Rohstoff Titan

Ein Luxusprodukt, das jeder braucht

Von Jonas Siehoff, Essen

Titanschwamm ist schwer zu gewinnen. Umso wichtiger wird das Recyclen von Titanschrott

11. März 2009 „Das ist kein Schrott, das ist Rohstoff, wertvoller Rohstoff“, sagt Helmut Jost, Marketingleiter von Thyssen-Krupp Titanium. Er zeigt auf eine Kiste mit bierdeckelgroßen Stücken alten Titanblechs, die genau nach dem aussehen, was sie tatsächlich sind, nämlich Schrott. Sie warten in der neuen Werkshalle darauf, an einen Elektronenstrahl-Ofen verfüttert zu werden, ein blau-gelbes Monstrum, das rund 15 Meter in die Höhe ragt und sich bis zu 14 Meter in die Tiefe erstreckt.

Er wird das Blech so stark unter Strom setzen, dass es sich auf rund 1700 Grad erhitzt und dadurch verflüssigt und es dann zu riesigen Quadern gießen. Diese werden anschließend geschmiedet und gewalzt - zu industriell weiterverarbeitbaren Produkten wie Blechen, Stäben und Rohren, dem sogenannten Halbzeug.

Steigende Nachfrage

Ungewöhnlicher Glanz: das Guggenheim-Museum in Bilbao

Dass in Essen und überhaupt in Europa Titan recycelt wird, ist neu. Bisher wurde hier nur der eigentliche Rohstoff der Titanindustrie, der sogenannte Titanschwamm, geschmolzen. Erst im Oktober des vergangenen Jahres hat Thyssen-Krupp den Elektronenstrahl-Ofen in Betrieb genommen.

„Wir mussten auf die gestiegene Nachfrage reagieren, es wurde ja immer schwerer, Titanschwamm zu beschaffen“, sagt Helmut Jost zu der Entscheidung für die rund 30 Millionen Euro teure Investition. Nach Angaben von ThyssenKrupp Titanium ist der Weltmarkt für Titan seit 1983 um drei bis sechs Prozent pro Jahr gewachsen. Zuletzt wurde dieses Wachstum vor allem durch die Luftfahrtindustrie mit ihren Großraummaschinen wie dem Airbus A380 und der Boeing 787 getrieben. Denn Titan hat gegenüber seinem Konkurrenten Stahl vor allem in der Luft einen enormen Vorteil: Es ist nur halb so schwer. „Titan ist der Ultrawerkstoff - leicht, aber superfest“, sagt Bernd Friedrich, Leiter des Instituts für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling der RWTH Aachen.

Göttliches Metall

Zum Thema

Die von Friedrich genannten Eigenschaften sind längst nicht die einzigen, die dem Metall zu seinem geradezu überirdischen Image verhelfen. Benannt nach dem ältesten Göttergeschlecht der griechischen Mythologie, gilt es wie dieses als nahezu unverwüstlich. Und das zu Recht: Weil es sich bei Kontakt mit Sauerstoff mit einer dünnen, transparenten Oxidschicht umgibt, die fast gar nicht mehr reagiert, verwittert es kaum. Deshalb bestehen viele Geräte, die im Salzwasser eingesetzt werden, aus Titan, zum Beispiel das Bohrgestänge von Ölplattformen oder die Wärmetauscher von Schiffsmotoren und Meerwasserentsalzungsanlagen.

Außerdem ist Titan nicht nur ungiftig, sondern löst anders als Nickel, Kobalt und Chrom auch keine Allergien aus. Das macht es für medizinische Produkte interessant, zum Beispiel für künstliche Hüftgelenke, aber auch für Alltagsgegenstände und Sportgeräte, wie Campingbesteck und Tennisschläger. Weil es darüber hinaus einen außergewöhnlich warmen Glanz hat, wird es auch für Schmuck und zunehmend in der Architektur verwendet, etwa für die Fassade des im Jahr 1997 eingeweihten Guggenheim-Museums in Bilbao.

Aufwendige und teure Gewinnung

Gerade letzteres Beispiel verdeutlicht, dass der Name Titan noch mit einer weiteren Eigenschaft verbunden wird - mit Exklusivität. Auch das hat seine Berechtigung, denn Titan ist teuer, etwa fünfmal so teuer wie Edelstahl. Deshalb wird es entweder nur als Luxusprodukt verwendet, nur dort, wo es keine Alternative gibt, oder nur dort, wo die höheren Kosten durch Einsparungen, etwa beim Kerosinverbrauch, wieder wettgemacht werden können.

Immer mehr Titan für immer größere Flugzeuge: der Airbus A 380

Weltweit wurden im Jahr 2007 rund 85 000 Tonnen Titan verbraucht. Die vergleichbare Menge an Edelstahl betrug 15 Millionen Tonnen. An der Verfügbarkeit liegt das nicht, denn Titan ist nicht selten, im Gegenteil: Es ist das neunthäufigste Element in der Erdkruste und nach Aluminium, Eisen und Magnesium das vierthäufigste Metall. Allerdings ist es sehr unedel, das heißt, es reagiert eben sehr leicht mit dem Sauerstoff in der Luft, so dass es nicht in Reinform vorkommt, sondern nur als Oxid, etwa in den Mineralen Rutil und Ilmenit. Und die Reduktion ist aufwendig und teuer.

Das Verfahren dazu entwickelte in den vierziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts der Luxemburger William Kroll. Dabei wird im ersten Schritt Titandioxid durch die Verbindung mit Chlor zu Titantetrachlorid umgewandelt. Schon das ist nicht gerade billig, unter anderem weil Titantetrachlorid ätzend ist und deshalb die Sicherheitsmaßnahmen hoch sein müssen.

Mangelnde Alternativen

Richtig teuer wird es, wenn im nächsten Schritt, dem eigentlichen „Kroll-Verfahren“, das Titantetrachlorid unter Luftabschluss und bei Temperaturen um 800 Grad mit flüssigem Magnesium reduziert wird, so dass Magnesiumchlorid und reines Titan entstehen. Das dauert in einem Reaktor von einem Meter Durchmesser und vier Meter Höhe ungefähr eine Woche. Dabei setzt sich das nun feste Titan an den Wänden ab und wächst dann nadelförmig in den Reaktor hinein. So entsteht der Titanschwamm, reines Titan zwar, aber zum Schmieden viel zu spröde. „Ein blödes, verfilztes Metallgerüst“, wie Bernd Friedrich sagt. Das Chlorid wird anschließend abgepumpt.

William Kroll prophezeite seinem Verfahren, dass es in kurzer Zeit durch ein weniger kompliziertes abgelöst werde. Doch als er im Jahr 1973 starb, gab es keine Alternative. Das ist heute noch so, obwohl aufgrund der zunehmenden Nachfrage weltweit an anderen Prozessen geforscht wird, auch am Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME) in Aachen.

„Das größte Potenzial hat die Elektrolyse“, sagt Bernd Friedrich. Die Idee ist es, Titanchlorid in eine leitende Flüssigkeit zu geben, daran eine Spannung zu legen und so das Chlorid in Titan- und Chlorionen zu zersetzen. Das positiv geladene Titan soll zur Kathode wandern und sich dort ablagern. Dass sich dieses Verfahren grundsätzlich zur Titangewinnung eignet, haben Experimente des IME bestätigt. Allerdings ist es noch weit von der industriellen Anwendung entfernt. „Teilweise laufen die falschen Reaktionen ab, dann verbraucht man zwar Strom, aber die Kathode bleibt leer“, sagt Friedrich. Er geht nicht davon aus, dass die Elektrolyse in den nächsten zehn Jahren reif für die Industrie sein wird. „Und es gibt auch keine hundertprozentige Sicherheit, dass sie das jemals sein wird.“

„Alle Welt rechnet mit weiteren Wachstum“

Für Unternehmen wie ThyssenKrupp Titanium wird es also so bald außer dem Schrott keine Alternative zum Titanschwamm geben, der derzeit vor allem in China, Japan, Russland und Kasachstan produziert und dann fässerweise in die älteren Hallen des Werkes in Essen geliefert wird. Wenn man diese betritt, hat man sofort einen schwachen Chlorgeruch in der Nase, als stünde man in einem Schwimmbad. Er stammt von den Titanschwammklümpchen, an denen noch winzige Mengen Chlorid aus dem Kroll-Prozess haften. Um daraus das Halbzeug zu gewinnen, werden sie zunächst ähnlich wie das Alttitan zu siebeneinhalb Tonnen schweren Zylindern zusammengeschmolzen.

Die Öfen laufen rund um die Uhr, Kurzarbeit wie in den Stahlwerken von Thyssen-Krupp wird es zumindest in diesem Jahr nicht geben. „Wir haben genug Aufträge“, sagt Helmut Jost. „Und alle Welt rechnet mit einem weiteren Wachstum.“

Text: F.A.S.
Bildmaterial: Dieter Rüchel, REUTERS

Drucken Versenden Speichern Vorherige Seite