Metallurgie und Zellstoffherstellung: Ein Leitfaden

Metallurgie: Erzaufbereitung und Konzentration

Metallurgie umfasst den Zusammenschluss oder die Aufbereitung von Erzen (Mena). Folgende Verfahren werden angewendet:

• Flotation: Anreicherung durch Beseitigung wertloser mineralischer Arten.
• Amalgam: Eine Legierung aus Quecksilber mit einem oder mehreren anderen Metallen.
• Magnetische Konzentration: Mineralien mit magnetischen Eigenschaften werden durch Elektromagnete konzentriert, die das Metall anziehen.

Thermische Vorbehandlungen

• Rösten: Umwandlung von Sulfiden in Oxide durch Erhitzen an der Luft.
• Brennen (Kalzinieren): Umwandlung von Carbonaten oder Hydroxiden in leichter reduzierbare Verbindungen.

Reduktion und Gewinnung

• Chemische Reduktion: Ein Reduktionsmittel wird verwendet, wobei das Metall elektropositiv reagiert.
• Schmelzflusselektrolyse (Rolled-Product): Wird für sehr elektropositive Metalle angewendet.

Reinigung von Metallen

• Destillation: Anwendung bei flüchtigen Metallteilchen.
• Elektrolyse: Elektrochemische Reinigung bestimmter Metalle.
• Zonenreinigung (Zone Refining): Verunreinigungen werden gelöst und die Schmelze kristallisiert fraktioniert aus.

Wichtige Metalle und ihre Gewinnung

• Eisen: Gewonnen aus Pyrit, Siderit, Hämatit oder Magnetit. Im Hochofen erfolgt das Schmelzen von Eisenerz mit Kalkstein und Koks zu Roheisen (Pig Iron).
• Stahl: Erhalten durch Beseitigung von Verunreinigungen aus Roheisen sowie Zugabe von Kohlenstoff und anderen Elementen (C-Stahl, Aluminium, Edelstahl, Werkzeugstahl, niedriglegierter Ultrastrong-Stahl). Behandlungen umfassen Verzinken, Verchromen, Vernickeln, Brünieren oder Lackieren.
• Kupfer: Gewonnen aus Chalkopyrit, Cuprit oder Azurit. Durch Elektrolyse wird hochreines Kupfer (Cu) erreicht.
• Aluminium: Gewonnen aus Bauxit mittels Bayer-Prozess und Hall-Héroult-Verfahren (Elektrolyse).
• Blei: Gewonnen aus Bleiglanz.
• Zink (Zinzan): Gewonnen aus Zinkblende.
• Magnesium: Gewonnen aus Magnesit.

Zellstoffherstellung (Pulp)

Holzbestandteile: Cellulose, Hemicellulose und Lignin.

Verfahren der Entrindung

• Trommelentrindung: In rotierenden Trommeln wird die Rinde durch Reibung zwischen den Stämmen und Wasserstrahlen entfernt.
• Ringentrindung: Mit wenig oder ohne Wasser werden die Protokolle einzeln in einem Ring mit Schabern bearbeitet.
• Hydraulische Entrindung: Große Stämme treten in eine Kammer ein, in der Wasser unter hohem Druck appliziert wird.

Zellstoffgewinnung (Pulping)

Die Gewinnung der Zellstoffmasse erfolgt durch:

• Mechanische Prozesse: Einzelne Teile der Cellulosefasern werden physisch mit Schleifmaschinen getrennt. Dies bietet eine gute Ausbeute, ist jedoch kostenintensiv.
• Chemische Prozesse: Delignifizierung mit sauren oder basischen Chemikalien. Dies erleichtert das Bleichen, bietet höhere Qualität und Stärke, aber eine geringere Ausbeute.

Arten der chemischen Gewinnung

• Säuren: Bessere Trennung der Cellulose, benötigt mehr Energie. Begrenzt durch bestimmte Harze mit Phenolverbindungen.
  • Sulfitverfahren: Gute Ausbeute, niedrige Kosten, hohe Weiße, einfaches Bleichen. Jedoch nur für bestimmte Hölzer geeignet; mechanisch schwächere Masse.
• Alkali: Phenole und Harzsäuren werden in der Ablauge beseitigt.
  • Soda-Verfahren: Das älteste und einfachste Verfahren.
  • Sulfat- oder Kraft-Verfahren: Am häufigsten verwendet; bietet High-Speed-Delignifizierung, hohe Performance, geringe Kosten und ist für fast alle Holzarten geeignet.

Bleichprozesse (Bleaching)

Chlorhaltige Bleiche

• Molekulares Chlor: Veraltet, umweltbelastend, aber kostengünstig.
• Bleichen: Erzeugt Zellstoff mit hoher Viskosität.
• Chlordioxid (ClO2): Häufig verwendet, selektiv, jedoch instabil, giftig und ätzend.

Chlorfreie Bleiche

• Alkalische Extraktion: Verwendung von Natriumhydroxid (NaOH).
• Sauerstoff (O2): Verringert im alkalischen Medium das restliche Lignin.
• Ozon (O3): Gutes Oxidationsmittel, obwohl es weniger selektiv als Chlor ist.
• Wasserstoffperoxid (H2O2): Sauberer Reiniger mit geringfügigen Anwendungsproblemen.
• Persäuren: Erhalten durch Reaktion von H2O2 mit Säuren.
• Xylanase: Entfernt andere Polysaccharide als Cellulose; teuer in der Anwendung.

Qualitätsmerkmale von Zellstoff

Die Qualität wird bestimmt durch: Gehalt an Extrakten, Lignin, Polysacchariden und Asche sowie die Kappa-Zahl, Laugenbeständigkeit, Viskosität und unverseifbare Gruppen.