NEMVASFÉMEK, NEMES- ÉS RITKAFÉMEK HULLADÉKAI
3.3
Az alumínium-újrahasznosítás helyzete Németországban Tárgyszavak: alumíniumipar; újrahasznosítás; felhasználás; piac; fogalmak.
A német alumíniumipar gazdasági jelentősége Az alumíniumipar 13 Mrd eurós forgalmával a nemzetgazdaság egyik legfontosabb ágazata, amely 75 E főnek teremt munkaalkalmat és biztosít számukra jövedelmet. A kohóalumínium-gyártás mellett az utóbbi években egyre nagyobb jelentőségre tett szert az újrahasznosítás révén előállított „nyersanyagforrás”. Németország éves alumíniumtermelésének 49%-a, 620 E t alumínium használt alumíniumból származik. Ennek fő forrása a közlekedés és az építőipar, ahol évekkel ezelőtt jól működő újrahasznosító rendszereket építettek ki. A csomagolóipar az ún. „sárga tonna” („Gelber Tonne”) begyűjtő rendszerben végzi az alumíniumtartalmú csomagolóeszközök újrahasznosítását. A kombinált csomagolóeszközök szétválasztásában egyre hatékonyabb módszereket alkalmaznak. Az országot teljesen lefedő begyűjtő, válogató és hasznosító rendszerrel igen magas, 80%-os újrahasznosítási arányt értek el. Folyamatosan bővül az alumíniumfelhasználók köre a közlekedésben, de tartóssága miatt egyre népszerűbb az építőiparban is. Az autóipari gyártmányfejlesztésben kiemelt szerepet kap a tömegcsökkentés, amit jól mutat, hogy a konstruktőrök mind gyakrabban terveznek alumínium alkatrészeket. Ma az autóipar tekinthető az alumíniumipari termékek fő felhasználójának. 1998-ban minden egyes gépkocsiba átlagosan 90 kg alumíniumot építettek be, ez a szám 1955-ben még mindössze 19,3 kg volt, és mennyisége azóta folyamatosan emelkedett (1. táblázat). Kedveltségéhez nagyban hozzájárul jó megmunkálhatósága, kis sűrűsége, a szilárdság javítása ötvözéssel. Az alumínium alkatrészek különböző felületmegmunkálási eljárásokkal a legkényesebb, luxus
igényeknek is megfelelnek, a bonyolultabb formák pontos mérettartással állíthatók elő. 1. táblázat A személyautókban felhasznált alumíniummennyiség alakulása 1978–2008 között, kg/gépkocsi 1978
1988
1998
2008
Öntvényötvözet
10%
25%
35%
45%
Alakítható ötvözet
90%
75%
65%
55%
Összesen
32 kg
60 kg
95 kg
130 kg
Alumíniumgyártás, feldolgozás és újrahasznosítás Az egyik legismertebb könnyűfém az alumínium. Az újrahasznosítás az előnyös fizikai és kémiai tulajdonságoknak köszönhetően (kis sűrűség, alacsony olvadáspont, elektromos vezetőképesség, jó időállóság) energiamegtakarítással jár. Bár az alumíniumkészletek kimerülésétől nem kell tartani, az alumínium-előállítás az egyik legenergiaigényesebb technológia. Újrafeldolgozáskor az előállításnál felhasznált és a termékben elraktározott energiát hasznosítják, ami a folyamat energianyereségeként jelentkezik. A alumíniumújrahasznosítás begyűjtésből, válogatásból, előkészítésből és megolvasztásból áll. A másodalumíniumból ötvözetet és tiszta alumíniumot állítanak elő. A primer alumínium nyersanyaga a bauxit, amely alumínium-hidroxid mellett különböző oxidok keverékéből (vas- és szilícium-oxid) és szennyező anyagokból áll. A bauxit 30–60% alumínium-oxidot tartalmaz. A bauxitot rendszerint külszíni fejtéssel bányásszák, és nátrium-hidroxiddal magas hőmérsékleten nyomás alatt tárják fel (Bayer-eljárás). A szennyező anyagok (vas-oxid) leválasztása után az alumínium-hidroxidot kicsapják, amelyből víztelenítés után alumínium-oxidot (timföldet) állítanak elő. A timföldből olvadékelektrolízissel nyerik a kohóalumíniumot. 1 t primer alumínium előállításához 1930 kg alumínium-oxidot, 14 MWh elektromos energiát és 450 kg szénelektródát használnak fel. A kohóalumíniumot ötvözetlenül vagy ötvözve formadarabokba vagy tömbökbe öntik. A primeralumínium-gyártás nagy energiaigénye miatt újrahasznosításkor minden más fémnél kedvezőbben alakul az energiamérleg. A termékekben tárolt és az újrafeldolgozás során visszanyert energia messze meghaladja az alumíniumhulladék begyűjtés, előkészítés és megolvasztás energiaigényét. Az alumíniumhulladék megolvasztás energiaigénye a primer alumínium előállításénak mindössze 5%-a.
Az alumínium az újabban felfedezett fémek közé tartozik, mindössze néhány évtizede indult világhódító útjára, így még számtalan alkalmazási lehetőség feltáratlan. Az újrahasznosítás tartalékát elsősorban azok a területek jelentik, ahol ezzel kapcsolatban még csak a kezdeti lépéseket tették meg. Ugyanakkor bíztató, hogy az újrafeldolgozott alumínium aránya az alumíniumtermelésre vonatkoztatva évek óta nő.
A másodalumínium alkalmazási lehetőségei Az autóipar fejlesztése a tömegcsökkentés és igényes megjelenés irányába kedvez az alumínium alkalmazásának. Ez a tendencia a motor- és karosszéria-gyártásra egyaránt jellemző. Eközben az egyéb szerkezeti anyag előállítók sem tétlenkednek, vagyis az alumíniumnak olyan versenytársakkal kell állnia a versenyt, mint a műanyag, magnézium és a különböző anyagkombinációk. Az autóiparnak a végső döntés meghozatala előtt több szempontot kell mérlegelni a jövőben, mint pl. újrafeldolgozhatóság, ökomérleg és fenntarthatóság. A kedvező tulajdonságok és az ebből fakadó sokoldalúság mellett éppen ezek a szempontok szólnak az alumínium mellett. A primer alumíniumtermelés már évek óta nem tudja kielégíteni a keresletet (2. táblázat). 2. táblázat Az alumíniumfelhasználás és -hulladék mennyisége Európában E t-ban Hulladékfajta Teljes hulladékmennyiség
1998
2010
2020
2030
2040
3 600
6 000
8 500
11 200
13 200
870
1 570
2 700
4 200
5 100
Másodalumínium
3 194
5 370
7 700
10 000
11 900
Alumíniumfelhasználás
7 213
11 670
15 300
18 000
21 500
Használt alumíniumtermékekből származó hulladék
Az alumínium-újrafeldolgozás nemcsak a saját bauxittal nem rendelkező és energiaellátottság szempontjából előnyös helyzetű országok számára vonzó. A primer és újrafeldolgozott alumíniumból előállított termékek minősége semmiben sem különbözik egymástól. A másodalumínium igen keresett termék. A másodalumíniumból az eredetivel azonos minőségű termék állítható elő (pl. használt italdobozból ismét italdoboz). A másodalumínium ötvözőelemtartalma (pl. Cu, Mn, Mg) változatlan. A másodalumínium jó árában a piac értékítélete tükröződik. Közgazdasági értelemben az alumíniumfelhasználás zárt
láncú körforgása valós piaci körülmények között megoldható, állami beavatkozás nem szükséges, sőt a folyamat szempontjából kifejezetten hátrányos, és valamennyi piaci szereplő egységesen ellenzi.
Az alumíniumötvözetekkel kapcsolatos megfontolások A másodnyersanyag akkor értékesíthető legelőnyösebben, ha az egynemű hulladék begyűjtést sikerül megoldani. Alumínium esetében elsősorban az alumíniumötvözetekről van szó, a gyűjtést és/vagy válogatást eszerint kell megszervezni. A két leggyakoribb ötvözőelem a réz és a cink. Öntött öntvény előállításakor előnyös e két ötvözőelem jelenléte, viszont csomagolófóliaelőállításnál kifejezetten hátrányos. Az újrahasznosítás hatásfoka akkor a legjobb, ha a hulladékot annak a terméknek az előállításánál hasznosítják, amelyikből keletkezett. Az újrahasznosítással járó és elkerülhetetlen veszteséget lehetőség szerint minimalizálni kell. Egyéb fémmel szennyezett hulladékot csak akkor célszerű felaprítani, ha eközben az idegen fém eltávolítható. Ez vassal szennyezett hulladék esetében megoldható. Az aprításkor keletkező finomrészecskék elkerülhetetlen veszteséget okoznak. Az előkészítésnél figyelembe kell venni a feldolgozóüzem igényét, pl. az olvasztókemence adagolónyílásának méretét, vagy az anyagmozgatás módját. A szerves anyagokkal (pl. lakk, olaj, PE-fólia) szennyezett alumíniumhulladék, feldolgozása a nagy teljesítményű modern olvasztókemencékben korszerű szűrőberendezések alkalmazásával megoldott. Az alumínium-újrahasznosításban egyre nő az előkészítés jelentősége. A primer és másodalumínium piaci helyzetének elemzése előtt célszerű tisztázni a fogalmakat. Primer alumínium alatt eredetileg kizárólag kohóalumíniumot értettek, majd a fogalom az idők során változáson ment át. A változó, de folyamatosan emelkedő mennyiségű alumíniumhulladék feldolgozás miatt enyhítettek a definíció szigorúságán. A kohók mind gyakrabban pótolják a hiányzó alapanyagot hulladékból előállított alumíniumtömbökkel. A Trimer AG elektrolizáló kapacitása 155 E t/év, öntödei kapacitása 220 E t/év. A hiányzó mennyiséget más kohóktól vásárolt primer és másodalumíniummal egészítik ki. A bejövő nyersanyag összetételét minden esetben szigorúan ellenőrzik, és amennyiben összetétele nem felel meg az előírásoknak, akkor nem dolgozzák fel.
A visszagyűjtött hulladék jellemzése Származásuk szerint megkülönböztetnek autóipari, építőipari és csomagolóipari hulladékot. Ezen belül feltétlen különbséget kell tenni az üzemi (gyártási) és a használat után begyűjtött (másodlagos) hulladék között. A gyártási
hulladék általában fajtatiszta és szennyeződéstől mentes, míg a használat után összegyűjtött hulladék többnyire szennyezett, és különféle alumíniumötvözetekből áll, vagyis összetétel szempontjából nem tekinthető homogénnak. Az alumíniumtermékek gyártói arra törekszenek, hogy a kiváló minőségű gyártási hulladékot házon belül hasznosítsák, tehát ebből kevés kerül forgalomba. Ennek következtében ez a hulladékfajta hiánycikk, és beszerzési ára a legmagasabb. 3. táblázat Hulladékforrások Európában E t-ban Hulladékfajta Közlekedés
1998
2010
2020
2030
2040
1 000
2 500
3 500
4 400
4 800
Gépipar
650
950
1 400
2 000
2 500
Építőipar
750
950
1 400
2 200
2 700
Csomagolás
750
950
1 050
1 100
1 200
Egyéb
450
650
1 150
1 500
2 000
3 600
6 000
8 500
11 200
13 200
Mindösszesen
Az alumíniumhulladékok különleges csoportját jelenti a csomagolási hulladék. Egyrészt mivel ezek élettartama sokkal rövidebb a többi alumíniumból készült terméknél, másrészt, mert főleg háztartásokban keletkeznek. A hulladékkezelést jogszabályi úton vagy a gyártó felelősségvállalásával lehet megoldani. A csomagolási hulladék begyűjtése és hasznosítása részben a DSD keretén belül, részben betétdíjas rendszerben történik. A csomagolási hulladék kezelésben a válogatás és tisztítás többletköltségként jelenik meg.
A másodalumínium piacának és árának várható alakulása Az alumínium árát hosszú időn át a londoni fémtőzsde árfolyama határozta meg. Ma már egyre nagyobb szerepe van a kereslet/kínálat alakulásának, amit jól mutat a 2002. év eleji áremelkedés. A viszonylag stabil árfolyam ellenére nőtt az alumíniumhulladék ára. Egyik ok a hiányzó ill. sokkal kisebb hulladékmennyiség volt, mivel megszűnt a korábbi Szovjetunióból származó hulladékexport. Másik ok az általános gazdasági konjunktúra, ami visszavetette a termelést, és a gyártási hulladék csökkenéséhez vezetett. A két hatás együttesen azt eredményezte, hogy a kereslet jóval meghaladta a kínálatot. Az ár egyre inkább a kereslet/kínálat alakulásától függ. Időközben az alumíniumhulladék piaca is gyökeres változáson ment át. A mai helyzet úgy jellemezhető, hogy a nagy hulladékfeldolgozók számára az
előnyös, ha közvetlen kapcsolatban állnak az alumíniumfeldolgozó és alumíniumtermékeket előállító üzemekkel. Ennek az a következménye, hogy egyre kevesebb hulladék kerül kereskedelmi forgalomba. A hulladékfeldolgozók és az alumíniummegmunkáló üzemek közötti szerződés azért előnyös, mert lehetőséget nyújt a megfelelő mennyiségű és összetételű alumíniumhulladék beszerzésére. A jövő útja valószínűleg ez a kohóalumíniumnál gazdaságosabb megoldás lesz, ami viszont tovább csökkenti a kereskedelmi forgalomba kerülő alumíniumhulladék mennyiségét. Az alumíniumhulladék feldolgozása kétféle módszerrel történik. Évtizedeken keresztül szinte kizárólag finomítókban (refiner) végezték az alumíniumhulladék feldolgozását, főleg öntvényötvözeteket állítottak elő. Az újrafeldolgozási technológia fejlődése az ipar szerkezetét is átalakította. A jobb elválasztási és olvasztási módszerekkel lehetővé vált kovácsolt alumíniumtermékek előállítása hulladék alumíniumból. Ma már az újraolvasztók (remelter) és a finomítók (refiner) versengenek az alumíniumhulladékért. A verseny a kétféle alumíniumhulladék (a gyártási primer hulladék és a gyűjtésből származó másodlagos hulladék) árának alakulására is hat. Az egyre nagyobb alumíniumhulladék-hiányt részben a növekvő igény, részben a késztermékek hosszú élettartama idézi elő. Az alumíniumhulladék árát a jövőben csak részben határozza meg a piacon jegyzett ár, egyre nagyobb szerepet kap a hulladékból előállított termékek hozzáadott értéke. A növekvő igény miatt a verseny további élesedésére lehet számítani. Az alumínium-újrahasznosítással kapcsolatban használt néhány fogalom definíciója Alumíniumhulladék: a használt alumíniumtermékekből keletkező hulladék. Gyártási hulladék: A termelés és feldolgozás során az üzemben keletkező fajtatiszta hulladék, amely olvasztás után ismételten felhasználható. Feldolgozási hulladék: Az alumíniumtermékek megmunkálásakor keletkező hulladék, pl. forgács, stancolási hulladék, selejt, öntési hulladék. Primer alumínium: Az alumínium-oxid (timföld) elektrolízisével előállított fém. Az alumínium-oxidot bauxitból nyerik ki. Újrafeldolgozott alumínium (másodalumínium): A gyártási hulladékból és használt termékek hulladékából előállított öntészeti és alakítható ötvözetek, alumínium dezoxidálási célra. Újrafeldolgozási arány: Egy termék előállításához szükséges teljes fémmennyiség és a felhasznált újrafeldolgozott fémmennyiség aránya. Újrafeldolgozási kvóta: Az elméletileg rendelkezésre álló másodalumínium mennyiség és a ténylegesen visszanyert mennyiség hányadosa.
Alumíniumfinomító: Alumíniumhulladékból öntvényötvözetet előállító üzem. Alumínium-újraolvasztó: Alumíniumhulladékból alakítható ötvözetet (préselhető, hengerelhető buga) előállító üzem. Hulladék: Ipari és kereskedelmi nyersanyag, amely elsősorban alumíniumból és/vagy alumíniumötvözetből áll. A hulladék részben a különböző feldolgozási és megmunkálási technológiák során keletkezik, részben a használt termékekből nyerik ki. A hulladékból öntvényötvözetet, alakítható ötvözetet állítanak elő, vagy más technológiai folyamatokban alkalmazzák. Aprított hulladék: Alumíniumtartalmú használt autók, háztartási készülékek stb. aprításával nyert más fémekkel és nemfémekkel szennyezett szemcsés anyag, amelyből további osztályozással (flotáció, ülepítés) értékes alumíniumhulladékot állítanak elő. Forgács: Az öntvények, kovácsolt munkadarabok mechanikai megmunkálásakor (fúrás, forgácsolás, maratás) keletkező gyártási hulladék. Ez a hulladékfajta az alumíniumkohók egyik legfontosabb nyersanyaga (az olvasztásra kerülő fém max. 30%-a). A forgácsra tapadt kenőolajat és hűtőanyagokat centrifugálással, mosással vagy hőkezeléssel távolítják el. Medve: Általában max. 750 kg tömegű alumíniumtömb. Korábban kizárólag primer alumíniumból gyártottak ilyen szállításra alkalmas tömböket. Ma már gyakran az újrahasznosított alumíniumot is ilyen formában gyártják, elsősorban alakítható ötvözetekhez. Néhány alumínium-újrahasznosítással foglalkozó szervezet Gesamtverband der Aluminiumindustrie (GDA): Alumíniumipari Szövetség Organisation of European Aluminium-Recycling (OEA): Európai Finomítók és Újraolvasztók Szövetsége Verband der Aluminiumrecycling-Industrie (VAR): Alumínium Újrahasznosítók Szövetsége European Aluminium Association (EAA). Európai Alumínium Szövetség International Aluminium Institute (IAI): Nemzetközi Alumínium Intézet (Haidekker Borbála) Zum Recycling besonders geeignet. = Recycling Magazin, 57. k. 17. sz. 2002. okt. p. 8–13. Ueda, M.; Ohmura, T.: A bipolar electrode cell for aluminium electrorefining. = Journal of Applied Electrochemistry, 31. k. 8. sz. 2001. p. 871–875.
