Leichtmetalle

Zusammenfassung

Begriff

Leichtmetalle sind Metalle mit einer Dichte von weniger als 5 g/cm³. Von den insgesamt 15 Leichtmetallen werden im technischen Bereich v. a. Aluminium, Magnesium und Titan eingesetzt, in geringerem Umfang auch Beryllium und Lithium. Leichtmetalllegierungen werden u. a. im Maschinen- und Fahrzeugbau als Leichtbauwerkstoffe verwendet, um den Energieverbrauch und damit die Schadstoffemission zu senken. Leichtmetalle sind häufig auch Ausgangsstoff für chemische Synthesen (v. a. Magnesium).

Leichtmetallstäube, -späne oder -pulver bergen ein hohes Brand- und Explosionspotenzial, da sie brennbar und selbstentzündlich sind. Leichtmetallpulver wird daher häufig phlegmatisiert.

Gesetze, Vorschriften und Rechtsprechung

Grundlegend gelten folgende Vorschriften:

• Gefahrstoffverordnung
• Strahlenschutzverordnung
• TRGS 400 "Gefährdungsbeurteilung"
• TRGS 500 "Schutzmaßnahmen"
• TRGS 900 "Arbeitsplatzgrenzwerte"
• DGUV-R 113-001 "Explosionsschutz-Regeln"
• TRGS 720 "Gefährliche explosionsfähige Gemische – Allgemeines"
• TRGS 721 "Gefährliche explosionsfähige Gemische – Beurteilung der Explosionsgefährdung"
• TRGS 722 "Vermeidung oder Einschränkung gefährlicher explosionsfähiger Gemische"
• TRGS 723 "Gefährliche explosionsfähige Gemische – Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Gemische"
• TRGS 724 "Gefährliche explosionsfähige Gemische – Maßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes, welche die Auswirkung einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß beschränken"
• TRGS 727 "Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen"

Spezielle Themen werden geregelt in:

• DGUV-V 58 "Herstellen und Bearbeiten von Aluminiumpulver"
• DGUV-V 59 "Wärmebehandlung von Aluminium oder Aluminiumknetlegierungen in Salpeterbädern"
• DGUV-R 109-001 "Schleifen, Bürsten und Polieren von Aluminium – Vermeiden von Staubbränden und Staubexplosionen"
• DGUV-R 109-003 "Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen"
• DGUV-I 209-090 "Tätigkeiten mit Magnesium"

1 Wichtige Vertreter

1.1 Aluminium

Aluminium ist ein weiches, silbrigweißes Metall, das in der Erdkruste am häufigsten vorkommt. Aluminium ist sehr reaktionsfreudig, an der Luft bildet sich eine passivierende Oxidschicht, wodurch es sehr korrosionsbeständig wird. Zur Primärerzeugung von Aluminium aus Bauxit ist ein hoher Energieaufwand erforderlich.

Aluminium findet breite Anwendung u. a. in den Bereichen

• Automobil- und Flugzeugbau,
• Bau, z. B. Fenster, Fassaden, Dächer,
• Elektrotechnik,
• Verpackungsmaterial für Lebensmittel und pharmazeutische Produkte.

1.2 Magnesium

Magnesium ist wie Aluminium ein weiches, silbrigweißes und sehr reaktionsfreudiges Metall. Bei Reaktion mit Wasser entsteht Knallgas. An der Luft bildet sich eine passivierende Oxidschicht. Zur Primärerzeugung ist ein hoher Energieaufwand erforderlich.

Magnesium dient u. a. als

• Entschwefelungsmittel und Reduktionsmittel in der Eisen- und Stahlindustrie,
• Reduktionsmittel bei der Herstellung von Titan, Uran, Zirkonium, Hafnium und Beryllium.

Magnesiumlegierungen (besonders mit Aluminium) werden häufig eingesetzt in:

• Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen,
• Maschinenbauteilen,
• Kommunikationstechnik.

Magnesium ist auch enthalten in Leuchtsätzen und Magnesium-Fackeln und dient als Ausgangsstoff für zahlreiche Synthesen (z. B. Grignard-Reaktion).

1.3 Titan

Titan ist sehr stabil und extrem korrosionsbeständig. Es wird als biologisch nahezu inert eingeschätzt, dies macht Titan zum idealen Werkstoff für die Verwendung im medizinischen Bereich.

Anwendungen sind v. a.

• Flugzeug-, Raumfahrt- und Tiefseetechnik,
• Sonderlegierungen für den chemischen Apparatebau,
• Knochennägel, Prothesen, Nadeln, Implantate in der Zahnmedizin usw.,
• Elektroden, z. B. für die Chloralkali-Elektrolyse,
• Schmuck,
• Stahlveredelung.

1.4 Sonderfall Zink

Obwohl Zink eine höhere Dichte als 5 g/cm³ hat und damit formal zu den Schwermetallen gehört, weist es doch ähnliche Eigenschaften auf wie die zuvor genannten Leichtmetalle. Dies sind v. a. die Entwicklung von Wasserstoff bei Kontakt mit Säure oder Wasser und die damit verbundene Explosionsgefahr, Reaktionen mit Lauge sowie mit bestimmten Gasen.

Zink ist für den menschlichen Körper ein lebensnotwendiges Spurenelement, das vom Organismus nicht lange gespeichert werden kann und somit täglich mit der Nahrung zugeführt werden muss. Erhöhten Zinkbedarf haben Schwangere, Raucher, Diabetiker sowie Leistungssportler.

Zink wird heute überwiegend eingesetzt

• als Rostschutz,
• als Legierungsmetall,
• in Zink-Kohle-Batterien und
• als wichtiges Reduktionsmittel in der chemischen Industrie.

Gefährdungspotenziale

• In Verbindung mit Salzsäure wird Wasserstoff freigesetzt (Explosionsgefahr). Dies ist aber bereits bei Einsatz von Reinigungsmitteln möglich (vgl. Abschn. 2.2.1).
• Zink ist als Werkstoff für die Herstellung von Anlagen- und Ausrüstungsteilen für bestimmte Gase häufig ungeeignet, vgl. Anhänge zu Kap. 2.33 DGUV-R 100-500 "Betreiben von Anlagen für den Umgang mit Gasen" (vgl. Abschn. 2.2.4).
• Zink wird z. B. angegriffen von Ammoniak bzw. Ammoniak-Lösung, Kaliumhydroxidlösung (Kalilauge) (vgl. Abschn. 2.2.5).

Beim Lichtbogenschweißen werden Z...