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WASSERAUFBEREITUNG IN DER ALUMINIUMINDUSTRIE
Die Herstellung von Aluminium ist mit hohen Temperaturen und energieintensiven Prozessen verbunden. Um Anlagen und Wärmetauscher zuverlässig zu betreiben, ist eine kontinuierliche Kühlung erforderlich. Kühl- und Prozesswasser sind dabei ein fester Bestandteil der Produktionsprozesse.
In der Aluminiumindustrie wird dafür häufig Naturwasser wie Regen- oder Flusswasser eingesetzt. Diese Wasserquellen enthalten jedoch Schmutzpartikel und Sedimente, die ohne geeignete Aufbereitung zu Ablagerungen, erhöhtem Wartungsaufwand und Leistungseinbußen führen können.
Dieser Beitrag beschreibt den Herstellungsprozess von Aluminium, die Bedeutung von Wasser- und Kühlprozessen sowie die Rolle der Filtration in der Wasseraufbereitung. Anhand eines Praxisbeispiels wird gezeigt, wie Filtration zur Stabilisierung des Anlagenbetriebs und zur Reduzierung von Wartungsaufwand beitragen kann.
DAS WICHTIGSTE IN KÜRZE
- Die Produktion von Aluminium erfordert aufgrund hoher Prozesstemperaturen eine dauerhaft funktionierende Wärmeabfuhr über wasserbasierte Kühlsysteme.
- Der Einsatz von unbehandeltem Regen- oder Flusswasser kann durch wechselnde Feststoffbelastungen zu Ablagerungen, höherem Instandhaltungsaufwand und Einschränkungen im Betrieb führen.
- Filtersysteme sorgen für eine gleichbleibende Wasserqualität, reduzieren Stillstände und tragen messbar zur Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit der Anlagen bei.
HERSTELLUNG UND GEWINNUNG VON REINEM ALUMINIUM
Bei der Gewinnung von Aluminium aus natürlichen Rohstoffen spricht man von der Herstellung von sogenanntem Primäraluminium. Dieses Aluminium wird zum Beispiel für die Fahrzeug- oder Verpackungsindustrie verwendet. Die Anwendungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Die Herstellung bzw. Gewinnung des reinen Aluminiums erfolgt durch mehrere chemisch und thermisch aufeinander abgestimmte Prozesse.
Aluminium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern ist hauptsächlich im Bauxit-Erz gebunden. Dieses Erz wird meist oberflächennah abgebaut und bildet den Ausgangsstoff für die Aluminiumherstellung. Für die Gewinnung von einer Tonne Aluminium werden in der Regel etwa vier bis fünf Tonnen Bauxit benötigt.
Die Herstellung von Aluminiumoxid (Alumina) aus Bauxit erfolgt im sogenannten Bayer-Verfahren. Dabei wird das Erz unter Einsatz von Natronlauge und erhöhten Temperaturen chemisch behandelt, sodass die aluminiumhaltigen Bestandteile gelöst und unlösliche Rückstände abgetrennt werden.
In einem ersten Schritt wird das Bauxit in Raffinerien zerkleinert und chemisch behandelt, um daraus Aluminiumoxid (Alumina) zu gewinnen. Dabei werden unerwünschte Bestandteile wie Eisen, Silizium oder Titan abgetrennt. Dieser Prozess erfordert bereits hohe Temperaturen und den Einsatz von Wasser und Chemikalien.
Im anschließenden Schmelzprozess wird das Aluminiumoxid bei sehr hohen Temperaturen und unter Einsatz großer elektrischer Energie in reines Aluminium umgewandelt. Durch diesen elektrochemischen Prozess entsteht Aluminium mit einem Reinheitsgrad von rund 99,8 %.
Die Herstellung von Aluminium ist daher äußerst energie- und wärmeintensiv – weshalb eine zuverlässige und geeignete Kühlung der Anlagen mit Flüssigkeit eine zentrale Rolle im gesamten Produktionsprozess spielt.
Der Hall-Héroult-Prozess ist der zweite zentrale Schritt der Aluminiumherstellung nach dem Bayer-Verfahren. Dabei wird das zuvor gewonnene Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith gelöst und mithilfe von elektrischem Strom in metallisches Aluminium umgewandelt.
WASSER- UND KÜHLPROZESSE IN DER ALUMINIUMHERSTELLUNG
Die Herstellung von Aluminium ist durch zahlreiche thermische Prozesse geprägt, bei denen dauerhaft hohe Temperaturen entstehen. Sowohl bei der Raffination des Bauxits als auch im anschließenden Schmelzprozess müssen Anlagen, Maschinen und Wärmetauscher zuverlässig gekühlt werden, um einen sicheren und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
Dabei übernimmt Kühl- und Prozesswasser eine zentrale Rolle. Es wird eingesetzt, um Wärme aus den Produktionsprozessen abzuführen, Anlagen vor Überhitzung zu schützen und gleichbleibende Prozessbedingungen sicherzustellen. Ohne eine kontinuierliche Kühlung wären stabile Produktionsabläufe nicht möglich.
Je nach Standort und Verfügbarkeit kommen unterschiedliche Wasserquellen zum Einsatz. Neben Frischwasser werden in der Aluminiumindustrie häufig auch Regen- oder Flusswasser genutzt. Diese Naturwässer sind wirtschaftlich und ressourcenschonend, bringen jedoch unterschiedliche Belastungen mit sich, die bei der weiteren Wasseraufbereitung berücksichtigt werden müssen.
HERAUSFORDERUNGEN BEI DER NUTZUNG VON NATURWASSER
In der Aluminiumherstellung wird Naturwasser wie Regen- oder Flusswasser häufig als Kühlmedium eingesetzt. Diese Wasserquellen enthalten häufig Schmutzpartikel, Sedimente, organische Bestandteile und Schwebstoffe, deren Zusammensetzung und Konzentration stark schwanken können – etwa abhängig von Wetterbedingungen oder Jahreszeiten.
Gelangen diese Verunreinigungen in den Kühlkreislauf, können sie sich in Wärmetauschern, Rohrleitungen und weiteren Anlagenteilen absetzen. Dies führt zu einer eingeschränkten Wärmeübertragung und erhöhtem Wartungsbedarf. Ohne eine geeignete Aufbereitung kann die Nutzung von Naturwasser die Zuverlässigkeit des Anlagenbetriebs beeinträchtigen und sich durch Leistungsabfälle oder Stillstände negativ auf die Produktivität auswirken.
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FILTRATION IN DER WASSERAUFBEREITUNG FÜR DIE ALUMINIUMINDUSTRIE
Um Naturwasser sicher in Kühl- und Prozesskreisläufen einsetzen zu können, ist eine Filtration des Wassers erforderlich. Sie entfernt Schmutzpartikel und Sedimente, bevor diese in Wärmetauscher oder Anlagen gelangen und dort zu Ablagerungen führen. Auf diese Weise lassen sich stabile Betriebsbedingungen und eine gleichbleibende Kühlleistung sicherstellen.
Im Gegensatz zu chemischen Aufbereitungsverfahren arbeitet die Filtration ohne den Einsatz von Zusatzstoffen. Chemische Verfahren dienen häufig nur als Ergänzung und sind mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Die Filtration hingegen ermöglicht eine dauerhafte und kontrollierte Entfernung von Verunreinigungen und ist daher besonders gut für den Einsatz in industriellen Kühlwassersystemen der Aluminiumindustrie geeignet.
PRAXISBEISPIEL FÜR DIE FILTRATION IN DER ALUMINIUMINDUSTRIE
DANGO & DIENENTHAL Filtertechnik unterstützte einen namhaften Aluminiumhersteller in Frankreich bei der Optimierung seiner Kühlwasserversorgung im Hochtemperaturbereich. Für die Kühlung der Anlagen wird dort gesammeltes Regenwasser in Kombination mit Flusswasser genutzt, das über Rohrleitungen in die Produktionsanlage geleitet und über Wärmetauscher eingesetzt wird.
Um eine dauerhaft zuverlässige Wärmeabgabe sicherzustellen und Verstopfungen in den Wärmetauschern zu vermeiden, war eine Filtration des eingesetzten Naturwassers erforderlich. Vor Ort wurden zwei automatische Rückspülfilter des Typs DDF DN 500 installiert. Diese sind für stark schmutzbeladene Flüssigkeiten ausgelegt und erreichen Rückspülgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/s, sodass die für den Prozess benötigte Wasserqualität kontinuierlich gewährleistet werden konnte.
Durch den Einsatz dieser Automatikfilter konnten die Wartungsintervalle an den Wärmetauschern deutlich reduziert werden. In der Folge sanken die wartungsbedingten Kosten, während sich die Produktivität der Aluminiumherstellung nachhaltig verbessern ließ.
FAZIT
Die Herstellung von Aluminium ist ein energie- und wärmeintensiver Prozess, bei dem eine zuverlässige Kühlung der Anlagen eine zentrale Rolle spielt. Kühl- und Prozesswasser ist dabei ein unverzichtbarer Bestandteil stabiler Produktionsabläufe.
Der Einsatz von Naturwasser wie Regen- oder Flusswasser bietet wirtschaftliche und ökologische Vorteile, stellt jedoch besondere Anforderungen an die Wasserqualität. Ohne geeignete Aufbereitung können Schmutzpartikel und Sedimente die Leistungsfähigkeit von Wärmetauschern und Anlagen beeinträchtigen und zu erhöhtem Wartungsaufwand sowie Produktivitätsverlusten führen.
Die Filtration erweist sich in diesem Zusammenhang als zentrale Lösung. Sie ermöglicht die kontrollierte Entfernung fester Verunreinigungen, unterstützt den störungsfreien Betrieb von Kühlwassersystemen und trägt dazu bei, Wartungsintervalle zu verlängern und Betriebskosten zu senken. Das dargestellte Praxisbeispiel von DANGO & DIENENTHAL Filtertechnik zeigt, wie durch den gezielten Einsatz geeigneter Filtrationstechnik sowohl die Betriebssicherheit als auch die Effizienz der Aluminiumherstellung nachhaltig verbessert werden können.
FAQ zum Thema Aluminiumherstellung und Filtertechnik
Kühl- und Prozesswasser hat direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von Wärmetauschern und Anlagen. Verunreinigtes Wasser kann Ablagerungen verursachen, die die Wärmeübertragung verschlechtern und den Wartungsaufwand erhöhen.
Es handelt sich um zwei getrennte, aufeinander aufbauende Prozesse der Aluminiumherstellung: Im Bayer-Verfahren wird aus Bauxit Aluminiumoxid (Alumina) gewonnen, das im anschließenden Hall-Héroult-Prozess durch Elektrolyse in geschmolzenem Kryolith zu metallischem Aluminium umgewandelt wird.
Naturwasser enthält häufig wechselnde Mengen an Schmutzpartikeln und Sedimenten. Gelangen diese ungefiltert in den Kühlkreislauf, kann es zu Verstopfungen, Leistungseinbußen und ungeplanten Stillständen kommen.
Filtration entfernt Verunreinigungen direkt aus dem Wasser und arbeitet ohne chemische Zusatzstoffe. Dadurch lässt sich eine gleichbleibende Wasserqualität sicherstellen und der Betrieb von Kühlwassersystemen stabil halten. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie eine Filtrationslösung für Ihr Kühlwassersystem in der Aluminiumindustrie planen oder bestehende Anlagen hinsichtlich der Wasserqualität optimieren möchten.
Die Rückspülfunktion reinigt das Filterelement automatisch von angesammelten Feststoffen, ohne den Filtrationsprozess zu unterbrechen – wie beispielsweise bei den Filterautomaten von DANGO & DIENENTHAL Filtertechnik. Dadurch bleibt die Filterfläche dauerhaft frei, Verstopfungen und steigender Differenzdruck werden vermieden und eine gleichbleibende Filtrationsleistung sowie lange Standzeiten der Filteranlage sichergestellt.