Jeroen Geraedts
GEMCO Cast Metal Techology

Ein langanhaltendes Problem mit lösbaren Herausforderungen
Die Problematik von Quarzstaub (SiO2) in Gießereien ist ein seit Jahrzehnten bekanntes Thema. Quarzsand, der in vielen Gießereiverfahren als essentielles Material eingesetzt wird, bringt den unerwünschten Nebeneffekt der Staubentwicklung mit sich. Insbesondere die Bildung von Feinstaub, der aus kristallinen Siliziumdioxidpartikeln besteht, stellt eine erhebliche Gefahr für die Gesundheit der Beschäftigten dar. Obwohl im Laufe der Zeit und mit zunehmendem Wissen die Umwelt- und Gesundheitsvorschriften verschärft wurden, und trotz fortschreitender Technologien ist das Thema für viele immer noch nicht „vom Tisch“.
Ist die Thematik zu komplex? Gibt es keine brauchbaren Alternativen? Bedeutet die Umsetzung von Lösungen eine untragbare Erhöhung unserer Betriebskosten? Wie auch immer, dieses Problem erfordert seit fast zwei Jahrzehnten dringend eine Lösung.
Wo stehen wir heute? Wie kann der Staub beseitigt oder eingedämmt werden? Wie sieht es mit der Verwendung alternativer Sandarten und der Aufbereitung aus? Was ist zu tun?
Mögliche Lösungen werden erörtert, und die jüngsten Entwicklungen könnten dabei unterstützen, die notwendigen Schritte zur Problemlösung einzuleiten.

Gesundheitsrisiko Quarzstaub
Die gesundheitlichen Risiken von Quarzstaub können nicht unterschätzt werden. Das Einatmen von lungengängigen Feinstaubpartikeln, die kleiner als 0,1 mm sind, kann langfristig schwere Atemwegserkrankungen verursachen. Zu den gravierendsten Erkrankungen zählen Silikose, eine chronische Erkrankung der Lunge, und Lungenkrebs. Angesichts dieser Bedrohung wurden gesetzliche Grenzwerte eingeführt: In Deutschland beträgt der Arbeitsplatzgrenzwert für kristallinen Siliziumdioxidstaub 0,05 mg/m³ für einen achtstündigen Arbeitstag, um so die Belastung der Arbeitnehmer so klein wie möglich zu halten. Die Einhaltung dieser Vorschrift ist jedoch eine Herausforderung für viele Gießereien.
Die Belastung durch Quarzstaub bleibt trotz strengerer Vorschriften in vielen Gießereien bestehen. Die vollständige Beseitigung von Staubpartikeln wird in vielen Fällen als zu kostenintensiv oder als technisch nicht machbar angesehen. Der Einsatz herkömmlicher Quarzsande, die für ihre thermische Stabilität und gute Verfügbarkeit bekannt sind, wird häufig beibehalten, da alternative Materialien entweder teurer oder weniger leistungsfähig sind. Infolgedessen wird das Thema in vielen Betrieben als ungelöstes Problem angesehen.

Moderne Technologien zur Staubreduktion: Ein Lichtblick?
In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte in der Technologie zur Staubreduktion und Sandregenerierung erzielt. Zu den vielversprechendsten Innovationen zählen zum einen die kontinuierliche Echtzeitüberwachung durch Sensortechnologien sowie zweitens KI-gesteuerte Kontrollsysteme, die in der Lage sind, Sandregenerationsprozesse zu optimieren.
Durch die Integration solcher Systeme können Gießereien nicht nur die gesetzlichen Anforderungen leichter erfüllen, sondern auch die Arbeitssicherheit und die allgemeine Qualität der Arbeitsumgebung verbessern. Die Reduzierung der Staubbelastung führt zudem zu einer geringeren Fluktuation der Arbeitnehmer und verringert das Risiko von Berufskrankheiten, was langfristig auch betriebswirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
Dieser Beitrag untersucht und analysiert die Technologien, die den Gießereien eine präzise Steuerung und Optimierung der Staubbelastung und Sandregeneration im Prozessverlauf ermöglichen.

Alternativen zum Quarzsand: Ein kritischer Blick
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung von Quarzstaub besteht im Einsatz alternativer Sande. Chromitsand und synthetische Sande wie Cerabeads wurden in der Vergangenheit als vielversprechende Alternativen untersucht. Chromitsand verfügt über hervorragende thermische Eigenschaften und kann in vielen Gießverfahren anstelle von Quarzsand verwendet werden. Allerdings ist Chromitsand teurer und bringt zusätzliche Herausforderungen in Bezug auf die Umweltverträglichkeit mit sich.
Synthetische Sande bieten eine weitere Möglichkeit, die Exposition gegenüber Quarzstaub zu minimieren. Diese Materialien sind zwar leistungsfähig und verringern das Gesundheitsrisiko erheblich, sind jedoch ebenfalls mit hohen Kosten verbunden. Zudem erfordert die Regeneration synthetischer Sande spezielle Verfahren, die oft komplexer und kostspieliger sind als die Regeneration herkömmlicher Quarzsande.

Effiziente und effektive Sandregenerierung
Wir besprechen im Paper die Sandregenerierung als möglichen entscheidenden Faktor bei der Minimierung von Quarzstaub. Wir untersuchen, welche Regenerationsverfahren (thermisch oder mechanisch) eine zentrale Rolle im zirkulären Prozess spielen und gehen auf Aspekte wie Kosteneffizienz und die Aufrechterhaltung der Sandqualität ein. Welchen Vorteil bieten mechanische Regenerierungsmethoden hinsichtlich von Rückständen und Verarbeitbarkeit der Sandkörner? Wie kann die Zugabe von Frischsand minimiert werden? Wir analysieren die Vorteile von thermischen Verfahren im Zusammenhang mit Bindemitteln und stellen heraus, welchen Beitrag diese bei der Staubreduktion leisten können.