersatz von Chrom VI (Cr6+ – hexavalent) aus Gründen der Hygiene, der Sicherheit und des Umweltschutzes unter dem Druck der Gesetzgebung. (Auch wenn diese Substanz heute noch nicht komplett verboten ist, ist sie dennoch hoch toxisch.)