Leitfaden für einen sicheren Umgang mit Aluminium und Magnesium

für einen
sicheren Umgang
mit Aluminium und
Magnesium
Erstellt von der
Abteilung Umweltschutz / Abfallwirtschaft,
Amt der Oö. Landesregierung
Impressum:
Medieninhaber:
Land Oberösterreich
Herausgeber:
Abteilung Umweltschutz / Abfallwirtschaft
beim Amt der Oö. Landesregierung
Stockhofstraße 40, 4021 Linz
E-Mail: [email protected]
Für den sachlichen Inhalt verantwortlich:
Dipl.-Ing. Wolfgang HABELSBERGER
Regina LANDERSHAMMER
Projektleitung und Koordination:
Dipl.-Ing. Wolfgang HABELSBERGER
Redaktionelle Bearbeitung:
Dipl.-Ing. Dr. Klaus BERNHARD
Ing. Peter STADLER
Dipl.-Ing. Franz SCHÖRGHUBER, Fa. REMAG Recycling GmbH, Prambachkirchen
Layout:
Anton KERMENDI
Regina LANDERSHAMMER
Johann MÖSENEDER
Fotos:
Erstellung: Hans KOSINA
Bearbeitung: Johann MÖSENEDER
Redaktionsschluss:
Mai 2001
© Alle Rechte, insbesondere das Recht der Vervielfältigung und Verbreitung sowie der
Übersetzung vorbehalten. Kein Teil des Leitfadens darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie,
Mikrofilm oder anderes Verfahren) ohne schriftliche Zustimmung des Herausgebers
reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme gespeichert, verarbeitet,
vervielfältigt oder verbreitet werden.
Ausgenommen hievon sind jedoch Verwaltungsbehörden und die von diesen in Verfahren
beigezogenen Sachverständigen für die dieser Leitfaden speziell erstellt wurde.
Die Verwendung einzelner Daten aus diesem Leitfaden ohne Berücksichtigung des
Gesamtzusammenhanges kann zu einer Verfälschung der Aussage führen.
Es wird darauf hingewiesen, dass alle Angaben in diesem Leitfaden trotz sorgfältiger
Bearbeitung ohne Gewähr erfolgen und eine Haftung des Herausgebers ausgeschlossen ist.
Linz, im Mai 2001
Seite 2 von 113
Leitfaden
für einen sicheren Umgang mit
Aluminium und Magnesium
Vorschläge für Transport, Lagerung,
Behandlung und Beseitigung von Magnesium,
Aluminium und deren Abfällen bzw. von
anderen pyrophoren Metallen oder Stoffen
Fachlicher Teil verfasst von
Regina Landershammer
Dipl.-Ing. Wolfgang Habelsberger
Abteilung Umweltschutz Abfallwirtschaft
im Auftrag der Umweltrechtsabteilung, der Abteilung Gewerbe
und über Anregung des Umweltanwaltes von Oberösterreich,
Dipl.-Ing. Dr. Johann Wimmer
Rechtliche Rahmenbedingungen verfasst von
Mag. Thomas Kühberger - Umweltrechtsabteilung
Dr. Dieter Goppold - Abteilung Gewerbe
Dr. Wolfgang Seltner –Umweltrechtsabteilung
Alle: Amt der Oö. Landesregierung
Seite 3 von 113
Danksagung
Trotz allen Engagements bei der Erstellung dieses Leitfadens wäre es uns unmöglich
gewesen, uns allzu sehr in die Tiefe eines fremden Fachbereiches, nämlich der
Metallurgie, einzuarbeiten.
Besonderen Dank möchten wir daher einer Reihe von Firmen und deren Vertretern
abstatten, die es uns ermöglichten, dennoch ausreichende Kenntnisse in diesem
Fachgebiet zu erlangen, um darüber berichten zu können:
Besonders hervorheben möchten wir die Firmen Handtmann Service GmbH & Co.
KG, Abteilung Arbeitssicherheit und Umweltschutz, Biberbach, Deutschland, durch
Ihren Vertreter Herrn Karl Warga und Miba Sintermetall AG, Vorchdorf, vertreten
durch Herrn Ing. Erich Bingmayer.
Unser Dank gebührt weiterhin den Firmen Honsel GMBH & CO. KG, Forschung und
Entwicklung, Meschede, Deutschland, vertreten durch Herrn Dipl.-Ing. Horst Gers,
die Benda-Lutz Werke GmbH, Traismauer, durch Ihren Vertreter Herrn Martin
Stiefvater, sowie die Tigerwerke, Wels, vertreten durch Herrn Harald Dessl.
Gleichermaßen dankbar erwähnen dürfen wir die Mithilfe der Fa. Mepura,
Ranshofen, durch ihren Herrn Martin Walcher und die AUVA, Linz, durch ihren Herrn
Herbert Neuböck.
Die genannten Herren oder Firmen stellten uns freundlicherweise auch die von Ihnen
selbst erstellten eigenen Broschüren zu verschiedensten Teilaspekten des
Umganges mit Leichtmetallen - von der Produktion bis zur Verarbeitungstechnologie
und Arbeitssicherheit - zur Verfügung.
Wir haben aber auch wertvolle Mithilfe bei der redaktionellen und inhaltlichen
Gestaltung unseres Leitfadens erhalten:
Hervorheben dürfen wir die Mithilfe und Kritik an der erarbeiteten Broschüre durch
den Umweltanwalt für Oberösterreich, Herrn Dipl.-Ing. Dr. Johann Wimmer und auch
durch die für die Rechtsmaterien Abfall und Gewerbe zuständigen Juristen, die
Herren Dr. Dieter Goppold, Mag. Thomas Kühberger und Dr. Wolfgang Seltner.
Weiters möchten wir das freundliche Entgegenkommen der Fa. TCG Unitech AG,
Kirchdorf, insbesondere des Herrn Thomas Großauer, betonen, welche uns die
Möglichkeit geboten haben, Fotos – auch von brennendem bzw. mit falschen
Löschmitteln gelöschtem Magnesium – anzufertigen.
Genauso dankbar sind wir für die Mithilfe von Herrn Dipl.-Ing. Franz Schörghuber,
Fa. REMAG Recycling GmbH, Prambachkirchen, bei Durchsicht und Korrektur der
Passagen in unserem Merkblatt, die metallurgische und hüttentechnische Begriffe
beinhalten sowie die Möglichkeit Fotos anzufertigen.
Nicht zuletzt möchten wir auch der Firma AVE Entsorgung GmbH, Hörsching,
vertreten durch Herrn Ing. Hermann Scherndl für sein freundliches
Entgegenkommen.
Lobend erwähnen möchten wir weiter die Mithilfe der Kollegen Dipl.-Ing. Dr. Klaus
Bernhard und Ing. Peter Stadler bei der Endredaktion unseres Elaborates.
Regina Landershammer
Dipl.- Ing. Wolfgang Habelsberger
Seite 4 von 113
Inhaltsverzeichnis
Danksagung................................................................................................................ 4
Inhaltsverzeichnis ....................................................................................................... 5
1.
Einleitung............................................................................................................ 7
1.1. Rechtliche Rahmenbedingungen ....................................................................... 7
1.2. Anlass zur Erstellung des Merkblattes ............................................................... 9
2.
Definitionen ...................................................................................................... 13
2.1. Stoffeigenschaften............................................................................................ 13
2.2. Wichtige gießerei-/hüttentechnische Ausdrücke............................................... 17
3.
Die in der Technik meist eingesetzten Leichtmetalle - Aluminium und
Magnesium....................................................................................................... 32
3.1. Aluminium......................................................................................................... 32
3.2. Magnesium....................................................................................................... 40
4.
Bedingungen und Auflagen für die sichere Lagerung und Manipulation von
Leichtmetallabfällen.......................................................................................... 48
4.1. Auflagenpunkte für die sichere Lagerung und Manipulation von
Aluminiumabfällen ............................................................................................ 49
4.2. Auflagenpunkte für die sichere Lagerung und Manipulation von
Magnesiumabfällen und Abfällen von Legierungen von Magnesium mit
Aluminium oder Magnesium mit Lithium........................................................... 51
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
Weitere pyrophore Metalle, Legierungen, Elemente, Stoffe und Verbindungen54
Alkalimetalle ..................................................................................................... 54
Erdalkalimetalle ................................................................................................ 57
Sonstige pyrophore Metalle.............................................................................. 60
Legierungen ..................................................................................................... 63
Sonstige Stoffe ................................................................................................. 71
6.
Sonstiges.......................................................................................................... 79
6.1. Brennbare Stäube ............................................................................................ 79
6.2. Eigenschaften von Metallstäuben..................................................................... 80
6.3. Metallbrände..................................................................................................... 82
6.4. Zündquellen...................................................................................................... 83
6.5. Vermeidung von Gefahren durch Staubbrände und Staubexplosionen............ 83
6.6. Beseitigung der Gefahren................................................................................. 84
6.7. Bekämpfung von Staubbränden ....................................................................... 84
6.8. Geeignete Löschmittel für Metallbrände ........................................................... 85
6.9. Thermit-Effekt................................................................................................... 85
6.10. Illustration der unteren und oberen Explosionsgrenze ..................................... 86
Seite 5 von 113
7.
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
Chemische Grundlagen für Reaktionen von Leichtmetallen (beispielhaft) ....... 90
Reaktionen von Magnesium ............................................................................. 90
Reaktionen von Aluminium............................................................................... 90
Reaktionen von Lithium (als Beispiel für die Alkalimetalle)............................... 91
Reaktionen von Natrium ................................................................................... 91
Weitere Reaktionen .......................................................................................... 91
Erläuterungen:.................................................................................................. 91
8.
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.
Unfallberichte über Vorkommnisse mit Leichtmetallen ..................................... 93
Brand in der Werkshalle einer Maschinenbaufirma .......................................... 93
Brand von Magnesiumoxidschlacke auf einer Deponie – Chronologie............. 94
Aluminiumschlacke mit Wasser...................................................................... 100
Explosion beim Entladen von Natrium aus einem Kesselwagen .................... 101
Brand durch Selbstentzündung von mit Eisenhydroxid vermischten
Magnesiumspänen: ........................................................................................ 102
9.
9.1.
9.2.
9.3.
Anhang ........................................................................................................... 104
Elemente mit pyrophoren Eigenschaften (Übersicht) ..................................... 104
Mögliche Zündquellen in Betrieben ................................................................ 106
Bauliche Vorbeugemaßnahmen gegen die Ausbreitung eines
Leichtmetallbrandes ....................................................................................... 106
9.4. Betriebliche Vorbeugemaßnahmen gegen die Ausbreitung eines
Leichtmetallbrandes ....................................................................................... 107
9.5. Brenn- und Explosionskenngrößen von Aluminium und Magnesium ............. 107
9.6. Weitere selbstentzündliche anorganische Stoffe............................................ 108
Literaturverzeichnis................................................................................................. 110
Seite 6 von 113
1. Einleitung
In den letzten Jahren hat der Einsatz von Leichtmetallen zunehmende Bedeutung
erlangt (z.B. für die Herstellung von Gehäusen für Mobiltelefone, in der KfzZulieferindustrie etc.). Dafür ausschlaggebend sind die Materialeigenschaften, wie
geringe Dichte, damit geringes Trägheitsmoment und geringes Gewicht der
Produkte, neben der leichten Formbarkeit von Werkstücken (etwa Guss oder
Spritzguss) und deren leichte Bearbeitbarkeit und schließlich - wegen der
Rohstoffkosten - auch die relativ einfache Wiederverwertbarkeit durch einfaches
Einschmelzen und Raffinieren (Verhütten der Altmetalle)
Aufgrund der Eigenschaften dieser Stoffe ist es aber notwendig, für deren Lagerung,
Transport, Ver- und Bearbeitung und deren Beseitigung Vorkehrungen zu treffen, um
Gefährdungen möglichst auszuschließen oder gering zu halten.
Einige Ereignisse in jüngster Zeit zeigten, dass insbesondere ein Informationsbedarf,
wie diesen Gefahren begegnet werden kann, besteht. Um den sicheren Umgang mit
diesen Stoffen umfassend, fundiert, objektiv und allgemein verständlich darzustellen
und Antworten auf offenen Fragen geben zu können, regten die fachlich zuständigen
Abteilungen des Amtes der Oö. Landesregierung die Erarbeitung eines Leitfadens
mit vorwiegend fachlichen Aspekten an.
Damit soll eine praxisnahe Hilfestellung für Inhaber von produzierenden, Abfallverwertenden und -behandelnden Betrieben sowie für Behörden und deren Organe
zur Vermeidung künftiger Schadensfälle angeboten werden.
1.1. Rechtliche Rahmenbedingungen
A) Gewerbeordnung 1994 (BGBl. Nr. 194/1994 idF BGBl. I Nr. 121/2000)
Die Bestimmungen der Gewerbeordnung 1994 sehen vor, dass Betriebsanlagen zu
genehmigen sind, wenn nach den Umständen des Einzelfalles voraussehbare
Gefährdungen des Lebens oder der Gesundheit der Gewerbetreibenden, Kunden
oder Nachbarn vermieden und Belästigungen der Nachbarn, Beeinträchtigungen des
öffentlichen Verkehrs oder nachteilige Einwirkungen auf die Gewässer (sofern keine
gesonderte wasserrechtliche Bewilligung erforderlich ist) auf ein zumutbares Maß
beschränkt werden.
Um dies zu erreichen, sind im gewerbebehördlichen Genehmigungsverfahren
gegebenenfalls von der Behörde geeignete Auflagen vorzuschreiben. Diese Auflagen
werden in der Regel im Rahmen einer mündlichen Augenscheinsverhandlung unter
Beiziehung entsprechender Sachverständiger ermittelt.
Sollte sich nach Genehmigung der Betriebsanlage herausstellen, dass die Schutzinteressen nicht ausreichend gewahrt sind, besteht für die Behörde die Möglichkeit,
andere oder zusätzliche Auflagen vorzuschreiben.
Ist durch die Vorschreibung solcher zusätzlicher Auflagen eine umfangreichere
Änderung der Betriebsanlage erforderlich, so hat die Behörde dem Anlageninhaber
die Vorlage eines Sanierungskonzeptes vorzuschreiben.
Seite 7 von 113
Für bestimmte Anlagen bestehen seit der vorletzten Gewerberechtsnovelle für den
Betriebsinhaber vermehrte Verpflichtungen, um schwere Unfälle zu verhüten und
deren Folgen für die Menschen und die Umwelt zu begrenzen.
Zweckmäßigerweise sollte vor Errichtung oder Änderung einer Betriebsanlage mit
der in Betracht kommenden Bezirksverwaltungsbehörde, zur Feststellung, ob diese
erweiterten Verpflichtungen für die geplante oder bestehende Betriebsanlage in
Betracht kommen, Kontakt aufgenommen werden.
B) Abfallrecht, bundes- und landesrechtliche Bestimmungen
(Bundes-AWG:
Landes-AWG:
AWG, BGBl. I Nr. 325/1990 idF. BGBl. I Nr. 99/2000;
Oö. AWG 1997, LGBl. Nr. 86/1997 idF. LGBL. Nr. 54/1999)
Nach den Grundsätzen der Abfallwirtschaft hat die Vermeidung von Abfall Vorrang
vor der Verwertung; erst in letzter Konsequenz ist eine geordnete Entsorgung
anzustreben. Entsprechend dieser Reihenfolge kommt der Verwertung vermehrte
Bedeutung zu. Nicht vermeidbare Abfälle sind daher nach den Intentionen der
gesetzlichen Bestimmungen verstärkt einer Verwertung zuzuführen und sollte eine
Entsorgung erst in letzter Konsequenz angestrebt werden.
Die Abfallwirtschaft ist danach auszurichten, dass
1. schädliche, nachteilige oder sonst das allgemeine menschliche Wohlbefinden
beeinträchtigende Einwirkungen auf Menschen sowie auf Tiere, Pflanzen, deren
Lebensgrundlagen und deren natürliche Umwelt so gering wie möglich gehalten
werden,
2. Rohstoff- und Energiereserven geschont werden,
3. der Verbrauch von Deponievolumen so gering wie möglich gehalten wird,
4. nur solche Stoffe als Abfälle zurückbleiben, deren Ablagerung kein Gefährdungspotential für nachfolgende Generationen darstellt (Vorsorgeprinzip).
Abfälle im rechtlichen Sinn (Abfallwirtschaftsgesetz - Oö. Abfallwirtschaftsgesetz
1997) sind bewegliche Sachen,
1. deren sich der Eigentümer oder Inhaber entledigen will oder entledigt hat, oder
2. deren Erfassung und Behandlung als Abfall im öffentlichen Interesse geboten ist.
Die Erfassung und Behandlung als Abfall im öffentlichen Interesse kann auch
dann geboten sein, wenn für eine bewegliche Sache ein Entgelt erzielt werden
kann.
Als Grundsatz kann davon ausgegangen werden, dass hinsichtlich gefährlicher
Abfälle Regelungen im Abfallwirtschaftsgesetz (AWG) des Bundes, hinsichtlich nicht
gefährlicher Abfälle im Oö. Abfallwirtschaftsgesetz 1997 (Oö. AWG 1997) bzw. der
Regelungen anderer Bundeslänger in deren Landesgesetzen bestehen.
Den spezifischen Materialeigenschaften von Abfällen Rechnung tragend, bestehen
gesetzliche Verpflichtungen, Abfälle von anderen Abfällen so getrennt zu sammeln,
zu lagern, zu befördern und zu behandeln, dass Beeinträchtigungen vermieden
werden. Überdies besteht ein Vermischungs- und Vermengungsverbot, wenn
dadurch die weitere Behandlung erschwert wird.
Seite 8 von 113
Für nicht gefährliche Abfälle regelt das Oö. Abfallwirtschaftsgesetz 1997, dass diese
nur in Sammelbehältern oder Sammeleinrichtungen vorübergehend gelagert oder in
Abfallbehandlungsanlagen, je nach deren Zweckbestimmung, vorübergehend
gelagert oder abgelagert werden dürfen. Die Verwertung dieser Abfälle kann
insbesondere durch stoffliche Verwertung erfolgen.
Die Verwertung von Abfällen in Abfallbehandlungsanlagen ist danach auszurichten,
dass durch einzelne Behandlungsschritte ein marktfähiges Produkt entsteht, welches
als Ersatz für Rohstoffe oder Vormaterialien in Produktionsprozessen Verwendung
finden kann. Kann dieser Zweck durch Behandlungsmethoden nicht erreicht werden,
ist der Abfall jedenfalls in einen Zustand zu versetzen, sodass ein möglichst
konditionierter reaktionsarmer Zustand für eine geordnete Entsorgung in Form der
Ablagerung gewährleistet ist.
Abfallbehandlungsanlagen sind nach der Art des zu behandelnden Abfalls bzw. der
Menge der zu behandelnden Abfälle entweder nach dem (Bundes-)Abfallwirtschaftsgesetz oder dem Oö. Abfallwirtschaftsgesetz 1997 zu genehmigen. Das
AWG sieht dabei im Genehmigungsverfahren eine Verfahrenskonzentration in der
Form vor, dass (von der selben Behörde gleichzeitig) alle bundesrechtlichen
Vorschriften, unter anderem auch gewerberechtliche und wasserrechtliche, als
Spezialfall sogar auch bautechnische Vorschriften zu vollziehen sind. Bewilligungspflichten nach landesrechtlichen Normen wie beispielsweise nach dem Oö. Naturund Landschaftsschutzgesetz 1995 sind in diesem Fall (bis auf die Baubewilligungspflicht) zusätzlich zu beachten
Bei Anlagengenehmigungen nach dem Oö. AWG 1997 bleiben hingegen sowohl die
bundes- als auch die landesrechtlichen Vorschriften unberührt und sind daher
gesonderte Genehmigungen bei den zuständigen Behörden einzuholen.
1.2. Anlass zur Erstellung des Merkblattes
In letzter Zeit waren bei genauerer Beobachtung des Abfallszenarios von Betrieben,
die Leichtmetalle verarbeiten, bis hin zu Firmen, die anfallende Abfälle aus diesen
Betrieben sammeln oder wiederverwerten, bestimmte Mängel bei der Beurteilung
und Einschätzung der Gefährlichkeit solcher Abfälle bzw. von stoffimmanenten
Gefahren feststellbar.
Diese Schlussfolgerung einer Unkenntnis oder Unterschätzung solcher gefährlicher
Eigenschaften von Abfällen ist naheliegend, wenn man das wiederholte Auftreten
von Bränden bei Sammlung, Lagerung und Beseitigung oder Verwertung bestimmter
Arten dieser Abfälle in Rechnung stellt. Auffällig ist bei solchen Bränden von
Leichtmetallen auch die große Unkenntnis, wie etwa bei der Brandbekämpfung vorzugehen sei. Auch über eine sinnvolle Vorbehandlung von zu beseitigenden
Leichtmetallabfällen mit dem Ziel einer Entfernung oder wenigstens Reduzierung der
gefährlichen Eigenschaften besteht vielerorts Ratlosigkeit.
Seite 9 von 113
Bei Leichtmetallen, insbesondere bei den für technische Zwecke wegen ihres
geringen Gewichtes und anderer erwünschter Eigenschaften vielfach eingesetzten
Metallen Aluminium und besonders bei Magnesium sowie bei Legierungen dieser
Metalle untereinander oder mit anderen Metallen gilt es vorerst, mehrere Arten von
Gefahren oder Gefährlichkeiten zu unterscheiden:
-
Stoffgefahren: Das sind Gefahren, die vom Stoff (Leichtmetalle, Legierungen
derselben) selbst ausgehen, wie Brennbarkeit, Selbstentzündlichkeit,
Explosibilität von Staub/Luft-Gemischen, Entstehen von brennbaren Gasen bei
Kontakt mit Wasser (auch Löschwasser), die in Mischung mit Luft in einem
bestimmten Konzentrationsbereich ein explosionsfähiges Gemisch bilden, von
sonstigen giftigen Gasen bei Kontakt mit Wasser und Bildung von ätzenden
Stoffen (Flüssigkeiten) bei Kontakt mit Wasser.
All diese gefährlichen Eigenschaften können in unterschiedlichem Ausmaß der
Ausprägung bei den Alkalimetallen, den Erdalkalimetallen und sonstigen Leichtmetallen beobachtet werden. Bei Zutreffen der Eigenschaft "Selbstentzündlichkeit" spricht man auch von Pyrophorie oder pyrophoren (griech. etwa:
"feuertragend") Eigenschaften (siehe Glossar).
-
Obligat als gefährlich im Sinne der Verordnung über die Festsetzung von
gefährlichen Abfällen gelten folgende Abfälle von Leichtmetallen mit der
Schlüsselnummer der ÖNORM S 2100, Abfallkatalog, Ausgabe September 1997:
Schlüsselnummer
31108
31203
31205
31206
31207
31211
31212
31217
31223
35318
35321
-
Abfallbezeichnung
Ofenausbruch aus metallurgischen Prozessen mit
produktionsspezifischen schädlichen Beimengungen
Schlacken aus der NE-Metallschmelze
Leichtmetallkrätze, aluminiumhaltig
Leichtmetallkrätze, magnesiumhaltig
Schlacken aus der Schmelzelektrolyse
Salzschlacke, aluminiumhaltig
Salzschlacke, magnesiumhaltig
Filterstäube, NE-metallhaltig
Stäube, Aschen und Krätzen aus sonstigen Schmelzprozessen
berylliumhaltige Stäube
sonstige NE-metallhaltige Stäube
Gefährlichkeit von Abfällen im gesetzlichen Sinne nach den Bestimmungen
der Verordnung über die Festsetzung von gefährlichen Abfällen, BGBl. 227/1997
idF BGBl. II Nr. 178/2000. In dieser Verordnung werden zum Schutz der
öffentlichen Interessen (im Sinne der Bestimmungen des Abfallwirtschaftsgesetzes, AWG, BGBl. 325/1990 i.d.g.F.) jene Abfälle festgelegt, welche als
"gefährliche Abfälle" gelten.
Unter Bezugnahme auf Abfälle von Leichtmetallen sind nach den Bestimmungen
der Festsetzungs-Verordnung folgende, möglicherweise zutreffende Eigenschaften für eine Zuordnung zu den gefährlichen Abfällen ausschlaggebend:
Seite 10 von 113
+ entzündbar (H3-A):
Das Kriterium H3-A gilt als erfüllt für Abfälle, die der Klasse 4.1 (entzündbare
feste Stoffe), 4.2 (selbstentzündliche Stoffe), oder 4.3 (Stoffe, die in Berührung
mit Wasser entzündliche Gase entwickeln) des ADR (Europäisches
Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf
der Straße) zuzuordnen sind.
+ ätzend (H8):
Das Kriterium H8 gilt als erfüllt für Abfälle, die mehr als 1% der Masse an
einem oder mehreren gemäß Chemikalienrecht mit R35 (verursacht schwere
Verätzungen) als ätzend zu kennzeichnenden Stoffen enthalten.
(Hinweis: Viele Leichtmetalle reagieren mit Wasser unter Bildung von
Wasserstoffgas und von Hydroxiden der Metalle, die in wässriger Lösung stark
alkalisch wirken. Bei diesen Lösungen handelt es sich um Laugen oder Basen,
z.B. LiOH oder Ca(OH)2.
Nach einer anderen Nomenklatur, dem künftig europaweit verbindlichen EWC,
European Waste Catalogue, werden diese Abfälle folgenden Schlüsselnummern
zugeordnet. Die nach dieser Einteilung gefährlichen Abfälle sind mit * gekennzeichnet.
06 04
06 04 01
06 04 02*
06 04 05*
06 04 99
metal-containing wastes
metallic oxides
metallic salts (except 06 03 waste salts and their solutions)
waste containing other heavy metals
wastes not otherwise specified
Bei der Prüfung/Beurteilung der Gefährlichkeit von Abfällen ist vordergründig zu
erkunden, ob irgend eine gefahrenrelevante Eigenschaft zu irgend einem Zeitpunkt
der Abfalleigenschaft (siehe § 2 AWG) auftritt oder auftreten kann.
Beispielsweise könnten Reste an Leichtmetallen auch bei Abfällen der
Schlüsselnummer 31108 ein Gefährdungsmerkmal "entzündbar" (Kriterium H3-A)
bewirken. Die Gefährlichkeit dieser Abfallarten wird vornehmlich durch das
Vorhandensein kleiner und kleinster metallischer Partikel in der übrigen Matrix
verursacht, die infolge ihrer großen Oberflächen mit Luftsauerstoff, Wasser und
Feuchtigkeit und unter Wärmeentwicklung miteinander reagieren. Da diese Reaktion
exotherm (d.h. unter Freisetzung von Energie/Wärme) abläuft und ganz allgemein
die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur steigt (als Faustformel mag
dienen: Verdoppelung bis Verdreifachung der Reaktionsgeschwindigkeit bei
Temperaturerhöhung um 10 °C (10 K) nach der van´t-Hoff-Regel), zudem Lager von
Abfällen oft so angelegt sind, dass ein Wärmestau eintritt (z.B. Magnesiumpartikel in
Aschen und Schlacken in größeren Containern), ist mit einem zeitlich beschleunigten
Ablauf solcher Reaktionserscheinungen zu rechnen.
So entsteht unter solchen Bedingungen regelmäßig Wasserstoff (im äußerst
reaktionsfähigen "status nascendi"), der, gemeinsam mit ablaufenden exothermen
oxidativen Reaktionen der Metalle, zu spontanen Selbstentzündungen führen kann.
Seite 11 von 113
Sind am Brandherd weitere Mengen Leichtmetalle, nunmehr auch in kompakter
Form, vorhanden, können diese nach Erreichen der Zündtemperatur zu brennen
beginnen. Es handelt sich dann um sehr spektakulär ablaufende Metallbrände mit
gleißenden Flammenerscheinungen und großer Hitzeentwicklung, die mit normalen
Löschmitteln nicht zu behandeln sind. So ist Wasser als Löschmittel absolut
unzulässig, da hierbei sehr heftige, explosionsartige Reaktionen mit dem Metall
auftreten würden.
Eine Ausstufung dieser Abfälle aus dem Regime der gefährlichen Abfälle ist nur dann
möglich, wenn der Abfallbesitzer nachweist, dass für einen bestimmten Abfall die
gefahrenrelevanten Eigenschaften nach Maßgabe der Bestimmungen der
Verordnung über die Festsetzung von gefährlichen Abfällen (§§ 5 und 6) nicht
zutreffen.
Umgekehrt können ansonsten nicht gefährliche Abfälle zu gefährlichen werden,
wenn die in der Festsetzungs-Verordnung vorerst nicht genannten Abfälle mit Stoffen
des Verzeichnisses der gefährlichen Abfälle in einer Weise vermischt oder
kontaminiert sind, dass eine gefahrenrelevante Eigenschaft zutrifft (Kriterien H1 bis
H14; Anlage 2 der Verordnung über die Festsetzung von gefährlichen Abfällen).
Diese Abfälle sind sodann mit der entsprechenden Schlüsselnummer der ÖNORM S
2100 zu bezeichnen und als gefährliche Abfälle zu entsorgen.
Ganz allgemein kann zum Kriterium der Gefährlichkeit von Leichtmetallabfällen
(Magnesium, Aluminium) folgendes festgestellt werden:
Die Gefährlichkeit steigt üblicherweise mit der Größe der Oberfläche der
metallischen Aggregate. Während kompakte, massive Metallstücke außer bei
Einwirken von Säuren, Laugen oder heißem Wasser oder bei Erhitzen über die
Schmelztemperatur (Involvierung in ein Brandgeschehen) kaum gefährlich reagieren,
weisen kleinteilige Metallpartikel wie Pulver, Metallkörner und feine Späne wegen der
wesentlich höheren Oberfläche eine Reihe gefährlicher Eigenschaften auf, die es
nicht nur bei der Produktion, sondern auch bei der Wiederverwertung und bei der
Abfallbehandlung zu beachten gilt.
Solche gefährlichen
Eigenschaften
werden
im
nachfolgenden
Kapitel
"Stoffeigenschaften - Definitionen", aber auch bei der Aufzählung der einzelnen
bedeutsamen Leichtmetalle behandelt.
Kriterien H1 bis H14: siehe folgende Bestimmungen:
- AWG, §2, Abs. (5), Punkte 1 bis 15;
- Verzeichnis gefährlicher Abfälle im Sinne Artikel 1 Abs. 4 der Richtlinie
91/689/EWG über gefährliche Abfälle; oder
- Anlage 2 der Verordnung über die Festsetzung von gefährlichen Abfällen (über
gefahrenrelevante Eigenschaften)
Dieser kurze Abriss zeigt bereits die Vielschichtigkeit der Problematik auf. Es
erschien uns daher ratsam, diesen Leitfaden zu erstellen, der allen Personen, die mit
Leichtmetallen arbeiten (sei es in Produktion, der Verwendung, der Abfallentsorgung
oder auch als Einsatzkräfte bei Unfällen), als Anleitung zum richtigen Umgang mit
Leichtmetallen und zum Schutz vor den Gefahren, die von diesen ausgehen, dienen
soll. Im speziellen sind unsere Adressaten Bausachverständige, die in
Anlagenverfahren auch Baulichkeiten zur Lagerung von Leichtmetallen und
Leichtmetallabfällen fachlich beurteilen müssen.
Seite 12 von 113
2. Definitionen
2.1. Stoffeigenschaften
Es werden an dieser Stelle lediglich die für Leichtmetalle relevanten und zumeist
gefährdenden Stoffeigenschaften oder weitere erklärende Termini beschrieben,
während geeignete Schutzmaßnahmen oder Sicherheitsvorkehrungen bei der
nachfolgenden Aufzählung einzelner Metalle abgehandelt werden.
Alkalimetalle:
Metalle der Gruppe 1a des Periodensystems: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium
und Cäsium. Sie beschlagen sich an der Luft und bilden mit Wasser unter heftiger
Reaktion sogenannte Basen. Im Gießereiwesen werden Lithium zur Desoxidation
von Kupfer, Natrium zur Veredelung von Aluminium-Silizium-Legierungen und Kalium
als Zusatz zu Blei-Legierungen verwendet.
Ätzende Stoffe:
Ein Stoff (eine Zubereitung) gilt als ätzend, wenn er (sie) nach Einwirken über eine
bestimmte Zeit auf die Haut deren Zerstörung über die gesamte Dicke bewirkt oder
eine solche Wirkung vorausgesagt werden kann. Diese Wirkung kann bei stark
sauren (pH-Wert ≤ 2) oder stark alkalischen (pH-Wert ≥ 11,5) Reaktionen von
wässrigen Lösungen angenommen werden. Als Gefahrensymbol ist C (corrosive) zu
verwenden, zugehörige R-Sätze sind R 35 (verursacht schwere Verätzungen) oder R
34 (verursacht Verätzungen). Metalloxide können bei ausreichender Löslichkeit in
Wasser hydrolysieren und bilden im Falle vieler Leichtmetalle stark ätzend wirkende,
alkalische Lösungen (Laugen).
Brennbare Stäube:
Organische Stäube und eine Vielzahl von Metallstäuben sind brand- und
explosionsfähig. Abgelagerter Staub neigt nach Entzündung in der Regel zum
Brennen, Glimmen oder Schwelen, aufgewirbelter Staub kann bei entsprechender
Konzentration mit Luftsauerstoff explosionsartig reagieren.
Brennbarkeit:
Ein Stoff gilt als brennbar, wenn er nach Entflammung weiterbrennt, auch wenn die
Zündquelle entfernt wird. Schwer brennbar (entflammbar) ist ein Stoff, der nach der
Entzündung nicht mehr weiterbrennt, wenn die Wärmezufuhr aufhört. Ein nicht
brennbarer Stoff kann nicht entzündet werden.
Nach dieser Definition sind Leichtmetalle und deren Legierungen, insbesondere in
geschmolzenem Zustand brennbar. Bei der Verbrennung entstehen aus den
Metallen üblicherweise deren Oxide, bei den Alkalimetallen auch Peroxide. Die Oxide
hydrolysieren bei ausreichender Löslichkeit in wässriger Lösung und bilden die
entsprechenden Hydroxide, deren Lösungen zumeist deutlich alkalischen Charakter
(Laugen, Basen) aufweisen.
Explosibel:
Explosionsfähig, explosionsgefährlich.
Seite 13 von 113
Explosion:
Eine mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 - 1000 m/s ablaufende chemische Reaktion
explosionsfähiger Stoffe mit Umsetzung von potentieller Energie in Ausdehnungs/Verdichtungsarbeit unter Auftreten von Stoßwellen. Im Zusammenhang mit der
behandelten Thematik sind sog. Knallgas- und Staubexplosionen von Interesse.
Explosionsgrenzen (Zündgrenzen):
Unter Explosionsgrenzen versteht man die untere und obere Grenzkonzentration
eines brennbaren Stoffes (z.B. Staub), Dampfes (brennbare Flüssigkeiten) oder
Gases in Mischung mit Luft (oder einem anderen Sauerstoff enthaltenden Gas),
zwischen denen das Stoff-, Dampf-, oder Gas/Luft-Gemisch durch Erhitzen (bis zur
Zündtemperatur) oder Funken zur Explosion gebracht werden kann.
Explosiv:
Leicht explodierend.
Flammpunkt:
Ist die niedrigste Temperatur, korrigiert auf einen Barometerstand von 101,3 kPa
(760 Torr), bei der unter Anwendung einer Zündflamme unter den vorgeschriebenen
Versuchsbedingungen die Entflammung der Dämpfe der Probe erfolgt. Der Flammpunkt unterscheidet sich vom Brennpunkt, der höher liegt und bei dem die Dämpfe
nach der Entflammung von selbst weiterbrennen und von der Zündtemperatur, bei
der die Entzündung ohne Fremdzündung (Selbstentzündung) eintritt.
Pyrophorie (Selbstentzündung):
Man spricht von Pyrophorie, wenn sich das System ohne Wärmeeinfluss von außen
durch das eigene Energieaufkommen so weit erwärmt (bis zur Zündtemperatur),
dass vorhandene brennbare Stoffe entzündet werden bzw. von der Entzündung
eines brennfähigen Stoffes ohne Einwirkung einer Zündquelle, d.h. ohne Fremdzündung durch Funken oder Flammen. Die zugehörige Temperatur wird als Zündtemperatur bezeichnet. Die Zündtemperatur sowie die Fähigkeit zur Selbstentzündung sind vom Druck, der Sauerstoffkonzentration und von katalytischen Einflüssen abhängig. Die Zündtemperatur von Stoffen oder Stoffgemischen kann
erreicht werden, wenn in diesen exotherme Reaktionen (mit Wärmefreisetzung)
ablaufen, deren Reaktionswärme nicht nach außen abgeführt werden kann.
Die Selbstentzündungsprozesse gliedern sich in das Stadium der Selbsterwärmung
und der Selbstentzündung. Voraussetzung für die Temperaturerhöhung ist eine
chemisch reagierende Substanz bzw. ein biologisch bedingter Ablauf, durch den die
nötige Energie bereitgestellt wird. Die erforderliche Wärmemenge wird durch eine
spontane chemische Reaktion (z.B. Autooxidation) oder physikalische Vorgänge
(Reibung, Schlag, elektrostatische Aufladung) in den oder an der Oberfläche der
Brandstoffe selbst erzeugt.
Die meisten Selbsterwärmungs- und Entzündungsprozesse sind an eine Anlaufzeit,
verbunden mit einem Wärmestau, sowie die richtige Menge vorhandenen Luftsauerstoffs gebunden. Auch starke Sauerstoff-Adsorption an feinteiligen Oberflächen
(Staub) kann Selbstentzündung hervorrufen.
Materialien, die zur Selbstentzündung neigen:
Erntegut (feucht eingebrachtes Heu), Halböle in organischem Material
(öldurchtränkte Lappen), pflanzliche Fette in Textilien, Anstrichstoffe (Nitrofarbe),
pyrophore Metallpulver, Massivholz, Braun- und Steinkohle, Chemikalien, Aktivkohle.
Seite 14 von 113
Stoffe, die bei Einwirkung von Sauerstoff reagieren:
feste Substanzen (weißer Phosphor, Eisensulfide), sehr fein verteilte Substanzen
(vor allem frisch gemahlenes Metallpulver, Metallstäube);
Stoffe, die nach Feuchtigkeitseinwirkung reagieren:
Alkalimetalle, Calciumkarbid, Branntkalk, Magnesiumnitrid, Natriumhydrid und -sulfid
Reaktionsgeschwindigkeit:
Begriff aus der chemischen Kinetik zur Beschreibung der Änderung einer
vorliegenden Konzentration von Stoffen mit der Zeit beim Ablauf von chemischen
Reaktionen. Diese laufen mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten ab, manche
so schnell, dass die Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit Schwierigkeiten
bereitet, andere dagegen fast unmerklich langsam. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist
nicht nur von der Konzentration der Reaktionspartner, sondern auch vom Aggregatszustand (Möglichkeit zur Diffusion), vom Druck, von der Anwesenheit auf eine
Reaktion beschleunigend wirkender Stoffe (Katalysatoren), besonders aber von der
Temperatur abhängig.
Staubexplosion:
Schnelle exotherme (wärmefreisetzende) Oxidation feinteiliger Feststoffe (Staub) in
der Gasphase. Sie kann auftreten, wenn brennbarer, aufgewirbelter Staub in
geeigneter Konzentration (innerhalb der Explosionsgrenzen) im Gemisch mit einem
gasförmigen Oxidationsmittel (meist dem Sauerstoff der Luft, "Staub-Luft-Gemisch")
vorliegt und mit einer Zündquelle ausreichender Energie in Berührung kommt. Die
Reaktion breitet sich unter Flammenerscheinung rasch ohne weitere Energiezufuhr
von außen in der "Staub-Luft-Mischung" selbständig aus, heizt die umgebende
Atmosphäre auf, was zu erheblichen Drucksteigerungen in geschlossenen Behältern
oder Räumen führt. Zu explosionsfähigen Stäuben gehören im besonderen Stäube
organischer Materialien (Holz, Mehl, Kohle, Nahrungs- und Futtermittel), aber auch
anorganische Stäube, wie die von Leichtmetallen. Grundvoraussetzung für eine
Explosion ist das gleichzeitige Vorliegen von Brennstoff, Sauerstoff und einer Zündquelle. Entfällt nur eine dieser Voraussetzungen, kann keine Explosion stattfinden.
Darauf aufbauend unterscheidet man im wesentlichen folgende wirksame
Maßnahmen zur Vermeidung von Staubexplosionen:
- Vermeidung der Staubfreisetzung oder Aufwirbelung; Begrenzung der
Staubkonzentration unterhalb der Explosionsgrenzen.
- Ersatz des Reaktionspartners Sauerstoff durch gasförmige Inertstoffe soweit,
dass durch Unterschreiten der Sauerstoffgrenzkonzentration keine Explosion
mehr möglich ist (Inertisierung).
- Vermeidung wirksamer Zündquellen (konstruktiver Explosionsschutz).
Stoff:
In der Chemie ist Stoff die Bezeichnung für jede Art von Materie und deren
Erscheinungsarten, die wiederum gekennzeichnet sind durch ihre gleichbleibenden
charakteristischen Eigenschaften. Für die Abfallwirtschaft bedeutet dies, dass Abfälle
üblicherweise keinen einheitlichen Stoff darstellen, vielmehr sehr komplexe
Stoffgemische. Das Eigenschaftsspektrum eines Abfalls wird daher sehr wesentlich
von seiner stofflichen Zusammensetzung geprägt, wobei aber eine resultierende
Eigenschaft von vielen Einflussfaktoren abhängig und oft nicht exakt vorhersehbar
ist. Das Vorhandensein von Leichtmetallanteilen in Abfällen prägt aber ganz
wesentlich deren Verhalten.
Seite 15 von 113
Zündtemperatur (Zündpunkt):
Übliche Bezeichnung für diejenige Temperatur, bei der Stoffe an heißen Körpern
Selbstentzündung zeigen (Entzündungstemperatur). Die Zündtemperatur ist
demnach die niedrigste Temperatur, die brennbare Gase, Dämpfe, Stäube oder
feinzerteilte feste Stoffe im sog. „zündwilligsten“ Gemisch mit Luft besitzen müssen,
um die Verbrennung einzuleiten. Dementsprechend unterscheidet man qualitativ
selbstentzündliche, leichtentzündliche und schwerentzündliche Stoffe. Eine genauere
Einteilung ist nach Temperatur-Klassen (T1–T6) bzw. Zündgruppen (G1–G5)
möglich; mehr als 40 Stoffbeispiele mit Zündtemperatur finden sich in der Tabelle
unter Punkt 11.11. bei Illustration der Explosionsgrenzen.
Bei Explosivstoffen wird die Zündtemperatur übrigens auch als Verpuffungstemperatur bezeichnet. Die Kenntnis der Zündtemperatur (und des Flammpunkts) hat
besonders bei den als feuergefährliche und/oder explosionsfähige Stoffe geltenden
Gefahrstoffen große Bedeutung im Hinblick auf Arbeitssicherheit, Kennzeichnung mit
den entsprechenden Gefahrensymbolen, Einteilung in Gefahrenklassen für die
Transportbestimmungen etc.
Seite 16 von 113
2.2. Wichtige gießerei-/hüttentechnische Ausdrücke
Abbrand:
Ist der beim Schmelzen von Metallen und Legierungen entstehende Verlust durch
Oxidation und Verflüchtigung bzw. der Metallverlust, der während des Schmelzens
vorwiegend durch Oxidation, zum Teil aber auch durch Verdampfen entsteht. Die
Oxide gehen in die Schmelzbadabdeckung bzw. Schlacke und werden mit dieser
entfernt. Manche Oxide sind flüchtig und rauchen in die Atmosphäre ab. Metallverluste, die während des Schmelzens durch Verschütten, Verspritzen oder
dergleichen verursacht werden, zählen nicht zum Abbrand.
Abbrennen:
Ist die Abbrandbildung durch Oxidation (siehe Abbrand) bzw. das entstehen eines
Metallverlustes durch Abbrand, z.B. Abbrennen von Zink in Messingschmelzen oder
Abbrennen von Natrium in veredelten Aluminium-Silizium-Legierungsschmelzen.
Abdecken:
Aufbringen einer Abdeckung auf flüssiges Metall, z.B. im Schmelz. oder
Warmhalteofen.
Abdeckmittel (Schmelzhilfsmittel, Abdecksalz, Reinigungsmittel):
Sie verhindern eine unmittelbare Berührung der Schmelzbadoberfläche mit der
Atmosphäre. Abdeckmittel sind z.B. Holzkohle (für Gusseisen und Schwermetalllegierungen), Schwefelblüte (für Magnesiumlegierungen), Salzgemische z.B. aus
Kryolith und Alkalichloriden oder –carbonaten (für Aluminium-Legierungen) oder
Magnesiumchlorid mit Alkalihalogeniden (für Magnesium- und magnesiumreiche
Aluminiumlegierungen).
Diese Schmelzhilfsmittel zur Abdeckung des Metallbades, bestehend aus
anorganischen Salzen bzw. Salzgemischen (siehe oben), sind so zusammengestellt,
dass sie bei der für das betreffende Metall erforderlichen Behandlungstemperatur
eine geschlossene schmelzflüssige Schlackendecke bilden, die den Zutritt von
Sauerstoff aus der Luft oder aus den Ofenabgasen verwehrt.
Abdeckung:
Ist eine auf das flüssige Metall aufgebrachte Deckschicht. Je nach Zusammensetzung unterscheidet man chemisch neutral wirkende, reduzierende und
oxidierende Abdeckungen. Neutrale Schmelzabdeckungen reagieren nicht mit dem
flüssigen Metall und verhindern eine Reaktion zwischen Badoberfläche und Ofenoder Luftatmosphäre; sie wirken daher abbrand-vermindernd. Die gleiche Aufgabe
haben reduzierende Abdeckungen, z.B. glühende Holzkohle, die eine reduzierende
Gasatmosphäre über dem Badspiegel erzeugen und so den Zutritt von Luftsauerstoff
zur Schmelze verhindern. Oxidierende Abdeckungen enthalten Metalloxide, die mit
der Schmelze reagieren und ihren Sauerstoffgehalt ganz oder teilweise an das
flüssige Metall abgeben; solche Abdeckungen werden zum oxidierenden Schmelzen
von Kupfer und Kupferlegierungen verwendet.
Seite 17 von 113
Foto: Zugabe von Abdecksalz in einen Tiegelofen auf die schmelzflüssige Metalloberfläche
Abdecksalz (Abkrätzsalz): siehe Abdeckmittel
Abkrätzmittel (Abkrätzsalz):
Reinigungsmittel zur Schmelzebehandlung, das nichtmetallische Verunreinigungen,
speziell oxidische Schlackebestandteile (Krätze), erfasst.
Abschaum:
Ist die von der Schmelze entferne Krätze- oder Schlackeschicht.
Foto: Die Metalloxidhaut wird mit einer Kelle von der Oberfläche der gegossenen Masseln
abgezogen
Abschlacken (Abkrampen – alt, Abkrammen – neu, Abkrätzen, Abschäumen,
Abschöpfen):
Ist das mechanische Abziehen oder Entfernen der Krätze oder Schlacke von der
Oberfläche des flüssigen Metalls im Ofen, in der Pfanne oder im Tiegel mittels
geeigneter Werkzeuge.
Seite 18 von 113
Foto: An der Metallgießanlage erkennbare Teile:
rechts: Einfüllrinne vom Tiegelofen
oben: Begasungsrohre (Inertgas) für die Spülung der flüssigen Metalloberfläche zur
Verhinderung von Oxidation
Abschöpfblock (Schaumblock):
Die auf der geschmolzenen Metalloberfläche aufschwimmenden Oxidhäute und
Metallschaum müssen regelmäßig (in Form von Abschaum) abgeschöpft werden.
Ebenso sinken Teile der Oxide und intermetallische Verbindungen auf den Boden
des Schmelzgefäßes, die ebenfalls in regelmäßigen Abständen zu entfernen sind.
Dabei werden auch beträchtliche Mengen von Leichtmetall mit abgeschöpft, etwa
Magnesiumlegierung. Dieses abgeschöpfte, noch heiße und zähflüssige Material
wird in einen Stahlbehälter gegeben und sofort mit einer massiven Eisenplatte
zusammengedrückt. Dadurch erstarrt das flüssige Metall, z.B. Magnesium, und fängt
daher nicht zu brennen an.
Fotos:
links: Schaumblock in der Form; entsteht durch Abziehen von flüssigen Metalloberflächen
(mittels Schöpfkellen) und Abgießen in eiserne Formen
rechts: Schaumblock nicht gepresst; nach Entfernen aus der Form
Seite 19 von 113
Foto: Schaumblock gepresst; kompaktere Struktur und damit Verkleinerung der "aktiven"
Oberfläche durch Pressen erreichbar
Abschrecken:
Dient zur Vermeidung von Lunkern, indem man an Stellen der Materialanhäufung
Abschreckplatten (Kokillen) verwendet, um hier eine schnellere oder ebenso schnelle
Erstarrung zu erreichen wie in dünnwandigen Teilen eines Gussstückes.
Abschreckplatte (Schreckplatte, Kühleisen, Kühlkokille):
1. Mit der Abschreckplatte (Stahl- oder Gusseisenplatte) wird der heiße, noch
flüssige oder teigige Magnesiumschaum so fest zusammengedrückt, dass gerade
kein Metall auf die Oberseite der Abschreckplatte tritt. Dadurch werden die
Lufthohlräume beseitigt und ein Abbrennen verhindert. Nach wenigen Minuten ist
das Material fest und der Schaumblock kann entnommen werden.
2. Aus Gusseisen oder Stahl angefertigte Einlagen, die bei Sandguss mit dem
Modell eingeformt werden und nach dem Ausheben des Modells in der Form
verbleiben. Kühleisen haben die Aufgabe, an schlecht zu speisenden Gussstückbereichen eine eventuelle Lunkerbildung zu vermeiden oder die Wirkung einer
gerichteten Erstarrung zu unterstützen.
Abstich:
Ist das Überführen des flüssigen Metalls aus dem Schmelzaggregat in die
Gießpfanne oder den Mischer.
Altmetalle:
Nichteisen-Metallschrott, z.B. Späne, Schleifstaub, Blech- und Drahtabfälle, Sammelschrott und Stückschrott.
Seite 20 von 113
Altschrott:
Abfälle von altem, gebrauchtem Material (Altmetall) im Gegensatz zu neuen Abfällen
(Neuschrott), wie sie unmittelbar in der Fabrikation entstehen.
Altschrott von Aluminium-Legierungen, von denen keine mehr als 0,25 % Zink
enthalten darf, frei von Gussstücken, Tuben, Kapseln und anderen metallischen
Fremdbestandteilen; zugelassen sind bis zu 10 % saubere, offene Dosen ohne
Fremdanhaftungen und bis zu 2 % Öl, Fett und andere nichtmetallische Fremdbestandteile.
(Aluminium-)Schrott:
Rohstoff, der für Industrie und Handel bestimmt ist, und hauptsächlich aus Aluminium
und/oder Aluminiumlegierungen besteht und durch Sammlung oder Verwertung von
- Metall, das in verschiedenen Fertigungsstufen anfällt oder
- aus gebrauchten Produkten gewonnen wird
und für die Produktion von Knet- und Gusslegierungen und für andere
Produktionsprozesse eingesetzt werden soll.
Foto: typischer Leichtmetallschrott: Bleche, Profile, Stanz- und andere Bearbeitungsabfälle
Angussteile:
Am Gussstück anhaftender Gussteil, der beim Befüllen der Gussform über den
Gusskanal entsteht und nach dem Entformen vom Gussstück entfernt werden muss.
Foto: Angussteil; am gewünschten Gußstück abzutrennende Teile des Gußkanals
Seite 21 von 113
Ausbrechen:
Entfernung der Ausmauerung von Öfen oder von Angussteilen von Formstücken.
Ausschussteile:
Sind Erzeugnisse, die mit irgendwelchen Fehlern behaftet sind und in irgendwelchen
Eigenschaften nicht den Normen bzw. Lieferbedingungen entsprechen.
Foto: Gießereirücklauf, Angüsse, Überläufer; diese entstehen regelmäßig bei den
praktizierten Gußtechniken
Barren:
Vormaterial zur Umformung in Halbzeug. Hierzu gehören beispielsweise Drahtbarren, Pressbarren, Schmiedebarren, Gussbarren und Walzbarren. Als Vormaterial
der Gießereien zur Herstellung von Formgussstücken ist der Begriff „Masseln“
vorzuziehen.
Bodensumpf:
Teile der Oxide und intermetallische Verbindungen sinken auf den Boden des
Schmelzgefäßes. Diese müssen ebenfalls in regelmäßigen Abständen, ähnlich wie
der Abschaum von der Oberfläche, von der Tiefstelle der Schmelzwanne
abgestochen werden. Dabei werden auch beträchtliche Mengen von Leichtmetall mit
abgezogen, etwa Magnesiumlegierung.
Chargieren:
Ist das Beschicken von Schmelz- oder Glühöfen mit den Einsatzmaterialien
(Metallen).
Foto:
Beschicken
des
Legierungsbestandteilen;
Schmelzofens
mit
Masseln
oder
gewünschten
Seite 22 von 113
Entgasung:
Ist die Entfernung von Gasen aus der Schmelze, vor allem von Wasserstoff, dessen
Löslichkeit in der flüssigen Phase durchweg größer ist als in der kristallisierten. Die
Gasaufnahme kann durch Abschrecken, Abdecken der Badoberfläche mit
Decksalzen oder Schmelzen unter neutralem, indifferentem Schutzgas (Stickstoff,
Argon, SF6 bei Magnesium) oder Vakuum vermindert werden.
Entgasungsmittel:
Schmelzebehandlungsmittel zum Entfernen gelöster Gase (vorwiegend Wasserstoff)
aus der Schmelze.
Feinanteil (der Krätze):
Feinkörniger Anteil aus der Krätzeaufbereitung in Krätzemühlen, mit geringem
Metallgehalt, jedoch mit einem hohen Anteil an Oxiden.
Feinen (Feinbrennen):
1. Ist die Entfernung der letzten Reste von unedlen Beimengungen durch Oxidation
und Verschlackung.
2. Schmelzebehandlung zur Verbesserung der Güteeigenschaften, vielfach im
Sinne einer Kornfeinerung bzw. Veredelung, bei Stahl auch gleichbedeutend mit
Frischen und/oder Senkung der Gehalte an störenden Begleitelementen.
Flussmittel:
Schlackenbildende Stoffe für die Schmelzebehandlung. Das Flussmittel ist stets nur
Bestandteil eines Schmelzebehandlungsmittels oder einer Abdeckschlacke; es hat
die Aufgabe, gemeinsam mit den anderen Komponenten des Schmelzmittels oder
der Zuschläge eine homogene Schlackendecke von entsprechender Viskosität zu
bilden.
Frischen:
Ist die Umwandlung von Roheisen in Stahl durch Reduzierung des KohlenstoffGehaltes auf unter 2,1 % durch Reduktion des Eisenoxides bzw. Oxidation der
Begleitelemente Silizium, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor.
Gefügebeeinflussungsmittel (Schmelzebehandlungsmittel, Kornfeinungsmittel,
Veredelungsmittel, Reinigungsmittel):
Schmelzhilfsmittel, das dem flüssigen Metall zugesetzt wird, um das Kristallisationsverhalten (Korngefüge und Korngrößen) zu beeinflussen. Sie werden hauptsächlich
bei Aluminiumgießwerkstoffen verwendet. Sie beeinflussen teils durch peritektische
Reaktion, teils durch Einbringung von Fremdkeimen bzw. deren Bildung in der
Schmelze die Korngröße der bei der Erstarrung gebildeten Mischkristalle und
dadurch im weiteren auch das Erstarrungsverhalten, beispielsweise in bezug auf
eine Verminderung der Warmrissneigung (Beispiel: Phosphorpentachlorid).
Halbzeug:
Metallische Erzeugnisse in Form gepresster bzw. gezogener Stangen, Drähte, Rohre
und Profile oder gewalzter Bleche und Bänder.
Hammerschlag:
Oxidische Zunderschicht, die beim Schmieden, Warmwalzen oder Glühen entsteht
und sich leicht von der Werkstückoberfläche trennt.
Seite 23 von 113
Kokillen:
1. Schreckplatten aus metallischen Werkstoffen, insbesondere Gusseisen, hin und
wieder aber auch aus Graphit oder Siliziumcarbid, die mit dem Sand eingeformt
werden.
2. Metallische Dauerform zur Herstellung von Kokillengusserzeugnissen, im
erweiterten Sinne auch metallische oder graphitische Dauerform zur Herstellung
von Schleuderguss und Strangguss.
Krätze:
1. Beim Schmelzen oder Warmhalten an der Badoberfläche durch Oxidation mit der
Luft- oder Ofenatmosphäre oder durch Reaktion mit feuerfesten Stoffen
entstandene körnige Schlacke, die eine heterogene Masse bildet und vor dem
Gießen abgezogen werden muss. Die erstarrte Krätze wird normalerweise an die
Hüttenbetriebe zur Umarbeitung gegeben; sie gewinnen den Metallgehalt der
Krätze durch Raffination zurück.
2. Krätze sind die Abbrandprodukte, in der Hauptsache unlösliche Oxide des Basismetalls und seiner Legierungsbestandteile, die sich beim Schmelzen von Nichteisen-Metallen in normaler Atmosphäre auf der Schmelzbadoberfläche absetzen.
3. Material, das aus einer innigen Mischung aus dem jeweiligen Metall und den
Metalloxiden besteht und von der Oberfläche einer Metallschmelze abgeschöpft
oder vom Boden und dem Wänden von Schmelzebehältern, z.B. Öfen,
Transporttiegeln oder Gießrinnen, entfernt wurde.
Foto: metallische Einschlüsse in einer Krätze; erkennbar am metallischen Glanz in einer
sonst ascheartigen, salzreichen, erstarrten Schmelze
Legierung:
Metallischer Werkstoff, der aus mindestens zwei Elementen besteht und durch
Erschmelzen oder Diffusion hergestellt worden ist.
Leichtmetalle:
Metallische Werkstoffe mit einer spezifischen Dichte von <5 kg/dm3. Dazu gehören
Magnesium, Aluminium, Beryllium und Titan sowie ihre Legierungen neben einigen
Alkali- und Erdalkalimetallen. Legierungen werden bevorzugt dort eingesetzt, wo das
Gewicht von Komponenten im Hinblick auf optimale Energienutzung eine Rolle spielt,
etwa in der Flug- und Kraftfahrzeugtechnik, aber auch in der Haustechnik.
Seite 24 von 113
Lunker:
1. Bei der Erstarrung einer Schmelze entstandener Schwindungshohlraum. Beim
Übergang vom flüssigen in den festen Zustand entsteht eine Volumenabnahme;
das Volumendefizit verursacht die Bildung von Lunkern, besonders in den zuletzt
erstarrenden Bereichen. Gießtechnisch muss darauf geachtet werden, dass die
Lunkerung nicht im Gussstück auftritt, sondern in Bereiche außerhalb des
Gussstückes verlagert wird.
2. Hohlräume in Gussstücken als Folge des Erstarrungsschrumpfens. Lunker treten
stets dort auf, wo das Metall zuletzt erstarrt.
Lunkern (Lunkerung):
Ist die Bildung eines Lunkers.
Massel(n):
1. In offenen Sand- oder Kokillenformen (Masselformen) gegossenes Metall zum
Wiedereinschmelzen. Je nach Metall gibt es verschiedene Lieferformen (trapezförmige Querschnitte, flache plattenförmige Formate, Stranggussmasseln).
2. Massive, barrenförmige, oft mit Kerben versehene Blöcke aus Roh-, Hütten- oder
Umschmelzlegierungen.
Foto: Masseln (Barren) von Magnesium wie sie in Schmelzöfen (z.B. Tiegelofen) zum
Einsatz gelangen.
Masselform:
Einteilige, offene Sandform oder Kokille zum Gießen von Masseln.
Foto: Masselform für Magnesiumguß
Seite 25 von 113
Metallabfälle:
Alle im Fertigungsprozess entstehenden metallischen Teile, die nicht zum
herzustellenden Erzeugnis gehören und im Allgemeinen wieder eingeschmolzen
werden.
Metallschlamm:
In Metallschmelzen ausgeschiedene intermetallische Verbindungen höherer Dichte,
die sich am Ofen- oder Tiegelboden absetzen. Metallschlamm kann sich in
Schmelzen bilden, die längere Zeit warm gehalten werden und dabei Fremdelemente
in die Lösung nehmen.
Metallschmelze:
Allgemeine Bezeichnung für ein geschmolzenes Metall.
Neuschrott:
Schrott, der bei der Produktion und Verarbeitung anfällt.
Fotos: Stanzgrate
Aluschrott
Aluschrott
Ofenausbruch (Ofenbruch):
1. Entfernen eines unbrauchbar gewordenen Ofenfutters durch Ausbrechen mittels
druckluftbetätigtem Meißelhammer oder Ausstoßhammer, desgleichen mittels
Ausbrechmaschine bzw. Tiegelausbrechmaschine. Wird eine gestampfte
Ofenauskleidung nur teilweise abgetragen, um dann ausgebessert zu werden,
bezeichnet man dies als Schälung.
2. Sind die beim Ausbrechen des Ofens anfallenden Krusten, Ansätze und mit
Metall imprägnierten Teile des Mauerwerks.
Oxidation:
Oxidbildung, das heißt chemische Reaktion mit Sauerstoff unter Bildung eines Oxids.
Der Vorgang kann mit hoher Wärmeentwicklung verbunden sein; Verbrennungsvorgänge beruhen in der Regel auf Oxidation.
Oxidverschlackung:
Entfernen von Oxiden aus einer Metallschmelze durch Lösen oder Binden in einer
das Schmelzbad abdeckenden Schlacke.
Seite 26 von 113
Putzen:
Sammelbegriff für alle Arbeiten am rohen Gussstück, wenn es nach dem Abkühlen
aus der Gießform kommt.
Foto: Entfernen von Graten (Putzen) von Gußstücken
Raffination:
Reinigung von Stoffen, speziell von Metallen, durch hüttenmännische Verfahren. Die
Raffination ist Aufgabe der Hüttenbetriebe und Schmelzwerke, nicht aber der
Gießereien. Im Allgemeinen versteht man unter Raffination die Aufarbeitung von
Schrottmetallen zu Neumetallen von entsprechendem Reinheitsgrad.
Remag:
Markenbezeichnung für eine Magnesiumbehandlungslegierung von Union Carbide
zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit.
Salzschmelzen:
Als Salzschmelzen oder Elektrolytschmelzen bezeichnet man Schmelzen, in denen
anorganische Salze (Elektrolyte) in ihre Ionen dissoziiert sind. Man unterscheidet
Salzschmelzen, die aus einer, und solche, die aus mehreren Komponenten
bestehen. Verwendet werden Salzschmelzen zum Abdecken und Reinigen
geschmolzener Metalle (Entzunderung, Verhinderung des Luftzutritts und Auflösung
oxidativer Verunreinigungen) oder in der Wärmebehandlung von metallischen
Werkstücken (insbesondere beim Anlassen und der Härtung von Stahl) und beim
Nitridieren. (Zusammensetzung: Erdalkalinitrate, -nitrite, -carbonate, -chloride)
Schälung (Ofenschälung):
Verfahren zum Ausbessern gestampfter Ofenauskleidungen. s. auch Ofenausbruch.
Schaum:
Beim Schmelzen von NE-Metallen entstandene, meist oxidische Krätze, die sich auf
der Badoberfläche sammelt.
Seite 27 von 113
Schaumlöffel (Abkrätzlöffel, Abschäumer, Krätzelöffel, Schlackenlöffel):
Löffelförmiges Werkzeug zum Abschäumen (Abschlacken, Abkrampen, Abkrammen,
Abschäumen, Abschöpfen) von Metallschmelzen. Der Löffelboden ist mehrmals
durchbohrt, damit beim Abziehen der Schlacke oder Krätze das flüssige Metall
abfließen kann.
Schlacke:
1. Oxidische Stoffe, die sich normalerweise nicht in flüssigen Metallen lösen,
sondern sich von diesen leicht trennen und wegen ihrer geringeren Dichte auf
dem flüssigen Metall eine separate Schicht bilden. Schlacken können aus dem
Schmelzfluss entstehen, das heißt durch Aufschmelzen nicht metallischer,
oxidischer Bestandteile, die im Metallsatz vorhanden waren oder durch Oxidation
während des Metallschmelzens gebildet wurden. Beim Schmelzen entstandene
Oxide, die sich zwar auch vom flüssigen Metall trennen und aufschwimmen,
jedoch nicht schmelzen, werden als Krätze bezeichnet.
2. Sind im Schmelzfluss entstandene (und daraus erstarrte) Gemische aus Oxiden,
zuweilen auch solche von Sulfiden, Chloriden, Fluoriden und anderen
Metallverbindungen. Bei metallurgischen Schmelzprozessen sollen sie die
unerwünschten Bestandteile der Schmelzbeschickung aufnehmen.
Schlackenbildner:
Sind die Bestandteile eines Schmelzgutes, aus denen sich die Schlacke bildet.
Schmelzen:
Bezeichnung für den Übergang eines Stoffes vom festen in den flüssigen
Aggregatzustand durch Zufuhr von thermischer Energie (der umgekehrte Vorgang ist
das Erstarren oder Gefrieren), wobei infolge zunehmender kinetischer Energie der
Teilchen deren Schwingungsamplitude so groß wird, dass die Gitterstruktur
zusammenbricht.
Schmelzmittel (Schmelzsalz):
Werden zugesetzt, um eine einwandfreie Trennung der Abbrandprodukte vom
Schmelzbad zu erreichen und binden die Krätze zu einer dichten Schlackendecke,
um weiteren Abbrand zu verhindern. Es handelt sich hierbei um eutektische
Gemische von Salzen (Chloriden).
Schrott (z.B. aus der Verschrottung von Aggregaten):
1. Altmetall, das erneut zum Einschmelzen gelangt.
2. Abfälle aus der Be- und Verarbeitung von Metallen.
Foto: Leichtmetallschrott (Gußstücke) in einer Mulde für die Wiederverwertung
Seite 28 von 113
Späne:
Neuschrott, der aus Körnern, Röllchen oder Schuppen besteht, die beim spanenden
Bearbeiten oder anderen Operationen anfallen.
Foto: Leichtmetallspäne mit hoher spezifischer Oberfläche
Spänebrikett:
Durch Kalt- oder Warmverpressen von Metallspänen erzeugtes kissen- oder paketförmiges Brikett zum Einsatz in den Schmelzofen. Auf diese Weise brikettierte Späne
lassen sich mechanisch besser umschlagen, lagern und chargieren.
Fotos:
linkes Bild – links: frische Späne mit Spänebrikett
linkes Bild – rechts: alte Späne mit Spänebrikett; erkennbar ist die Dunkelfärbung durch
Oxidation des Metalls;
rechtes Bild: Spänebrikett mit rel. geringer spezifischen Oberfläche;
Sumpf:
Fachsprachliche Bezeichnung für flüssiges Metall in einem Schmelzofen, das nicht
entleert wird, sondern zum Weiterschmelzen dient. So werden beispielsweise Späne
meist im Sumpf aufgeschmolzen, um hohe Abbrandverluste zu vermeiden.
Seite 29 von 113
Tiegelofen:
Ofen zum Schmelzen des Metalls.
Foto:
Tiegelofen Fa. FOSECO
(Rührt und bläst Stickstoff, zwecks Abscheidung von Unreinheiten, in die Schmelze
ein.)
Umschmelzen:
1. Schmelzen von Metallen, um daraus Blockmetalle herzustellen. Das
Umschmelzen wird vor allem bei Altmetallen und Metallabfällen angewandt und
ist normalerweise mit einer Reinigungsbehandlung oder hüttenmäßigen
Raffination verbunden. Auch im Gießereibetrieb wird mitunter umgeschmolzen,
vor allem wenn große Mengen Kreislaufmetalle oder Bearbeitungsabfälle aus
Werkstoffen der eigenen Fabrikation anfallen.
2. Umschmelzen wird zur Reinigung von Stoffen, besonders von Metallen,
Legierungen und Stählen angewendet, wobei die unerwünschten
Legierungsbestandteile in die Salzschmelze übergehen. Die Umschmelzsalze
wirken dabei gleichzeitig als Abdecksalze.
Umschmelzlegierung:
Aus Altmetallen durch Schmelzen und Reinigungsbehandlung hergestellte Legierung
in Blockform.
Veredelung:
Schmelzebehandlung eutektischer Legierungen mittels Gefügebeeinflussungsmittel
zur Verhinderung einer anormalen Erstarrung.
Seite 30 von 113
Verzunderung:
Bildung von Oxiden (Zunder) auf der Oberfläche von Metallen im festen Zustand als
Folge einer Wärmeeinwirkung in oxidierender Atmosphäre. Die Verzunderung beruht
auf der Reaktion des metallischen Grundwerkstoffes mit dem Sauerstoff der Luft
oder mit sauerstoffabspaltenden Verbindungen, wie Wasserdampf oder Kohlendioxid.
Zubrand:
Während des Schmelzens auftretende Zunahme des Anteils einer Komponente
durch Anreicherung aus Zuschlagstoffen, Brennstoffen oder Feuerfeststoffen.
Zunder (Hammerschlag, Verzunderung):
Bei hohen Temperaturen auf der Metalloberfläche entstehende, vorwiegend
oxidische Reaktionsprodukte. Zunder wird üblicherweise bei einer abschließenden
Oberflächenbehandlung entfernt und fällt als körnig-schuppiges Produkt an.
Zuschlag (Zuschlagstoff):
Schlackenbildender fester Stoff, der beim Schmelzen von Metallen oder zur Behandlung von Metallschmelzen zugesetzt wird. Die Zuschlagstoffe bilden eine
flüssige Schlacke und nehmen darin oxidische, sulfidische oder andere, in der Metallschmelze unlösliche Fremdbestandteile auf (siehe auch Schlacke). Zuschlagstoffe
sind daher nichtmetallisch.
Beispiele von Gussteilen aus Magnesiumlegierung:
Fotos:
links: Lenksäule in PKW´s
rechts: Innenteile für Mobiltelefone
Seite 31 von 113
3. Die in der Technik meist eingesetzten Leichtmetalle Aluminium und Magnesium
3.1. Aluminium
3.1.1. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Silberweißes, stark glänzendes Leichtmetall. Der Glanz lässt an der Luft rasch nach,
da sich eine dünne Oxidhaut bildet; durch Glanzeloxierung bleibt er erhalten.
Aluminium ist sehr weich und dehnbar, lässt sich zu dünnsten Folien auswalzen
(Blattaluminium), leitet den elektrischen Strom sehr gut (62 % der Leitfähigkeit von
Kupfer); bei Rotglut schmilzt es.
Atomgewicht:
Dichte:
Schmelzpunkt:
Siedepunkt:
elektrochemisches Potential:
26,989 g/mol
2,70 g/cm³
660 °C
2467 °C
-1,67 V (zwischen Mangan und Magnesium)
Aluminium ist sehr unedel. Es lässt sich aus wässriger Lösung elektrolytisch nicht
abscheiden. Eine Reduktion des Oxids mit Kohle gelingt nicht, daher erfolgt die
Herstellung durch Schmelzelektrolyse. Aluminium reagiert heftig mit Salzsäure und
Natronlauge, weniger heftig mit Schwefelsäure, während es sich in der Kälte
gegenüber Salpetersäure passiv verhält. Bei allen diesen Reaktionen wird
entzündlicher Wasserstoff gebildet.
In der Praxis ist Aluminium ein korrosionsbeständiges Metall, obwohl es eine große
Affinität zum Sauerstoff besitzt. Seine Korrosionsbeständigkeit ist deshalb so groß,
weil Aluminium sich in der Luft und in reinem Wasser sofort mit einem sehr feinen
Oxidfilm überzieht, der fest haftet, wasserunlöslich ist und das darunter liegende
Metall schützt. Nur wenn der Oxidfilm zerstört wird, kann das Metall angegriffen
werden. Reinaluminium wird von Halogenkohlenwasserstoffen gelöst. Salpetersäure
bildet auf dem Metall einen schützenden Oxidfilm, der jede weitere Reaktion
unterbindet. Das Verhalten von Aluminium in wässrigen Medien ist vom pH-Wert des
Elektrolyten abhängig. Die das Aluminium schützende Oxidschicht ist im pH-Bereich
zwischen 4,5 und 8,5 weitgehend unlöslich.
Von Blei-Salzen, Bromwasserstoffsäure, Eisenchlorid, Flusssäure, Iod-Tinktur,
Kalilauge, Kupfer-Salzen, Natronlauge, Nickel-Salzen, Phosphorsäure, QuecksilberSalzen, Salzsäure, Schwefelsäure, Silber-Salzen, Soda, Zink-Salzen und ZinnSalzen wird Aluminium ebenfalls angegriffen.
Aluminium ist unempfindlich gegenüber ätherischen Ölen, Benzin, Benzol, Bier,
Fetten, Fixiersalz, Glycerin, Harzen, Kaliumpermanganat, Lacken, Petroleum sowie
die meisten Lebensmittel.
Seite 32 von 113
3.1.2. Pyrophore, explosible Eigenschaften
Aluminium-Pulver (nicht phlegmatisiert – nicht überzogen) ist an der Luft selbstentzündlich. Die Korngröße von selbstentzündlichem Staub liegt bei <500 µm.
Wenn Aluminiumstaub in bestimmter Konzentration (ca. 40 g/m³ Luft) in der Luft
dispergiert (verteilt) ist, bildet es ein explosibles Gemisch. Wenn aber der
Sauerstoffgehalt unter 10 % gehalten wird, tritt keine Reaktion ein.
3.1.3. Verwendung
Aluminium ist das wichtigste Leichtmetall und wird in folgende Bereichen eingesetzt:
- als Profil, Rohr, Blech oder Schmiedestück für Apparate
- Armaturen und Behälter für die chemische sowie die Nahrungsmittelindustrie und
für Metallwaren
- in Form von Draht für elektrische Leitungen
- in Form von Folien als Verpackungsmittel und Isoliermaterial
- Durch Aufdampfen von Aluminium im Hochvakuum werden Spiegel für optische
Instrumente erzeugt.
- Verbundwerkstoffe mit Aluminium-Matrix kommen für einen künftigen Einsatz im
Verkehrswesen in Betracht.
- als Pulver für rostschützende Anstriche, zur Herstellung von Sprengstoffen und in
der Feuerwerkerei;
- als Grieß zur aluminothermischen Gewinnung von Metallen;
- als Granulat zur Desoxidation bei der Stahlherstellung;
Unlegiertes Aluminium kommt als Hütten-Aluminium, als Rein-Aluminium und als
Reinst-Aluminium in den Handel. Hütten-Aluminium dient zur Herstellung von
Halbzeug, Guss- und Knet-Legierungen.
3.1.4. Sonstiges Wissenswertes
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Selbstentzündlicher fester Stoff in Pulver- oder Staubform. Bei Vermischung mit Luft
bilden sich explosionsfähige Staubgemische. Eine Entzündung erfolgt durch heiße
Oberflächen, Funken (elektrostatische Aufladung) oder offene Flammen. Die
Explosionsgefahr nimmt mit der Feinheit der Teilchen zu.
Aluminiumpulver mit Fettstoffen phlegmatisiert (= überzogen) reagiert nach Zündung
mit Eisenoxid unter Wärmeentwicklung.
Wenn Behälter beschädigt werden, wird aufgewirbeltes Pulver leicht entzündet. Bei
Einwirkung von Feuchtigkeit oder Wasser bildet sich leicht brennbares
Wasserstoffgas, das mit Luft explosionsfähige Gas-/Luftgemische bildet. In
geschlossenen Räumen kann dann Explosionsgefahr entstehen.
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
Aluminiumpulver pyrophor (also nicht überzogen mit Fettstoffen, Öl oder Wachs)
neigt bei Berührung mit Wasser zur Reaktion unter Entwicklung von leicht
brennbarem Wasserstoffgas. In geschlossenen Räumen kann in Verbindung mit Luft
Knallgasbildung und Explosionsgefahr entstehen.
Seite 33 von 113
Bei mit Fettstoffen phlegmatisiertem Pulver tritt bei normalen Temperaturen keine
Reaktion ein. Falls sich in heißem Wasser die Fettstoffe lösen oder das Wasser
fettlösende Mittel enthält, kann ähnlich wie bei nicht phlegmatisierten Pulver bei
Kontakt mit Feuchtigkeit, Wasser, Alkalien oder Säuren leicht entzündbares
Wasserstoffgas gebildet werden.
Verhalten mit anderen Substanzen / Chemikalien:
Heißes Wasser löst die Fettschicht von phlegmatisiertem Pulver. Die Reaktion erfolgt
dann mit zunehmender Heftigkeit unter Wasserstoffentwicklung. Mit Stoffen wie
Laugen, Säuren (insbesondere Schwefelsäure und Salzsäure, welche die Fettschicht
lösen) erfolgt heftige Reaktion unter Bildung von viel Wärme, Wasserstoff und
ätzenden Dämpfen. Bei Kontakt mit normal stabilisierten, chlorierten Kohlenwasserstoffen bilden sich Chlorwasserstoff bzw. Salzsäuredämpfe.
Mit Eisenoxid erfolgt Reaktion unter Bildung von Eisen (siehe Punkt 11. ThermitEffekt). Heftige Reaktionen erfolgen mit Oxidationsmitteln, Nitraten, Sulfaten,
Halogenen, Metalloxiden, Quecksilber und seinen Verbindungen.
Lagerung:
Mit Aluminium-Pulver gefüllte Behälter müssen trocken und dicht geschlossen
gehalten werden. Der in den Transport- und Lagerbehältern nicht mit
Aluminiumpulver gefüllte Raum ist in der Regel mit Inertgas zu füllen. Verschüttetes
Pulver darf nicht mit dem Staubsauger aufgenommen werden.
Gesundheitsgefahr:
Aluminiumstaub reizt die Augen und die Atemwege. Einatmung großer Mengen kann
zu Lungenentzündung und Fieber führen. Aluminiumstaub kann mit der Feuchtigkeit
der Haut reagieren, bzw. durch Hitzeentwicklung auch lokale Verbrennungen
verursachen. Symptome sind Brennen der Augen und der Atemwege. Atemgerät
wird empfohlen.
3.1.5. Begriffsbestimmungen
Aluminiumpulver: Aluminiumpulver kann in drei Größenklassen eingeteilt werden:
Aluminiumstaub, Aluminiumplättchen und Aluminiumgrieß.
Die Länge oder Breite eines Plättchens kann mehrere hundert Mal größer sein als
seine Dicke.
Länge, Breite und Dicke eines Staubteilchens sind ungefähr gleich, die
Längenabmessung überschreitet nicht mehr als ein- oder zweimal die Dicke.
Körnchen sind Teilchen, die größer als 200 Mesh (Maschenzahl) sind.
Aluminiumpaste: Aluminiumpaste ist ein Aluminiumplättchenpigment, das homogen
in einem Lösemittel, wie z.B. Testbenzin, suspendiert ist.
Im wesentlichen wird festgehalten, dass ausschließlich Aluminiumpulver,
Aluminiumplättchen und Aluminiumgrieß als gefährlich, in Bezug auf die
Selbstentzündbarkeit, sind.
Seite 34 von 113
3.1.6. Warum brennt Aluminiumpulver?
Chemisch gesehen besitzt Aluminium enorme Affinität zum Sauerstoff. Das ergibt
einen dünnen Film von Aluminiumoxid, der fast augenblicklich entsteht, wenn
Aluminium der Atmosphäre ausgesetzt wird. Der Aluminiumoxidfilm ist träge und
schützt das darunter liegende Metall vor weiteren Angriffen.
Wenn ein Aluminiumpulverteilchen bis zum Zündpunkt erhitzt wird, ist die
Teilchenmasse so gering, dass das ganze Teilchen fast augenblicklich oxidieren
kann. So wird ein Großteil dieser Teilchen „verbrennen“. Da Plättchen eine viel
geringere Masse besitzen und eine viel größere Oberfläche pro Masseeinheit
aufweisen als Aluminiumstaub- oder –grieß, werden sie sich leichter entzünden und
schneller brennen als die gröberen Pulverarten.
3.1.7. Warum explodiert Aluminiumpulver?
Feine Teilchen aus Aluminiumpulver verteilen sich, so wie einige organische Pulver
(wie Mehl, Stärke und Kohlenstaub) leicht in der Luft, wo ihre geringe Masse es
ihnen erlaubt, in der Luft zu bleiben oder zu „schweben“. Sie verbrennen, wenn die
Zündtemperatur erreicht ist. Wenn sie sich aber in der Luft in einem bestimmten
Verhältnis verteilen (mit Sauerstoff vermischt), breitet sich die Verbrennung von
einem Teilchen auf das andere mit einer solchen Geschwindigkeit aus (Anstieg der
Druckgeschwindigkeit über 20.000 psi/sec.), dass eine Explosion entsteht. Die
Fähigkeit zur Explosion erstreckt sich auf eine weite Bandbreite, wobei sehr wenig
Aluminiumpulver genügt. Aluminiumstaub kann sich bei mehr als 10% im Gemisch
vorhandenem Sauerstoff entzünden. Sehr kleine Energiemengen sind notwendig, um
gewisse Mischungen aus Aluminiumpulver und Luft zu entzünden. In manchen
Fällen kann Energie von nur 25 mJ die Entzündung verursachen.
3.1.8. Übliche Entzündungsursachen bei Aluminiumstäuben und
Aluminiumpulver
Die Entladung statischer Elektrizität erzeugt einen elektrischen Funken, der die
Pulverteilchen in seiner Umgebung über die Zündtemperatur bringt – es kommt zu
einer Explosion. Elektrische Schalter, kaputte Glühbirnen, lose Stromverbindungen –
sogar der Zusammenprall zweier Metalle – alles, was einen Funken erzeugt, kann
eine Explosion hervorrufen. Sogar das fortgesetzte Aneinanderreiben von Metallen
(wie in einem trockenen Hülsenlager) kann genug Hitze erzeugen, um eine Explosion
von Aluminium-Pulver-Luft-Gemischen hervorzurufen.
3.1.9. Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit Aluminiumstäuben
und Aluminiumpulver
3.1.9.1. Allgemeines:
1. Die Lagerung sollte vorzugsweise in Räumen mit feuerfester, nicht oder
beschränkt brennbarer Bauweise erfolgen.
Seite 35 von 113
2. Aluminiumpulver und –pasten sollten nicht in Bereichen gelagert werden, die
entflammbare Flüssigkeiten oder andere brennbare Materialien enthalten, wegen
der Unterschiede in den Feuerbekämpfungsverfahren.
3. Die Behälter sollten ordentlich und mit breitem Gangraum gestapelt werden. Die
Höhe der Stapel sollte auf ein Mindestmaß begrenzt sein.
4. Lecks in Dampfleitungen, Wasserleitungen, Radiatoren oder Dächern sollten
umgehend repariert werden, um Kontakt der Produkte mit Wasser zu vermeiden.
5. Ansammlungen von Staub auf Böden, Wänden und anderen Einrichtungen
sollten vermieden werden. Müll, sowie ölige Lappen, Papier und andere
Brennstoffe, sollten außerhalb dieser Bereiche gelagert werden.
6. Es sollten „Nicht Rauchen“-Schilder sollten angebracht werden. Es sollten offenes
Licht, Lötlampen, Schweißgeräte oder offenes Feuer in den Lager- oder
Manipulierbereichen nicht verwendet werden.
7. Es sollten Reibungsfunken und unachtsamer Metall-Metall- oder Metall-BetonKontakt vermieden werden. Bei der Manipulation mit Aluminiumpulvern und pasten sollten nicht funkenziehende Schaufeln verwendet werden. Kunststoff und
Eisenmetalle sollten ebenfalls nicht verwendet werden.
8. Die Behälter sollten weit genug von Dampfrohren oder Radiatoren ferngehalten
werden, um Erhitzung zu vermeiden.
9. Die Behälter sollten, außer wenn Material entnommen wird, geschlossen gehalten
werden.
3.9.1.2. Allgemeine Sicherheitsbestimmungen für die Lagerung von
Aluminiumpulver und -paste
Aluminiumpulver und –pasten können sicher verladen, gelagert und verwendet
werden, wenn auf gewissenhaften Umgang entsprechend Wert gelegt wird und wenn
die grundlegenden Sicherheitsregeln, die in diesem Punkt enthalten sind, sorgfältig
beachtet werden. Dennoch kann es unter bestimmten Bedingungen zu einer
Entzündung bzw. Explosion von Aluminiumpulver und –pasten kommen.
3.1.9.3. Lagerung von Aluminiumpulver
1. Aluminiumpulver, das in Lagerhäusern gelagert wird, sollte in fest verschließbaren Originalbehältern aufbewahrt werden.
2. Der Kontakt von Aluminiumpulver mit Wasser sollte (weil dies allmählich eine
Reaktion von Aluminium mit Wasser nach sich zieht, was Hitze, sowie die
Entstehung von Wasserstoffgas und möglichen Druckaufbau verursacht)
vermieden werden.
3. Sicherheitsaspekte bei Massenlagerung sollten mit dem Lieferanten besprochen
werden.
3.1.9.4. Lagerung von Aluminiumpaste
1. Die versiegelten Behälter mit Aluminiumpaste sollten in einem trockenen Raum
gelagert werden, wobei die Temperatur vorzugsweise unter dem Flammpunkt des
enthaltenen Lösungsmittels liegen soll.
Seite 36 von 113
2. Wenn ein Behälter während der Lagerung oder bei der Verwendung für die
Entfernung eines Teils der Paste geöffnet werden muss, ist der Deckel
unverzüglich wieder zu verschließen und der Behälter zu versiegeln, um
Luftoxidation, mögliches Eindringen von schädlichen Gasen, Dämpfen oder
anderem Fremdmaterial sowie Verlust von Lösemittel aus der Paste
hintanzuhalten.
3.1.9.5. Grundlegende Sicherheitsrichtlinien, die bei der Manipulation
von Aluminiumpulver beachtet werden müssen:
1.
Beim Umladen von Aluminiumpulver sollte die Entstehung von Staubwolken auf
einem absoluten Minimum gehalten werden. Das Pulver sollte unter
Verwendung einer nicht funkenziehenden Schaufel aus leitendem Metall und
mit möglichst wenig Erschütterung von einem Behälter in den anderen
umgeladen werden. Die beiden Behälter sollten elektrisch leitend
zusammengebunden und mit einer Erdung versehen werden.
2.
Bei der Mischung von Aluminiumpulver mit anderen trockenen Bestandteilen
sollte Reibungshitze vermieden werden. Der beste Mischer für eine trockene
Mischoperation ist jener, der keine beweglichen Teile enthält, sondern eine eher
rotierende Bewegung in Gang setzt, so wie ein konischer Mischer. Die
Einführung eines inerten Gases in den Mischer wird sehr empfohlen, weil
Staubwolken gebildet werden. Die gesamte Ausrüstung muss gut geerdet sein.
3.
Für die Behandlung oder Lagerung von Aluminiumpulvern sollte nur leitendes
Material verwendet werden. Es sollen ausschließlich nicht funkenziehende,
leitende Metallschaufeln zum Umladen von Pulver verwendet werden.
4.
NICHT RAUCHEN, außer in kontrollierten gekennzeichneten Bereichen, die
weit genug von den Betriebs- und Lagerbereichen weg sind.
5.
Es sollen keine offenen Flammen, Feuer oder Funken in Betriebs- und Lagerbereichen, sowie in staubigen Bereichen verwendet werden.
6.
Von den mit Aluminiumpulver hantierenden Personen dürfen keine Zündhölzer,
Feuerzeuge oder andere funkenziehende Geräte getragen werden.
7.
Während des Transports sollte das Pulver nicht mit nichtleitenden Oberflächen
in Berührung kommen, da dadurch statische Elektrizität aufgebaut wird.
8.
Das Pulver sollte immer sorgfältig behandelt und nicht fallen gelassen werden.
Jede Bewegung zwischen den Pulverteilchen neigt dazu, statische Ladungen
aufzubauen.
9.
Die Arbeitskleidung sollte aus weichen, endverarbeiteten, dicht gewebten,
feuerfesten/feuerdämpfenden Materialien sein, die nicht dazu neigen, statische
elektrische Ladungen aufzubauen. Hosen sollten keine Aufschläge haben, wo
sich Staub sammeln könnte.
10. Die Behälter sollten versiegelt gehalten und ungeöffnet in einem abgetrennten
Bereich gelagert werden. Bei Lagerung mit anderen Chemikalien, wie Schwefel,
Nitraten oder anderen stark oxidierenden Substanzen, würde ein Feuer ein
ernstes Problem darstellen.
Seite 37 von 113
3.1.9.6. Behälter zum Lagern und Transportieren von Aluminiumstäuben
Behälter für abgesaugte und abgeschiedene Aluminiumstäube müssen so ausgeführt
sein, dass entstehende Wärme abgeleitet oder entstehender Wasserstoff entweichen
kann.
Für trockene Stäube müssen sie geschlossen sein. An den Behältern muss das
Warnzeichen „Warnung vor explosionsgefährlichen Stoffen“ angebracht sein.
3.1.9.7. Feuerbekämpfungsmaßnahmen bei Aluminiumpulver
Da es fast unmöglich ist, ein massives Feuer bei trockenem Leichtmetallpulver zu
löschen, ist es wichtig, wenn das Feuer bereits im Anfangsstadium bekämpft werden
kann.
Metallstaubfeuer auf genügend flachen Oberflächen können unter Kontrolle gebracht
werden, indem man einen Kreiswall aus trockenem Sand oder trockenem
Löschmaterial der Klasse D rund um die Brennfläche platziert. Das sollte mit großer
Vorsicht geschehen, um das Pulver nicht aufzuwirbeln, was eine Staubwolke
verursachen könnte. Sogar eine kleinere Staubwolke kann gewaltsam explodieren.
Es sollten langstielige Schippen oder Schaufeln aus nicht funkenziehendem Material
für die Anwendung von trockenen Löschmitteln bereitgehalten werden.
Ein ordnungsgemäß eingeschlossenes Feuer wird eine harte Kruste aus Metalloxid
bilden, die letztlich genug Sauerstoff ausschließen wird, um eine Selbstlöschung
hervorzurufen. Es ist allgemein üblich, den Bereich nach Aufbringung des Löschmaterials zu verlassen, wobei man alle Türen schließt, die zu dem Bereich führen,
und sie mit Sand versiegelt. Der Bereich sollte nicht wieder betreten werden, bis der
Brand gelöscht und das Material ausgekühlt ist.
Es sollte kein Wasser zum Löschen verwendet werden, da dieses mit heißem
Aluminiumpulver reagiert und Wasserstoff gebildet wird. Alle flüssigen,
halogenierten, Kohlendioxid- oder Schaumlöschmittel sollten streng vom Anlagenbereich für die Lagerung oder Verarbeitung von trockenen Pulvern ferngehalten
werden, um zu vermeiden, dass diese von aufgeregten und unerfahrenen Personen
während eines Notfalls verwendet werden. Alle Ventilatoren und Maschinen,
einschließlich der Staubsammelsysteme, sollten ausgeschaltet werden. Zugluft
sollte möglichst immer vermieden werden.
3.1.9.8. Feuerbekämpfungsmaßnahmen bei Aluminiumpaste
Bei einem Brand von Aluminiumpaste sollte kein Schlauch zur Bekämpfung des
Brandes verwendet werden, da die Kraft des Strahles das Feuer verbreiten und auch
ausgetrocknete Flocken zum Schweben bringen könnte, wodurch eine Staubwolke
entstehen würde.
Bei der Herstellung von Aluminiumpaste wird das Aluminium mit brennbaren
Lösemitteln vermischt. Die verwendeten Lösemittel sind normalerweise Benzine mit
einem mäßig hohen Flammpunkt. Ein Feuer in einer Aluminiumpaste beginnt als
Feuer des Lösemittels und kann unter Verwendung von Löschmitteln der Klasse B
bekämpft werden. Es dürfen jedoch keine halogenierten Löschmittel verwendet
werden. Ein Brand von Aluminiumpaste kann zu einem gewissen Zeitpunkt die
Eigenschaft eines Pulverfeuers aufweisen.
Seite 38 von 113
Zu diesem Zeitpunkt muss es auch als solches behandelt werden. Es obliegt der
eigenen Einschätzung, zu bestimmen, ob Löschmittel der Klasse B sicher verwendet
werden können. Wenn das Löschmittel sorgsam aufgebracht wird, wird man gleich
bemerken, ob es das Feuer beschleunigt. Dann sollte das Feuer als Pulverfeuer
betrachtet werden.
Der Gebrauch eines Löschmittels der Klasse B sollte eingestellt werden, und ein
Löschmittel der Klasse D oder trockenes inertes Körnchenmaterial verwendet
werden. Wenn sich das Aluminiummetall entzündet hat, kann es unter einer Kruste
flammenlos weiterbrennen und sollte nicht aufgestört werden.
Passend und allgemein in Verwendung sind trockene chemische Schaum- und
Kohlendioxidlöschmittel der Klasse B. Kohlendioxid kann zum Löschen verwendet
werden, wenn durch Lösemittel befeuchtetes Aluminium brennt. Eine Wiederentzündung kann auf Grund von hoher Temperatur an einer Stelle bzw. durch
Spontanerhitzung geschehen. Um eine Wiederentzündung zu vermeiden, muss das
Restmaterial unverzüglich erstickt werden.
Da man von betriebsfremden hauptberuflichen oder freiwilligen Feuerwehrleuten
nicht erwarten kann, dass sie auf die spezifischen Feuer- und Lebensgefahren in
Zusammenhang mit Aluminiumpulver- und –pastenfeuern vorbereitet sind, sollten
diese im Interesse ihrer eigenen Sicherheit vom Betriebsverantwortlichen für
Brandbekämpfung instruiert werden.
3.1.9.9. Löscheinrichtungen
-
-
In der Nähe der Arbeitsraum-Ausgänge müssen Feuerlöscher der Brandklasse D
mit Pulverbrause vorhanden sein. Darüber hinaus müssen trockener Sand oder
Abdecksalze bereitgestellt werden.
Zum Löschen von in Brand geratener Kleidung müssen geeignete Löscheinrichtungen vorhanden sein. Geeignete Löscheinrichtungen sind z.B. Löschdecken, Löschbrausen.
3.1.10. Verfahren zur Aluminiumstaubbeseitigung
Folgende Verfahren dienen zur gefahrlosen zur Aluminiumstaubbeseitigung:
-
Nassverfahren,
Trockenverfahren mit Nassabscheidung des Staubes durch sofortiges Benetzen
des freiwerdenden Staubes,
Trockenverfahren mit Nassabscheidung des Staubes durch Benetzen des
Staubes im Nassabscheider,
Trockenverfahren mit Trockenabscheidung des Staubes,
Verfahren unter Verwendung von Kühlschmierstoffen oder
Fördern und Sammeln des Staubes
Die genauen Ausführungen dazu sind in folgendem Regelwerk enthalten: „BGR 109
Richtlinie zur Vermeidung der Gefahren von Staubexplosionen beim Schleifen,
Bürsten und Polieren von Aluminium und seinen Legierungen“, Hauptverband der
gewerblichen Berufsgenossenschaften Fachausschuss „Eisen und Metall 1“, April
1990 und werden daher an dieser Stelle nicht wiedergegeben.
Seite 39 von 113
3.2. Magnesium
3.2.1. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Silberweißes, sehr leichtes, weiches und dehnbares Leichtmetall. An der Luft bildet
sich eine Oxidschicht. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt etwa 30%, die
Wärmeleitfähigkeit ca. 40% der des Kupfers. Magnesium gehört zur Gruppe der
Erdalkalimetalle, doch zeigt es zu den im Periodensystem darüber und darunter
stehenden Elementen Beryllium und Calcium weniger Verwandtschaft als zu Lithium
(Schrägbeziehung) oder Zink aufgrund der sehr ähnlichen Ionenradien. Die
Verbindungen des Magnesiums sind farblos, sofern nicht der Säurerest farbig ist wie
z.B. bei Magnesiumchromat, Magnesiummanganat. Magnesium ist ein kräftiges
Reduktionsmittel, wird also leicht oxidiert.
Atomgewicht:
Dichte:
Schmelzpunkt – Reinmagnesium:
Liquidustemperatur – Legierung AM60:
Liquidustemperatur – Legierung AZ91:
Siedepunkt:
24,3050 g/mol
1,738 g/cm³
650 °C
615 °C
595 °C
1107 °C (unter Luftabschluss)
Von Säuren aller Art, sogar von Essigsäure, wird Magnesium sehr leicht unter
Salzbildung und Wasserstoff-Entwicklung angegriffen. Lösungen von Salzen,
insbesondere von Chloriden, greifen Magnesium stark an. Laugen greifen,
besonders in stärkeren Konzentrationen, Magnesium nicht an. Bemerkenswert ist die
Beständigkeit gegen Flusssäure und ihre Salze.
Magnesium in kompakter Form ist in der Handhabung ungefährlich. Zum Beispiel
werden seit vielen Jahren in Motoren von Rennsportwagen Kolben aus Magnesium
verwendet. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Magnesiums erfolgt trotz der
hohen Wärmebelastung im Verbrennungsraum des Motors keine Entzündung des
Magnesiumkolbens.
Besondere Gefahren gehen allerdings von den bei der Be- und Verarbeitung
anfallenden Magnesiumspänen und –stäuben aus. Die Magnesiumstäube sind
leichtentzündlich, im aufgewirbelten Zustand in der Luft explosionsfähig.
Wegen der größeren Reaktionsfreudigkeit des Magnesiums im Vergleich zum
Aluminium besteht bei Magnesiumstäuben zusätzlich die Gefahr der Selbstentzündung. Unter besonderen Umständen ist eine Selbstentzündung auch bei
Magnesiumspänen nicht völlig auszuschließen.
Magnesium reagiert insbesondere mit sauerstoffhaltigen Verbindungen. So wird
beispielsweise bei einer Reaktion mit Wasser Wasserstoff freigesetzt. Diese
Reaktion ist von der Wasserzusammensetzung und –temperatur und in hohem Maße
von der Oberfläche des Magnesiums selbst abhängig. Bei Spänen und Stäuben mit
großer spezifischer Oberfläche kann bereits bei Raumtemperatur und Kontakt mit
Wasser so viel Wasserstoff frei werden, dass dieser mit Luft ein explosionsfähiges
Gemisch bildet.
Seite 40 von 113
Unmittelbar gefährliche Reaktionen zwischen Magnesium und einem geeigneten
Reaktionspartner sind besonders bei hohen Temperaturen zu erwarten, also bei
brennendem oder schmelzflüssigem Magnesium.
Technische Magnesiumlegierungen schmelzen bei Temperaturen im Bereich von
etwa 430 °C bis 600 °C. Die Schmelze entzündet sich an der Luft und brennt an der
Oberfläche, wenn keine geeigneten Schutzmaßnahmen (Abdecksalze) getroffen
werden.
Die hohen Verbrennungstemperaturen des Magnesiums von weit über 2400 °C und
seine Reaktionsfreudigkeit mit Wasser bedingen, dass ein einmal entstandener
Magnesiumbrand mit Wasser oder wasserhaltigen Löschmitteln nicht gelöscht
werden kann. Statt des eigentlich erwarteten Löschvorgangs dissoziiert das Löschwasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff. Die Folge ist eine
explosionsartig verlaufende Knallgasreaktion mit möglicherweise fatalen Folgen.
3.2.2. Pyrophore, explosible Eigenschaften
Obwohl Magnesium erst bei ca. 650 °C schmilzt, steigt bereits ab ca. 400 °C die
Entzündbarkeit bzw. Selbstentzündlichkeit wesentlich an. Unterhalb von 400 °C kann
eine Magnesiumschmelze als "eingefroren" (= ungefährlich im Hinblick auf die
Selbstentzündlichkeit) bezeichnet werden. Daher muss Magnesium bei der
Verarbeitung schon ab 400 °C vor Luft geschützt werden. Magnesium entzündet sich
oberhalb 450 °C und verbrennt, besonders in feiner Verteilung (Späne, Pulver,
Staub) mit blendend hellem Licht zu einem feinen, weißen Rauch bzw. Pulver von
Magnesiumoxid, was in Leuchtsätzen (sog. Magnesiumlicht) genutzt wird.
Brennendes Magnesium flackert nicht auf, brennt auch in Kohlendioxid,
Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Stickstoffmonoxid und dergleichen weiter und
entzieht diesen Verbindungen den Sauerstoff. Da brennendes Magnesium
Temperaturen von 2400 °C erreichen und Wasser zersetzen kann, löscht man es am
besten mit trockenem Sand, rostfreien Eisenspänen, wasserfreien Alkali- oder
Erdalkalisalzen. In gasförmigem Chlor verbrennt Magnesium beim Erhitzen unter
Feuererscheinung. Mit Stickstoff reagiert Magnesium bei etwa 500 °C unter Bildung
von Magnesiumnitrid, das sich mit Wasser zu Magnesiumhydroxid und Ammoniak
umsetzt. Das Gemisch des Pulvers mit Salpetersäure explodiert spontan. Das
Gemisch von Magnesiumpulver und flüssigem Sauerstoff ist detonierbar.
Chlorkohlenwasserstoffe wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff oder Methylchlorid
reagieren bei Kontakt mit Magnesium explosiv. Magnesiumpulver oder –späne
entzünden sich in feuchtem Chlor oder Fluor spontan. Verschiedene Metallcyanide
reagieren mit Magnesium unter Aufglühen, wenn man das Gemisch erwärmt.
Nicht stabilisiertes Magnesiumpulver entzündet sich an der Luft von selbst bzw.
reagiert mit Wasser unter Bildung von hochentzündlichem Wasserstoff der sich an
der Luft von selbst entzündet. Magnesiumpulver ist im Gemisch mit Luft
staubexplosionsfähig.
Stabilisiertes Magnesiumpulver ist leichtentzündlich und reagiert mit Wasser unter
Bildung von hochentzündlichen Wasserstoffgasen. Stabilisierter Magnesiumstaub,
kann sich an der Luft durch Funken oder Reibungswärme entzünden, wodurch es in
der Folge zu einer Magnesiumstaubexplosion kommen kann.
Seite 41 von 113
3.2.3. Verwendung
Die Hauptmenge des produzierten Magnesiums wird für Legierungen mit Aluminium
verwendet. Man unterscheidet zwischen Aluminium-Legierungen mit bis zu 11% Mg
und den eigentlichen, extrem leichten Legierungen mit Mg als Hauptbestandteil.
Größere Bedeutung hat das Magnesium als Entschwefelungs- und Reduktionsmittel
in der Eisen- und Stahlindustrie erlangt. Magnesium dient auch als Reduktionsmittel
bei der Herstellung von Titan, Uran, Zirkonium, Hafnium und Beryllium
(Magnesiothermie). In der Pyrotechnik verwendet man Magnesium in Leuchtsätzen
und in Magnesium-Fackeln. Früher wurde das Magnesiumlicht auch für das Blitzlicht
beim Photographieren genutzt. In der organischen Chemie dient Magnesium zum
Trocknen und Absolutieren von Alkoholen sowie als Reaktionspartner bei
zahlreichen Synthesen (Grignard-Reaktionen).
3.2.4. Sonstiges Wissenswertes
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Eine Entzündung von Magnesium kann durch heiße Oberflächen, Funken (elektrostatische Aufladung) oder offene Flammen erfolgen. Magnesium kann in Mischung
mit sauerstoffabgebenden (oxidierend wirkenden) Stoffen (Kohlendioxid,
Kohlenmonoxid, Peroxide, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Chlorate, Nitrate,
Perchlorate oder Permanganate) explodieren. Magnesium überzieht sich an feuchter
Luft mit einer grauen Oxidschicht.
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
Magnesium in Form von größeren Stücken oder Blöcken reagiert nicht. In Stauboder Pulverform reagiert Magnesium mit Wasser und setzt dabei Wasserstoffgas frei.
Verhalten mit anderen Substanzen / Chemikalien:
In Staub- oder Puderform reagiert Magnesium heftig bei Kontakt mit Chlor, Brom und
Iod. Magnesium reagiert sehr leicht mit Säuren unter Bildung von Wasserstoff. Mit
starken Oxidationsmitteln, wie z.B. Chloraten, Nitraten, Perchloraten und
Permanganaten bilden sich explosionsfähige Mischungen. Magnesium reagiert mit
Eisenoxid unter Auftreten des Thermiteffektes (Reduktion von Fe2O3 zu Fe und
Oxidation von Mg zu MgO unter Hitzeentwicklung unter Entzündung, sodass das
Eisen in schmelzflüssigem Zustand vorliegt).
Herstellung:
Magnesium wird durch Schmelzflusselektrolyse von Magnesiumchlorid bzw. in
geringerem Umfang durch Reduktion von Magnesiumoxid mit Ferrosilizium (geeignet
sind auch Fe-Mn-Si-Legierungen, Aluminium, Calciumcarbid) gewonnen. Magnesium
kommt in Form von Barren, Spänen oder Bändern in den Handel.
Entsorgung:
Stäube können durch Nassniederschlagung oder Verbrennung entsorgt werden.
Gesundheitsgefahr:
Magnesiumstaub reizt schwach die Augen und die Atemwege. Symptome sind
Tränen der Augen sowie Brennen der Nasen- und Rachenschleimhäute, Husten.
Seite 42 von 113
3.2.5. Begriffsbestimmungen
Magnesiumstaub ist feinkörniges Magnesium mit einer Korngröße von <500 µm.
Magnesiumspäne sind die beim spanenden Bearbeiten mit geometrisch bestimmten
Schneiden anfallenden Abfälle einschließlich ihrer staubförmigen Anteile.
Magnesiumschlämme sind die mit Wasser oder wasserhaltigen Benetzungsmitteln
gebundenen Magnesiumstäube.
3.2.6. Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit Magnesium
3.2.6.1. Die wichtigsten Regeln beim Umgang mit Magnesium
-
Verringerung der Brandlast (Späne- und Staubbeseitigung).
Vermeidung explosionsfähiger Atmosphäre (Magnesiumstaub, Wasserstoff,
Aerosole und Dämpfe brennbarer Kühlschmierstoffe).
Vermeidung von Zündquellen.
Verhinderung der Entzündung von Magnesiumschmelzen.
Maßnahmen zur Brandbekämpfung und zur Verhinderung der Brandausbreitung.
Verbot von Wasser als Löschmittel im Falle eines Magnesiumbrandes.
3.2.6.2. Umgang mit Magnesiumgrieß
-
-
Gebinde dicht geschlossen halten und bei Raumtemperatur lagern.
Getrennt von brennbaren Stoffen halten.
Vor Wasser und Feuchtigkeit schützen, sowie trocken lagern
Offene Flammen und Zündquellen fernhalten, weil entzündlich
Rauchverbot
Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung treffen (Ex-Schutz, nicht
funkenziehende Werkzeuge).
Reagiert heftig mit Wasser, Säuren, Laugen und Oxidationsmitteln unter Bildung
hochentzündlicher Gase (Wasserstoff)
Aufwirbelungen vermeiden, da ansonsten explosionsfähige Staub-Luft-Gemische
gebildet werden.
Ablagerung von Staub vermeiden. Mechanisch aufnehmen, z.B. vorsichtig
aufkehren; keine gewöhnlichen Staubsauger, sondern solche mit
Nassabscheidung verwenden.
Im Brandfall nur trockenen Sand oder Pulverlöscher der Klasse D verwenden,
niemals Wasser oder CO2 verwenden.
Verarbeitung möglichst unter Schutzgas (z.B. Stickstoff)
3.2.6.3. Lagerung und Transport allgemein
-
Für die Lagerung und den Transport von trockenen Magnesiumspänen und stäuben müssen dicht schließbare Behälter vorhanden sein.
Für die Lagerung und den Transport von feuchten und verunreinigten
Magnesiumspänen und –stäuben müssen schließbare Behälter vorhanden sein,
die so ausgebildet sind, dass freiwerdender Wasserstoff gefahrlos entweichen
kann.
Seite 43 von 113
3.2.6.4. Lagerung und Transport von Magnesiumspänen und –stäuben
oder von Spänen von Legierungen mit Magnesium
-
-
-
-
Trockene Magnesiumspäne und –stäube dürfen nur in dicht verschließbaren
Behältern gesammelt, transportiert und gelagert werden. Die Behälter sind
geschlossen zu halten.
Feuchte und verunreinigte Magnesiumspäne und –stäube dürfen nur in
verschließbaren Behältern, die so ausgebildet sind, dass freiwerdender Wasserstoff gefahrlos entweichen kann, gesammelt, transportiert und gelagert werden.
Es ist eine Trennung nach unterschiedlichen Verunreinigungen vorzunehmen
(z.B. Späne mit anhaftenden wassergemischten Kühlschmierstoffen, öldurchtränkte Späne, mit Kehricht durchsetzte Späne).
Es ist dafür zu sorgen, dass das Eindringen von Tropf- und Spritzwasser in die
Behälter vermieden wird.
Behälter mit Magnesiumspänen und –stäuben dürfen nicht gemeinsam mit
leichtentzündlichen Stoffen im gleichen Raum gelagert werden.
Eine Lagerung von Behältern im Freien ist dann zulässig, wenn sie gegen direkte
Sonneneinwirkung und Eindringen von Feuchtigkeit geschützt sind und ein für
den Brandfall ausreichender Abstand zu Gebäuden eingehalten wird.
Im Freien müssen die Behälter dann gelagert werden, wenn die Gefahr der
Selbstentzündung nicht ausgeschlossen werden kann. Diese Behälter dürfen
nicht in Lagerräumen gelagert werden. Eine Selbstentzündungsgefahr besteht
zum Beispiel bei feuchten, verunreinigten und mit Spänen oder Stäuben anderer
Metalle vermischten Magnesiumspänen und –stäuben bzw. bei vor Witterungseinflüssen ungeschützter Lagerung solcher Produkte im Freien.
3.2.6.5. Lagerung und Transport von Magnesiumschlämmen
-
-
-
Magnesiumschlämme aus Schlammauffangeinrichtungen dürfen nur in abgedeckten Behältern, aus denen freiwerdender Wasserstoff entweichen kann, gesammelt, transportiert, gelagert und umgefüllt werden.
Behälter mit Magnesiumschlämmen sind in gut durchlüfteten Räumen, vorzugsweise jedoch im Freien zu lagern, so dass gefährliche Ansammlungen von
Wasserstoff vermieden werden.
Magnesiumschlämme sind so zu behandeln, dass Selbstentzündung,
Staubbrand- und -explosionsgefahr vermieden werden. Der Selbstentzündung
sowie der Staubbrand- und -explosionsgefahr kann zum Beispiel durch
ausreichende Nässe des Schlamms oder durch Verdichtung entgegengewirkt
werden.
3.2.6.6. Vermeidung von Zündquellen
-
In feuergefährdeten Bereichen ist Feuer, offenes Licht und Rauchen verboten.
In der Nähe von feuergefährdeten Bereichen dürfen Arbeiten mit Zündgefahr nur
ausgeführt werden, wenn sichergestellt ist, dass keine Zündquellen in die
gefährdeten Bereiche gelangen können.
Seite 44 von 113
3.2.6.7. Feuerlöschmittel, Feuerlöscheinrichtungen
Geeignet sind:
Löschpulver der Klasse D
trockene Magnesiumabdecksalze
verwendet)
trockene und rostfreie Gussspäne
trockener Sand
(wie
für
Salzschmelzen
Ungeeignet sind: Wasser und wasserhaltige Stoffe
Löschpulver der Brandklassen A, B, C
Kohlendioxid
Stickstoff
Sauerstoffverdrängende Gase, wie Argon oder andere Gase bzw. Gasgemische, für
welche die Löschwirksamkeit bei Magnesiumbränden nachgewiesen ist, sind nur für
die Anwendung in begrenzten, geschlossenen Räumen (Behälter, technische
Anlagen) geeignet, wenn eine löschwirksame Konzentration des Gases über eine
ausreichend lange Zeit aufrecht erhalten wird.
Der für eine Löschwirkung zu unterschreitende Restsauerstoffgehalt liegt bei
Magnesiumbränden weit unter dem von Bränden organischer Stoffe (wie Öl).
Die für eine Löschwirkung notwendige Löschdauer liegt bei Magnesiumbränden weit
über der von Bränden organischer Stoffe (wie Öl).
3.2.6.8. Löschen von Bränden
-
-
-
-
Zum Löschen von Magnesiumbränden dürfen nur geeignete Feuerlöschmittel und
Feuerlöscheinrichtungen (siehe obige Ausführungen), verwendet werden. Beim
Löschen muss das Aufwirbeln von Staub vermieden werden.
Die Verwendung von Wasser und wasserhaltigen Feuerlöschmitteln ist verboten.
Wasser und wasserhaltige Feuerlöschmittel führen bei brennendem Magnesium
zu gefährlichen Reaktionen (Knallgasbildung!).
Bei kleinen Brandherden kann es zweckmäßig sein, auf Feuerlöschmitteleinsatz
zu verzichten und statt dessen das brennende Magnesium in geeigneter Weise
aufzunehmen und an sicherer Stelle ausbrennen zu lassen.
In Brand geratene magnesiumbehaftete Kleidung ist abzuwerfen und mit einer
Löschdecke zu löschen.
Feuerlöschmittel und Feuerlöscheinrichtungen, die für das Löschen anderer
Brände als Magnesiumbrände vorgesehen sind, dürfen nicht zum Löschen von
Magnesiumbränden verwendet werden.
3.2.6.9. Reinigung und Wartung:
-
-
Bei anfallenden Verschmutzungen, z.B. durch Magnesiumspäne, -stäube und
-schlämme sowie nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe (Öle) sind regelmäßig
Reinigungsarbeiten durchzuführen.
Wartungsarbeiten an Maschinen und Einrichtungen sind regelmäßig
durchzuführen.
Beim Reinigen und Warten in feuergefährdeten Bereichen sind Zündgefahren zu
vermeiden.
Seite 45 von 113
-
-
Beim Reinigen und Warten in explosionsgefährdeten Bereichen sind Besen und
Bürsten aus funkenreißenden Werkstoffen nicht zulässig.
Beim Reinigen ist das Aufwirbeln von Magnesiumstäuben zu vermeiden.
In Bereichen, in denen Ablagerungen von Magnesiumstäuben zu erwarten sind,
dürfen keine Druckluftdüsen benutzt werden.
Zum Aufsaugen von Magnesiumstäuben dürfen nur geeignete Staubsauger
verwendet werden. Geeignet sind z.B.
- handgeführte Sauger, die an einer stationären Absaugeinrichtung mit
Nassabscheider angeschlossen sind,
- Staubsauger mit vorgeschaltetem Nassabsauger.
Es dürfen nur solche Reinigungsmittel verwendet werden, die nicht gefährlich mit
Magnesium reagieren. Beim Einsatz von Chlorkohlenwasserstoffen und chlorkohlenwasserstoffhaltigen Lösemittel-Gemischen als Reinigungsmittel können
beim Kontakt mit Magnesium in reaktiver Form (Späne, Staub) gefährliche
Reaktionen auftreten.
3.2.6.10. Allgemeine Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Staub, Pulver
und Spänen
-
Staub-, Pulver- und Späneablagerungen in gefährlicher Menge sind zu vermeiden
und müssen sich leicht und gefahrlos beseitigen lassen.
An Stellen, an denen Staub, Pulver und Späne vorhanden sind, müssen Maßnahmen getroffen werden, welche eine Entzündung verhindern. Ist dies nicht
möglich, sind Maßnahmen zu treffen, welche die Auswirkungen einer Entzündung
auf ein unbedenkliches Maß beschränken.
3.2.6.11. Brandschutzmaßnahmen bei Staub, Pulver und Spänen
1. (1) In den Arbeitsräumen sowie an den Lagerplätzen und Lagern ist in geeigneter
Weise auf die Leichtentzündlichkeit von Magnesium und auf die Explosionsgefährlichkeit von Magnesiumstaub/Luft-Gemischen oder Magnesiumpulver/LuftGemischen hinzuweisen.
(2) Stellen, an denen Magnesiumstaub, -pulver oder –späne anfallen oder
gelagert werden, sind wie folgt zu kennzeichnen:
VORSICHT MAGNESIUM!
Stäube, Pulver und Späne leicht entzündlich!
Stäube und Pulver im Gemisch mit Luft explosionsfähig!
Nicht aufwirbeln!
BRANDBEKÄMPFUNG
nur mit trockenen Graugussspänen, trockenem Sand
oder Speziallöschmittel der Brandklasse D!
N i c h t Wasser, Normal-Pulver, Schaum,
CO2, Halogenkohlenwasserstoffe verwenden!
Seite 46 von 113
(3) An Arbeitsplätzen, an denen Staub , Pulver oder Späne entstehen oder
lagern, darf nicht geraucht werden. Auf dieses Verbot ist in geeigneter Form
hinzuweisen.
2. (1) Geeignete Brandbekämpfungsmittel und –geräte sind in ausreichender Menge
und an gut zugänglichen Stellen bereitzuhalten.
(2) Geeignete Brandbekämpfungsmittel und –geräte sind trockene, nicht
angerostete Graugussspäne, trockener Sand oder Löschmittel der Brandklasse D
mit Pulverbrause. Wegen weiterer Brandbekämpfungsmittel für Gießereien wird
auf den Punkt „Brandschutzmaßnahmen bei Schmelzen“ verwiesen. Wasser,
Schaum, normales Löschpulver, Kohlendioxid, Stickstoff oder Halogenkohlenwasserstoffe reagieren heftig mit brennendem Magnesium. Sie dürfen
daher als Löschmittel nicht verwendet werden.
3.2.6.12. Lagern und Befördern
(1) Stäube, Pulver und Späne dürfen nur in geschlossenen, besonders gekennzeichneten Behältern aus nicht brennbaren Werkstoffen gelagert und befördert
werden.
(2) Verunreinigte Stäube, Pulver und Späne sowie sonstige Abfälle sind so zu
behandeln, dass dabei keine Gefahren auftreten.
(3) Abfälle in Form von Stäuben, Pulver und Spänen sind an den Arbeitsplätzen in
verschließbaren Blechbehältern zu sammeln und mindestens einmal täglich zur
Sammelstelle des Betriebes zu bringen. Ein Vermischen mit Kehricht ist zu
vermeiden. Die Behälter müssen mit Deckeln versehen sein, die das Eindringen
von Tropf- oder Spritzwasser verhindern.
(4) Die Behälter sind in trockenen Räumen zu lagern; andere leichtentzündliche
Stoffe dürfen nicht im gleichen Raum aufbewahrt werden.
(5) Für feuchte und verunreinigte Stäube, Pulver und Späne sind besondere,
entsprechend gekennzeichnete Behälter vorzusehen. Die Behälter für feuchte
Abfälle müssen so konstruiert sein, dass etwa entstehender Wasserstoff
entweichen kann.
3.2.6.13. Brandschutzmaßnahmen bei Schmelzen
Brände von Magnesiumschmelzen sind mit trockenen Salzen, wie z.B. Lösch- oder
Abdecksalzen für Magnesiumschmelzen, zu bekämpfen. Kleinere Brände können
auch mit trockenem Sand oder mit Feuerlöschern der Brandklasse D mit
Pulverbrause bekämpft werden. Sprinkler-Anlagen sind im Schmelz- und
Gießbereich unzulässig.
Seite 47 von 113
4. Bedingungen und Auflagen für die sichere Lagerung und
Manipulation von Leichtmetallabfällen
Eine sichere Lagerung von Abfällen von Leichtmetallen ist zweifellos nicht nur auf
eine gefährliche Eigenschaft dieser Abfälle abzustellen. Im Abfallregime werden zur
Beurteilung einer stoffimmanenten Gefährlichkeit üblicherweise die Gefährlichkeitskriterien des Rates der Europäischen Union (H1 bis H14) herangezogen. Dabei sind
für die Leichtmetallabfälle generell die Kriterien Gasbildung und Selbstentzündlichkeit
von besonderer Relevanz. Zu diesen Gefährdungen, die eine Zuordnung zu den sog.
gefährlichen Abfällen allein schon aus gesetzlichen Gründen rechtfertigen, tritt der
Umstand hinzu, dass die Leichtmetalle selbst relativ leicht entzündbar und bei einem
Brand schwer löschbar sind.
Mögliche denkbare Sicherheitsvorkehrungen für eine Lagerung und Manipulation
haben daher beiderlei Gesichtspunkte zu umfassen und können sich naturgemäß
nicht nur auf das Vorhandensein von Gefährlichkeitskriterien (H1 bis H14)
beschränken (siehe auch Verordnung über die Festsetzung gefährlicher Abfälle,
BGBl. Nr. 227/1997 idF BGBl. II Nr. 178/2000)
Es wird daher bei der folgenden Auflistung möglicher Bedingungen und Auflagen, die
aus abfallwirtschaftlicher Sicht zu empfehlen wären, folgerichtig auch hinsichtlich
groß- und kleinteiliger Metallstücke unterschieden. Die Partikelgröße oder Stückigkeit
dieser Leichtmetallabfälle wirkt sich weiter bis zu möglichen Löschempfehlungen
oder Brandpräventionen aus, wonach großstückige, massive Metallteile, die noch
nicht brennen, möglicherweise noch mit konventionellen Löschmitteln behandelt
werden können, während diese Vorgangsweise bei bereits brennenden Leichtmetallen oder kleinstückigen Metallteilen katastrophale Auswirkungen haben kann.
Die folgenden Abschätzungen sollten auf der sicheren Seite liegen, unter anderem
auch deshalb, weil Wasser als Löschmittel generell abgelehnt und eine Lagerung vor
Niederschlägen geschützt – ausgenommen für massive Aluminiumabfälle – generell
für empfehlenswert erachtet wird.
Die nachfolgenden Vorschläge sollten dennoch nicht kritiklos übernommen werden,
sondern als Empfehlung für einen Rahmen aufzutragender Maßnahmen dienen. In
jedem Fall sind eigene Überlegungen hinsichtlich allfällig vorhandener Risken
(analog Risikoanalyse) und zu treffender Gegenmaßnahmen (analog Maßnahmenplan) anzustellen, da auch die anzutreffenden Situationen individuell sehr
unterschiedlich sein werden.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die nachstehenden Auflagenpunkte
nach bestem Wissen und Gewissen, aber ohne Gewähr, zusammengestellt wurden.
Seite 48 von 113
4.1. Auflagenpunkte für die sichere Lagerung und Manipulation
von Aluminiumabfällen
1. Aluminiumabfälle (Gussstücke, Profile, Rohre, Bleche, Stanz- und Spanabfälle,
Folien) sind der Schlüsselnummer 35304 mit der Bezeichnung „Aluminium,
Aluminiumfolien“ des Abfallkataloges, ÖNORM S 2100, Ausgabe 1997,
zuzuordnen und sind üblicherweise keine gefährlichen Abfälle.
2. Aluminiumabfälle, insbesondere kleinformatige Späne, daneben Grieße und
Pulver sind wegen ihrer höheren spezifischen Oberfläche und damit der
leichteren Zutrittsmöglichkeit von Luftsauerstoff leichter entzündbar als massive
Aluminiumteile. Aluminiumpulver (nicht phlegmatisiert) ist an der Luft selbstentzündlich. Aluminiumpulver besitzt mit Luft einen auch vom Korndurchmesser
abhängigen Explosionsbereich. Die schützende Oxidschicht von Aluminiumoberflächen wird leicht von Salzen der Elemente Blei, Kupfer, Nickel, Quecksilber,
Silber, Zink und Zinn, von Bromwasserstoff-, Fluss-, Phosphor-, Salz- und
Schwefelsäure, von Eisenchlorid und Jodlösung, von Kali- und Natronlauge sowie
von Soda angegriffen. Bei Einwirkung von Säuren und Laugen auf Aluminium,
sowie von Wasser auf Aluminiumoberflächen ohne Oxidhaut entsteht
Wasserstoff, der selbst wiederum einen Explosionsbereich mit Luft aufweist.
3. Massive Aluminiumabfälle (mit Dimensionsabmessungen ≥ 0,5 cm) sind auf
befestigtem Untergrund so zu lagern, dass sie in keine Umgebungsbrände
involviert werden können und dass insbesondere keine Einwirkungen von
oxidierenden oder die Oxidschicht auflösenden Chemikalien (Punkt 2.) erfolgen
kann. Eine Lagerung im Freien, zweckmäßigerweise auf befestigten Flächen, und
in eigenen Lagerabteilen getrennt nach Schrottsorten erscheint zulässig.
Üblicherweise brennen aber Aluminiumstücke oder Aluminiumabfälle mit diesen
Dimensionsabmessungen nicht.
4. Kleinerteilige Aluminiumabfälle (mit Dimensionsabmessungen ≤1 mm) sind gegen
Niederschläge (Wasser) und Einwirkungen von Chemikalien (siehe Punkt 2.)
geschützt zweckmäßiger Weise in verschließbaren Containern (Behältern),
jedenfalls auf befestigtem Untergrund zu lagern.
Bei pulver- oder staubförmigen Aluminiumabfällen ist zusätzlich dafür Sorge zu
tragen, dass diese, insbesondere bei Lade- und Entladevorgängen nicht aufgewirbelt werden können und vor möglichen Zündquellen (z.B. heißer Auspuff)
fern gehalten werden.
Bei Dimensionsabmessungen von Abfällen zwischen den in Punkt 3. und Punkt 4.
festgelegten ist je nach Größe der Lager zu disponieren.
5. Die Schlüsselnummern 31205 „Leichtmetallkrätzen, aluminiumhaltig“, 31207
„Schlacken aus Schmelzelektrolysen“ und 31211 „Salzschlacken, aluminiumhaltig“, gelten als gefährliche Abfälle im Sinne der Festsetzungsverordnung. Sie
sind jedenfalls in beständigen, verschließbaren Containern und gegen
Feuchtigkeitszutritt geschützt zu lagern.
Seite 49 von 113
Es ist darauf zu achten, dass diese Abfälle Korrosion an den Behältern
verursachen können und dass bei der Lagerung unter anderem durch die
Luftfeuchtigkeit auch Gase freigesetzt werden können. Diese Gase können
toxische Eigenschaften und auch einen Explosionsbereich mit Luft aufweisen:
Wasserstoff H2, Ammoniak NH3, Methan CH4, Phosphin PH3;
Mögliche Zündquellen sind daher von den Behältern fern zu halten. Beim Öffnen
der Lagereinrichtungen ist auf die Eigenschaften dieser möglicherweise gebildeten Gase Rücksicht zu nehmen.
6. Die Behälter (Container) oder Lagereinrichtungen sind hinsichtlich der Lagergüter
verbal eindeutig zu kennzeichnen; zusätzlich sind bei Zutreffen Gefahrenhinweise
nach ADR (Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung
gefährlicher Güter auf der Straße) oder Chemikalienverordnung als Piktogramme
anzubringen.
Besonders ist auch auf die Eignung / Nichteignung von Wasser als Löschmittel
bei Bränden unmittelbar bei den Lagereinrichtungen hinzuweisen.
Eine Nichteignung von Wasser als Löschmittel ist jedenfalls für die Abfälle unter
Punkt 4. und Punkt 5. anzunehmen.
Geeignete Löschmittel (der Brandklasse D oder trockener Sand) sind je nach
Lagereinrichtung in ausreichender Menge (für die Oberflächenabdeckung) bereit
zu halten.
Es ist zusätzlich eine Anweisung für das Verhalten im Brandfalle auszuarbeiten
und dem in Frage kommenden Lagerpersonal wiederholt und nachweislich zur
Kenntnis zu bringen.
Zusätzlich ist mit der örtlich zuständigen Feuerwehr ein Alarm- und Brandschutzplan abzustimmen.
7. Lagereinheiten sind untereinander räumlich getrennt zu halten. Bei Verwendung
von Containern ist zwischen deren Aufstellungsorten ein Abstand von ≥ 2,5 m
einzuhalten; bei Errichtung von Feuermauern haben diese baulichen Einrichtungen die in ihnen gelagerten Abfälle um ≥ 2 m höhenmäßig zu überragen.
Es ist eine ständige Erreichbarkeit sämtlicher Lagereinrichtungen, bei Containern
auch mit Transporteinrichtungen, zu gewährleisten.
8. Getrennte Lagerung von anderen Abfällen, insbesondere gefährlichen Abfällen
aber auch von Produktions-, Einsatz- und Hilfsstoffen mit gefährlichen
Eigenschaften (siehe Chemikalienverordnung BGBl. Nr. 53/1997, ADR –
Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher
Güter auf der Straße 1999), die mit dem Metall gefährlich reagieren können.
9. Auf die Bestimmungen der Abfallnachweisverordnung, BGBl. 65/1991 i.d.g.F., ist
besonders hinzuweisen, wonach über Art, Menge, Herkunft und Verbleib der
Abfälle geeignete Aufzeichnungen, im Falle von gefährlichen Abfällen sog.
gebundene Aufzeichnungen (Begleitscheinsystem) zu führen sind.
Seite 50 von 113
4.2. Auflagenpunkte für die sichere Lagerung und Manipulation
von Magnesiumabfällen und Abfällen von Legierungen von
Magnesium mit Aluminium oder Magnesium mit Lithium
1. Großteilige Magnesiumabfälle, wie Gussstücke, Profile, Bleche, Stanzabfälle,
sowie Abfälle aus dem Abschöpfen von Schmelzoberflächen sind der
Schlüsselnummer 35 308 mit der Bezeichnung „Magnesium“ des Abfallkataloges
ÖNORM S 2100, Ausgabe 1997, zuzuordnen und sind üblicherweise keine
gefährlichen Abfälle.
2. Magnesiumabfälle mit hoher spezifischer Oberfläche , ganz besonders kleinteilige
Stücke, wie Späne, Linsen, Granulate, Grate, etc. sind leichter entzündbar als
massive Magnesiumteile. Magnesiumoberflächen weisen üblicherweise eine vor
weiteren Reaktionen schützende Oberfläche auf, jedoch reagieren Magnesiumpartikel, bei denen diese Schichte zerstört wurde, wegen des unedlen Charakters
des Metalls schon mit Wasser oder feuchter Luft unter Bildung von Wasserstoffgas, welches mit Luft einen Explosionsbereich aufweist.
Diese Oxidschicht ist bei Magnesium wesentlich leichter zerstörbar als bei
Aluminium. An feinteiligen Oberflächen von magnesiumhältigen Abfällen entzündet sich das gebildete Wasserstoffgas auch häufig von selbst. Diese Abfälle
weisen auch sog. pyrophore Eigenschaften auf, sodass es zu spontanen Selbstentzündungen kommen kann.
3. Massive und für eine Wiederverwertung durch Raffination geeignete Magnesiumabfälle mit Dimensionsabmessungen von ≥ 1 cm sind so zu lagern, dass sie in
keine Umgebungsbrände involviert werden können und dass keine Einwirkung
von oxidierenden oder sonstigen gefährlichen Stoffen (Chemikalien,
Mineralölprodukte, andere Abfälle, organische Stoffe) erfolgen kann. Bei
Erhitzung von Magnesium über 400 °C brennt dieses an der Luft von selbst. Die
Lagereinrichtungen sind tunlichst vor Einwirkung von Niederschlägen (Wasser)
durch nicht brennbare Überdachungen zu schützen und zu befestigen. Die
Schichthöhen und -dicken der Leichtmetallabfälle sind zusätzlich dimensionsmäßig zu begrenzen, wobei bei Korngrößen von etwa 1 cm ein maximales
Lagervolumen von 4 m3 zulässig ist. Wird das Luftvolumen bei Lagerung von
Magnesiumschrotten vergrößert, ist wegen der anzunehmenden größeren
Wärmeabfuhr, oder nicht mehr eintretendem Wärmestau bei eventuell auftretenden Reaktionen, auch ein größeres, extrapolierbares Lagervolumen zulässig.
4. Kleinteiligere und für eine Wiederverwertung geeignete Magnesiumabfälle mit
Dimensionsabmessungen von allseitig ≤ 0,1 cm (Späne, Granulate, Linsen,
Grate, Agglomerate in Schlacken etc.) sind zusätzlich obligat in geschlossenen,
rostfreien Containern trocken und gegen Feuchtigkeitszutritt geschützt auf
befestigten Flächen zu lagern.
Seite 51 von 113
Bei Dimensionsabmessungen von Abfällen zwischen den in Punkt 3. und Punkt 4.
festgelegten ist je nach Größe der Lager zu disponieren.
5. Die Schlüsselnummern 31206 „Leichtmetallkrätzen, magnesiumhaltig“, 31207
„Schlacken aus Schmelzelektrolysen“, und 31212 „Salzschlacken magnesiumhaltig“ gelten als gefährliche Abfälle. Sie sind jedenfalls in korrosionsbeständigen,
verschließbaren Containern und gegen Feuchtigkeitszutritt geschützt zu lagern.
Es ist darauf zu achten, dass diese Abfälle Korrosion an den Behältern
verursachen können und dass bei Lagerung unter anderem durch die
Luftfeuchtigkeit auch Gase freigesetzt werden können. Diese Gase können
toxische Eigenschaften und auch einen Explosionsbereich mit Luft aufweisen:
Wasserstoff H2, Ammoniak NH3, Methan CH4, Phosphin PH3;
Mögliche Zündquellen sind daher von den Behältern fernzuhalten. Beim Öffnen
der Lagereinrichtungen ist auf die Eigenschaften dieser möglicherweise
gebildeten Gase Rücksicht zu nehmen.
6. Die Behälter (Container) oder Lagereinrichtungen sind hinsichtlich der Lagergüter
verbal eindeutig zu kennzeichnen; zusätzlich sind bei Zutreffen Gefahrenhinweise
nach ADR (Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung
gefährlicher Güter auf der Straße) oder Chemikalienverordnung als Piktogramme
anzubringen.
Besonders ist auch auf die Eignung / Nichteignung von Wasser als Löschmittel
bei Bränden unmittelbar bei den Lagereinrichtungen hinzuweisen.
Eine Nichteignung von Wasser als Löschmittel ist jedenfalls für die Abfälle unter
Punkt 4. und Punkt 5. anzunehmen.
Geeignete Löschmittel (der Brandklasse D oder trockener Sand) sind je
Lagereinrichtung in ausreichender Menge (für die Oberflächenabdeckung)
bereitzuhalten.
Es ist zusätzlich eine Anweisung für das Verhalten im Brandfalle auszuarbeiten
und dem in Frage kommenden Lagerpersonal wiederholt und nachweislich zur
Kenntnis zu bringen.
Zusätzlich ist mit der örtlich zuständigen Feuerwehr ein Alarm- und Brandschutzplan abzustimmen.
7. Lagereinheiten sind untereinander räumlich getrennt zu halten. Bei Verwendung
von Containern ist zwischen deren Aufstellungsorten ein Abstand von ≥ 2,5 m
einzuhalten; bei Errichtung von Feuermauern haben diese baulichen Einrichtungen die in ihnen gelagerten Abfälle um ≥ 2 m höhenmäßig zu überragen.
Es ist eine ständige Erreichbarkeit sämtlicher Lagereinrichtungen, bei Containern
auch mit Transporteinrichtungen, zu gewährleisten.
8. Getrennte Lagerung von anderen Abfällen, insbesondere gefährlichen Abfällen
aber auch von Produktions-, Einsatz- und Hilfsstoffen mit gefährlichen
Eigenschaften (siehe Chemikalienverordnung BGBl. Nr. 53/1997, ADR –
Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher
Güter auf der Straße 1999), die mit dem Metall gefährlich reagieren können.
Seite 52 von 113
Auf die Bestimmungen der Abfallnachweisverordnung, BGBl. 65/1991 i.d.g.F., ist
besonders hinzuweisen, wonach über Art, Menge, Herkunft und Verbleib der Abfälle
geeignete Aufzeichnungen, im Falle von gefährlichen Abfällen sog. gebundene
Aufzeichnungen (Begleitscheinsystem) zu führen sind.
Bei gefährlichen, insbesondere magnesiumpartikelhaltigen Abfällen ist eine Ausstufung aus dem Regime der gefährlichen Abfälle nach Festsetzungsverordnung und
§ 4 Abfallwirtschaftgesetz dann denkbar, wenn der Nachweis der Ungefährlichkeit
gelingt. Ein solcher Nachweis könnte unter Hinweis das Kapitel Einleitung dieses
Merkblattes und die Bestimmungen der Chemikalienverordnung 1999 dann gelingen,
wenn ein festgelegtes Ausmaß an Gasbildungspotential unter definierten
Versuchsbedingungen unterschritten wird.
Zitat aus dem Chemikalienverordnung 1999, BGBl. II. Nr. 81/2000, vom 10. März
2000, Anhang B, Teil 1, Punkt 2.2.4. Leichtentzündlich: „...Stoffe und Zubereitungen,
die bei Berührung mit Wasser oder mit feuchter Luft hochentzündliche Gase in
gefährlicher Menge (Mindestmenge 1 l/kg.h) entwickeln.....“
Diese Beurteilung kann sich selbstredend nur auf eine bestimmte Charge
(Chargenbegriff nach § 2 Z. 1 AWG: „Eine Abfallcharge ist eine Menge gleichartiger
Abfälle, die innerhalb eines Kalendertages zu einer Deponie angeliefert wird.“) und
keineswegs auf verschieden Abfälle unterschiedlicher Herkunft und unterschiedlicher
Beschaffenheit beziehen. Dieser Nachweis wäre daher im Bedarfsfalle immer wieder
erneut zu führen.
Diese Aussage gilt auch hinsichtlich einer allfälligen Ablagerbarkeit auf Deponien, wo
eine Selbstentzündung auf jeden Fall bei der Beseitigung, bei der Lagerung und
beim Transport vermieden werden muss.
Seite 53 von 113
5. Weitere pyrophore Metalle, Legierungen, Elemente,
Stoffe und Verbindungen
5.1. Alkalimetalle
Unter den Alkalimetallen versteht man die Elemente der ersten Hauptgruppe des
Periodensystems. Dazu gehören Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und
Francium.
5.1.1. Tabellarische Übersicht über die Eigenschaften der
Alkalimetalle
Eigenschaft
Atommasse
(g/mol)
Dichte (g/cm³)
Elektronegativität (V)
Schmelzpunkt (°C)
Siedepunkt
(°C)
Basizität
Härte
nach
Mohs
Lithium
6,941
Natrium
22,98977
Kalium
39,0983
Rubidium Cäsium
85,4678
132,9054
Francium
[223]
0,534
-3,04
0,971
-2,71
0,862
-2,92
1,532
-2,92
1,873
-2,92
180
98
64
38,7
28,64
(27)
1330
892
760
688
690
(680)
sehr stark
0,6
sehr stark
0,4
sehr stark
0,4
sehr stark
0,3
sehr stark
0,2
5.1.2. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Die Atome der Alkalimetalle besitzen ein einsames Elektron (Valenzelektron) über
abgeschlossenen inneren Schalen, weshalb sie in ihren Verbindungen nur einwertig
auftreten. Das schwach gebundene Außenelektron (Leuchtelektron) ist auch
verantwortlich für die bei physikalischen Anregungen auftretende charakteristische
Flammenfärbung. Die reinen Alkalimetalle sind sehr unedel, werden an der Luft
schnell oxidiert und reagieren mit Wasser sehr heftig unter Entwicklung von
Wasserstoff und Bildung ihrer Hydroxide; mit Alkoholen bilden sie Alkoholate.
Folgende Eigenschaften sind für die Alkalimetalle charakteristisch:
- Geringe Härte
- geringe Dichte
- niedriger Schmelzpunkt
- niedriger Siedepunkt
Seite 54 von 113
Ihre Reaktionsfähigkeit nimmt mit steigendem Atomgewicht von Lithium zu Francium
zu. Hergestellt werden die Alkalimetalle meist durch Schmelzflusselektrolyse ihrer
Salze.
Kalium ist reaktionsfähiger als Natrium, obwohl die beiden Metalle ansonsten sehr
ähnlich reagieren. An feuchter Luft reagiert Kalium schon bei Raumtemperatur
spontan. Mit absolut trockener Luft reagiert es nicht und wird auch nicht von
trockenem Sauerstoff oxidiert.
5.1.3. Pyrophore, explosible Eigenschaften
Natrium und Kalium sind an feuchter Luft bei Raumtemperatur entzündlich bzw.
explosionsfähig. Rubidium, Cäsium und Francium in Pulverform sind bereits an der
Luft selbstentzündlich. Lithium ist ab 180 °C an der Luft selbstentzündlich; fein
verteilt oder erwärmt ist es ebenfalls selbstentzündlich.
Die Alkalimetalle reagieren heftig mit Wasser, wobei sich der gebildete Wasserstoff
sofort entzündet. In der Wärme entzünden sich die Alkalimetalle spontan.
5.1.4. Verwendung
Die reinen Alkalimetalle haben in der Technik nur geringe Bedeutung. Die Verwendung erfolgt meist in Form der Verbindungen. Als Kühlmittel in Kernreaktoren,
Katalysator für die Synthese organischer Verbindungen, Legierungszusatz, zur
Titangewinnung, Reduktionsmittel in der organisch-chemischen Industrie, kleine
Mengen zum Trocknen von organischen Lösungsmitteln.
5.1.5. Sonstiges Wissenswertes
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Alkalimetalle sind weiche, brennbare, sehr reaktionsfähige (manchmal mit explosiver
Wirkung) Metalle. Sie entzünden sich bei Erwärmung an der Luft oder in Verbindung
mit Sauerstoff und reagieren heftig bei Kontakt mit Feuchtigkeit unter Bildung von
Wasserstoff (der sich durch die Reaktionswärme entzünden kann) und dem
entsprechenden Hydroxidrauch (ätzend). Erhitzte Alkalimetalle brennen an der Luft
von selbst und schmelzen. In Pulver- und Staubform entzünden sich die Alkalimetalle
bereits bei Raumtemperaturen (20 °C) von selbst.
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
Alkali-Metalle reagieren bei Kontakt mit Wasser sehr heftig. Sie gehen nicht unter,
sondern schwimmen und tanzen auf der Wasseroberfläche unter Feuererscheinung
und Auftreten von Explosionen umher. Dabei bildet sich leicht brennbares
Wasserstoffgas, welches sich entzünden kann und stark ätzendes Hydroxid. In
geschlossenen Räumen sind Explosionen möglich. Es bilden sich ätzende Gemische
mit Wasser, die auch bei Verdünnung noch wirksam sind.
Lagerung:
Trockene Lagerung unter Kerosin oder Paraffinöl. Handhabung mit Handschuhen.
Seite 55 von 113
Entsorgung:
Für kleine Mengen von Alkalimetallabfällen gilt:
Alkalimetalle können in einem inerten Lösungsmittel (z.B. Petroleumbenzin) vorgelegt und durch tropfenweise Zugabe von 2-Propanol unter Rühren deaktiviert
werden. Falls die Reaktion sehr heftig verläuft, sollt die Umsetzung mit tertiär-Butanol
oder Oktanol durchgeführt werden. Achtung: Der dabei entstehende Wasserstoff
kann zu Knallgas-Explosionen führen; deshalb sind entsprechende Vorkehrungen zu
treffen. Nach Beendigung der Reaktion (Bildung von Alkoholaten) wird tropfenweise
Wasser zugegeben und neutralisieren.
Gesundheitsgefahr:
Die Alkalimetalle verursachen schwere Verätzungen der Haut, der Augen, der
Schleimhäute sowie der Lunge. Besonders die Augen sind stark gefährdet. Gefahr
der Erblindung! Die Dämpfe, die bei einem Brand entstehen, wirken stark reizend.
Die Giftigkeit der Metalle selbst spielt gegenüber der ätzenden Wirkung ihrer
Hydroxide, welches sich bei Kontakt mit Wasser (feuchte Schleimhäute) bildet, keine
Rolle. Die Aufnahme der Alkalimetallhydroxide (Laugen) durch den Mund führt zu
ausgedehnten Zerstörungen im Magen und Darmkanal.
Seite 56 von 113
5.2. Erdalkalimetalle
Unter den Erdalkalimetallen versteht man die Elemente der zweiten Hauptgruppe
des Periodensystems. Dazu gehören Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium,
Barium und Radium.
Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium zählen wegen ihrer geringen
Dichte zu den Leichtmetallen; Radium ist ein Schwermetall.
5.2.1. Tabellarische Übersicht über die Eigenschaften der
Erdalkalimetalle
Eigenschaft
Atommasse
(g/mol)
Dichte (g/cm³)
Elektronegativität (V)
Schmelzpunkt (°C)
Siedepunkt
(°C)
Basizität
Härte
nach
Mohs
Beryllium Magnesium Calcium
9,01218
24,305
40,08
Strontium Barium
87,62
137,33
Radium
226,0254
1,86
-1,97
1,741
-2,36
1,540
-2,87
2,67
-2,89
3,5
-2,90
5,0
-2,92
1280
650
838
770
714
700
2480
1110
1490
1380
1640
1530
Stark
6–7
stark
2,0
stark
1,5
stark
1,5
stark
1,5
5.2.2. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Die reinen Elemente sind graue bis weiße, an frischen Schnittflächen glänzende,
schnell oxidierende Metalle. Barium ist etwa so weich wie Blei, die übrigen
Erdalkalimetalle sind härter. Die Erdalkalimetalle besitzen in ihren äußersten
Elektronenschalen zwei Valenzelektronen und treten daher zweiwertig auf. Die
charakteristischen Flammenfärbungen von Calcium, Strontium und Barium können
zum Nachweis herangezogen werden. Die Herstellung der Erdalkalimetalle erfolgt
durch Schmelzelektrolyse bzw. durch aluminothermische Reduktion der
entsprechenden Oxide (BaO, RaO). Die Reaktionsfähigkeit nimmt vom Beryllium
zum Radium zu.
5.2.3. Pyrophore, explosible Eigenschaften
Alle Elemente der Erdalkaligruppe sind in Pulverform bereits an der Luft
selbstentzündlich. Beryllium bildet weiters ein explosives Staub/Luft-Gemisch.
Barium ist auch an feuchter Luft selbstentzündlich. Calcium-Metall ist beim
Erwärmen an der Luft selbstentzündlich. Die Fähigkeit zur Selbstentzündung nimmt
von Beryllium zum Radium ab. Jedoch stellt Magnesium eine Ausnahme dar, da es
sich am leichtesten von selbst entzündet. Die Erdalkalimetalle reagieren heftig mit
Wasser, wobei sich der gebildete Wasserstoff sofort entzündet.
Seite 57 von 113
In der Wärme entzünden sich die Erdalkalimetalle spontan. Mit Wasser reagiert
Barium stärker als Calcium und Strontium, jedoch schwächer als Natrium, unter
Bildung von alkalisch reagierendem Erdalkalihydroxid und Wasserstoff.
5.2.4. Verwendung
Beryllium wird hauptsächlich zur Herstellung von Berylliumbronzen eingesetzt, die
aufgrund ihrer guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit z.B. in der
Elektrotechnik und als Gussform verwendet werden. Reines Beryllium-Metall gibt
Röntgenfenster, die Röntgenstrahlen etwa 17mal so stark durchtreten lassen wie
Aluminium. Verwendung findet es auch in der Luft- und Raumfahrt und für
oxidkeramische Werkstoffe.
Calcium wird in folgenden Bereichen verwendet:
- als Zusatz zu Bahnmetall (Gruppe von Gleitlagerwerkstoffen zum Einsatz in
Gleitlagern von Schienenfahrzeugen; z.B. Zinn-freie Blei-Legierungen höherer
Festigkeit mit Zusätzen an Alkali- und Erdalkalimetallen)
- als Desoxidationsmittel in der Metallurgie, wobei es in Form von verschiedenen
Legierungen eingesetzt wird
- zur Entgasung, Entschwefelung und Entkohlung von Roheisen, Stählen, Kupfer
und Nickel
- zur Herstellung von Calciumhydrid
- als Hilfsmittel bei organischen Synthesen
- zum Trocknen von Alkoholen.
Metallisches Strontium hat keine größere technische Verwendung gefunden. Es
wird jedoch in der Elektronenröhren-Industrie als Getter, zum Härten von
Akkumulator-Bleiplatten, zum Entfernen von Schwefel und Phosphor aus Stahl, zur
Herstellung harter Spezialstähle, in der Pyrotechnik verwendet.
Reines Barium oder mit Aluminium und/oder Magnesium legiertes Barium dient als
Getter in Elektronenröhren und zur Aktivierung von Elektroden. Daneben ist
metallisches Barium als Zusatz zu Lagermetallen empfohlen worden, da es ähnlich
wie Calcium eine kräftige Härtung des Bleis hervorruft.
Radium diente früher zur Demonstration von Kernreaktionen.
5.2.5. Sonstiges Wissenswertes
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Erdalkalimetalle sind entzündliche, oxidierbare, brennbare Metalle. In fein verteilter
Form können sie sich an der Luft von selbst entzünden. Bei Kontakt mit Feuchtigkeit
tritt starke Reaktion ein. Dabei bildet sich Wasserstoffgas und das jeweilige Hydroxid.
Es entsteht ein explosionsfähiges Gemisch mit Luft und eine stark ätzende
Flüssigkeit. Die Substanzen entzünden sich von selbst bei Erwärmung ohne vorher
zu schmelzen. Bereits an feuchter Luft kann Reaktion unter Bildung von Wasserstoff
eintreten. Das Pulver ist empfindlich gegen Schlag und Reibung.
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
Die Erdalkalimetalle reagieren bei Kontakt mit Wasser heftig, wobei das gesondert
unter Punkt 4. beschriebene Magnesium bei weitem am stärksten reagiert.
Seite 58 von 113
Obwohl sie schwerer als Wasser sind, sinken sie nicht ab, sondern schwimmen und
tanzen auf der Wasseroberfläche umher. Dabei bildet sich leicht brennbares
Wasserstoffgas.
Lagerung:
Trockene Lagerung. Handhabung nur mit trockenen Handschuhen.
Gesundheitsgefahr:
Die Substanzen führen zu schweren Verätzungen der Haut, der Augen, der
Schleimhäute. Besonders die Augen sind stark gefährdet. Gefahr der Erblindung! Die
Dämpfe, die bei einem Brand entstehen, wirken stark reizend. Die Giftigkeit der
Erdalkalimetalle selbst spielt gegenüber der ätzenden Wirkung ihrer Hydroxide,
welches sich bei Kontakt mit Wasser (feuchte Schleimhäute) bilden, keine Rolle.
Beryllium und seine Verbindungen sind stark toxisch und krebserregend. Beryllium
und seine Verbindungen führen in Form von Staub und Dämpfen zu schweren
irreversiblen Lungenschäden (sog. Berylliosis), häufig mit tödlichem Ausgang. Haut
und Schleimhäute werden stark angegriffen, chronische Exposition verursacht
Leberschäden und Milzvergrößerung.
Lösliche Bariumsalze (ausgenommen Bariumsulfat, welches unlöslich ist) weisen
ebenfalls toxische Eigenschaften auf.
Seite 59 von 113
5.3. Sonstige pyrophore Metalle
Metalle sind chemische Elemente, die sich im Gegensatz zu den Nichtmetallen im
Periodensystem links der diagonalen Trennungslinie beginnend mit dem Element
Beryllium (2. Hauptgruppe) bis hin zum Polonium (6. Hauptgruppe) befinden, sowie
deren Legierungen und intermetallische Verbindungen mit charakteristischen
metallischen Eigenschaften (siehe unten).
Folgende Metalle besitzen pyrophore Eigenschaften:
Cadmium, Chrom, Eisen, Hafnium, Iridium, Kobalt, Kupfer, Mangan, Nickel,
Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Scandium, Titan, Vanadium, Wolfram,
Yttrium, Zink, Zirkonium
5.3.1. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Bei sehr tiefen Temperaturen besitzen zahlreiche Metalle die Fähigkeit, den
elektrischen Strom widerstandsfrei zu leiten (Supraleitung). Manche Metalle höherer
Elektronegativität besitzen Halbleiter-Eigenschaften. Eng verbunden mit der
elektrischen Leitfähigkeit sind zwei andere charakteristische Eigenschaften der
Metalle: Sehr gute Wärmeleitfähigkeit und hohes Absorptions- und Reflexionsvermögen für sichtbares Licht, mit dem der typische Metallglanz zusammenhängt.
Alle oben angeführten Metalle sind bei Raumtemperatur fest.
Metalle sind lichtundurchlässig und lassen sich im allgemeinen durch verschiedene
Methoden der Bearbeitung gut verformen. Einige Metalle (Eisen, Kobalt, Nickel,
schwere Seltenerdmetalle) und Legierungen weisen ferromagnetische Eigenschaften
auf. Weitere Kennzeichen der Metalle sind zum einen ihre Unlöslichkeit in allen
anorganischen (Ausnahme gegebenenfalls Ammoniak – NH3) und organisch
indifferenten Lösungsmitteln, sowie zum anderen ihre Fähigkeit zur Salzbildung mit
Säuren und ihre überwiegende Einatomigkeit im Dampfzustand. Die Oxide der
niederen Wertigkeitsstufen der Metalle haben in wässrigen Systemen basischen
Charakter, die der höheren Wertigkeitsstufen sauren.
Einige Metall-Oxide reagieren amphoter, dass heißt, sie verhalten sich gegenüber
stärkeren Säuren wie Basen und gegenüber stärkeren Basen wie Säuren (Reaktion
siehe Punkt 11.).
Innerhalb des Periodensystems unterscheidet man aufgrund des Atombaus
zwischen Hauptgruppen- und Nebengruppen- bzw. Übergangsmetallen. Nach
physikalischen Gesichtspunkten stellt man den echten Metallen die Halb-Metalle und
Nicht-Metalle gegenüber; die Elemente Beryllium, Zink, Cadmium, Indium, Thallium
und Blei werden wegen ihrer speziellen Leitfähigkeits- und Schmelzeigenschaften
gelegentlich als Meta-Metalle bezeichnet.
Viele Metalle (z.B. Kalium und Natrium, die Seltenerdmetalle, die Platin-Metalle)
zeigen untereinander weitaus größere Ähnlichkeiten, als man sie unter den NichtMetallen antrifft. Nach der Affinität zum Sauerstoff bzw. der Oxidations-Neigung
unterscheidet man zwischen Edelmetallen (Gold, Palladium, Platin, Iridium, usw.),
Halbedel-Metallen (Zinn, Nickel, Kupfer usw.) und Unedel-Metallen (Eisen, Mangan,
Zink, Magnesium, Aluminium, Natrium usw.).
Seite 60 von 113
Nach der Dichte teilt man die Metalle in Leichtmetalle und Schwermetalle ein. Die
Grenze wird häufig bei einer Dichte von 5 kg/dm3 angesetzt. Von den bekannten
chemischen Elementen zählen etwa 80% zu den Metallen, wobei von diesen aber
nur etwa zwanzig technische Bedeutung haben.
5.3.2. Pyrophore-explosive Eigenschaften
Alle oben angeführten Metalle sind in Pulver- bzw. Staubform mehr oder weniger
stark pyrophor. Die einzelnen Elemente sind im Anhang dargestellt.
Die Neigung zur Selbstentzündung steigt mit der Temperatur und kann zum Teil mit
Wasser unterbunden werden. Die Substanzen reagieren bei Kontakt mit starken
Oxidationsmitteln und starken Basen. In Form von Stücken, als Film und
grobkörniges Granulat sind die Metalle nicht brennbar. Die Brand- und
Explosionsgefahren sowie die Reaktionsgefahren gelten nur für feinverteiltes Pulver,
Staub oder Rauch.
Bei Katalysatoren:
Zur Vermeidung einer Selbstentzündung soll der unverbrauchte Katalysator ständig –
auch beim Lagern – mit Wasser bedeckt sein. Bei Kontakt mit Sauerstoff kann
heftige Selbstentzündung und Verbrennung eintreten. Rostfreier Stahl ist als Behälter
beständig. Polyethylen kann nur verwendet werden, wenn absolute Luft- und
Wasserdichte sowie hohe Festigkeit vorhanden sind.
5.3.3. Verwendung
Die große technische Bedeutung der Metalle ergibt sich aus der zum Teil extrem
beeinflussbaren Bandbreiten ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften
und Eigenschaftskombinationen und, in unmittelbarem Zusammenhang hiermit, auch
aus ihren Verarbeitungsmöglichkeiten. Ein weiteres wichtiges Kennzeichen der
Metalle ist ihre hohe Recyclingrate. Die Mehrzahl der technisch eingesetzten Metalle
und ihrer Legierungen wird als Schmelze erhalten und in der Gießerei, je nach
Eigenschaften und Verwendungszweck, in Blöcke, Brammen, Barren oder Masseln
gegossen, die zu Platten, Blechen, Bändern, Stangen, Profilen, Drähten, Folien und
anderem Halbzeug verarbeitet werden. Durch die verschiedenen Methoden der
Metallbearbeitung erhält man daraus ein Fertigprodukt, das gegebenenfalls noch
einer Wärmebehandlung und/oder einer Oberflächenveredlung unterzogen wird. In
diesem klassischen Bereich wird erfolgreich versucht, durch endabmessungsnahes
Gießen den Umfang von Umformungsprozessen beispielsweise auf dem Wege zum
Blech signifikant zu beschränken. Weitere wesentliche Fortschritte wurden über die
Pulvermetallurgie erzielt. Hierbei werden metallische Pulver oder Pulvermischungen
verpresst und gesintert.
Zunehmende Bedeutung kommt den Verbundsystemen zu, bei denen Metalle
mindestens einen der in diesen Systemen vorhandenen Partner repräsentieren.
Beispiele dafür sind Hartmetalle, Cermets und mit Fasern verstärkte Metalle.
Ebenso werden metallische Fasern zur Verstärkung nichtmetallischer Matrizes
verwendet.
In der Chemie benutzt man feinverteilte Metalle, Metall-Stäube oder Metallverbindungen als Katalysatoren bei Synthesen.
Seite 61 von 113
5.3.4. Sonstiges Wissenswertes
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Metalle sind feste, nur in Pulver-, Span-, Staubform und teilweise als Schmelze
brennbare Stoffe. Bei Aufwirbelung des Staubes bilden sich explosionsfähige StaubLuft-Gemische. Diese Gemische können sich elektrostatisch aufladen. Eine
Entzündung kann durch statische Elektrizität, Funken, heiße Oberflächen oder offene
Flammen erfolgen. Größere Mengen Metallstaub können sich auch in feuchtem
Zustand spontan erhitzten und bei Kontakt mit der Luft entzünden. Bei Brand oder
Erhitzung bis zur Zersetzung bildet sich giftiger Metalloxidrauch. Nickel entzündet
sich nur in feinverteilter Form und bei völliger Trockenheit an der Luft von selbst.
Freigewordenes, feinpulvriges Nickel muss daher mit Wasser gut angefeuchtet sein
bzw. bleiben.
Verhalten beim Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
In kaltem Wasser sind die Metallpulver nur geringfügig löslich und nicht mischbar.
Die Metalle werden von heißem Wasser und Wasserdampf angegriffen. Bei
Berührung mit Feuchtigkeit, Wasserdampf oder Wasser tritt Reaktion unter Bildung
von leicht entzündbarem Wasserstoff ein. Es können sich insbesondere in
geschlossenen Räumen und geschlossenen Behältern explosionsfähige Gemische
mit Luft über der Wasseroberfläche bilden.
Seite 62 von 113
5.4. Legierungen
5.4.1. Allgemeine und physikalisch-chemische Eigenschaften von
Legierungen
Eine Legierung ist ein metallischer ein- oder mehrphasiger Werkstoff eines Zweioder Mehrstoffsystems, dessen Ausgangskomponenten (Legierungs-Elemente)
metallurgisch miteinander in Wechselwirkung treten und dabei zur Bildung neuer
Phasen
(Mischkristalle,
intermetallische
Verbindungen,
Metall-NichtmetallVerbindungen, Überstrukturen) führen. Die Eigenschaften der Legierungen können in
Abhängigkeit von den gebildeten Phasen ähnlich wie die der Legierungs-Elemente
sein oder sich stark von ihnen unterscheiden. Die Benennung von LegierungsGruppen folgt im allgemeinen dem Element mit dem größten Anteil, z.B. NickelLegierungen, Kupfer-Legierungen. Die Bezeichnung einzelner Legierungen orientiert
sich zumeist an der Zusammensetzung, speziellen Eigenschaften oder dem
Anwendungsbereich.
5.4.2. Legierungsarten und deren Verwendungszwecke, sowie
pyrophore Eigenschaften
Es werden an dieser Stelle nur jene Legierungen angeführt die pyrophore
Eigenschaften besitzen.
Magnesium-Legierungen:
Sind eine Gruppe von Legierungen, die neben Magnesium als Hauptbestandteil
Zusätze (gewöhnlich bis ca. 10%) an Aluminium, Mangan, Zink, Kupfer, Nickel, CerMischmetall und anderen Seltenerdmetallen, Silber, Zirkonium, Silizium usw.
enthalten. Aluminium-Gehalte über ca. 10% verspröden Magnesium-Legierungen.
Zink und besonders Zirkonium erhöhen die Zähigkeit, während Mangan, in den
meisten Legierungen mit ca. 0,3% enthalten, die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Beryllium-Zusätze von einigen ppm (parts per million; mg/kg) verringern merklich die
Oxidations-Neigung des schmelzflüssigen Metalls, vergröbern jedoch das Korn.
Seltenerdmetalle und Thorium steigern die Warmfestigkeit. Zirkoniumhältige MetallLegierungen müssen frei von Aluminium und Mangan sein. Sie enthalten statt
dessen Zink. Thorium und Seltenerdmetalle bilden eine eigene Klasse von
Magnesium-Legierungen.
Standard-Legierungen:
Dichte:
elektrische Leitfähigkeit:
Wärmeausdehnungskoeffizient:
Schmelzpunkt:
1,78 – 1,83 g/cm³
7,1 – 20,0 . 104 S/cm
26,0 – 27,3 . 10-6 /°C
590 – 650 °C
Magnesium-Legierungen werden eingeteilt in Magnesium-Knetlegierungen (Basis
Magnesium–Mangan,
Magnesium–Aluminium–Zink)
und
Magnesium-Gusslegierungen; letztere werden ihrerseits in Sandguss, Kokillenguss und Druckguss
oder nach Legierungs-Bestandteilen untergliedert.
Seite 63 von 113
Haupteinsatzgebiete von Magnesium-Legierungen sind Luftfahrt, Maschinenbau aller
Art, optische Geräte, Elektrotechnik, Elektronik, Transportmittel, Büromaschinen und
Haushaltsmaschinen, und zwar generell in Bereichen, bei denen es auf Festigkeit
und Steifigkeit bei möglichst geringem Gewicht ankommt sowie niedrige
Fertigungskosten bei großen Serien gefordert werden. Zunehmende Bedeutung
erhalten Magnesium-Legierungen im Motorenbau für Kraftfahrzeuge.
Brandgefahr liegt bei kompaktem Metall und groben Spänen praktisch nicht vor.
Dagegen kann Schleifstaub wie jeder andere Metallstaub infolge der großen
Oberfläche teilweise explosionsartig zur Entzündung kommen, wenn er nicht sofort,
beispielsweise durch Nassniederschlagen oder Verbrennen, entsorgt wird.
Aluminium-Legierungen:
Die Legierungen des Aluminiums enthalten meist nur geringe Anteile anderer Metalle
neben der Hauptkomponente. Die wichtigsten Legierungs-Zusätze sind Kupfer,
Magnesium, Silizium, Mangan, Zink; in kleineren Mengen werden Nickel, Kobalt,
Chrom, Vanadium, Titan, Blei, Zinn, Cadmium, Bismut, Zirkonium und Silber als
Komponenten verwendet. Bor und Beryllium treten als Spurenkomponenten auf.
Gegenüber Rein-Aluminium weisen die Legierungen meist wesentlich größere
Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, bessere Verarbeitbarkeit, niedrigeren
Schmelzpunkt und geringere elektrische Leitfähigkeit auf.
Aluminium-Legierungen werden verwendet für Leichtbaukonstruktionen, in der
Architektur, in der Tieftemperaturtechnik, in der Kunststoffverarbeitung für
Wärmeaustauscher. Für einen zukünftigen Einsatz im Verkehrswesen, insbesondere
im Flugzeugbau, sind Entwicklungen von Aluminium-Lithium-Legierungen, von
pulvermetallurgisch erzeugten Legierungen und von Legierungen auf der Basis
intermetallischer Verbindungen, wie Titan-Aluminium, aussichtsreich. Aluminium
spielt auch eine Rolle als Legierungs-Element von Kupfer, Zink und Eisen.
Zusammensetzung von Aluminium-Legierungen (Legierungszusätze in Masse-%):
Legierung
Kupfer
Duraluminium 2,5 ⋅⋅⋅ 5
Magnalium
Hydronalium
Lautal
4
Silumin
Skleron*
3
* + 0,08 % Lithium
Eisen
bis 0,5
Magnesium
0,5 ⋅⋅⋅ 2
10 ⋅⋅⋅ 30
3 ⋅⋅⋅ 12
Mangan
0,5 ⋅⋅⋅ 1,2
Silizium
0,2 ⋅⋅⋅ 1
0,6
2
12 ⋅⋅⋅ 14
bis 0,5
Natrium-Legierungen:
Zwar bildet Natrium mit vielen metallischen Elementen Legierungen (Silber,
Aluminium, Gold, Bismut, Quecksilber, Kalium, Lithium, Magnesium, Blei, Zinn,
Thallium, Zink), doch sind von diesen nur wenige technisch bedeutsam, so Natriumamalgam, einige Kalium-Natrium-Legierungen und Natrium-Blei-Legierungen.
Natrium-Blei-Legierung mit ca. 10% Natrium kann im Laboratorium als Trockenmittel
z.B. für Benzol, Ether, Cyclohexanol, sowie technisch auch zur Herstellung von
Bleitetraethyl verwendet werden. Natrium-Blei-Legierung mit 30% Natrium dienen zur
Erzeugung von Wasserstoff (H2) im Laboratorium. Geringe Anteile an Natrium (um
1%) sind in manchen Lagerwerkstoffen (z.B. Bahnmetall) enthalten.
Seite 64 von 113
Kalium-Natrium-Legierungen:
Gruppe von – an der Luft selbstentzündlichen – Legierungen des Natrium und
Kalium, z.B. mit 44% Kalium und 56% Natrium (Dichte 0,886 g/cm³, Schmelzpunkt
19°C, Siedepunkt 825 °C), mit 78% Kalium und 22% Natrium (Dichte 0,819 g/cm³,
Schmelzpunkt –11 °C, Siedepunkt 784 °C).
Sie werden verwendet für Heizbäder, organische Reduktions-Verfahren,
Wärmeaustausch-Systeme, für schnelle Brutreaktoren.
Titan-Legierungen:
Sammelbezeichnung für metallische Legierungen mit Titan als Hauptbestandteil. Die
meist verwendeten Titan-Legierungen enthalten ein oder mehrere der folgenden
Legierungs-Elemente: Aluminium, Vanadium, Zinn, Molybdän, Zirkonium, Chrom,
Eisen, Palladium, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie zeichnen
sich durch geringe Dichte, hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aus.
Titan-Legierungen kommen des weiteren in Form von Ferrotitan, in der Stahlmetallurgie zur Desoxidierung und Korngrößenverminderung von Stahl technische
Bedeutung zu. Dadurch werden bei Stahl die mechanischen Eigenschaften
verbessert und die Empfindlichkeit der Schmelze gegen Überhitzung und eine sich
daraus ergebende Grobkornbildung bei der Erstarrung gesenkt.
Titan-Legierungen werden hauptsächlich in der chemischen Technik sowie in der
Luft- und Raumfahrt verwendet, daneben auch für Implantate in der Humanmedizin.
Tantal-Legierungen:
Tantal-Legierungen werden aufgrund ihrer hohen Schmelzpunkte für thermisch
hochbeanspruchte Bauteile der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Von Vorteil hierfür
sind auch die guten Festigkeitskennwerte bei hohen Temperaturen (bis 1600 °C) und
die gute Schweißbarkeit und Verformbarkeit. Daneben finden Tantal-Legierungen
ebenso wie Tantal zunehmend Anwendung im Chemieapparatebau, da sie sich
durch eine mit unlegiertem Tantal vergleichbare hohe Beständigkeit gegen eine
Vielzahl von aggressiven Stoffen wie Mineralsäuren, trockenem und feuchtem Chlor
und Brom, Chromsäure und einigen Metallschmelzen auszeichnen. Nicht
verwendbar sind Tantal-Legierungen lediglich in alkalischen Lösungen, Flusssäure,
Flusssäure-Salpetersäure-Gemischen, Fluoriden, Oleum (100 % Schwefelsäure +
Schwefeltrioxid SO3) und Schwefeltrioxid (SO3). Wegen des hohen Preises werden
Tantal-Legierungen häufig als Auskleidungen oder in Form von Sprengplattierungen
auf kostengünstigeren Grundwerkstoffen wie Stahl verwendet. Tantal-Legierungen
neigen ebenso wie Tantal zur Aufnahme von Wasserstoff und in deren Folge zur
Wasserstoffversprödung. Die Herstellung von Bauteilen aus Tantal-Legierungen erfolgt teilweise auf dem Wege der Pulvermetallurgie.
Chrom-Legierungen:
Sind Legierungen, in denen das Element Chrom den größten Anteil bildet oder
größte Bedeutung hat, wie z.B. Vorlegierungen (Ferro-Legierungen für die
Metallurgie) und Superlegierungen (für Hochtemperatur-Anwendungen).
Vorlegierungen werden im Rahmen der Herstellung von Legierungen eingesetzt, da
sich die Anwendung von reinem Chrom aus Reaktivitätsgründen verbietet. Superlegierungen werden bei Bauteilen für Hochtemperatur-Einsatz, z.B. in Turbinen oder
Öfen, verwendet.
Seite 65 von 113
Mangan-Legierungen:
Legierungen mit dem Hauptlegierungselement Mangan werden bevorzugt in der
Eisen-Metallurgie verwendet. Deutlich geringere technische Bedeutung haben
Legierungen mit Kupfer und/oder Nickel, die wegen ihres hohen elektrischen
Widerstands oder ihres hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Anwendung
finden, letztere beispielsweise bei Bimetallen. Weitaus umfangreicher ist dagegen
der Einsatz von Mangan als Legierungselement. In Stählen verbessert Mangan die
Zähigkeit; Gehalte bis zu 17% finden sich in Mangan-Hartstählen mit ihren
ungewöhnlichen Kaltfestigkeitseigenschaften. Vereinzelt dient Mangan als Ersatz für
das teurere Nickel in nichtrostenden Stählen.
Bedeutung hat Mangan auch in Kupfer-Legierungen und Aluminium-Legierungen, in
denen es wichtige Gebrauchseigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Verformbarkeit
und Korrosionsbeständigkeit positiv beeinflusst.
Eisen-Legierungen:
1. Eisen:
Das technische Eisen ist im wesentlichen eine Legierung des Eisens mit Kohlenstoff.
Neben Kohlenstoff enthalten die im täglichen Leben verwendeten Eisen- und
Stahlsorten als weitere Legierungsbestandteile mehr oder weniger Silizium, Mangan,
Schwefel, Phosphor. Bei den legierten Edelstählen werden die technischen
Eigenschaften des Eisen außerdem noch durch besondere Zusätze von Aluminium,
Chrom, Mangan, Molybdän, Nickel, Tantal, Titan, Vanadium, Silizium, Kobalt, Niob,
Wolfram usw. verbessert. Es gibt kein zweites Metall, das seine Eigenschaften durch
Legierungsmaßnahmen und/oder durch Wärmebehandlung, durch Härtung in solch
außerordentlichem Umfang verändert wie Eisen. Eisen-Pulver kann auch zu
Sintermetall verarbeitet werden.
Feinst verteiltes Eisen entzündet sich bei Berührung mit Luftsauerstoff oft von selbst.
2. Stahl:
Schmiedbares Eisen mit einem Kohlenstoff-Gehalt von weniger als 2,1% die
wichtigste Form des technischen Eisens, in die ca. 90% des in der Welt erzeugten
Roheisens überführt werden. Von besonderer Bedeutung sind die mechanischen
Eigenschaften (Festigkeit, Zähigkeit, Härte), das Verschleißverhalten und die
Korrosionsbeständigkeit. Grundlage der Stahl-Eisen-Technologie ist die Kenntnis des
Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramms und die darauf basierenden grundlegenden
Zusammenhänge.
Als unlegiert bezeichnet man einen Stahl, wenn sein Gehalt an Eisen-Begleitern
folgende Anteile nicht übersteigt: 0,5% Silizium; 0,8% Mangan; 0,1% Aluminium oder
Titan; 0,25% Kupfer; 0,06% Schwefel; 0,09% Phosphor.
Verwendung:
Eisen ist bei weitem das wichtigste Gebrauchsmetall. Eisen und Stahl sind in der
technischen Welt nahezu allgegenwärtig. Die Verwendungsmöglichkeiten sind sehr
vielfältig (Automatenstähle, Edelstahl, nichtrostende Stähle, Schnellarbeitsstahl,
Ferro-Legierungen etc.). In der Chemie werden Eisen und Eisen-Verbindungen als
Katalysatoren
für zahlreiche Produktionsprozesse verwendet. Viele EisenVerbindungen haben als Arzneimittel, chemische Reagenzien, Pigmente, als
Materialien mit interessanten magnetischen Eigenschaften und dergleichen
erhebliche Bedeutung.
Seite 66 von 113
Kobalt-Legierungen
Etwa zwei Drittel des produzierten Kobalt werden für Legierungen eingesetzt. In
reiner Form wird Kobalt dagegen kaum verwendet. Bei den Kobalt-Legierungen kann
man fünf größere Gruppen unterscheiden:
1. Hochtemperaturwerkstoffe:
Diese Legierungen mit Kobalt-Chrom-Matrix weisen sowohl extreme Festigkeit bei
Temperaturen bis oberhalb 1000 °C als auch gute Zunder-Beständigkeit als Folge
einer sehr komplexen Zusammensetzung (Nickel, Wolfram, Eisen, Tantal, Titan,
Zirkonium, Bor) auf.
2. Magnetwerkstoffe:
Hierbei wird Kobalt zum einen als Legierungselement in gehärteten KohlenstoffStählen eingesetzt, weiterhin liegt Kobalt in Gehalten bis 36% in Nickel-EisenAluminium-Kobalt-Gusslegierungen mit hoher magnetischer Sättigung vor. Eine
Neuentwicklung stellen schließlich Permanentmagnete der Zusammensetzung
Metall-Cobalt-5 (Metall ist Samarium, Praseodym oder Cermischmetall) dar, die als
Pulver in starken magnetischen Feldern gerichtet kompaktiert werden.
3. Hartmetalle:
Ein hoher Anteil Kobalt geht in die Erzeugung sehr harte Metall-Legierungen des
Typs Kobalt-Chrom-Wolfram (Molybdän-Nickel). Die Anwendung erfolgt bevorzugt
bei starker Verschleißbeanspruchung.
4. Höchstfeste Stähle:
Bis ca. 10% Kobalt wird hochverschleißfesten Stählen (z.B. Werkzeug-Stählen)
zugesetzt. Stähle höchster Festigkeit enthalten neben Nickel und Molybdän bis ca.
20% Kobalt.
5. Werkstoffe für die Medizintechnik:
Vitallium (Kobalt mit 30% Chrom, 5% Molybdän sowie Kohlenstoff- und SiliziumAnteilen) wird als Zahnersatz eingesetzt, Kobalt-Chrom-Legierungen als
Endoprothesen (Hüftgelenke). Außerdem findet Kobalt Anwendung in
Federlegierungen sowie Legierungen mit besonderen physikalischen Eigenschaften
(thermische Längendehnung, Tonträgereignung). Erwähnenswert ist schließlich die
gemeinsame Verwendung von Kobalt und Nickel zur Bildung harter, elektrolytisch
abgeschiedener Schichten.
Nickel-Legierungen:
Bezeichnung für alle metallischen Legierungen mit Nickel als Hauptbestandteil.
Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften werden Nickel-Legierungen in
unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. In aggressiver Umgebung finden deshalb
neben Reinnickel auch Legierungen der Systeme Nickel–Chrom–Eisen, Nickel–
Kupfer, Nickel–Chrom, Nickel–Molybdän, Nickel–Chrom–Molybdän und Nickel–
Eisen–Chrom–Molybdän Anwendung.
Sie finden auch Verwendung in der Chemie-, Energie-, Umwelt- und OffshoreTechnik. Sie werden weiters eingesetzt als Münzmetalle, Widerstands-Legierungen,
im Schiffs-, Apparate- und Maschinenbau, als Hartlote, magnetische Werkstoffe,
sowie für Tafelgeschirre, chirurgische Instrumente und kunstgewerbliche
Gegenstände.
Platin-Legierungen:
Legierungen des Platins mit anderen Edelmetallen. Platin-Legierungen bilden
innerhalb der Gruppe der Edelmetall-Legierungen eine technisch bedeutsame
Werkstoffgruppe.
Seite 67 von 113
Sie finden Verwendung als Laborgeräte für extreme chemische und thermische
Beanspruchungen (Platin, Platin-Iridium, Platin-Rhodium), verfahrenstechnische
Komponenten in der Fluor-Chemie, Berstscheiben, Vorrichtungen zum Erschmelzen
hochwertiger Gläser (Platin-Rhodium), Düsen in der Glas- und KunststofffaserHerstellung (Platin-Gold, Platin-Iridium), Katalysatoren in der chemischen
Verfahrenstechnik und zur Kfz-Abgasbehandlung (Platin-Rhodium, Platin-Palladium),
Thermoelemente (Platin/Platin-Rhodium), Dentaltechnik.
Kupfer-Legierungen:
Guss- und Knetlegierungen mit Kupfer als Hauptlegierungs-Element. Kupfer bildet
mit zahlreichen anderen Metallen Mischkristalle. Im Vergleich zu Kupfer weisen diese
und damit auch die entsprechenden Kupfer-Legierungen insbesondere bessere
mechanische Eigenschaften auf. Die Schweißeignung ist durchweg gut, vielfach wird
von Kupfer-Legierungen auch wegen ihrer besonderen chemischen (Beständigkeit)
und physikalischen Eigenschaften (gute elektrische und Wärmeleitfähigkeit sowie
Kaltum- und Kaltverformbarkeit) Gebrauch gemacht. Die Gruppen von KupferLegierungen werden nach dem jeweiligen Hauptlegierungs-Element benannt.
Messing: Kupfer-Zink-Legierung mit mind. 50% Cu. Sondermessinge enthalten zur
Erzielung besonderer Eigenschaften zusätzlich Aluminium, Arsen, Eisen, Mangan,
Nickel, Phosphor, Silizium und/oder Zinn Bronzen. Kupfer-Aluminium-Legierungen
mit 3–14% Aluminium sind die chemisch beständigsten Kupfer-Legierungen.
Oberhalb 10% ist eine Verformung nicht mehr möglich. In Kupfer-SiliziumLegierungen erhöhen max. 3% Silizium ebenfalls die Beständigkeit.
Kupfer-Beryllium-Legierungen mit Gehalten bis 2,8% Beryllium sind aufgrund der
Ausscheidung von Cu2Be aushärtbar mit trotzdem hoher elektrischer Leitfähigkeit.
Kupfer-Blei-Zinn-Legierungen mit max. 18% Blei und 10% Zinn zeichnen sich durch
gute Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hervorragenden Notlaufeigenschaften
aufgrund der Blei-Einlagerungen aus. Kupfer-Zink-Nickel-Legierungen mit 11–28%
Nickel sind ebenfalls sehr korrosionsbeständig. Kupfer-Nickel-Legierungen werden
gegebenenfalls mit Eisen-Zusatz in einem breiten Legierungs-Bereich eingesetzt, da
Kupfer und Nickel lückenlos homogene Mischkristalle bilden. Diese Legierungen
zeigen eine für Kupfer-Legierungen ungewöhnlich gute Warmfestigkeit, daneben
auch eine besondere chemische Beständigkeit. Weitere Sonderlegierungen werden
beispielsweise als Münzmetalle eingesetzt. Kupfer-Legierungen werden bevorzugt in
der Elektro-, Sanitär-, Verfahrens-, Getriebe- und Lagertechnik (Gleitlager) sowie
Nahrungsmittel-Industrie verwendet.
Silber-Legierungen:
Sammelbezeichnung für Legierungen, die neben Silber besonders Kupfer,
Palladium, Zink, Nickel, Wolfram, Molybdän und Cadmium enthalten und von denen
die Silber-Kupfer-Legierungen für die Herstellung von Schmuck, Bestecken und
Geräten besondere Bedeutung erlangt haben.
Silber-Cadmium- und Silber-Indium-Cadmium-Legierungen finden Anwendung in
Steuer- oder Trimmstäben von Kernreaktoren, Nickel-, Wolfram- oder Molybdänhaltige Silber-Legierungen in der Elektrotechnik, Silber-Quecksilber-Legierungen
(Silberamalgame) bzw. Silber-Zinn-Quecksilber-Legierungen als Dentallegierungen.
Außerdem werden Werkstoffe hergestellt, die in der Silber-Matrix Aluminiumoxidoder Cadmiumoxid-Teilchen dispergiert enthalten und sich durch besondere Härte
sowie Hitzebeständigkeit auszeichnen, sowie Silber-Graphit-Werkstoffe, die pulvermetallurgisch hergestellt werden. Sie können z.B. für elektrische Kontakte,
Schutzschalter, Berstscheiben und in chemischen Apparaturen angewendet werden.
Seite 68 von 113
Gold-Legierungen:
Mit den technisch wichtigsten Legierungselementen Silber, Kupfer, Nickel, Palladium
und Platin bildet Gold im gesamten Legierungsbereich eine ununterbrochene Reihe
von Mischkristallen.
Verwendung (Technik):
Aushärtbare Gold-Legierungen mit 30–50% Platin werden für höchstbeanspruchte
Spinndüsen verwendet. In Ausnahmefällen werden Dichtungen aus GoldLegierungen eingesetzt, wenn extrem aggressive Betriebsbedingungen vorliegen. In
der Elektrotechnik und Elektronik werden Gold-Nickel- und. Gold-Silber-Legierungen
verwendet, da ihre Neigung zur Bildung isolierender Deckschichten gering ist.
Quecksilber-Legierungen – Amalgame:
Bezeichnung gilt für die flüssigen oder festen Legierungen des Quecksilbers mit
Metallen. Außer mit Gold und Silber amalgamiert sich Quecksilber leicht mit Natrium,
Kalium, auch mit Zink, Cadmium, Zinn, Blei und Kupfer. Quecksilber bildet keine
Amalgame mit Eisen, Mangan, Nickel, Kobalt, Wolfram und Molybdän, weshalb man
das Handelsquecksilber auch in eisernen Flaschen aufbewahrt.
In der Chlor-Alkali-Elektrolyse nach dem Quecksilber-Verfahren ist Natrium-Amalgam
wichtiges Zwischenprodukt. In der Dentaltechnik sind die beständigen Zinn-KupferEdelmetall-Amalgame trotz der Diskussion um gesundheitliche Risiken immer noch
das meistverwendete Mittel für Zahnfüllungen (Plomben). Die Alkalimetall-Amalgame
dienen gelegentlich als Reduktionsmittel.
Zinn-Legierungen:
Sammelbezeichnung gilt für alle Legierungen, die Zinn als Legierungsbestandteil
enthalten und die nicht von anderen Bezeichnungen erfasst werden. Zinn findet sich
wegen seiner besonderen Eigenschaften als Legierungs-Element in Werkstoffen für
Gleitlager, niedrigschmelzende Komponenten, korrosionsbeständige Bauteile und
Ziergegenstände.
Blei-Legierungen:
Technisch wichtige Legierungen des Blei mit anderen Metallen (Antimon, Zinn,
Cadmium und Kupfer) zum Erreichen höherer Festigkeit und Härte.
Die Blei-Legierungen werden in Bleispritzguss-Legierungen mit bis 41% Zinn, bis
14% Antimon und bis 3,5% Kupfer für die Fertigung genauer Gussstücke eingesetzt.
Bismut-Legierungen:
Mit Silber, Blei, Quecksilber, Kupfer, Zinn, Gold und den Platinmetallen lässt sich
Bismut leicht legieren; die Legierungen mit Cadmium, Indium, vor allem aber Blei,
Zinn und Zink zeichnen sich durch niedrige Schmelzpunkte aus (ca. 46–140°C) und
haben darüber hinaus häufig – ebenso wie Bismutmetall selbst – einen negativen
Ausdehnungskoeffizient, das heißt, sie dehnen sich beim Erstarren etwas aus.
Bismut-Legierungen werden zur Herstellung niedrigschmelzender Legierungen, für
sog. Schmelzsicherungen, zur Herstellung von Druckstöcken verwendet.
Seite 69 von 113
5.4.3. Sonstiges Wissenswertes
Kalium-Metall-Legierungen:
Verhalten bei Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Kalium-Natrium-Legierungen sind weiche, brennbare, sehr reaktionsfähige Metalle,
manchmal mit explosiver Wirkung. Sie reagieren heftig bei Kontakt mit Feuchtigkeit
und unter Bildung von Wasserstoff (der sich durch die Reaktionswärme entzünden
kann) und Kaliumhydroxidrauch. Erhitztes Kalium und Legierungen mit sehr hohem
Kaliumanteil brennen an der Luft von selbst und schmelzen dabei. Dabei dürfen sie
nicht mit Wasser in Berührung kommen, sonst spritzen sie umher und vergrößern
den Brand.
Verhalten bei Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
Kalium-Metall und Legierungen mit sehr hohem Kaliumanteil reagieren mit Wasser
äußerst heftig. Sie schmelzen und tanzen auf dem Wasser unter Feuererscheinung
und Explosionen umher und lösen sich dabei im Wasser unter Bildung von stark
basischer Kali-Lauge auf.
Bemerkungen:
Fernhalten jeder Feuchtigkeit. Kaliummetall und Legierungen nur mit trockenen
Geräten umfüllen. Transport in dichten Fässern in Paraffinöl getaucht, um Luft
fernzuhalten. Brände nicht mit Wasser löschen.
Natrium- Kalium-Legierungen:
Verhalten bei Freiwerden und Vermischen mit Luft:
Natrium-Kalium-Legierungen sind brennbare, sehr reaktionsfähige Metalllegierungen.
Natrium-Kalium-Legierung ist eine sehr reaktionsfähige Flüssigkeit. Die Legierungen
entzünden sich bei Erwärmung an der Luft oder in Verbindung mit Sauerstoff. Sie
reagieren heftig bei Kontakt mit Wasser (Feuchtigkeit) unter Freisetzung von
Wasserstoff, der durch die bei der Reaktion entstehende Hitze entzündet werden
kann.
Verhalten bei Freiwerden und Vermischen mit Wasser:
Kalium-Natrium-Legierungen reagieren bei Kontakt mit Wasser sehr heftig. Sie
schwimmen und tanzen auf der Wasseroberfläche umher, wobei sich leicht brennbares Wasserstoffgas und stark ätzendes Kalium- und Natriumhydroxid bilden.
Bemerkung: Diese Legierungen reagieren außerdem sehr heftig bei Kontakt mit
starken Oxidationsmitteln (z.B. Wasserstoffperoxid, Chromate, Permanganate).
Seite 70 von 113
5.5. Sonstige Stoffe
Folgende Nicht- bzw. Halbmetalle aus dem Periodensystem besitzen pyrophore
Eigenschaften:
Bor, Fluor, Phosphor, Schwefel, Selen, Silizium, Uran, Bismut
5.5.1. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Bor:
Nichtmetallisches Element der 3. Hauptgruppe des Periodensystems mit HalbleiterEigenschaften. Es gibt 2 Formen: Das rote α-rhomboedrische Bor (Dichte 2,46
g/cm³), geht beim Erhitzen auf 1200°C in das stabile, dunkel glänzende βrhomboedrische Bor über (Dichte 2,35 g/cm³).
Atomgewicht:
Härte (Mohs):
Schmelzpunkt:
Siedepunkt:
10,811 g/mol
ca. 10
2300°C
2550°C (sublimiert)
Die elektrische Leitfähigkeit von Bor ist bei 20°C gering (beträgt nur ca. 10%
derjenigen von Kupfer), steigt jedoch beim Erwärmen ziemlich rasch an.
Außer Kohlenstoff und Silizium besitzt kein anderes Element ähnlich viele
Verbindungen mit Wasserstoff wie Bor.
Fluor:
Nichtmetallisches Element der 7. Hauptgruppe des Periodensystems (Halogene).
Fluor ist unter Normalbedingungen ein schwach grünlich-gelbes, stechend (chlorartig) riechendes, giftiges, stark ätzendes Gas aus F2-Molekülen.
MAK-Wert:
Litergewicht:
Schmelzpunkt:
Siedepunkt:
0,2 mg/m³ (bzw. 0,1 ppm)
1,696 g (bei 0 °C)
-219,62 °C
-188,14 °C
Das verflüssigte Fluor (F2; kritische Temperatur –129 °C, kritischer Druck, 5220 kPa)
ist eine hellgelbe Flüssigkeit; das feste Fluor ist ebenfalls gelb.
In seinen Verbindungen (Fluoride) ist Fluor stets negativ einwertig. Es ist das
elektronegativste Element (Elektronegativität) des Periodensystems. Unter allen
Elementen zeigt Fluor die stärkste chemische Aktivität. Im Vergleich zu den übrigen
Halogenen nimmt Fluor eine gewisse Sonderstellung hinsichtlich seiner Verbindungen ein. So ist z.B. Calciumfluorid nahezu wasserunlöslich; Calciumchlorid, bromid und –jodid sind dagegen leicht löslich. Umgekehrt löst sich Silberfluorid leicht
in Wasser, während die übrigen Silberhalogenide unlöslich sind.
Phosphor:
Nichtmetallisches Element der 5. Hauptgruppe des Periodensystems.
Atomgewicht:
30,97 g/mol,
Seite 71 von 113
Es gibt verschiedene allotrope Modifikationen:
• Weißer (gelber oder farbloser) α-Phosphor: Wachsweiche, an frischen
Schnittflächen gelbliche, an der Oberfläche weiße, durchscheinende Massen von
eigenartigem Geruch.
Dichte:
1,83 g/cm³ (fest)
Dichte:
1,74 g/cm³ (flüssig, 50 °C)
Schmelzpunkt: 44,1 °C
Siedepunkt:
280,5 °C
Weißer Phosphor ist gut löslich in Schwefelkohlenstoff, Dischwefeldichlorid
(S2Cl2) und Phosphortrichlorid (PCl3); weniger gut löslich in Ether, Benzol,
Terpentinöl und fetten Ölen. α-Phosphor raucht an der Luft. Unterhalb von
–76,9 °C geht α-Phosphor in den hexagonalen Weißen β-Phosphor (Dichte 1,88
g/cm³) über. Im festen, geschmolzenen und gelösten Zustand besteht Weißer
Phosphor aus P4-Molekülen, im Dampfzustand dissoziiert er über 800 °C in
P2-Moleküle und über 2000 °C in einzelne Phosphor-Atome (P).
Seite 72 von 113
•
•
Roter Phosphor: Entsteht, wenn man weißen Phosphor unter Luftabschluss auf
über 250 °C erhitzt (Dichte: 2,10 g/cm³). Bei weiterem Erhitzen (über 450 °C) wird
das amorphe dunkelrote Pulver kristallin. Dieser sog. violette Phosphor (Dichte
2,32 g/cm³) – die zwischen 550 und 620 °C stabilste P-Modifikation – geht beim
Erhitzen über den Schmelzpunkt in den dann stabilen weißen Phosphor über.
Schwarzer Phosphor: Als Hochdruck-Modifikation des Weißen Phosphor bildet
eisengraue, metallisch glänzende rhombische Kristalle (Dichte 2,67 g/cm³, Härte
2) mit guter Wärme- und elektrischer Leitfähigkeit, die über 550 °C in roten
Phosphor übergehen.
Roter und schwarzer Phosphor sind in keinem Lösungsmittel löslich, nicht
selbstentzündlich, nichtleuchtend und nichtflüchtig und daher auch nicht giftig.
Allerdings kann Roter Phosphor im Gemisch mit Kaliumchlorat oder anderen
Oxidations-Mitteln durch Stoß und Reibung zur Explosion gebracht werden. Aus
Schmelzen aller Modifikationen entsteht immer der Weiße Phosphor. Dieser
verbrennt im Chlor-Strom zu Phosphorpentachlorid unter Selbstentzündung, wird
durch starke Oxidations-Mittel in wässriger Lösung zu Phosphorsäure oxidiert und
bildet mit Schwefel zusammengeschmolzen gefährliche, selbstentzündliche
Massen. Brände von Weißem Phosphor sind mit Wasser oder Schaum schwer zu
löschen, da nach dem Ablaufen oder Verdunsten des Löschmittels mit weiterer
Selbstentzündung zu rechnen ist. Der hellrote Phosphor, den man durch Erhitzen
von Weißem Phosphor in siedendem Phosphortribromid erhält, enthält je nach
den Herstellungs-Bedingungen 10–30% Brom.
Schwefel:
Nichtmetallisches Element der 6. Hauptgruppe des Periodensystems.
Atomgewicht:
32,066 g/mol
Dichte (α):
0,9968 g/cm³
Schmelzpunkt (α): 113 °C
Siedepunkt (α):
445 °C
Schwefel ist ein sehr schlechter Leiter für Wärme und Elektrizität. Bei sehr tiefer
Temperatur wird metallischer, leitender Schwefel supraleitend. Schwefel zeigt
mehrere allotrope Modifikationen, die an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.
Chemische Eigenschaften: Schwefel tritt in den Oxidations-Stufen –2 bis +6 auf,
wobei die Oxidations-Stufen –2 und +6 am häufigsten und beständigsten sind.
Schwefel besitzt ähnliche chemische Eigenschaften wie das homologe Selen, mit
dem Schwefel z. B. heterocyclische Ringe bildet. Dagegen besteht mit Sauerstoff nur
wenig Ähnlichkeit.
Selen:
Halbmetall der 6. Hauptgruppe des Periodensystems .
Atomgewicht:
78,96 g/mol
Selen steht im Periodensystem unmittelbar unter dem Schwefel und tritt wie dieser in
den Oxidations-Stufen –2, +2, +4 und +6 auf. Die Verbindungen mit 4-wertigem
Selen sind am häufigsten und beständigsten.
Seite 73 von 113
Selen kommt ähnlich wie der homologe Schwefel in mehreren allotropen
Modifikationen vor:
• Rotes Selen entsteht als lockeres, amorphes, rotes Pulver (Dichte: 4,26 g/cm³),
wenn man Selen-Dampf rasch abkühlt oder selenige Säure mit schwefeliger
Säure zu Selen reduziert. Schreckt man geschmolzenes Selen (etwa durch
Eingießen in Wasser) plötzlich ab, so entsteht eine glasartige, amorphe, spröde,
rotbraune bis bleigraue Masse (Dichte 4,28–4,36 g/cm³, Schmelzpunkt 60–80
°C), die auch glasiges Selen genannt wird und beim Zerreiben in ein rotes Pulver
übergeht. Das glasige Selen unterscheidet sich vom roten, pulverigen Selen nur
durch den Zerteilungsgrad. Pulverisiertes (graues) glasiges Selen wird bei –80 °C
schwarzrot und bei –195 °C rot.
• Monoklines, rotes Selen: Kristallisiert man das vorstehend genannte rote Selen
aus Schwefelkohlenstoff um, erhält man dunkelrote, monokline Kristalle
(Schmelzpunkt 144 °C), die sich beim Erwärmen auf über 120 °C allmählich in
graues metallisches Selen umwandeln. Genaugenommen entstehen sogar drei
verschiedene monoklin-kristalline Formen, die alle aus Selen-Ringen nahezu
identischer Geometrie bestehen und sich lediglich im Achsenverhältnis und in der
Packung der Selen-8-Ringe (beide roten Modifikationen bestehen aus Selen-8Ringen) unterscheiden. Das bei rascher Abscheidung und tiefer Temperatur
vorwiegend erhältliche α-Selen hat eine Dichte von 4,40 g/cm³, das bei
langsamer Abscheidung und erhöhter Temperatur kristallisierende β-Selen eine
Dichte von 4,352 g/cm³ und γ-Selen eine Dichte von 4,33 g/cm³. Letzteres
entsteht bei der Reaktion von CS2 mit Dipiperidinotetraselenan, Se4(NC5H10)2.
• Graues metallisches Selen ist die bei gewöhnlicher Temperatur stabile Form, die
entsteht, wenn die anderen Selen-Modifikationen auf über 72 °C erwärmt werden.
Kristallform:
hexagonal
Farbe:
grauschwarz
Dichte:
4,79 g/cm³
Schmelzpunkt: 220,5 °C
In Schwefelkohlenstoff ist graues metallisches Selen nahezu unlöslich. Graues
Selen besteht aus spiralig gewundenen Polymerketten, die innerhalb eines
Einkristalls den gleichen Drehsinn zeigen. Die Schmelze ist braunrot, der Dampf
ist braungelb (Siedepunkt 684,8 °C) und besteht aus Selen-6-Ringen.
Während die nichtmetallischen roten Modifikationen von Selen den Strom nicht
leiten, zeigt metallisches Selen einen ausgeprägten inneren Photoeffekt, dass
heißt ,obwohl es im Dunkeln ein sehr schlechter Elektrizitätsleiter ist, nimmt seine
Leitfähigkeit bei Belichtung auf das etwa Tausendfache zu (infolge Lockerung
bzw. Abspaltung von Elektronen). Bei nachfolgender Verdunkelung sinkt die
Leitfähigkeit auf den ursprünglichen Betrag. Selen zählt zu den StörstellenHalbleitern mit selektiver Leitfähigkeit.
Silizium:
Halbmetall der 4. Hauptgruppe des Periodensystems. Silizium tritt in seinen
Verbindungen hauptsächlich 4-wertig, seltener auch 1-, 2- und 3-wertig auf. Reines
kristallines Silizium bildet stark metallisch glänzende, tief dunkelgraue bis schwarze,
reguläre Oktaeder vom Diamant-Typ.
Atomgewicht:
28,0855 g/mol
Dichte:
2,328 g/cm³
Schmelzpunkt:
1414 °C
Siedepunkt:
2477 °C
Härte:
7 (ritzt Glas, sehr spröde)
Seite 74 von 113
Beim Erstarren aus der Schmelze dehnt sich Silizium ähnlich wie Gallium, Bismut
oder Wasser aus. Kristallines Silizium ist infolge Oberflächenpassivierung chemisch
sehr wenig reaktionsfähig, es ist in Wasser und Säuren (auch Flusssäure) praktisch
unlöslich, wird dagegen schon von verdünnten Alkalilaugen zu Silicaten gelöst.
Bei sehr großer Hitze (Weißglut) verbindet sich Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff
oder Wasserstoff. Bei mäßigem Erwärmen (z.B. 400 °C) bildet sich auf Silizium eine
feste SiO2-Schicht, die weiteren Luftzutritt verhindert. Es legiert sich mit Metallen und
bildet Silicide oder intermetallische Verbindungen. In geschmolzenem Aluminium ist
Silizium gut löslich; es kann aus diesem umkristallisiert werden. Die Verbindungen
mit Silizium sind farblos, sofern nicht farbige Ionen, Atome oder Atomgruppen in
diese eingebaut sind.
Uran:
Metallisches, zu den Actinoiden gehörendes, radioaktives Element.
Die Verbindungen des Urans sind grün, gelb, rot oder schwarz.
Uran ist in reinem Zustand ein silberweißes, verhältnismäßig weiches und schweres
Metall, das an Luft sehr rasch gelblich anläuft und schließlich braunschwarz wird
(Oxid-Bildung).
Atomgewicht:
Dichte:
Schmelzpunkt:
Siedepunkt:
238,0289 g/mol
19,16 g/cm³
1132,3 °C
3930 °C
Gepulvertes, pyrophores Uran ist grau bis schwarz und reagiert langsam mit kaltem,
schneller mit heißem Wasser. Schon bei mäßigem Erhitzen verbrennt Uran unter
Funkensprühen zu Uranoxid. Mit Halogenen, Chlorwasserstoff und Schwefel
verbindet es sich bei 20 °C oder beim Erhitzen. Von verdünnten Säuren wird es unter
Wasserstoff-Entwicklung leicht gelöst. Dagegen reagiert das massive Metall mit
Salpetersäure nur langsam. Mit Stickstoff bildet Uran leicht Nitride, von Natronlauge
und Kalilauge wird es kaum angegriffen.
Bismut:
Zu den Halbmetallen gehörendes Element der 5. Hauptgruppe des Periodensystems.
Atomgewicht:
208,9804 g/mol
Dichte:
9,79 g/cm³
Schmelzpunkt:
271,3°C
Siedepunkt:
1560°C
Härte:
2,5
Bismut ist ein rötlichweißes, glänzendes, luftbeständiges Metall von rhomboedrischer
Kristallform. Mit Silber, Blei, Quecksilber, Kupfer, Zinn, Gold und den Platinmetallen
lässt sich Bismut leicht legieren. Die Legierungen mit Cadmium, Indium, vor allem
aber Blei, Zinn und Zink zeichnen sich durch niedrige Schmelzpunkte aus (ca. 46–
140 °C) und haben darüber hinaus häufig – ebenso wie Bismutmetall selbst – einen
negativen Ausdehnungskoeffizient, das heißt, sie dehnen sich beim Erstarren etwas
aus. Die elektrische Leitfähigkeit von Bismut erreicht nur 1,37 % der Leitfähigkeit des
Silbers.
Seite 75 von 113
5.5.2. Pyrophore-explosible Eigenschaften
Bor:
An der Luft entzündet sich Bor bei etwa 700 °C und verbrennt mit rötlicher Flamme
zu B2O3.
Fluor:
Reagiert mit vielen Stoffen schon bei Zimmertemperatur unter Entzündung. An
feuchter Luft sowie mit Sauerstoff reagiert Fluor explosiv. Flüssiges Fluor reagiert mit
Wasser unter Explosion. Ein Gemisch aus festem F2 und flüssigem H2 explodiert
schon bei –253 °C mit großer Heftigkeit.
Phosphor:
Weißer Phosphor entzündet sich oberhalb von ca. 50 °C von selbst, weshalb er im
allgemeinen unter Wasser aufbewahrt wird. Das rot-violette Pulver (roter Phosphor)
entzündet sich an der Luft in der Hitze ab 300 °C. Durch Schlag oder Reibung kann
der rote Phosphor auch bei Zimmertemperatur zur Entzündung gebracht werden.
Schwefel:
An der Luft entzündet sich Schwefel bei ca. 260 °C und verbrennt mit schwach
blauer Flamme zu stechend riechendem Schwefeldioxid und bis zu 40 %
Schwefeltrioxid. Erhitzt man Schwefel feinpulverisiert in stöchiometrischen
Verhältnissen mit Metall-Pulvern, so entstehen (meist unter starker
Wärmeentwicklung und Aufleuchten) Metallsulfide.
5.5.3. Verwendung
Bor:
Amorphes Bor wird als Additiv in pyrotechnischen Mischungen und in festen
Raketentreibstoffen, sowie in Legierungen zur Erzeugung von Stählen besonderer
Härte, die auch als Neutronenabsorber in Kernreaktoren zum Einsatz kommen und
auch in der Krebstherapie und als Halbleiter verwendet.
Für Raumfahrtzwecke wurden Borfasern zur Verstärkung von Leichtmetallen und
Kunstharzen entwickelt. Bor wird ferner zur Herstellung von Boriden benötigt, die oft
diamantähnliche Härte aufweisen.
Fluor:
Elementares Fluor dient zur Herstellung von Uranhexafluorid (zur Isotopentrennung
für Kernbrennstoffe) und Schwefelhexafluorid sowie solcher anorganischer und
organischer Fluor-Verbindungen, die auf andere Weise nicht oder nur schwer
zugänglich sind. Ein neues Einsatzgebiet ist die nachträgliche Fluorierung von
Benzintanks aus Polyethylen, die damit beständig gegen Lösungsmittel werden.
Weitere wichtige Fluor-Verbindungen sind Fluorwasserstoff und die hieraus
erhältlichen anorganischen und organischen Fluoride, die Fluorkohlenstoffe und
andere perfluorierte Verbindungen wie Fluorcarbonsäuren, Fluoralkohole und
Fluortenside, die früher in Kälte- und Treibmitteln verwendeten FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe), die zur Herstellung von Kunststoffen und Fluor-Elastomeren
benötigten Fluorolefine wie Vinylidenfluorid, Tetrafluorethylen usw.
Seite 76 von 113
Phosphor:
Weißer Phosphor ist Ausgangsprodukt zur Herstellung von Phosphorpentoxid,
Phosphorsäure und Phosphaten, Phosphorchloriden, Phosphorpentasulfid und
Rotem Phosphor, geringe Mengen dienen auch zur Herstellung phosphor-haltiger
Legierungen. Im 2. Weltkrieg wurden größere Mengen von Weißem Phosphor für
Brandbomben und andere militärische Zwecke verwendet. Roter Phosphor dient
unter anderem zur Herstellung von Phosphor-Verbindungen und Phosphiden, als
Halogen-Überträger (z.B. bei Bromwasserstoffsäure-Synthese), in der Pyrotechnik
für Rauch- und Feuerwerkskörper, als Flammschutzmittel (als Phosphate) in
Kunststoffen und zur Herstellung der Reibflächen von Streichholzschachteln.
Schwefel:
85–90% der Schwefel-Produktion werden für die Herstellung von Schwefelsäure –
hauptsächlich zur Düngemittel-Herstellung – sowie von Sulfiten und Hydrogensulfiten
(z.B. von Magnesiumhydrogensulfit in der Cellulose-Industrie) eingesetzt.
Anwendung findet er ferner in folgenden Bereichen:
- zur Vulkanisation von Kautschuk und Hartgummi
- zur Herstellung von Kunststoffen
- in der Viskose-Industrie (in Form von Schwefelkohlenstoff)
- für schwefelhaltige Kitte
- in der Zündholz-Industrie
- zur Herstellung von Schwarzpulver und Feuerwerkskörpern
- zur Herstellung von Schwefelkohlenstoff, Ultramarin, Schwefel-Farbstoffen
- zum Ausschwefeln von Fässern, Konservengläsern usw.
- zur Bekämpfung von Spinnenmilben und Echtem Mehltau
- als insektizides Räuchermittel (SO2)
- in der Aluminium-Industrie (als Beimischung zum Formsand)
- als Bleichmittel für Wolle, Seide, Gelatine, Stroh (Wirkung von SO2)
- zur Herstellung vieler Chemikalien (u.a. bei der Dehydrierung)
- in der Düngemittel-Industrie zur Herstellung langsam löslicher Dünger
- im Straßenbau in Asphaltmischungen
- in Säureschutz-Anstrichen für Beton
- zur Imprägnierung von Ziegeln
- als Elektrode in Natrium/Schwefel-Zellen
Selen:
Auf Grund der Halbleiter-Eigenschaften von amorphem und polykristallinem Selen
wird es in folgenden Bereichen verwendet:
- als photoleitende Schicht in der Elektrophotographie (Xerographie)
- in Selen-Gleichrichtern und –Photozellen
- beim Radar
- in Kolorimetern und Photometern
- zum Bau von Lasern
- als Magnetverstärker
- in Form von Verbindungen als Farbpigment (Selenrubinglas)
- zur Entfärbung in der Glas-Industrie und zur Herstellung von Pigmenten
(Cadmiumrot und –orange)
Durch Selen-Zusätze lassen sich die Verarbeitungs-Eigenschaften von KupferLegierungen und Automatenstählen verbessern. Kleine Mengen von SelenVerbindungen werden auch Schmierstoffen zugesetzt, um Oxidation zu verhindern.
Seite 77 von 113
In der chemischen Industrie dient Selen in Form von Verbindungen als Katalysator
und Vulkanisationsbeschleuniger. Bei der organischen Synthese (z. B. Nicotinsäure,
Cortison usw.) verwendet man Selen und Selendioxid als Dehydrierungsmittel.
Ca. 45 % der Selen-Produktion werden in der Elektrotechnik, 20 % zur Herstellung
von Pigmenten, 8 % in der chemischen Industrie und etwa 27 % in der Keramik- und
Glas-Industrie sowie für andere industrielle Zwecke eingesetzt.
Silizium:
- als Desoxidations-Mittel, z.B. bei der Herstellung von Kupfer-Legierungen
- als Legierungs-Bestandteil
- hauptsächlich als sogenannter Stahlveredler in Form von Ferrosilicium, Calciumund anderen Siliciden
- für Siliciumcarbid und verwandte Hartstoffe
Reinstes Silizium, das mit Aluminium, Antimon, Arsen, besonders aber Bor oder
Phosphor dotiert ist, findet Verwendung in der Halbleitertechnik zur Herstellung von
integrierten Schaltkreisen. Wegen seiner Fähigkeit, Sonnenlicht in elektrischen Strom
umzuwandeln, werden photovoltaische Solarzellen aus mono- oder polykristallinen
Silicium-Scheiben hergestellt. Zunehmende Bedeutung erlangen auch Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Pulver für feinkeramische Erzeugnisse.
Uran:
In Form des Oxids und der Mischoxide mit Plutonium derzeit der wichtigste Kernbrennstoff.
Bismut:
- zur Herstellung von Legierungen
- In geringen Zusätzen erhöht Bismut die Formstabilität von Eisen- und AluminiumLegierungen.
Seite 78 von 113
6. Sonstiges
6.1. Brennbare Stäube
Organische Stäube und eine Vielzahl von Metallstäuben sind brand- und
explosionsfähig. Abgelagerter Staub neigt nach Entzündung in der Regel zum
Brennen, Glimmen oder Schwelen. Aufgewirbelter Staub kann bei entsprechender
Konzentration explosionsartig reagieren.
Schutzmaßnahmen gegen Staubbrände und Staubexplosionen sind bereits bei der
Planung der Anlage zu berücksichtigen. Ein solches Vorgehen hat Einfluss auf die
Ausführung der Gebäude, die Verfahrenstechnik und die apparativen Vorkehrungen.
Als vorbeugende Brandschutzmaßnahmen kommen in Betracht:
- Sauberkeit im Betrieb
- die feuerbeständige Bauweise von Gebäuden
- Brandmeldeanlagen zur Brandfrüherkennung
- ortsfeste sowie ortsbewegliche Feuerlöscheinrichtungen
Im Rahmen der Brandbekämpfung hat die Auswahl des Löschmittels und der
Löschmaßnahmen, abhängig von der Art des Staubes, eine große Bedeutung. So ist
z.B. Wasser zum Löschen von Metallbränden ungeeignet, da es zur Zersetzung des
Wassers und zur Bildung von Knallgas kommt.
Ähnlich wie beim Brandschutz werden beim Explosionsschutz vorbeugende und
konstruktive
Maßnahmen
unterschieden.
Vorbeugende
Explosionsschutzmaßnahmen vermeiden das Entstehen von Staubexplosionen. Konstruktive Schutzmaßnahmen hingegen begrenzen die gefährlichen Auswirkungen von Explosionen.
Grundvoraussetzung für eine Explosion ist das gleichzeitige Vorliegen von
Brennstoff, Sauerstoff und Zündquelle. Entfällt eine dieser Voraussetzungen, kann
keine Explosion stattfinden. Hierauf basieren die Maßnahmen des vorbeugenden
Explosionsschutzes: Senkung des Sauerstoff-Volumenanteils durch Einleiten von
Inertgas in eine dichte, explosionsgefährdete Apparatur; ausreichend sichere
Vermeidung von Zündquellen und Halten der Staubkonzentration außerhalb des
Explosionsbereichs.
Zu den konstruktiven Explosionsschutzmaßnahmen zählen:
- die explosionsfeste Bauweise der gefährdeten Anlagenteile
- explosionstechnische Entkoppelung explosionsgefährdeter Anlagenteile durch
den Einbau von z.B. Zellradschleusen
- Explosionsdruckentlastung und Explosionsunterdrückung.
Auch ist es für den Betrieb wichtig, dass die Beschäftigten über die Gefahren unterwiesen und zu sicherheitsgerechtem Verhalten beim Umgang mit brennbaren
Stäuben und zur Beachtung der Schutzmaßnahmen angehalten werden.
Zur Anwendung der genannten Schutzmaßnahmen ist die Kenntnis von brenn- und
explosionstechnischen Kenngrößen des vorkommenden Staubes notwendig. Diese
Kenngrößen sind vom Zustand des Staubes und von der Untersuchungsmethode
abhängig. Der Umfang notwendiger Untersuchungen muss sich am Anwendungsfall
orientieren.
Seite 79 von 113
6.2. Eigenschaften von Metallstäuben
Allgemeines:
Als Staub bezeichnet man einen dispersen (fein verteilten) Stoff, für den auch die
Bezeichnungen Pulver, Puder oder Mehl geläufig sind. Der Staub besteht aus einer
großen Anzahl von festen Einzelteilchen, die sich vom festen Körper insbesondere
dadurch unterscheiden, dass sie im freien Fall je nach Größe des Staubteilchens
eine geringere Geschwindigkeit aufweisen.
Der Durchmesser der Staubteilchen liegt etwa im Bereich von 0,5 µm bis 500 µm.
Hinsichtlich der Zustandsformen des Staubes unterscheidet man
- Staub/Luft-Gemische und
- Staubablagerungen.
Sich in einem Luftvolumen bewegende Staubteilchen, die sich gegenseitig nicht
berühren, werden als Staub/Luft-Gemische bezeichnet. In verschiedener Hinsicht
haben Staub/Luft-Gemische gewisse Ähnlichkeit mit Gas/Luft- oder Dampf/LuftGemischen.
Verbrennungstechnisch sind Staubablagerungen auch solche Stäube, die als
Schüttungen in Vorratsbehältern lagern oder als Staubschichten vorkommen.
Wesentlich ist die Staubschichtdicke bzw. das Volumen der Staubschüttung.
Bei der Staubschüttung (z.B. der Lagerung von mehlartigen Stoffen) ist die Form des
Staubteilchens dafür bestimmend, wie groß der Anteil des Staubes am
Gesamtvolumen ist. Je unregelmäßiger die Staubteilchen geformt sind, desto mehr
Luft befindet sich zwischen den Teilchen. Dieser Hohlraumanteil kann bis zu 90 %
betragen. Er wird jedoch durch das Eigengewicht des Staubes, insbesondere aber
auch durch Press- oder Rüttelvorgänge, verringert.
Eine weitere Unterteilung der Stäube ist nach der Entstehung bzw. Herstellung zu
treffen. Als Nutzstaub bezeichnet man Stäube, die zu wirtschaftlichen Zwecken hergestellt werden. Das sind z.B. gemahlene Produkte, wie Mehl, Pulver, Puder, bei
denen also kompakte Stoffe zerkleinert oder durch den Aufbau aus Gasen, Dämpfen
oder Flüssigkeiten, z.B. durch Kondensation oder Sprühtrocknung, erzeugt werden.
Derartige Stoffe sind neben den Nahrungs- und Futtermitteln auch Metallpulver,
Kunststoffpulver, Pharmazeutika und Farbstoffe.
Abfallstäube sind Stäube, die bei der Bearbeitung von Materialien, z.B. durch Abrieb,
Schleifen, Putzen usw., auftreten oder durch Verschmutzungen hervorgerufen
werden.
Die Konzentration eines Staub/Luft-Gemisches wird sinnvollerweise in g/cm³ oder
kg/m³ angegeben. Dabei ist zu beachten, dass diese Angabe nur einen Mittelwert
darstellen kann, weil mehrere Einflüsse die Konzentration dauernd verändern
können. So wird z.B. durch Absetzen gröberer Staubteilchen die Konzentration
verringert; ebenso kann durch Luftbewegung die Staubkonzentration verändert
werden.
Seite 80 von 113
Die Bewegung der Staubteilchen in der Luft beruht im wesentlichen auf der
Schwerkraft. Dabei ist die Fallgeschwindigkeit abhängig von der Dichte des
Materials, der Korngröße und der Lufttemperatur. Feinere Teilchen fallen bei
Normaltemperatur schneller als bei hoher Temperatur. Grobe Teilchen dagegen
fallen bei hoher Temperatur schneller als bei Normaltemperatur. Da bei Normaltemperatur die groben Teile schneller niederfallen, „entmischt“ sich das Staub/LuftGemisch derart, dass eine Verringerung des Staubgewichtes eintritt. Diese Veränderung kann auf die Verbrennungsgeschwindigkeit Einfluss haben.
Die Brennbarkeit eines Stoffes ist neben den chemischen Eigenschaften ganz
besonders von dem Verhältnis der Oberfläche zur Masse abhängig. Je größer die
Oberfläche im Verhältnis zur Masse ist, desto leichter lässt sich der Stoff zünden und
desto schneller verbrennt er. Diese Beobachtung macht bekanntlich jeder, der ein
Feuer entzünden will und zu diesem Zwecke zunächst das Holz zerkleinert.
Der Verbrennungsmechanismus des Staubes ist zunächst von der chemischen
Zusammensetzung des Stoffes abhängig. Bei Staubablagerungen kommt es oft
durch Fremdzündung oder durch Selbstentzündung vorerst zu einem Glimmbrand.
Hierbei spielt die Wärmedämmung durch die Staubschicht eine wesentliche Rolle.
Der Glimmbrand verläuft relativ langsam, da ein ausreichendes Sauerstoffangebot
nicht zur Verfügung steht. Gefährlich wird der Glimmbrand, wenn eine ausreichende
Sauerstoffzufuhr von außen eintritt. Die Zufuhr von Luftsauerstoff wird durch den
Abfluss der Verbrennungsgase und die damit eintretende Ventilation begünstigt, also
durch Zufuhr von Luft. Daneben können äußere Einflüsse, z.B. Rütteln,
Luftbewegung, Aufwirbeln usw., eine Sauerstoffzufuhr bewirken. Sekundär kann
dann ein Staub/Luft-Gemisch gebildet werden, das zur Staubexplosion führt.
Bei einem Staub/Luft-Gemisch pflanzt sich der eingeleitete Verbrennungsvorgang mit
hoher Geschwindigkeit fort, so dass man meistens von einer Staubexplosion
sprechen kann. Je nach Art der chemischen Zusammensetzung des Staubes, der
Größe der Staubteilchen und der Staubkonzentration können dabei Drücke bis zu
etwa 5 bar auftreten.
Während man bei Gas/Luft- oder Dampf/Luft-Gemischen die Zündgrenzen aus
entsprechenden Tabellen entnehmen kann, gibt es aufgrund der unterschiedlichen
Zusammensetzungen der Stäube, der unterschiedlichen Teilchengröße und der
unbestimmten Verteilung der Teilchen nur wenige Angaben über die unteren
Zündgrenzen der Stäube.
Verhältnismäßig hohe untere Zündgrenzen haben Zink- und Eisenstaub, niedrige
dagegen Aluminium-, Magnesium-, Gummi- und Kohlenstaub (etwa 40 – 60 g/m³).
Da in der Einsatzpraxis die Staubkonzentration nur selten messbar ist, mag eine
Faustregel das Abschätzen der unteren Zündgrenze ermöglichen: Wenn aus einer
Entfernung von 2 m eine 25-Watt-Glühlampe nicht mehr zu sehen ist, befindet sich
zwischen der Lampe und dem Auge ein Staub/Luft-Gemisch mit einer Konzentration
von etwa 40 g/m³. Das heißt, dass dann die Gefahr einer Staubexplosion gegeben
ist. Allerdings ist daraus nicht zu entnehmen, dass keine Gefahr besteht, wenn die
Lampe noch zu sehen ist.
(Anmerkung: Die Lampe sollte gar nicht vorhanden sein, bzw. sie sollte unbedingt als
ex-geschützte Lampe ausgeführt sein.)
Seite 81 von 113
6.3. Metallbrände
Außer den Edelmetallen und einigen anderen sind alle Metalle unter bestimmten
Voraussetzungen mehr oder weniger gut brennbar. So können Eisen und Blei (aber
auch andere Metalle), wenn sie in feinstverteilter Form vorliegen, sogar
selbstentzündlich sein. Ebenso kann eine über den normalen Sauerstoffgehalt der
Luft hinausgehende Sauerstoffkonzentration zur Brennbarkeit von Metallen führen.
Die wichtigsten brennbaren Metalle sind die Leichtmetalle. Als Abgrenzung zwischen
Leichtmetall und Schwermetall wir meistens die Dichte 5 g/cm³ angegeben.
Zweckmäßigerweise teilt man die Leichtmetalle verbrennungstechnisch in zwei
Gruppen, nämlich in
• Leichtmetalle, die bereits in kaltem Zustand mit Wasser merklich reagieren, und
• Leichtmetalle, die nur in brennendem Zustand nicht mit Wasser in Berührung
kommen dürfen.
Die Leichtmetalle der ersten beiden Gruppen des Periodensystems der Elemente
sind in nachstehender Tabelle angeführt:
Name
Chemisches
Farbe frischer
Farbe der FeuerSymbol
Schnittfläche
erscheinung
Lithium
Li
silbrig-glänzend
karminrot
Natrium
Na
silber-weiß
gelb
Kalium
K
silber-bläulich
blau-violett
Rubidium
Rb
silbrig-glänzend
rötlich-violett
Cäsium
Cs
silber-weiß
blau-violett
Calcium
Ca
silber-weiß
gelblich-rot
Barium
Ba
silbrig-glänzend
grün
Strontium
Sr
silber-weiß
karminrot
Die angeführten Metalle sind sehr weich und lassen sich mit dem Messer schneiden.
Die Schnittflächen oxidieren innerhalb von Sekunden mit dem Luftsauerstoff und
laufen dann gelblich wie Natrium oder bläulich wie Kalium, meistens jedoch grau an.
Alle Metalle dieser Gruppe sind unter bestimmten Voraussetzungen selbstentzündlich und müssen daher unter Vakuum oder unter einer wasserfreien Flüssigkeit (z.B. Petroleum) aufbewahrt werden. Bei Berührung mit Wasser reagieren diese
Stoffe sehr heftig. Als Löschmittel gegen Brände dieser Gruppe eignen sich Sonderlöschpulver für die Brandklasse D und Kochsalz. Trockener Sand kann als Hilfsmittel
verwendet werden.
Zu weiteren Gruppen des Periodensystems gehören zahlreiche Werkstoffe, die
technisch meistens als Legierungen zur Herstellung von Geräten und Werkzeugen
verwendet werden, aber auch im Bauwesen und im Fahrzeugbau große Bedeutung
haben. Es handelt sich um die Leichtmetalle Beryllium - Be, Magnesium - Mg,
Aluminium - Al und Titan - Ti.
Beryllium ist praktisch auch in Staubform nicht brennbar. Berylliumzusätze in
Legierungen setzen sogar die Brennbarkeit herab.
Seite 82 von 113
Magnesium bzw. hochprozentige Magnesiumlegierungen (über 80 %) sind in
Staubform leicht brennbar, in feinen Spänen lassen sie sich mit einem Streichholz
zünden. Sie können auch in kompakten Stücken brennen, wenn sie durch ein
Hilfsfeuer entsprechend aufgeheizt worden sind.
Aluminium brennt sowohl als Knet- wie auch als Gusslegierung nur in Staubform,
allenfalls können ganz feine Folien oder haardicke Drähte oder Späne brennen.
Titan, das hauptsächlich mit Eisen legiert von Bedeutung ist, brennt nur bei erhöhtem
Sauerstoffgehalt.
Während die Metalle dieser Gruppe in kaltem Zustand durchaus mit Wasser in
Berührung kommen dürfen, reagieren sie brennend mit Wasser sehr heftig.
Leichtmetallbrände erzeugen Verbrennungstemperaturen von ca. 2000 bis 3000 °C.
In diesen hohen Temperaturen kommt es zur thermischen Dissoziation (Aufspaltung
durch Wärme) des Wassers. Der abgespaltene Sauerstoff lagert sich an das Metall
an, während der freiwerdende Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff verbrennt. In
manchen Fällen kann es auch zur Knallgasbildung (Gemisch aus Wasserstoff - H2
und Sauerstoff - O2; siehe Explosionsgrenzen) kommen. Wasser, wasserhaltige
Löschmittel, Halone, CO2 sowie Normallöschpulver sind als Löschmittel
ausgeschlossen; die letztgenannten Löschmittel zersetzen sich ebenso wie Wasser.
6.4. Zündquellen
Unter Zündquellen versteht man allgemein:
Gegenstände, Stoffe oder Zustände, die in der Lage sind, Energie in solcher Art und
Menge abzugeben, dass dadurch ein bestimmtes Brennstoff/Luft-Gemisch entzündet
wird.
Grundsätzlich lassen sich die Zündquellen auf zwei unterschiedliche Arten
zurückführen, nämlich auf
-
heiße Oberflächen, das sind insbesondere Flammen, glühende Flächen und
heiße Gase, und
Funken, z.B. elektrische Funken, Schlag- oder Reibungsfunken.
Bei diesen beiden Zündquellen ist der Zündmechanismus unterschiedlich. Bei den
heißen Oberflächen ist die Zündtemperatur ausschlaggebend, bei den Funken
dagegen die Zündenergie. Das heißt, nicht die Temperatur des Funkens, die ohnehin
meistens weitaus höher ist als erforderlich, ist ausschlaggebend, sondern die dem
Funken innewohnende Energie.
6.5. Vermeidung von Gefahren durch Staubbrände und
Staubexplosionen
Die größte Gefahr bei Staubbränden besteht immer darin, dass eine Aufwirbelung zu
einem explosionsfähigen Staub/Luft-Gemisch führt. Daher sind alle Maßnahmen, die
Seite 83 von 113
zu heftigen Luftbewegungen führen, z.B. Fenster öffnen, Querbelüftung usw., zu
vermeiden.
Zu Staubexplosionen kann es kommen, wenn folgende Voraussetzungen gleichzeitig
erfüllt sind:
1. in der Luft befindet sich brennbarer Staub innerhalb der Explosionsgrenzen
2. es ist eine ausreichende Menge Oxidationsmittel (Luft-Sauerstoff) vorhanden
3. eine Zündquelle ist vorhanden
Die Art der Zündquelle kann ganz verschieden sein. In Chemiebetrieben sind
Funken, heiße Oberflächen, elektrostatische Entladungen, Reibung und
Selbstentzündung häufig als Gefahren anzunehmen oder zu beachten.
6.6. Beseitigung der Gefahren
Wesentlich für die Gefahr einer Staubexplosion sind die Art des Staubes, die
Korngröße der Staubteilchen und die Form der Teilchen. Durch eine Änderung der
Bearbeitungsvorgänge kann z.B. die Korngröße, möglicherweise aber auch die Form
des Teilchens (Kugelform oder Blättchenform) verändert werden. Wenn damit die
spezifische Oberfläche des Stoffes im Verhältnis zur Masse verkleinert wird, wird die
Explosionsgefahr gemindert.
Eine Inertisierung des Staubes kann durch Zusatz von unbrennbaren Stäuben zu
den brennbaren erreicht werden. Zur vollkommenen Inertisierung ist allerdings ein
sehr hoher Zusatz erforderlich. Ein Beispiel für die Inertisierung durch unbrennbaren
Staub finden wir insbesondere im Bergbau, wo Steinstaubstreuungen das Weiterlaufen einer Explosion oder Verpuffung verhindern können. Derartige Steinstaubstreuungen sind besonders in engen Stollen oder Schächten wirkungsvolle Schutzmaßnahmen. Eine weitere Inertisierungsmöglichkeit ergibt sich durch Anfeuchten
des Staubes. Allerdings wird auch hier erst eine Feuchtigkeit von etwa 30% als
wirkungsvoll zu betrachten sein.
Wichtige Gesichtspunkte zur Vermeidung von Gefahren durch Staubbrände und
-explosionen sind weiterhin bauliche und betriebliche vorbeugende Maßnahmen.
6.7. Bekämpfung von Staubbränden
Zunächst muss grundsätzlich unterschieden werden zwischen Stäuben aus
metallischen Stoffen (insbesondere Leichtmetallstäuben) und nichtmetallischen
Stäuben.
Bei metallischen Stäuben darf kein Wasser eingesetzt werden, wenn diese mit
Wasser gefährlich reagieren können. Für Betriebe, in denen z.B. Aluminium oder
Aluminiumlegierungen bzw. Magnesium- oder Titanlegierungen bearbeitet werden,
ist es unabdingbar, dass entsprechende geeignete Löschmittel bereitgestellt werden.
Geeignet sind D-Löschpulver, Kochsalz und trockener Sand.
Seite 84 von 113
Die größte Gefahr bei Staubbränden besteht immer darin, dass eine Aufwirbelung zu
einem explosionsfähigen Staub/Luft-Gemisch führt. Daher sind alle Maßnahmen, die
zu heftigen Luftbewegungen führen, z.B. Fenster öffnen, Querbelüftung etc., zu
vermeiden.
6.8. Geeignete Löschmittel für Metallbrände
Allgemeines:
Der Brandklasse D werden die brennbaren Metalle zugeordnet. Außer den
Edelmetallen sind zwar alle Metalle unter bestimmten Voraussetzungen, z.B. in fein
verteilter Form oder bei erhöhtem Sauerstoffgehalt der Luft, brennbar. In die
Brandklasse D gehören jedoch neben den Schwermetallen Zirkonium und Uran
hauptsächlich die Leichtmetalle (Dichte unter 5 g/cm³).
Das D-Löschpulver (Sonderlöschpulver für Metallbrände) besteht meistens aus
Natriumchlorid (Kochsalz). Es werden manchmal auch Kaliumchlorid, Melamin oder
Bortrioxid in Mischungen mit Pech, Talkum oder Siliziumoxid verwendet.
Wirkung – Krustenbildung:
Die Löschwirkung des D-Löschpulvers liegt darin, dass das Pulver auf dem
brennenden Metall schmilzt bzw. sintert und somit eine Kruste bildet, die den Zutritt
von Sauerstoff verhindert. Gleichzeitig tritt eine Kühlung der Oberfläche ein. Als
Löschwirkung sind weiterhin chemische Umsetzungen, die je nach Art des Löschpulvers verschieden sein können, möglich.
Pulverbrause:
Das D-Löschpulver wird auf den Leichtmetallbrand locker aufgetragen. Dazu dient
eine Pulverbrause, die am Löschgerät angebracht ist. Erst nach einer Einwirkungszeit von etwa 1 bis 5 Minuten verlöscht der Leichtmetallbrand. Bei Natrium- oder
Kaliumbränden muss die entstandene Pulverkruste die Oberfläche des brennenden
Materials vollkommen dicht abschließen. Erst nach etwa 10 Minuten ist der Brand
gelöscht.
Die Brände großer Mengen von Leichtmetallen sind in vielen Fällen überhaupt nicht
zu löschen, weil einerseits die erforderlichen großen Mengen Löschmittel fehlen und
andererseits die Möglichkeit fehlt, das Löschmittel aus entsprechender Entfernung
(diese ist wegen der starken Wärmestrahlung erforderlich) auf den Brandherd zu
bringen. In solchen Fällen bleibt nur die Möglichkeit, das Leichtmetall kontrolliert
abbrennen zu lassen und eine Ausbreitung des Brandes auf andere Objekte zu
verhindern.
6.9. Thermit-Effekt
Definition: Die Thermit-Reaktion (Thermit-Effekt) ist die Reduktion eines in der
elektrochemischen Spannungsreihe edleren Metall-Oxids mit Aluminium.
Diese Reaktion ist stark exotherm und es entstehen flüssige Metalle. Die
Reaktionspartner werden in Pulverform eingesetzt.
Seite 85 von 113
Ein Gemisch aus Eisenoxid und Aluminiumgrieß dient als „Thermit“ zum Schweißen
und Verbinden von Eisenteilen (z. B. Eisen- und Straßenbahnschienen), da es bei
der Entzündung in wenigen Sekunden unter äußerst starker Wärmeentwicklung
(Temperaturen bis zu 2400 °C) reines Eisen in weißglühend flüssiger Form liefert.
Die Thermit-Reaktion für Eisen läuft folgendermaßen ab:
3 Fe3O4 + 8 Al → 4 Al2O3 + 9 Fe + 3341 kJ
Das bei der aluminothermischen Reduktion von Metalloxiden gleichzeitig in
geschmolzenem Zustande entstehende Aluminiumoxid (Korund) wird für Schleifzwecke verwendet.
Die Entzündung eines Thermitgemisches erfolgt zweckmäßig durch ein Gemisch von
Aluminium- oder Magnesiumpulver mit einer leicht sauerstoffabgebenden Verbindung wie Kaliumchlorat oder Bariumperoxid. Man steckt in dieses Gemisch ein
Magnesiumband und zündet dieses an. Die bei der Verbrennung des Magnesiums
werdende Wärme entzündet die Zündmischung, diese entzündet wiederum das
Thermitgemisch.
6.10. Illustration der unteren und oberen Explosionsgrenze
6.10.1. Explosionsgrenzen (Zündgrenzen)
Unter Explosionsgrenzen versteht man die untere und obere Grenzkonzentration
eines brennbaren Gases, Dampfes oder auch Staubes eines brennbaren Stoffes in
Mischung mit Luft (oder einem anderen, Sauerstoff enthaltenden Gas), zwischen
denen das Gas-Luft-Gemisch bzw. das Gas-Dampf-Gemisch durch Erhitzen bis zur
Zündtemperatur oder Funken zur Explosion gebracht werden kann. Die
Explosionsgrenzen sind druck- und temperaturabhängig. Sie werden als
Konzentration des brennbaren Gases, Dampfes oder Staubes in Vol-% oder g/m3 für
einen Anfangszustand von 1,013⋅105 Pa und 20 °C angegeben. In der weiter unten
angeführten Tabelle sind auch die Zündtemperaturen einer Auswahl brennbarer
Gase und Dämpfe angegeben.
Die Explosionsfähigkeit von Staub-Luft-Gemischen ist stark abhängig von der
Korngröße der Stäube.
Seite 86 von 113
6.10.2. Beispiel Wasserstoff
Wasserstoff (H2) entsteht bei der Verbrennung von Magnesium und kann sich
innerhalb der unter der Skizze angegebenen Explosionsgrenzen entzünden. Die
Zündtemperatur beträgt dabei 560 °C.
100 Vol-% Luft
0 Vol-% H2
0 Vol-% Luft
100 Vol-% H2
Explosionsbereich
4 Vol-% H2 (3 g/m³)
96 Vol-% Luft
75,6 Vol-% H2 (64 g/m³)
24,4 Vol-% Luft
untere Explosionsgrenze
obere Explosionsgrenze
Bei weniger als 4 Volumsprozent (Vol-%) Wasserstoff (3 g/m³) in der Luft (Luft mit 21
Vol-% Sauerstoff - O2), kann sich dieser nicht entzünden, weil zu wenig Wasserstoff
vorhanden ist.
Bei mehr als 75,6 Volumsprozent Wasserstoff (64 g/m³) in der Luft (Luft mit 21 Vol-%
O2) kann er sich nicht entzünden, da zu wenig Sauerstoff vorhanden ist.
Seite 87 von 113
6.10.3. Beispiel Methan
Methan (CH4) entsteht durch Zersetzung von Aluminiumcarbid (Al4C3) in Wasser und
kann sich innerhalb der unter der Skizze angeführten Grenzwerten entzünden. Die
Zündtemperatur beträgt dabei 650 °C.
Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4
Aluminiumcarbid wird technisch als Nebenprodukt in den Aluminium-Schmelzöfen
gewonnen.
100 Vol-% Luft
0 Vol-% CH4
0 Vol-% Luft
100 Vol-% CH4
Explosionsbereich
5 Vol-% CH4 (33 g/m³)
95 Vol-% Luft
15 Vol-% CH4 (100 g/m³)
85 Vol-% Luft
untere Explosionsgrenze
obere Explosionsgrenze
Bei weniger als 5 Volumsprozent (Vol-%) Methan (33 g/m³) in der Luft (Luft mit 21
Vol-% Sauerstoff), kann sich dieser nicht entzünden, weil zu wenig Methan
vorhanden ist.
Bei mehr als 15,0 Volumsprozent Methan (100 g/m³) in der Luft (Luft mit 21 Vol-%
Sauerstoff), kann er sich nicht entzünden, da zu wenig Sauerstoff vorhanden ist.
Seite 88 von 113
6.10.4. Explosionsgrenzen und Zündtemperaturen einiger
brennbarer Gase und Dämpfe
Explosionsfähiger Stoff
Acetaldehyd
Aceton
Acetylen
Ammoniak
Anilin
Benzaldehyd
Benzol
Blausäure
Butadien
n-Butan
1-Butanol
Chlorbenzol
Diethylether
Dioxan
Essigsäure
Essigsäureanhydrid
Ethan
Ethanol
Ethylacetat
Ethylbromid
Ethylchlorid
Ethylen
Ethylenglykol
Ethylenoxid
Kohlenoxid
o-Kresol
Methan
Methanol
Methylacetat
Methylbromid
Methylchlorid
Methylenchlorid
Nitrobenzol
Phthalsäureanhydrid
Propan
2-Propanol
Schwefelkohlenstoff
Schwefelwasserstoff
Toluol
Vinylchlorid
Wasserstoff
o-Xylol
Explosionsgrenzen in Luft
in Vol-%
in g/cm³
untere obere untere
4,0
57
73
2,5
13,0
60
2,4
83,0
25
15,0
30,2
105
1,2
11,0
48
1,4
60
1,2
8,0
39
5,4
46,6
60
1,4
16,3
31
1,5
8,5
37
1,4
10,0
43
1,3
7,0
60
1,7
36,0
50
1,9
22,5
70
4,0
17,0
100
2,0
10,2
85
3,0
12,5
37
3,5
15,0
67
2,1
11,5
75
6,7
11,3
300
3,6
14,8
95
2,7
28,5
31
3,2
53,0
80
2,6
100
47
12,5
74
145
1,3
58
5,0
15,0
33
5,5
31,0
73
3,1
16,0
95
8,6
20,0
335
7,6
19,0
160
13,0
22,0
450
1,8
90
1,7
10,5
100
2,1
9,5
39
2,0
12,0
50
1,0
60,0
30
4,3
45,5
60
1,2
7,0
46
3,8
31,0
95
4,0
75,6
3
1,0
6,0
44
Zündtemperatur
in °C
obere
1040
310
900
215
425
370
520
365
210
310
330
1100
820
430
430
155
290
420
510
400
330
1320
1820
870
100
410
500
790
410
780
650
180
300
1900
650
270
805
64
270
140
540
305
630
425
190
555
535
415
365
340
(590)
180
375
485
330
515
425
460
510
510
425
410
440
605
555
(650)
455
475
535
625
605
480
580
470
425
95
270
535
415
560
465
Seite 89 von 113
7. Chemische Grundlagen für Reaktionen von
Leichtmetallen (beispielhaft)
7.1. Reaktionen von Magnesium
Allgemein gilt: Magnesium ist in Säuren leicht und in Alkalien kaum löslich.
1. Reaktion mit Wasser (bei Zerstörung der schützenden Oxidschichte):
Mg + 2 H2O → Mg(OH)2 + H2↑
2. Reaktion mit Sauerstoff (Verbrennung):
2 Mg + O2 → 2 MgO
3. Reaktion von MgO (Verbrennungsprodukt) mit Wasser:
MgO + H2O → Mg(OH)2
4. Reaktion von brennendem Magnesium mit Wasser:
Mg + H2O → MgO + H2↑
5. Reaktion von brennendem Magnesium mit Kohlendioxid:
CO2 + 2 Mg → C + 2 MgO
6. Reaktion von Magnesium mit Stickstoff (Umsetzung von Magnesium mit Stickstoff
bei Temperaturen über 500 °C) - Mg3N2 ist ein gräulich, gelbes Pulver:
3 Mg + N2 → Mg3N2
7. Reaktion von Magnesiumnitrid mit Wasser (Zersetzung von Magnesiumnitrid in
Wasser und feuchter Luft unter Bildung von Magnesiumhydroxid und Ammoniak):
stark exotherm, es wird sehr viel Energie freigesetzt
Mg3N2 + 6 H2O → 3 Mg(OH)2 + 2 NH3
7.2. Reaktionen von Aluminium
1. Reaktion mit Wasser (bei Zerstörung der schützenden Oxidschichte):
2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2↑
2. Reaktion mit Sauerstoff (Verbrennung):
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
3. Reaktion mit Säuren:
2 Al + 6 H+ → 2 Al3+ + 3 H2↑
4. Reaktion mit Laugen:
2 Al + 2 OH- + 6 H2O → 2 [Al(OH)4]- + 3 H2↑
Beispiel: Reaktion mit Natronlauge:
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2↑
Seite 90 von 113
7.3. Reaktionen von Lithium (als Beispiel für die Alkalimetalle)
1. Reaktion mit Wasser:
2 Li + 2 H2O → 2 LiOH + H2↑
2. Reaktion mit Sauerstoff (Verbrennung):
4 Li + O2 → 2 Li2O
3. Reaktion von Li2O (Verbrennungsprodukt) mit Wasser:
Li2O + H2O → 2 LiOH
7.4. Reaktionen von Natrium
1. Reaktion mit Wasser:
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2↑
2. Reaktion mit Sauerstoff (Verbrennung):
2 Na + O2 → Na2O2
3. Reaktion von Na2O2 (Verbrennungsprodukt) mit Wasser:
Na2O2 + 2 H2O → 2 NaOH + H2O2
7.5. Weitere Reaktionen
-
amphotere Reaktion von Aluminiumhydroxid:
Al3+ + 3 OH- → Al(OH)3 → AlO33- + 3 H+
7.6. Erläuterungen:
Mg
Al
H2O
CO2
C
N2
Magnesium
Aluminium
Wasser
Kohlendioxid
Kohlenstoff
Stickstoff
Mg(OH)2
MgO
Mg2N3
Al(OH)3
Al2O3
LiOH
Magnesiumhydroxid
Magnesiumoxid
Magnesiumnitrid
Aluminiumhydroxid
Aluminiumoxid
Lithiumhydroxid
Li
Na
H2
O2
Si
Lithium
Natrium
Wasserstoffgas
Sauerstoffgas
Silicium
Seite 91 von 113
Li2O
NaOH
Na2O2
Na2SiO3
H+
Al3+
OHNH3
[Al(OH)4]Na[Al(OH)4]
AlO33-
Lithiumoxid
Natriumhydroxid bzw. als wässrige Lösung in Form von Natronlauge
Natriumperoxid
Natriummetasilikat
Wasserstoff-Ion
dreiwertiges Aluminium-Ion
Hydroxid-Ion
Ammoniak
Aluminat-Ion
Natriumaluminat
dreiwertiges Aluminiumoxid-Ion
Seite 92 von 113
8. Unfallberichte über Vorkommnisse mit Leichtmetallen
8.1. Brand in der Werkshalle einer Maschinenbaufirma
Anfang des Jahres 2000 sind in einer Werkshalle ca. 5 t Magnesium explosionsartig
in Flammen aufgegangen.
Zum Zeitpunkt des Eintreffens der Feuerwehr vor Ort war der Hauptbrand bereits
gelöscht, einige der mit 50 Magnesium-Briketts gefüllten Fässer wurden noch mit
Quarzsand abgedeckt, um die letzten Flammen zu ersticken.
Vom Brand betroffen war vor allem der Bereich um die Brikettierpresse. In dieser
Presse wurden für einen Kunden Magnesiumspäne mit einem Druck von bis zu 2000
kg/cm² zu Briketts mit einem Durchmesser von 105 mm verarbeitet.
In dieser Presse sind ca. 1500 l Hydrauliköl enthalten, das durch den Brand
auszufließen drohte. Da auf dem Löschwasser am befestigten Boden der Werkshalle
grobsinnlich keine Ölschicht festgestellt werden konnte, ist davon auszugehen, dass
keine größeren Mengen an Mineralöl aus der Anlage oder aus dem in der Anlage
abgestellten Lkw ausgetreten sind.
Maßnahmen wie Binden oder Abschöpfen von Mineralöl war daher nicht erforderlich.
Im Bereich der Werkshalle konnte ein Geruch von Ammoniak wahrgenommen
werden. Die Frage, ob in der Anlage auch Chemikalien in Brand geraten sind oder
hier gelagert werden, wurde von der Werksleitung verneint. Es ist daher denkbar,
dass zum Einsatz gekommenes Löschpulver Novotroxin mit Magnesium unter
Freisetzung von Ammoniak reagiert hat. Wie aus dem Sicherheitsdatenblatt für
Novotroxin hervorgeht, handelt es sich bei dem Produkt um BC-Löschpulver auf
Basis von Natriumhydrogencarbonat. Weitere Bestandteile werden im Sicherheitsdatenblatt jedoch nicht angegeben. Für die Glutbekämpfung sind in Löschpulvern
üblicherweise Zusätze wie Ammoniumphosphate und Ammoniumsulfat enthalten, da
diese in der Hitze schmelzen und absperrend wirken. Im Kontakt mit reaktivem
Magnesium reagieren Ammoniumsalze unter der Bildung von Ammoniak.
Zur Brandursache wird folgende Überlegung mitgeteilt:
Magnesium-Metall überzieht sich an der Luft mit einer dünnen Oxidhaut, welche die
Oberfläche vor einer weiteren Reaktion mit der Luft schützt.
In der Literatur wird angegeben, dass Magnesium mit kaltem Wasser langsam, mit
heißem Wasser lebhaft unter Bildung von Wasserstoffgas reagiert. Die in der Presse
verarbeiteten Späne, Rückstände von Fräsarbeiten, waren möglicherweise mit
Bohröl und Kühlwasser verunreinigt. In der Presse wird die schützende Oxidhaut
zerstört, es entsteht eine sehr reaktive Oberfläche, welche sich oberhalb von 500 °C
entzündet. Durch die Brikettierung mit einem Druck von bis zu 2000 kg/cm² entsteht
Wärme. Eine Reaktion mit Wasser ist sehr wahrscheinlich. Bei dieser Reaktion bildet
sich ein explosives Wasserstoff/Luft-Gemisch.
Wie die Werksleitung mitteilt, handelt es sich bei dieser Brikettierung um einen
Versuch für einen Kunden.
Bei einer Brikettierung von feuchten Magnesiumspänen ist immer mit der Bildung
eines explosiven Gas/Luft-Gemisches zu rechnen; zusätzlich kann die Anlage in
Brand geraten.
Vorschlag:
Überprüfung der Eignung des Brikettierverfahrens für (feuchte) Magnesiumspäne.
Seite 93 von 113
8.2. Brand von Magnesiumoxidschlacke auf einer Deponie
8.2.1. Aufzeichnungen des Deponiebetreibers
1. Tag:
Vormittag:
Ein Mitarbeiter stellt einen kalten Aschengeruch fest. Nach eingehender
Besichtigung konnte kein sichtbares Zeichen eines Brandes festgestellt
werden.
13.00 Uhr:
Ein weiterer Mitarbeiter bemerkt Rauchentwicklung auf der Fläche 5 der
Deponie. Bei der Kontrolle wird nur kalter Rauch aber keine
Temperaturerhöhung festgestellt. Er verständigt weitere Personen und
weist regelmäßige Kontrollen an.
13.30 Uhr:
Da die Rauchentwicklung stärker wird, wird die zuständige Feuerwehr
verständigt. Ein Feuerwehrmann kommt zur Besichtigung des Rauchherdes.
14.00 Uhr:
Die zuständige freiwillige Feuerwehr trifft mit 3 Fahrzeugen und 16.
Männern ein. Der ebenfalls bereits eingetroffene Baggerfahrer der
Firma erklärt, dass auf der betroffenen Fläche Magnesium-Oxid-Abfälle
gelagert sind.
Der Verdichterfahrer wird verständigt, um den genauen Ort und Menge
der Lagerung festzustellen.
14.10 Uhr:
Die freiwillige Feuerwehr (FF) entscheidet, Erdreich vorzubereiten, um
den Rauchherd mit Erde vermischen und abdecken zu können.
14.30 Uhr:
Nach gemeinsamer Entscheidung mit der FF wird der äußerste Rand
des Rauchherdes mit dem Bagger geöffnet. Durch den Luftsauerstoffzutritt entsteht explosionsartig eine Stichflamme. Durch die Explosion
entsteht ein Müllbrand auf ca. 50 m². Die Feuerwehr versucht den
Brand im angrenzenden Müll mit Wasser zu löschen.
Fotos: Deponiebrand in Folge der Ablagerung von reaktiven (nicht ausreagierten
Leichtmetallabfällen.
Seite 94 von 113
15.00 Uhr:
Der Prokurist wird telefonisch verständigt. Er trifft wenig später an Ort
und Stelle ein. Es wird versucht, das Magnesium durch Aufbaggern
abbrennen zu lassen. Dazu wird begonnen, den obenaufliegenden
Abfall umzulagern. Es bilden sich immer wieder Stichflammen.
16.30 Uhr:
Ein weiterer Mitarbeiter wird telefonisch verständigt und kommt
unverzüglich zur Deponie. Er ordnet an, den Brandherd mit Erdreich
abzudecken. Rund 150 m³ Erde werden per Kippermulde zur
Brandstelle transportiert. Die Brandstelle wird nicht abgedichtet,
sondern nur abgedeckt, um den entstehenden Wasserstoff kontrolliert
und dosiert abbrennen zu lassen.
Fotos:
links: abgedeckter Brandbereich; Beobachtung durch die Feuerwehr
rechts: kontrolliertes Abbrennenlassen des entstehenden Wasserstoffs
20.00 Uhr:
Der Brand ist eingedämmt; die Feuerwehr rückt ab; übrig bleiben kleine
Brände und unzählige kleine Knallgasexplosionen.
Es wurde festgehalten, dass sich die Verdichter- und Baggerfahrer
äußerst engagiert bei der Bekämpfung des Feuers verhalten haben.
20.30 Uhr:
Es wurde vergeblich versucht, einen weiteren Beschäftigten der Firma
zu erreichen. Es werden Sicherheitsmaßnahmen angeordnet, um
weitere Explosionen und Brände zu vermeiden. Die Schüttfläche darf
nicht verdichtet werden. Wegen der Freisetzung des Wasserstoffs ist
eine ständige Überwachung durch den Verdichterfahrer notwendig.
2. Tag:
Vormittag:
Fortsetzung der Überwachung. Informationseinholung zwischen dem
Deponiebetreiber
und
dem
Abfallanlieferer
(-überbringer).
Lokalaugenschein bei der Brandstelle.
11.00 – 18.30 Uhr: Bereitschaftsdienst
ab 18.30 Uhr: Durchgehende Überwachung durch eine Verdichterfahrer (bis ca.6.00
Uhr).
Seite 95 von 113
3. Tag:
8.00 Uhr:
Telefongespräche zwischen mehreren Mitarbeitern der Deponie und
der zuständigen Behörde.
10.00 Uhr:
Lokalaugenschein bei der Brandstelle durch die zuständige Behörde,
die Feuerwehr und die Abfallanlieferfirma mit Mitarbeitern der Deponie.
Kontrolle der Dokumentationen (Deklaration, Ausgangskontrolle des
anliefernden Unternehmens, Eingangskontrolle des betroffenen
Unternehmens.
Es wird kein Fehlverhalten vorgeworfen.
Weitere Sicherheitsmaßnahmen werden festgelegt:
Es muss ein Brandabschnitt zwischen dem Hausmüll und dem
Brandherd hergestellt werden:
- Graben mind. 3 m tief mit Erdreich von der Hausmüllseite abdecken.
- Durchfahrtsmöglichkeit für den Verdichter sichern.
- Eine Schwachstelle durch abziehen des Müll wurde eingerichtet um
die Durchlüftung der Lagerstelle zu ermöglichen.
- Regelmäßige Kontrolle während der Arbeitszeit (6.00 bis 22.00 Uhr).
- Kontrollgänge durch einen Beauftragten außerhalb der Arbeitszeit
(22.00 bis 6.00 Uhr).
12.30 Uhr:
Die Baggerungen für den Graben werden begonnen.
15.30 Uhr:
Lokalaugenschein. Brandherd ist durch den Graben vom Hausmüll
sicher getrennt.
Wegen ständiger Freisetzung von Wasserstoff entstehen laufend
kleinere Knalle durch Explosion des Wasserstoff-Luft-Gemisches
(=Knallgas). Die Kontrolle wird weitergeführt.
Abklingen der Wasserstofffreisetzung innerhalb der nächsten Tage.
Nach 3 Wochen Aufräumung der Brandstelle.
8.2.2. Aufzeichnungen der zuständigen Behörde
Soweit am heutigen Tage feststellbar, wurde der Brand offensichtlich durch eine auf
der Deponie (Fläche V – nordöstlicher Randbereich) abgelagerte Charge von
Magnesiumoxidschlacke verursacht. Nach übereinstimmenden Angaben der
anwesenden Vertreter des Übergebers und Übernehmers, handelt es sich bei dem
gegenständlichen Material um 13.100 kg Magnesiumoxidschlamm, Schlüsselnummer 31622, gemäß ÖNORM S 2100, Abfallkatalog, Ausgabe 1997, mit der
Begleitscheinnummer 36060, wobei auf einer Auswertung der Übernehmerfirma als
Übergeber ein magnesiumverarbeitender Betrieb angeführt ist.
Dieses Material wurde zur Deponierung übergeben, wobei anzumerken ist, dass
ähnliche Chargen bereits mehrfach zur Deponierung übernommen wurden. Das
letzte Mal im November 1996, wo eine Menge von 27.160 kg nach Angaben eines
Mitarbeiters des Deponiebetreibers ebenfalls am selben Ort auf der Deponie
abgelagert wurden.
Seite 96 von 113
Das erstgenannte Material (13.100 kg) wurde am 11. Dezember 1996 durch die
Übergeberfirma (=Transporteur) von dem magnesiumverarbeitenden Unternehmen
abgeholt, wobei der erste der beiden Container am 11. Dezember 1996 bei der
Deponie angeliefert wurde, der zweite am 12. Dezember 1996.
Das im Dezember angelieferte Material wurde (wiederum nach Angaben des
Vertreters des Deponiebetreibers) bis nach Weihnachten offen gelagert, beobachtet
und nachdem keine Reaktion feststellbar war, schließlich mit Müll überdeckt, der eine
Schichthöhe von ca. 2 m aufwies. Insgesamt dürften sich also am Brandort die
Chargen von November und Dezember 1996 befinden, zusammen also etwa 40 t.
Ein Mitarbeiter der Deponie gab zum Brand selbst an, dass er am Samstag, den 11.
Jänner 1997, um 13.00 Uhr auf der Deponie eine leichte Nebelbildung bemerkt hat,
jedoch keine Temperaturerhöhung an der Deponieoberfläche feststellen konnte. Es
war aber kalter Rauchgeruch wahrnehmbar., der jedoch auch unter Umständen von
kalter Asche stammen könnte. Trotzdem wurde der Brandschutzwart mit der
Kontrolle des Deponieteiles beauftragt. Dieser verständigte daraufhin um ca. 13.45
Uhr die zuständige Feuerwehr. Bei einem gemeinsamen Lokalaugenschein mit der
Feuerwehr war nunmehr auch eine Wärmeentwicklung feststellbar, sodass ein
Glimmbrand vermutet wurde. In der weiteren Folge wurde ein Bagger organisiert,
sowie ein Löschwagen. Da wie bereits zu dem Zeitpunkt bekannt war, an der
gegenständlichen Stelle Magnesiumoxidschlacken deponiert waren, die durch
Wasser nicht gelöscht werden können (Reaktion von metallischen Magnesium mit
Wasser) wurde zur Ermittlung des Brandherdes zunächst der überdeckte Müll
abgezogen.
Die offensichtlich nicht ausreichend ausreagierten Magnesiumschlacken wurden von
der Feuerwehr abgegraben und zur besseren vollständigen Verbrennung gewendet,
wobei auch Stichflammen aufgetreten sind. Bei dieser Tätigkeit konnte jedoch keine
große Rauchentwicklung wahrgenommen werden und auch die umliegende
Bevölkerung sei nicht gefährdet gewesen. Danach wurde das gegenständliche
Material wieder mit ca. 150 m³ Erdmaterial abgedeckt, das aber nicht verdichtet
wurde, um Austrittstellen für den sich immer noch aus den Magnesiumschlacken
bildenden Wasserstoff zu schaffen. Da der Brand offensichtlich immer noch nicht
völlig erloschen war, wurde vom Deponiebetreiber eine Brandwache bis zum 13.
Jänner 1997 eingerichtet.
Beim Lokalaugenschein konnte auf den abgedeckten Stellen noch immer eine
deutliche Rauchentwicklung wahrgenommen werden, weiters waren Geräusche von
verbrennenden Knallgasgemischen hörbar, sodass auch zum Zeitpunkt des
Lokalaugenscheines nicht davon ausgegangen werden konnte, dass die chemischen
Reaktionen (bzw. Verbrennungsvorgänge) beendet waren.
Zur Frage, wie eine offensichtlich ungeeignete Abfallcharge zur Ablagerung auf der
gegenständlichen Deponie gelangen konnte, wurde von den Vertretern der
Überbringerunternehmens bzw. des Deponiebetreibers folgendes mitgeteilt:
Seite 97 von 113
Ein Vertreter der Übergeberfirma gab an, dass er das Material als ausreagierten
Magnesiumoxidschlamm von einem magnesiumverarbeitenden Betrieb übernommen
hätte. Er legte auch zwei Gutachten eines Zivilingenieurs für technische Chemie vor,
wobei festgestellt wurde, dass die sogenannte „ausreagierte Magnesiumabschöpfschlacke“ der Eluatklasse III a zugeordnet werden kann.
Aus Sicht des anwesenden Amtssachverständigen für Abfallchemie kann zu der von
der Übergeberfirma durchgeführten Eingangskontrolle folgendes festgehalten
werden:
-
Die vorgelegten Gutachten waren bereits über 2 Jahre alt. Es wurde auch das
Behandlungsverfahren der Magnesiumschlacken in der Zwischenzeit geändert.
Weiters behandeln die vorgelegten Gutachten auch nur Eluatuntersuchungen,
wobei nicht auf eine möglicherweise vorhandene Reaktivität der Schlacken
eingegangen wurde (etwa Gehalt an metallischem Magnesium etc.). Weiters
wurde angegeben, dass durch die Übergeberfirma für die konkrete Abfallcharge
keine analytische Untersuchung durchgeführt wurde. Aus abfallchemischer Sicht
erschien daher die Eingangs- bzw. Ausgangskontrolle durch die Übergeberfirma
mangelhaft, da durch die gewählte Vorgangsweise nicht sichergestellt werden
konnte, dass im Einzelfall zur Ablagerung ungeeignete Abfallchargen zur
Deponierung übergeben werden, die aber als zur Ablagerung geeignet deklariert
wurden.
-
Vom Vertreter der Deponie wurde angegeben, dass analytische Eingangskontrollen für das gegenständliche Material durchgeführt worden sind, nämlich 6
Rückstellproben und 8 Analysen für das Jahr 1996, wobei jedoch ebenfalls
Eluatanalysen vorgenommen wurden, aber keine explizite Überprüfung der
verbliebenen Reaktivität der Schlacken durchgeführt wurde, sodass ebenfalls
eine eventuell nicht ausreichend ausreagierte Magnesiumoxidschlammcharge zur
Ablagerung gelangen konnte, ohne das dies bei der Eingangskontrolle auffallen
müsste.
Aus fachlicher Sicht ist hier festzuhalten, dass in dieser Hinsicht die
Eingangskontrolle bei der Deponie als nicht ausreichend zu bewerten ist, da die
mögliche Reaktivität derartiger Schlacken und Schlämme als bekannt anzusehen
ist, da insbesondere bei der Übergeberfirma bereits einmal ein Zwischenfall mit
dieser Abfallart bekannt geworden ist. Die Eingangkontrolle müsste sich auch auf
die Frage beziehen, ob die zur Deponierung vorgesehenen Chargen auch
entsprechend ausreagiert gewesen sind.
Die Vertreter der Deponie gaben an, dass sie nicht mehr beabsichtigen, derartige
Materialien auf der Deponie abzulagern.
Seite 98 von 113
Folgende Maßnahmen wurden aufgrund dieses Sachverhaltes in Abstimmung mit
der Feuerwehr hinsichtlich der Überwachungszeiten in der 3. Kalenderwoche angeordnet:
1. Es ist ein Graben mit ca. 3 m Tiefe derart auszuheben, dass der Brandherd von
den übrigen Abfallablagerungen getrennt wird, und ein sogenannter
Brandabschnitt hergestellt wird. Die Böschung zu den bestehenden
Abfalllagerungen ist mit Inertmaterial abzudecken.
Eine ca. 4 m breite Überfahrt ist durch Beschüttung des Grabens mit
Inertmaterialien herzustellen.
2. Im Bereich des Brandherdes ist eine zusätzliche „Schwachstelle“, d.h. eine
Austrittsstelle für den sich noch bildenden Wasserstoff herzustellen.
3. Der Brandherd ist während der Betriebszeiten von 06.00 Uhr bis 20.00 Uhr
laufend zu überwachen. Darüber hinaus ist in der 3. Kalenderwoche um 24.00
Uhr ein Kontrollgang durchzuführen.
Ebenso ist um ca. 04.00 Uhr Früh durch den ersten im Abfallwirtschaftszentrum
anwesenden LKW-Fahrer eine optische Kontrolle des Brandherdes vorzunehmen.
Außerdem wird der Brandherd 1x täglich vom Feuerwehrkommandanten
kontrolliert und wurde zusätzlich vereinbart, dass die Behörde über die weitere
Entwicklung des Brandes informiert wird.
Seite 99 von 113
8.3. Aluminiumschlacke mit Wasser
Anfang des Jahres 1997 ereignete sich ein Giftgasunfall beim Transport von
Aluminiumschlacke, einem Nebenprodukt der Aluminiumherstellung. Das Produkt
wurde in Containern auf einem Lastzug mit Anhänger befördert. Der Ausgangsort der
Fahrt war ein Recyclingunternehmen. Der Zug war vorschriftsmäßig mit einer UN-Nr.
3170 sowie der Kemmler-Zahl X423 auf Warntafeln gekennzeichnet. (X423 steht für
entzündbarer fester Stoff, der mit Wasser gefährlich reagiert, wobei brennbare Gase
entweichen.)
Am Unfalltag fiel am Rande eines Gewerbegebietes der am Straßenrand abgestellte
Lastwagen auf, weil dichter gelber Rauch aus den auf der Zugmaschine und dem
Anhänger geladenen Containern entwich. Es war ein Tag mit anhaltendem Schneeregen und leichtem Nordostwind. Die eintreffende Feuerwehr sicherte zunächst den
Unfallort ab.
In den Begleitpapieren war die geladenen Menge Aluminiumschlacke mit 20 Tonnen
angegeben. Ermittlungen ergaben, dass die Container nur unvollständig mit einer
Plane abgedeckt waren, die mehrere Risse aufwies. Einer der Container auf der
Ladefläche der Zugmaschine war außerdem undicht, er hatte einen Riss im Metall.
Durch diese Beschädigungen gelangten Wasser und Luft an das Gefahrgut; es kam
zur exothermen chemischen Reaktion. Ein qualmendes Gemisch aus brennbaren
und giftigen Gasen wurde freigesetzt; die Behälter erwärmten sich durch die
entstandene Reaktionswärme. Am Unfallort herrschte akute Explosions- und
Vergiftungsgefahr.
Messungen ergaben, dass größere Mengen von Ammoniak, nitrosen Gasen und
Wasserstoff entwichen. Aluminiumpulver reagiert mit Wasser unter Bildung von
Wasserstoff. Ammoniak und nitrose Gase entstanden aus den Beimengungen. Die
Ammoniakkonzentration neben dem Lastzug betrug mit 700 ppm zeitweise das
Zehnfache des MAK-Wertes, der mit 50 ml/m³ (ppm) angegeben wird. Gefährliche
Gase konnten bis zu 10 m vom Unfallort entfernt gemessen werden.
Das Schadensereignis erforderte einen Großeinsatz an Hilfskräften. Eingesetzt
wurden sieben Feuerwehren und insgesamt 60 Personen vom Rettungsdienst,
einschließlich der Notärzte. Die Feuerwehrleute arbeiteten mit Chemikalienschutzanzügen und Atemschutzgeräten.
Die Einsatzleitung entschied sich für folgende Maßnahmen: Gegen den Regen
wurde über dem Lastwagen ein provisorisches Dach aus Planen errichtet, um so die
notwendigen Arbeiten vor Ort durchführen zu können. Unter dem Dach wurden die
Container mit einer Schicht trockenem Sand abgedeckt, um die Reaktion zu
beenden. Zur Abdeckung wurden vier Kubikmeter Sand verbraucht. Auf Grund der
Wetterlage erwies es sich als äußerst schwierig, trockenen Sand zur Verfügung zu
stellen. Wegen der Explosionsgefahr konnte der Sand nur per Hand aufgebracht
werden. Diese Arbeit nahm mehr als zwei Stunden in Anspruch. Schließlich gelang
es aber die chemische Reaktion und die Gasentwicklung zu stoppen und damit
ernste Folgen zu verhindern. Nach einer zusätzlichen Abdeckung mit Planen konnte
das Fahrzeug an seinen Ausgangsort, eine Wiederaufbereitungsfirma, geleitet
werden. Insgesamt wurden 12 Personen verletzt. Zehn Polizisten und Feuerwehrleute atmeten die giftigen Gase ein und mussten vorübergehend im Krankenhaus
behandelt werden. Zwei Helfer stürzten beim Anbringen der Plane von der Leiter.
Der Unfall kam durch menschliches Versagen zustande. Eine Substanz, die mit
Wasser gefährlich reagiert, in undichten Behältern und unzureichend abgedeckt bei
Regenwetter zu transportieren, wurde im Bericht der Feuerwehr als leichtsinnig
bezeichnet.
Seite 100 von 113
8.4. Explosion beim Entladen von Natrium aus einem
Kesselwagen
In einem deutschen Unternehmen ereignete sich im April 1993 ein Störfall beim
Entladen von Natrium aus einem Eisenbahn-Kesselwagen. Der Betrieb stellte
Natrium auf elektrolytischem Wege her. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde die
Produktion eingestellt und der betreffende Werksteil nahezu stillgelegt. Zusätzlich
war die Firma zur Rücknahme größerer Mengen Natrium verpflichtet. Das
Alkalimetall wurde in Kesselwagen auf dem Schienenwege auf das Firmengelände
transportiert, umgefüllt und gelagert.
Am Unfalltag wurde ein mit 40 Tonnen Natrium gefüllter Kesselwagen entladen. Der
Wagen stand auf einem überdachten Gelände neben der Entladerampe des
Elektrolysegebäudes auf einer Waage. Das Alkalimetall wurde in festem Zustand
transportiert und zum Be- und Entladen mit Hilfe eines Wärmeträgeröls erhitzt, um im
flüssigen Zustand ein- oder abgepumpt zu werden. Bei jedem Entladevorgang
machte man sich den Druckaufbau, der durch das Erhitzen des Natriums entsteht,
und die damit verbundene Volumenausdehnung des Metalls im Kesselwagen
zunutze. Beim Entladevorgang am Unfalltag sank der Druck im Kessel aus
unbekannten Gründen. Flüssiges Natrium drohte an der Entladevorrichtung zu
erstarren und zu erkalten. Der mit dem Umfüllen beschäftigte Arbeiter stocherte
schließlich mit einer Stange im Natrium, um den Fluss des Metalls aufrecht zu
erhalten. Dabei spritzte flüssiges Natrium ins Freie und entzündete sich momentan
an der Luft oder an etwa vorhandener Feuchtigkeit. Mehrere Explosionen ereigneten
sich. Als Folge geriet der Kesselwagen in Brand. Das Feuer dehnte sich auf die
Entladestelle und das nahegelegene Elektrolysegebäude aus. Es bildete sich eine
schwarze Rauchwolke, die in Richtung Norden abtrieb. Die Waage, auf der der
Eisenbahnwagen stand, wurde durch die Explosionen und den Brand zerstört,
sodass der Wagen etwa 30 cm absackte und nun direkt über einer fünf Meter tiefen
Grube stand. Inzwischen war auch das Wärmeträgeröl in Brand geraten, ein Teil
davon ergoss sich in die Grube. Der eigentliche Brandherd war damit für die
Feuerwehr nicht mehr zugänglich. Um die Grube herum waren heftig reagierende
Natriumteilchen zu sehen. Auch das nahe gelegene Elektrolysegebäude
einschließlich der darin stehenden Maschinen war in Brand geraten.
Obwohl die Löscharbeiten durch die große Menge des gefährlichen Stoffes mit
einem erheblichen Risiko verbunden waren und zunächst kein geeignetes
Löschmittel zur Verfügung stand, gelang es der Feuerwehr schließlich, den Brand zu
löschen. Am Ende des Einsatzes waren sich die Experten jedoch einig, dass eine
Katastrophe nur knapp verhindert worden war. Bei dem Störfall traten 400 kg
Natrium aus und verbrannten; es gelang aber, den Kesselwagen mit dem Hauptanteil
der 40 Tonnen des eingefüllten Alkalimetalls zu schützen. Niemand am Einsatzort
mochte sich vorstellen, wie sich der Natriumbrand bei Regen entwickelt hätte.
Seite 101 von 113
8.5. Brand durch Selbstentzündung von mit Eisenhydroxid
vermischten Magnesiumspänen:
8.5.1. Aufzeichnungen des zuständigen Bezirksinspektors:
Beim gegenständlichen Betrieb handelt es sich um einen Kanal- und Grubendienst,
Öltankreinigung und Abfallentsorgung. Auf dem Areal befinden sich mehrere Hallen
für die Lagerung von Abfällen und Problemstoffen.
Beim Eintreffen wurde festgestellt, dass die im hinteren Teil des Betriebsgeländes
gelegene Halle, wo das Betriebsgelände auch an eine Straße angrenzt, in einem
Ausmaß von ca. 800 m² in Brand geraten und erheblich beschädigt wurde. Es waren
5 Löschzüge der zuständigen freiwilligen Feuerwehr unter der Leitung des
Abteilungsbrandinspektors sowie die Betriebsfeuerwehr einer benachbarten Firma
am Brandort anwesend.
Die oben genannte Lagerhalle im Ausmaß von ca. 800 m² liegt an einer Straße
gegenüber einer anderen Firma und ist an mehrere Hallen des betroffenen Betriebes
angebaut.
Vom Juniorchef der Firma wurde angegeben, dass es sich bei der in Brand
geratenen Halle laut Gewerbebewilligung um die Halle für lose Abfälle handelt. Bei
der angebauten Halle handelt es sich um die sog. Prüf- und Sortierhalle. In der Halle
für lose Abfälle sind rechts neben dem Einfahrtstor, in der Ecke, auf einem losen
Haufen ca. 2-3 Tonnen Magnesiumspäne inertisiert mit ca. 20 Tonnen Eisenhydroxid
gelagert. Vom Betriebschemiker wurde angegeben, dass die Magnesiumspäne
selbstentzündlich sind und deshalb mit Eisenhydroxid vermengt wurden, um eine
Selbstentzündung zu verhindern.
Vom Lagerarbeiter wurde angegeben, dass er zur Zeit der Brandentstehung in der
Nähe des Haufens gearbeitet habe. Außer ihm hätten sich zu dieser Zeit in der Halle
noch 2 Arbeiter aufgehalten. Gegen 11.15 Uhr habe er bemerkt, dass auf dem
Haufen der Magnesiumspäne, offensichtlich ohne fremde Einwirkung ein Feuer
entstanden ist. Er habe daraufhin sofort mit einem in der Halle befindlichen HandSchaumfeuerlöscher versucht die Flammen zu löschen und habe auf den Brandherd
gesprüht. Es sei daraufhin seinen Angaben zufolge sofort zu einer plötzlichen
Ausbreitung des Feuers gekommen und er habe die Firmenleitung und sei in
weiterer Folge die Feuerwehr verständigt worden.
Vom Juniorchef der Firma wurde angegeben, dass es sich bei den mit Eisenhydroxid
vermengten Magnesiumspänen der Gefährlichkeit nach um Hausmüll handelt. In der
Halle sind ca. 10 m neben dem angeführten Material noch ein Haufen mit Lackabfällen in einer Menge von ca. 20 Tonnen in loser Form und offen an der Außenwand der Halle gelagert. Sonst befinden sich noch Lackabfälle in verschiedenen
Formen sowie behandelter Eisenschlamm in der Halle. Es wurde festgestellt, dass
auch der Haufen der ca. 20 Tonnen Lackabfälle in Brand geraten ist.
Überdies ist in der Halle lediglich die im oberen Drittel der Außenwände angebrachte
Kunststoffverglasung auf einer Gesamtlänge von ca. 40 m, insbesondere über den in
Brand geratenen Materialien verbrannt bzw. verschmort. Die Blechaußenwände und
die Trennwand zur angrenzenden Halle aus Blech wurden ebenfalls durch die
Hitzeentwicklung verzogen und beschädigt.
In der Prüf- und Sortierhalle ist kein Brand entstanden, diese wurde lediglich durch
die Ruß- und Rauchentwicklung in Mitleidenschaft gezogen.
Seite 102 von 113
Laut Auskunft der Sicherheitswache, wurden 2 oder 3 Pkws die an der gegenüberliegenden Fahrbahnseite der Straße abgestellt waren, durch die Hitzeentwicklung
beschädigt. Es wurden die Kunststoffverkleidungen, insbesondere bei den
Beleuchtungseinrichtungen beschädigt. Da die Pkws zu diesem Zeitpunkt bereits
weggebracht wurden, müssen die Besitzer und die Beschädigungen erst eruiert
werden und wird dies in der Meldung der Sicherheitswache festgehalten.
Auf Grund der starken Rauchentwicklung wurde bei der angrenzenden Firma die
Arbeit kurz nach Brandentstehung unterbrochen und die Arbeiter ins Freie geschickt.
Gegen 11.00 Uhr, nachdem der Brand gelöscht und die Rauchentwicklung beendet
war, wurden vom Betriebschemiker und dem ebenfalls anwesenden Mitarbeiter des
Umweltreferates keine Bedenken geäußert, dass die Beschäftigten der
angrenzenden Firma wieder an ihren Arbeitsplatz zurückkehren.
Auf Grund der Angaben des Lagerarbeiters – welcher versuchte den Brand mittels
Hand-Schaumfeuerlöscher zu löschen – wird davon ausgegangen, dass der Brand
durch Selbstentzündung der Magnesiumspäne entstand und dürfte nach bisherigen
Ermittlungen Fremdverschulden auszuschließen sein.
Personen wurden durch den Brand bzw. die Rauchentwicklung nicht verletzt.
Laut Auskunft des Juniorchefs der Firma wurde die Lagerhalle total beschädigt.
8.5.2. Stellungnahme des zuständigen chemischen Sachverständigen bezüglich der Frage, ob das Vermischen von
Magnesiumspänen mit Eisenhydroxid prinzipiell eine geeignete
Brandverhütungsmaßnahme darstellt:
Aus fachlicher Sicht ist auf Grund der Stellung der Redoxpaare Fe/Fe2+ (Fe3+) bzw.
Mg/Mg2+ in der elektrochemischen Spannungsreihe zu erwarten, dass beim
Vermischen von Eisenhydroxid mit Magnesium im entsprechenden Mischungsverhältnis folgende chemische Redoxreaktion auftritt:
2 Fe(OH)2
+
3 Mg
→
2 Fe
+
3 Mg(OH)2
Da Magnesium allein bereits mit Feuchtigkeit, die etwa aus dem zugesetzten
Eisenhydroxid stammen könnte, unter Wasserstoffbildung reagieren kann (unter der
Bedingung, dass Magnesium eine entsprechend große spezifische Oberfläche
aufweist, was bei Spänen angenommen werden kann), ist eine selbstständige
Erwärmung denkbar, die bis zum Einsetzen der oben angeführten Redoxreaktion
führen könnte. Diese Reaktion ist aufgrund der hohen Unterschiede in den
Normalpotentialen der beiden chemischen Elemente Magnesium und Eisen sehr
exotherm, das heißt wärmeabgebend. Bei einer aus chemischer Sicht sehr ähnlichen
Reaktion, die Umsetzung von Aluminium mit Eisenoxid, das sogenannte
"Thermitverfahren", können Temperaturen von bis zu 2400 °C auftreten, was z.B.
beim Schweißen von Eisenbahnschwellen Verwendung findet.
Entsprechend den Ausführungen ist die besonders hohe Reaktivität von Magnesium
mit Eisenoxid aus chemischer Sicht sehr ähnlich ist (entsteht aus Eisenhydroxid
unter Wasserabspaltung bei Energiezufuhr), auch im Handbuch der gefährlichen
Güter, Springer Verlag, 1993 explizit angeführt.
Zusammenfassend kann daher festgehalten werden, dass das Vermischen von
Eisenhydroxid mit Magnesiumspänen aus fachlicher Sicht eine völlig ungeeignete
Brandverhütungsmaßnahme darstellt und eher als "Brandförderungsmaßnahme" zu
bezeichnen wäre.
Seite 103 von 113
9. Anhang
9.1. Elemente mit pyrophoren Eigenschaften (Übersicht)
Aluminium
Arsen
Barium
Beryllium
Bismut:
Blei
Bor
Cadmium
Cäsium
Calcium
Cer
Chrom
Eisen
Fluor
Francium
Germanium
Hafnium
Iridium
Kalium
Kobalt
Kupfer
Lanthan
Lithium
nicht stabilisiertes Pulver ist an der Luft selbstentzündlich,
stabilisiertes Pulver ist an der Luft leichtentzündlich, nicht
stabilisiertes Pulver entwickelt bei Berührung mit Wasser leicht
brennbares Wasserstoffgas;
ab 180 °C an der Luft entzündlich;
an feuchter Luft selbstentzündlich;
Staub/Pulver bildet an der Luft ein explosionsfähiges Gemisch,
reagiert heftig mit Wasser, wobei sich der gebildete Wasserstoff
entzündet;
reagiert bei Erwärmung mit verschiedenen Oxidationsmitteln
teilweise heftig;
Staub ist bei sehr feiner Verteilung an der Luft selbstentzündlich;
bildet mit Sauerstoff ab 700 °C ein entzündliches Gemisch, bzw.
entzündliche Gase oder Dämpfe;
entzündet sich beim Erhitzen, das Pulver ist an der Luft
entzündlich;
selbstentzündlich in Gegenwart von Sauerstoff, bei Berührung mit
Wasser entsteht Cäsiumhydroxid (die stärkste bekannte Base);
ist beim Erwärmen an der Luft entzündlich, Pulver an der Luft
selbstentzündlich, reagiert heftig mit Wasser, wobei sich der
gebildete Wasserstoff entzündet;
in reinem Sauerstoff ab 150 °C entzündlich;
in feinstverteilter Form an der Luft selbstentzündlich;
Pulver oder Schwämme sind an der Luft selbstentzündlich,
feinstes Pulver bildet an der Luft ein explosionsfähiges Gemisch;
an feuchter Luft kann Explosionsgefahr entstehen;
in Pulverform an der Luft selbstentzündlich, reagiert heftig mit
Wasser, wobei sich der gebildete Wasserstoff sofort entzündet;
bildet an der Luft oder mit Sauerstoff ein entzündliches Gemisch,
bzw. entzündliche Gase oder Dämpfe;
an der Luft selbstentzündlich, trockenes Pulver ist durch Reibung,
Feuer oder Hitze leichtentzündlich;
fein verteiltes Pulver kann sich an der Luft von selbst entzünden;
kann sich an feuchter Luft bei Raumtemperatur spontan
entzünden; bildet entzündliche Gase (Wasserstoff) bzw. Dämpfe
von Kalium Explosionsgefahr! Reagiert heftig mit Wasser, wobei
sich der gebildete Wasserstoff sofort entzündet;
Pulver ist selbstentzündlich an der Luft;
Pulver ist selbstentzündlich an der Luft;
an der Luft je nach Form bei 300 – 450 °C selbstentzündlich;
selbstentzündlich an der Luft ab 180 °C, fein verteiltes oder
erwärmtes Metall ist leicht entzündlich, reagiert heftig mit Wasser,
wobei sich der gebildete Wasserstoff sofort entzündet;
Seite 104 von 113
Magnesium
Mangan
Natrium
Neodym
Nickel
Palladium
Phosphor
Platin
Praseodym
Radium
Rhodium
Rubidium
Ruthenium
Samarium
Scandium
Schwefel
Selen
Silicium
Stickstoff
Strontium
Terbium
Thorium
Titan
Uran
Vanadium
Wasserstoff
Wolfram
Yttrium
Zink
Zinn
Zirkon
nicht stabilisiertes Pulver ist an der Luft selbstentzündlich, Pulver
ist im Gemisch mit Luft staubexplosionsfähig, in Staub- oder
Pulverform reagiert es mit Wasser und setzt Wasserstoff frei;
Pulver ist selbstentzündlich an der Luft;
selbstentzündlich an feuchter Luft, reagiert heftig mit Wasser,
wobei sich der gebildete Wasserstoff sofort entzündet;
an der Luft bei 300 – 400 °C entzündlich;
feinst verteiltes Pulver/Staub ist selbstentzündlich an der Luft;
trockenes Pulver ist an der Luft selbstentzündlich;
an der Luft durch Selbsterhitzung auf über 40 °C
selbstentzündlich, durch Schlag oder Reibung bereits bei
Zimmertemperatur selbstentzündlich;
trockenes Pulver an der Luft selbstentzündlich und
explosionsfähig;
je nach Form bei 300 – 450 °C entzündlich;
in Pulverform an der Luft selbstentzündlich, in Pulver- oder
Staubform reagiert es mit Wasser und setzt Wasserstoff frei;
an der Luft selbstentzündlich bzw. explosionsfähig;
an der Luft selbstentzündlich, reagiert heftig mit Wasser, wobei
sich der gebildete Wasserstoff sofort entzündet;
in feinster Verteilung an der Luft selbstentzündlich bzw.
explosionsfähig;
bei der Reduktion seiner Verbindungen entzündlich;
in fein verteilter Form an der Luft entzündlich;
selbstentzündlich an der Luft ab 260 °C;
explosionsfähig mit Sauerstoff bei Erwärmung;
selbstentzündlich an der Luft;
tiefkalter Stickstoff reichert sich an der Luft mit Sauerstoff an und
bildet entzündungsfähige Gemische mit leichtentzündlichen
Stoffen;
selbstentzündlich an der Luft, reagiert heftig mit Wasser, wobei
sich der gebildete Wasserstoff entzündet;
in verdünnten Säuren entzündlich;
Pulver ist an der Luft oder durch leichte Reibung entzündlich;
Pulver ist selbstentzündlich an der Luft;
Pulver an der Luft selbstentzündlich;
Pulver leichtentzündlich an der Luft;
hochentzündlich an der Luft;
Pulver an der Luft selbstentzündlich;
ab 500 °C an der Luft selbstentzündlich;
Pulver bzw. Staub an der Luft selbstentzündlich;
Pulver bzw. Staub an der Luft selbstentzündlich;
nicht stabilisiertes Pulver ist an der Luft selbstentzündlich,
Reibung, oder Stoß und Feuchtigkeit können zur Entzündung oder
Explosion führen;
Seite 105 von 113
9.2. Mögliche Zündquellen in Betrieben
-
-
-
-
-
-
-
-
Offene Flammen:
Streichholz- oder Feuerzeugflamme, Feuerungsanlagen, Lötlampen, Schweißund Schneidflammen, Explosionen, Verbrennungsmotoren;
Heiße Oberflächen:
Wände von Heizkesseln, Lötkolben, Backenbremsen, heißlaufende Teile von
Maschinen, glimmender Tabak, glühende Metallteile, heiße Rohrleitungen,
ausströmende heiße Gase;
Elektrische Anlagen:
Wackelkontakte, überlastete Leitungen, defekte Steuerungen, Abreißfunken an
Schaltern, Glühlampen;
Elektrostatische Entladungen:
Fließ- oder Strömungsvorgänge an nicht geerdeten Anlagenteilen oder Behältern,
ungeeignete Einrichtungsgegenstände, ungeeignete Kleidung;
Reib- oder Schlagfunken:
Schleifarbeiten, Polieren, Hammerschlag;
Blitzschlag:
Einschlag des Blitzes oder durch Blitzschlag hervorgerufene Überspannung in
Leitungen oder Anlagen;
Exotherm reagierende Stoffe:
Zersetzung von Calciumkarbid, Reaktion von Calciumoxid mit Wasser, Reaktion
von Magnesiumnitrid mit Wasser;
Selbstentzündungen:
durch chemische oder chemisch/biologische Vorgänge hervorgerufene
Wärmebildung oder durch Stoffe, die sich auf Grund ihrer niedrigen Zündtemperatur schon bei Normaltemperatur entzünden (weißer Phosphor).
9.3. Bauliche Vorbeugemaßnahmen gegen die Ausbreitung
eines Leichtmetallbrandes
-
-
-
-
-
Strikte Beachtung aller nach den Bauordnungen vorgeschriebenen baulichen
Maßnahmen zur Brandbegrenzung,
ausreichende Abstände zu Nachbaranlagen, die eine Brandübertragung auch
unter ungünstigen Verhältnissen ausschließen,
in besonders kritischen Fällen ist eine Ablenkung des Explosionsdrucks nach
oben (Explosionsklappen, leichte Bedachung) erforderlich,
Löschzentralen, Löschleitungen und Steuerungssysteme müssen so eingerichtet
sein, dass sie außerhalb möglicher Explosionseinwirkungen liegen,
Zusammenlagerbarkeit, -packbarkeit strikt beachten und eigene Bau- und
Brandabschnitte für nicht kompatible Stoffe ausbilden.
Seite 106 von 113
9.4. Betriebliche Vorbeugemaßnahmen gegen die Ausbreitung
eines Leichtmetallbrandes
-
-
-
Einwandfreie Ordnung und Sauberkeit im Betrieb,
gründliche Reinigung und Abfallbeseitigung,
ausreichende Betriebsanleitungen und Datenblätter für die vorhandenen Stoffe,
lückenlose Überwachung der elektrischen Anlagen und Installationen,
einwandfreie Kennzeichnung der Stoffe,
Konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung von horizontalen Ablagerungsflächen,
Verhinderung der Ablagerung von Stäuben auf Rohrleitungen, Kabeln oder an
unzugänglichen Stellen,
regelmäßige Unterweisung der Mitarbeiter über Gefahren durch brennbare
Stäube,
Bereitstellung geeigneter Löschanlagen, Löschmittel und Löschgeräte,
Einrichtung von
Frühwarnanlagen
und
automatischen
Löschund
Explosionsunterdrückungsanlagen.
9.5. Brenn- und Explosionskenngrößen von Aluminium und
Magnesium
9.5.1. Aluminium
Aluminiumstaub
100 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 1000 g/m³
500 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 30 g/m³
1200 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 100 g/m³
Aluminiumstaub phlegmatisiert
39 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 30 g/m³
Aluminium spindelölbeschichtet
34 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 60 g/m³
Aluminiumgrieß 97 % Al
330 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 100 g/m³
Seite 107 von 113
Aluminiumgrieß
48 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 60 g/m³
Aluminiumkrätze
keine Explosionsgrenze angegeben
Aluminiumpulver
11 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 30 g/m³
9.5.2. Magnesium
Magnesiumkrätze
keine Explosionsgrenze angegeben
Magnesium Späne verunreinigt
- 430 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 30 g/m³
- 800 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 200 g/m³
Magnesium Pulver
- 240 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 500 g/m³
- 520 µm mittlerer Teilchendurchmesser
untere Explosionsgrenze 500 g/m³
9.6. Weitere selbstentzündliche anorganische Stoffe
•
Phosphor:
weiß oder gelb – trocken;
weiß oder gelb – unter Wasser;
weiß oder gelb – in Lösung,
weiß oder gelb – geschmolzen
•
Metalle und Metalllegierungen, pulverförmig, staubförmig, körnig oder in
anderer selbstentzündlicher Form:
Bariumlegierungen, pyrophor;
Calciumlegierungen, pyrophor;
Calcium, pyrophor;
Zirkonpulver trocken;
Hafniumpulver, trocken;
Titanpulver, trocken;
Metallkatalysator, trocken
Metallkatalysator, angefeuchtet mit einem sichtbaren Überschuss an Flüssigkeit;
Zirkonabfall;
Seite 108 von 113
Zirkon, trocken, Bleche, Streifen oder gerollter Draht (dünner als 18 µm);
Metallisches Eisen als Bohrspäne, Drehspäne, Abfälle in selbsterhitzungsfähiger
Form;
•
Sulfide, Hydrogensulfite und Dithionite in selbstentzündlichem Zustand
Kaliumsulfid, wasserfrei;
Kaliumsulfid, mit weniger als 30 % Kristallwasser;
Natriumdithionit (Natriumhydrosulfit);
Natriumsulfit, wasserfrei;
Natriumsulfit, mit weniger als 30 % Kristallwasser;
Calciumdithionit (Calciumhydrosulfit);
Kaliumdithionit (Kaliumhydrosulfit);
Natriumhydrogensulfit mit weniger als 25 % Kristallwasser;
Titandisulfid
•
Metallsalze und Alkoholate, in selbstentzündlichem Zustand
Erdalkalimetallalkoholate;
Alkalimetallalkoholate;
Titaniumtrichlorid, pyrophor;
Titantrichloridmischungen, pyrophor;
Natriummethylat;
•
Selbstentzündliche feste Stoffe
Magnesiumdiamid
Eisenoxid, gebraucht;
Eisenschwamm, gebraucht aus der Kokereigasreinigung;
Mangan-ethylen-1,2.bisdithiocarbamat;
Mangan-ethylen-1,2.bisdithiocarbamat, Zubereitungen mit mindestens 60 %
•
Selbstentzündliche flüssige Stoffe
Aluminiumborhydrid;
Aluminiumborhydrid in Geräten;
Pentaboran;
Phosphor, weiß oder gelb, geschmolzen;
Seite 109 von 113
Literaturverzeichnis
(Bei der Erstellung des Merkblattes mitverwendete Literatur)
Fachliteratur:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Römpp Lexikon Chemie 2.0, Stuttgart/New York; Georg Thieme Verlag 1999
Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, Hrsg. Fritz Ullmann
Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Charles E. Mortimer, 5. Auflage, 1987,
Georg Thieme Verlag Stuttgart – New York
Taschenbuch der Chemie, Verlag Harri Deutsch, Thun und Frankfurt/Main, 14.
Auflage, Schröter, Lautenschläger, Bibrack
Lexikon der Hüttentechnik, Herausgeber Hans Grothe, Deutsche Verlags-Anstalt
Stuttgart, Band 5, 1963
Giesserei Lexikon, Schiele und Schön, Ausgabe 1994, 16. Auflage,
Herausgegeben von Dipl.-Ing. Ernst Brunhuber
Chimica – ein Wissensspeicher, Band I, Anorganische Chemie, Organische
Chemie, von Hans Keune at al., Verlag Chemie, Mannheim, Ausgabe 1981
Küster Thiel, Rechentafeln für die Chemische Analytik, 104. Auflage, Walter de
Gruyter, Berlin - New York, Ausgabe 1993
Holleman-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, A. F. Holleman, Egon
Wiberg, 91. - 100., verbesserte und stark erweiterte Auflage von Nils Wiberg,
Walter de Gruyter, Berlin - New York, Ausgabe 1985
Handbook of Chemistry and Physics, Robert C. Weast, Ph.D. (Editor), Melvin J.
Astle, Ph.D. (Associate Editor), 60. Edition, 1979 - 1980
Grundlagen der analytischen Chemie, 7., überarbeitete Auflage, Fritz Seel, Verlag
Chemie Weinheim – New York, 1979
Pyrophoric Materials Handbook, Flammable Metals and Materials, by Charles R.
Schmitt, edited By Jeff Schmitt, written in 1985
Hommel - Handbuch der gefährlichen Güter, Wasserschutzpolizeidirektion
Baden-Württemberg, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 1999
Roth Weller - Gefährliche chemische Reaktionen; ecomed Verlagsgesellschaft
AG und Co KG., Landsberg; Ausgabe 12/98
BGR 109 Richtlinie zur Vermeidung der Gefahren von Staubexplosionen beim
Schleifen, Bürsten und Polieren von Aluminium und seinen Legierungen;
Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften Fachausschuß „Eisen
und Metall 1“, April 1990
BG-Regeln (BGR 204) – Umgang mit Magnesium; Berufsgenossenschaftliche
Regeln für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit; Hauptverband der
gewerblichen Berufsgenossenschaften; April 1999
Regeln für Sicherheit und Gesundheitsschutz beim Umgang mit Magnesium, ZH
1/328, Fachausschuss „Eisen und Metall III“ des Hauptverbandes der
gewerblichen Berufsgenossenschaften, Entwurf Dezember 1996
Richtlinien für die Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre
mit Beispielsammlung – Explosionsschutz-Richtlinien – (EX-RL), ZH 1/10,
Ausgabe September 1990
Seite 110 von 113
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
BIA-Report, Brenn- und Explosionskenngrößen von Stäuben, Ausgabe 12/97,
Herausgeber: Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften – HVBG
BIA-Report, Dokumentation Staubexplosionen, Ausgabe 11/97, Herausgeber:
Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften – HVBG
Technische Richtlinie gefährliche Abfälle (TrgA 509 Magnesium), Ausgabe März
1976
Sicherheitsvorschriften bei Magnesium, VDG-Merkblatt, Verein Deutscher
Giessereifachleute, Juli 1977
Auszug aus der früheren deutschen Arbeitsstoffverordnung (~1980)
Technische Richtlinie, TR 901 – Transport erwärmter flüssiger und fester Stoffe
Sicherheitsvorschriften für Magnesium; Dr. Alfred Johannknecht und Dipl.-Ing.
Jürgen Wassenhoven, September 1997
Gefahren und Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Magnesium in metallverarbeitenden Betrieben, Dipl.-Ing. Jürgen Wassenhoven, Sonderdruck aus
„Moderne Unfallverhütung“, Vulkan-Verlag, Haus der Technik, Essen
Broschüre des Ausschusses für Sicherheit und Eigentumsschutz des
Aluminiumverbandes, Abteilung für Pigmente und Pulver;
Hydro Magnesium – SAFETY IN MAGNESIUM DIE CASTING, 03/1996
Hydro Magnesium – Schmelzen und Handhabung von Magnesium für den
Druckgießprozeß, 11/1997
Hydro Magnesium – Sicherheit beim Magnesium-Druckgießen, 10/1997
Magnesium: Designing around Corrosion, Dow Chemicals
Leichtmetall-Sand- und -Kokillenguß, Jahresübersicht, Teil 2. Magnesiumguß,
Auszug aus Gießerei-Praxis Nr. 12/1994
Trends in der Entwicklung und Anwendung von Magnesiumlegierungen, D.L.
Albright, Auszug aus Gießerei-Praxis Nr. 1/2 1996
Prozeßgesteuerte Magnesiumbehandlung von Gußeisen während des Gießens,
Heinrich Zeiger und Michael Hofmann, Dortmund, Auszug aus Gießerei-Praxis
Nr. 11/1994
Magnesium-Druckguß: Chancen und Risiken der zukünftigen Entwicklung,
weltweit, Roland, Fink, Schorndorf, Auszug aus Gießerei-Praxis Nr. 11/1994
Vergleich von Magnesiumlegierungen, Auszug aus Gießerei-Praxis Nr. 7/8 1996
Auszug aus einem Fachbuch, Kapitel Brandklasse D
Betriebsanweisung gemäß GefStoffV, Leicht entzündliche Gefahrstoffe, fest
Verhalten bei Gefahrgutunfällen, Information für Gefahrgutlenker
Betriebsanweisung gemäß § 20 GefStoffV, Nr. A.2.13., für feste selbstentzündliche Stoffe, die sich mit Wasser oder Säure unter Bildung giftiger
und/oder entzündlicher Dämpfe oder Gase zersetzen
Arbeits- und Gesundheitsschutz, Zündfähige Metallstäube – Die Zeitbombe im
eigenen Betrieb
Brikettieren von Schleifspänen, Wolfgang Koellner, Auszug aus dem Umweltmagazin November 1995
Gießereistäube – Arten, Mengen und Eigenschaften, Prof. Dr.-Ing. habil. W. Tilch,
Freiberg, Giesserei-Erfahrungsaustausch Januar 1998
Stoffdatenblätter von Aluminium und Magnesium, AUVA, Linz, Stand 02/99
Merkblatt für den Umgang mit Aluminiumgrieß der Fa. Mepura, Ranshofen
Broschüre der Fa. Benda-Lutz, Traismauer, Allgemeine Sicherheitsbestimmungen für die Lagerung von Aluminiumpulver und –paste
Seite 111 von 113
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Europäisches Sicherheitsdatenblatt für Aluminiumpulver nach EU-Richtlinie
Datenblätter für Magnesiumpulver (nicht stabilisiert), Magnesiumpulver
(phlegmatisiert) oder Späne, Aluminiumspäne (nicht stabilisiert), Aluminiumspäne
(phlegmatisiert)
Teile aus Abwehrender Brandschutz, WEKA Verlag, 04-07-1998
Merkblatt für den Umgang mit Aluminiumpulver, Fachverband Metallpulver,
Frankfurt
Gefährliche Arbeitsstoffe / Materialien – Dokumentation, BIA-Handbuch
EG-Sicherheitsdatenblatt, Magnesiumpulver, Eckart Non Ferrum, Januar 2000
EG-Sicherheitsdatenblatt, Magnesiumspäne, Eckart Non Ferrum, Januar 2000
Merck Chemikalien-Reagenzien, 1999/2000
Bericht der steiermärkischen Landesregierung an die Bezirkshauptmannschaft
Knittelfeld vom 2.4.2000 bezüglich Ölalarm vom 22.3.2000;
Gesetze:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bundesabfallwirtschaftsgesetz, BGBl. 325/1990, idgF
Deponieverordnung, BGBl.Nr. 164/1996, idgF
Festsetzungsverordnung, BGBl. Nr. 227/1997, idgF
Chemikaliengesetz BGBl.Nr. 53/1997
Chemikalienverordnung BGBl. II Nr. 81/2000
Gefahrgutbeförderungsgesetz, BGBl.Nr. 145/1998, idgF
ADR – Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung
gefährlicher Güter auf der Straße, 1999
Altlastensanierungsgesetz ALSAG, BGBl.Nr. 229/1989, idgF
Wasserrechtsgesetz WRG, BGBl. Nr. 215/1959, idgF
EWC, European Waste Catalogue
Richtlinie 91/689/EWG des Rates vom 12. Dezember 1991 über gefährliche
Abfälle
Entscheidung 94/904/EWG des Rates vom 22. Dezember 1994 über ein
Verzeichnis gefährlicher Abfälle im Sinne von Artikel 1 Absatz 4 der Richtlinie
91/689/EWG über gefährliche Abfälle
Verordnung (EG) Nr. 1420/1999 des Rates vom 29. April 1999, zur Festlegung
gemeinsamer Regeln und Verfahren für die Verbringung bestimmter Arten von
Abfällen in bestimmte nicht der OECD angehörende Länder
Richtlinie 94/9/EF des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. März
1994, zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte und
Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten
Bereichen
Normen:
•
•
•
•
ÖNORM S 2100, Abfallkatalog, Ausgabe 1. September 1997
ÖNORM S 2100/AC1, Abfallkatalog (Berichtigung), Ausgabe Januar 1998
DIN EN 1127/1, Explosionsfähige Atmosphären, Explosionsschutz, Teil 1:
Grundlagen und Methodik, Ausgabe Oktober 1997
DIN EN 1706, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Gußstücke, Chemische
Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften, Ausgabe Juni 1998
Seite 112 von 113
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ÖNORM S 2072 Eluatklassen (Gefährdungspotential) von Abfällen, Ausgabe
Dezember 1990
ÖNORM S 2079 Klassifzierung von Abfällen – Eignung für die Verwertung
(Vorschlag), Juni 1998
ÖNORM Entwurf EN 12258-3, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Begriffe
und Definitionen, Teil 3: Schrott, Ausgabe 1.9.2000
ÖNORM Entwurf EN 13920-4, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Schrott,
Teil 4: Schrott aus einer einzigen Knetlegierung, Ausgabe 1.9.2000
ÖNORM Entwurf EN 13920-5, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Schrott,
Teil 5: Schrott aus zwei oder mehr Knetlegierungen der gleichen
Legierungsgruppe, Ausgabe 1.9.2000
ÖNORM Entwurf EN 13920-6, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Schrott,
Teil 6: Schrott aus zwei oder mehr Knetlegierungen, Ausgabe 1.9.2000
ÖNORM Entwurf EN 13920-12, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Schrott,
Teil 12: Späne aus einer einzigen Legierung, Ausgabe 1.9.2000
ÖNORM Entwurf EN 13920-13, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Schrott,
Teil 13: Gemischte Späne aus zwei oder mehreren Legierungen, Ausgabe
1.9.2000
ÖNORM Entwurf EN 13920-16, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Schrott,
Teil 16: Schrott aus Krätzen, Ausläufern und Gröben, Ausgabe 1.9.2000
Fotos auf der Einband-, Impressums- und Untertitelseite: Brandreaktionen von
Magnesiumspänen.
Foto auf Seite der Danksagungen: Magnesiumspäne; Abfälle aus der spanenden
Bearbeitung von Magnesiumwerkstücken.
Seite 113 von 113