Endbericht - NachhaltigWirtschaften.at
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8. Einsatzgebiete von kritischen Rohstoffen Die kritischen Rohstoffe beziehungsweise Technologiemetalle weisen nicht nur, wie bereits im vorhergehenden Kapitel erwähnt, eine extreme Bandbreite hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften auf und erfordern eine Vielzahl von unterschiedlichsten Verfahren und Prozessstufen zu ihrer Primär- bzw. Sekundärgewinnung, sondern finden auch in einer enormen Fülle verschiedenartigster Produkte Verwendung. Nachdem diese am Ende ihrer Lebensdauer grundsätzlich Ausgangsmaterialien für das Recycling dieser Elemente darstellen und sich daraus zumindest ein theoretisches Rückgewinnungspotenzial ableiten lässt, werden diese im Nachfolgenden kurz erläutert. 8.1 Anwendungsfelder von Refraktärmetallen Innerhalb der Gruppe der Refraktärmetalle weisen die Elemente Wolfram, Niob und Tantal die größte Bedeutung auf beziehungsweise werden diese bezüglich ihrer Verfügbarkeit als kritisch eingestuft, wobei diese drei Metalle auf sehr unterschiedliche Art und Weise Verwendung finden. Beispielsweise lassen sich die Einsatzgebiete für Wolfram mit einem Bedarf von 92.800 t im Jahr 2011 entsprechend der Abbildung 46 grob in mehrere Kategorien unterteilen. Abbildung 46: Verbrauch von Wolfram in den unterschiedlichen Anwendungen [Gille und Meier 2012] Diese breit gefächerte Nutzung von Wolfram in der Hochtemperatur- und Vakuumtechnik, in der Elektronik sowie Elektrotechnik, in der Energie-, Licht- und Röntgentechnik, aber vor 146
allem in der Werkzeugindustrie und im Verschleißschutz ergibt sich aus seinen einzigartigen Eigenschaften mit einigen Spitzenwerten: [Gille und Meier 2012] o Höchster Schmelzpunkt (3.410 °C), höchste Sublimationsenthalpie (850 kJ/mol), niedrigster Dampfdruck (10 -7 Pa bei 1.700 °C) und niedrigster Ausdehnungskoeffizient von allen Metallen (4,59·10 -6 K -1 ). o Auch die Dichte (19,3 kg/dm 3 ), der Elastizitätsmodul (410 GPa) sowie die thermische und elektrische Leitfähigkeit (175 W/m·K bzw. 0,18 (·cm) -1 ) sind sehr groß und werden nur von wenigen Metallen übertroffen. o Dotiertes Wolfram und W-Legierungen zeigen ein sehr hohes Emissionsvermögen für Licht, Röntgenstrahlen und Elektronen. o Die Karbide und Boride des Wolframs sind sowohl bei Raumtemperatur als auch im Hochtemperaturbereich sehr hart, verschleißfest und chemisch beständig. o Durch W-Legierungszusätze lassen sich die mechanischen Eigenschaften von Stählen, Superlegierungen, Stelliten, etc. deutlich verbessern. o Ausreichend fein verteilte Oxide, Karbide, etc. des Wolframs zeigen katalytische Wirkung in zahlreichen Prozessen. Den größten Anteil am weltweiten Wolframbedarf weist die Produktgruppe der Hartmetalle (und Spritzpulver) auf, wobei diese von wenigen Ausnahmen abgesehen als Hauptkomponente Wolframkarbid (WC) enthalten, wobei jedoch zusätzlich auch Karbide und Nitride von Titan, Niob, Tantal und Hafnium vorliegen können. Diese Hartstoffpulver werden mittels Cobalt, aber auch Nickel oder Eisen als duktilen, metallischen Binder zu kompakte Werkstücke gebunden. Gebrauch finden die Hartmetalle bzw. Hartstoffe vor allem für die nachfolgend aufgelisteten Anwendungen. [Lassner et al. 1996] o o o o o Schneidwerkzeuge bei der Metallbearbeitung (drehen, fräsen und bohren) Holz- und Kunststoffbearbeitung Bohrwerkzeuge für den Bergbau und die Eröl- bzw. Wasserförderung Verschleißfeste Bauteile Elastisch gebundene Schleif- und Poliermittel Darüber hinaus enthalten einige Stahlsorten (Schnellarbeitsstähle, warmfeste Stähle, Werkzeugstähle, etc.) etwa 1–18 Gew.-% Wolfram, um die Härte und Verschleißbeständigkeit bei hohen Temperaturen, die Thermoschockbeständigkeit und die Hochtemperatureigenschaften zu verbessern. Aus prozesstechnischen und vor allem wirtschaftlichen Gründen findet jedoch 147
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allem in der Werkzeugindustrie und im Verschleißschutz ergibt sich aus seinen einzigartigen<br />
Eigenschaften mit einigen Spitzenwerten: [Gille und Meier 2012]<br />
o Höchster Schmelzpunkt (3.410 °C), höchste Sublim<strong>at</strong>ionsenthalpie (850 kJ/mol),<br />
niedrigster Dampfdruck (10 -7 Pa bei 1.700 °C) und niedrigster Ausdehnungskoeffizient<br />
von allen Metallen (4,59·10 -6 K -1 ).<br />
o Auch die Dichte (19,3 kg/dm 3 ), der Elastizitätsmodul (410 GPa) sowie die thermische<br />
und elektrische Leitfähigkeit (175 W/m·K bzw. 0,18 (·cm) -1 ) sind sehr groß und<br />
werden nur von wenigen Metallen übertroffen.<br />
o Dotiertes Wolfram und W-Legierungen zeigen ein sehr hohes Emissionsvermögen für<br />
Licht, Röntgenstrahlen und Elektronen.<br />
o Die Karbide und Boride des Wolframs sind sowohl bei Raumtemper<strong>at</strong>ur als auch im<br />
Hochtemper<strong>at</strong>urbereich sehr hart, verschleißfest und chemisch beständig.<br />
o Durch W-Legierungszusätze lassen sich die mechanischen Eigenschaften von<br />
Stählen, Superlegierungen, Stelliten, etc. deutlich verbessern.<br />
o Ausreichend fein verteilte Oxide, Karbide, etc. des Wolframs zeigen k<strong>at</strong>alytische<br />
Wirkung in zahlreichen Prozessen.<br />
Den größten Anteil am weltweiten Wolframbedarf weist die Produktgruppe der Hartmetalle<br />
(und Spritzpulver) auf, wobei diese von wenigen Ausnahmen abgesehen als Hauptkomponente<br />
Wolframkarbid (WC) enthalten, wobei jedoch zusätzlich auch Karbide und<br />
Nitride von Titan, Niob, Tantal und Hafnium vorliegen können. Diese Hartstoffpulver werden<br />
mittels Cobalt, aber auch Nickel oder Eisen als duktilen, metallischen Binder zu kompakte<br />
Werkstücke gebunden. Gebrauch finden die Hartmetalle bzw. Hartstoffe vor allem für die<br />
nachfolgend aufgelisteten Anwendungen. [Lassner et al. 1996]<br />
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Schneidwerkzeuge bei der Metallbearbeitung (drehen, fräsen und bohren)<br />
Holz- und Kunststoffbearbeitung<br />
Bohrwerkzeuge für den Bergbau und die Eröl- bzw. Wasserförderung<br />
Verschleißfeste Bauteile<br />
Elastisch gebundene Schleif- und Poliermittel<br />
Darüber hinaus enthalten einige Stahlsorten (Schnellarbeitsstähle, warmfeste Stähle, Werkzeugstähle,<br />
etc.) etwa 1–18 Gew.-% Wolfram, um die Härte und Verschleißbeständigkeit bei<br />
hohen Temper<strong>at</strong>uren, die Thermoschockbeständigkeit und die Hochtemper<strong>at</strong>ureigenschaften<br />
zu verbessern. Aus prozesstechnischen und vor allem wirtschaftlichen Gründen findet jedoch<br />
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