de.wedoany.com-Bericht: Ein kürzlich veröffentlichtes Patent von Apple zeigt ein elektrochemisches Verfahren, das hochreines Aluminium aus Aluminiumlegierungsabfällen bei Temperaturen von nur 125 °C zurückgewinnt. Das Ausgangsmaterial umfasst Metallspäne aus der CNC-Bearbeitung.
Die Technologie kombiniert eine auf Aluminiumchlorid (AlCl₃) basierende geschmolzene Elektrolytsalzschmelze mit elektrochemischer Raffination (Electrorefining), um Aluminium aus Altlegierungen abzutrennen und zu reinigen. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren arbeitet dieser Ansatz bei deutlich niedrigeren Temperaturen – unter 200 °C, 150 °C oder sogar 125 °C, wobei einige Ausführungen noch niedrigere Temperaturen ermöglichen.
Apple weist darauf hin, dass bestehende Aluminiumrecyclingverfahren oft unter hohem Energieverbrauch und hohen Investitionskosten leiden. Das traditionelle Hoopes-Verfahren liefert zwar hochreines Aluminium, ist jedoch insgesamt teuer, während Verfahren wie die fraktionierte Kristallisation häufig Elemente wie Mangan und Chrom, die in Aluminiumlegierungen üblich sind, nicht effektiv entfernen können. Daher werden Aluminiumlegierungsabfälle aus verschiedenen Quellen oft nur zu minderwertigen Universallegierungen verarbeitet.
In Apples Ansatz wird das Altaluminium als Anode und reines Aluminium als Kathode in eine elektrochemische Zelle mit einer auf Aluminiumchlorid basierenden geschmolzenen Elektrolytsalzschmelze eingebracht. Beim Anlegen eines Stroms wird das Aluminium im Abfall zu Aluminiumionen oxidiert, die in die Salzschmelze übergehen und anschließend an der Kathode als reines Aluminium abgeschieden werden. Verunreinigungen wie Kupfer, Eisen, Silizium, Mangan und Chrom verbleiben größtenteils auf der Anodenseite. Da das Verfahren nicht mehr auf Dichteunterschiede in herkömmlichen geschmolzenen Aluminiumschichten angewiesen ist, kann das Altaluminium in verschiedenen Formen vorliegen, darunter Alufolie, Aluminiumplatten, Aluminiumbarren und komprimierte CNC-Bearbeitungsspäne.
Das Verfahren bietet eine hohe Betriebsflexibilität. Der Elektrolyseprozess muss nicht kontinuierlich bis zum Ende laufen, sondern kann je nach Energieverfügbarkeit pausiert oder neu gestartet werden. Durch Abschalten der Spannung wird die Reaktion gestoppt, bei Wiederherstellung der Stromversorgung läuft sie weiter. Dies ermöglicht es Fabriken, die Produktion an Strompreisschwankungen oder die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien anzupassen.
Bei der Elektrolytgestaltung verwendet Apple Aluminiumchlorid als Basismaterial und kann Additive wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Magnesiumchlorid hinzufügen, um den Schmelzpunkt der Salzschmelze weiter zu senken und die Bildung von Dendritenstrukturen an der Elektrodenoberfläche zu reduzieren. Die Patentschrift beschreibt auch Designs für die industrielle Skalierung: Das System kann mehrere Altaluminiumanoden und mehrere Reinaluminiumkathoden in abwechselnder Anordnung verwenden, um die Verarbeitungskapazität zu erhöhen. Mit fortschreitendem Verbrauch der Anoden und Abscheidung von Reinaluminium an den Kathoden können die Elektroden bei geschlossenem System ausgetauscht werden. Aufgrund des hohen Dampfdrucks von Aluminiumchlorid schlägt Apple vor, das gesamte Elektrolysesystem geschlossen zu betreiben, um Verdunstungsverluste des Elektrolyten zu reduzieren. Einige Ausführungen können sogar bei unteratmosphärischem Druck arbeiten.
Im Gegensatz zur energieintensiven fraktionierten Kristallisation entfernt Apples Verfahren effektiver Elemente wie Kupfer, Zink, Magnesium, Silizium, Eisen, Titan, Chrom, Lithium, Zirkonium und Mangan, die in Aluminiumlegierungen üblich sind – genau jene Elemente, die das Recycling von Altschrott in hochwertigen Elektronikprodukten behindern. Apple weist darauf hin, dass verschiedene Aluminiumlegierungen je nach Anforderungen an Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Optik unterschiedliche Elemente enthalten. Wenn diese bei der Herstellung oder Entsorgung vermischt werden, ist eine wirtschaftliche Trennung in hochwertige Legierungsklassen schwierig, sodass sie oft nur für minderwertige Druckgussteile verwendet werden.
Für Apple liegt die Bedeutung dieser Technologie darin, dass in seiner eigenen Fertigungsumgebung große Mengen hochwertiger Bearbeitungsspäne anfallen. Wenn diese Abfälle zu Reinaluminium gemäß strengen Standards aufbereitet werden können, würde die Effizienz des geschlossenen Materialkreislaufs erheblich steigen. Apple ist der Ansicht, dass eine energieärmere Rückgewinnung von hochreinem Aluminium aus Altlegierungen die Verfügbarkeit von hochwertigem Sekundäraluminium erhöhen, den Wiederverwendungswert von Fertigungsabfällen und Materialien am Ende des Produktlebenszyklus steigern und die Abhängigkeit von primärem Aluminium verringern könnte.
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