Kurzantwort: Kupferschlacke ist ein glasiges Eisensilikat, das als Nebenprodukt der Kupferverhüttung anfällt und häufig als Strahlmittel eingesetzt wird. Sie reinigt Stahl und erzeugt ein Profil, verursacht aber große Mengen an verbrauchtem Strahlmittel und Staub, und Schlacken können Spuren giftiger Metalle wie Arsen, Beryllium und Cadmium enthalten. Für Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten reinigt und profiliert der strahlmittelfreie Bristle Blaster® Stahl ohne loses Strahlmittel.
Kupferschlacke ist ein Material, das in verschiedenen Branchen für unterschiedliche Zwecke verwendet wird, und sie gehört zu den gängigsten Strahlmitteln beim offenen Strahlen. Dieser Artikel erklärt, was Kupferschlacke ist, wie das Strahlen mit Kupferschlacke funktioniert, welche Nachteile und Gesundheitsrisiken es hat und wie eine strahlmittelfreie Alternative von MontiPower® im Vergleich abschneidet.
Was ist Kupferschlacke?
Um diese Frage zu beantworten, werfen wir einen Blick auf die Verhüttung und Raffination von Kupfer. Kupferschlacke ist das Nebenprodukt, das sich beim Schmelzen vom flüssigen Kupfer trennt. Sie besteht hauptsächlich aus Eisenoxiden und Siliziumdioxid – überwiegend dem Eisensilikat Fayalit – mit geringen Mengen anderer Oxide und Spurenelementen wie Zink, Kupfer und Nickel. Die flüssige Schlacke wird in der Regel mit Wasser (oder Luft) zu einem harten, glasigen, körnigen Material granuliert.
Obwohl Kupferschlacke ursprünglich ein Abfallprodukt war, wird sie heute vielfältig genutzt. Unter anderem dient sie im Bauwesen als Füll- und Zuschlagstoff, zum Beispiel im Straßenbau, und als teilweiser Ersatz für Sand in Beton. Eine ihrer bekanntesten Anwendungen ist jedoch der Einsatz als Strahlmittel zum Reinigen und Vorbereiten von Oberflächen.
Was ist Strahlen mit Kupferschlacke?
Das Strahlen mit Strahlmittel ist ein weit verbreitetes Verfahren zum Vorbereiten, Reinigen und Bearbeiten von Stahl und anderen Metalloberflächen. Kupferschlacke ist eines der möglichen Strahlmittel. Weitere Strahlmittel sind Sand, Glas, Kunststoff und Stahlkies; bei Nassstrahl- und Wasserstrahlverfahren wird Wasser eingesetzt – siehe die 10 Arten des Strahlens mit Strahlmittel im Vergleich.
Das Strahlen mit Kupferschlacke erfolgt im Allgemeinen zu zwei Zwecken. Erstens ist es eine wirksame Methode, um Walzhaut zu entfernen, ebenso Rost, Schmutz, Farbe und andere Beschichtungen von Metalloberflächen. Zweitens erzeugt das Strahlen ein Oberflächenprofil: Der Aufprall der harten, kantigen Partikel hinterlässt ein Rauheitsprofil, das einer neuen Beschichtung ihre mechanische Verankerung gibt.
Wie funktioniert das Strahlen mit Kupferschlacke?
Grundsätzlich funktioniert das Strahlen mit Kupferschlacke wie andere trockene Strahlverfahren mit Strahlmittel. Das Strahlmittel wird einem Druckluftstrom zugeführt und mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse auf die Oberfläche geschleudert. Die Aufprallkraft entfernt Schmutz, Rost, Walzhaut, Farbe und Beschichtungen. Gleichzeitig erzeugt der Aufprall der kantigen Partikel im Metall das Oberflächenprofil, das als Verankerung für die neue Beschichtung dient.
Für offenes Strahlen dieser Art werden ein Kompressor, ein Strahlkessel, Schläuche, eine Einhausung, ein fremdbelüfteter Atemschutz für den Bediener sowie das Sammeln und Entsorgen des verbrauchten, mit der entfernten Beschichtung vermischten Strahlmittels benötigt.
Welche Nachteile und Gefahren hat das Strahlen mit Kupferschlacke?
Das Strahlen mit Kupferschlacke wird seit vielen Jahren erfolgreich durchgeführt, und Kupferschlacke wird häufig als Ersatz für Quarzsand gewählt. Im Laufe der Jahre sind ihre Nachteile und Risiken jedoch deutlicher geworden.
Gesundheitsrisiken
- Staub. Schlackestrahlmittel zerfallen beim Strahlen in feine Partikel. Laut OSHA kann Kupferschlacke wie andere Ersatzstrahlmittel die Lunge schädigen; Atemschutz und Staubbekämpfung sind daher erforderlich.
- Spuren giftiger Metalle. OSHA weist darauf hin, dass Schlacken Spuren giftiger Metalle wie Arsen, Beryllium und Cadmium enthalten können. Diese betreffen nicht nur den Bediener, sondern können auch zur Verschmutzung von Luft, Boden und Wasser beitragen, wenn verbrauchtes Strahlmittel nicht aufgefangen wird.
- Die zu entfernende Beschichtung. Altbeschichtungen können Blei oder sechswertiges Chrom enthalten. Durch das Strahlen werden sie zu luftgetragenem Staub und verunreinigen das verbrauchte Strahlmittel, das dann unter Umständen als gefährlicher Abfall behandelt werden muss.
Praktische Nachteile
Strahlen ist zwar sehr wirksam beim Entfernen von Schmutz und Beschichtungen, eignet sich aber nicht für jeden Untergrund: Dünne, weiche oder empfindliche Materialien können beschädigt werden, wenn der Prozess nicht sorgfältig gesteuert wird. Offenes Strahlen erfordert außerdem geschultes Personal, Einhausung und Reinigung, was es relativ teuer und zeitaufwendig macht – insbesondere bei kleinen Flächen, Punktreparaturen und Arbeiten in laufenden Anlagen, in denen Strahlen möglicherweise gar nicht erlaubt ist. Einen umfassenderen Überblick finden Sie unter Die Gefahren des Sandstrahlens.
Die Alternative zum Strahlen mit Kupferschlacke: MontiPower
Der Bristle Blaster® von MontiPower ist eine handgeführte, strahlmittelfreie Alternative zum Strahlen mit Kupferschlacke für die Oberflächenvorbereitung von Stahl. Er entfernt Rost, Walzhaut und Beschichtungen und erzeugt in einem Durchgang ein Rauheitsprofil, ganz ohne loses Strahlmittel. In dokumentierten Tests auf Standardstahl erreicht er eine mit ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10 vergleichbare Reinheit mit einem Rauheitsprofil von 65–85 µm Rz; die Ergebnisse variieren mit Stahlsorte, Rostgrad, Band und Technik.
Für leichtere Arbeiten an Karosserien und dünnen Blechen entfernt der MBX® Rost, Lack, Unterbodenschutz und Dichtmassen ohne Hitze und ohne Verzug. Er ist ein Reinigungswerkzeug und kein Ersatz für das Strahlen, wo auf Baustahl ein beschichtungsgerechtes Profil gefordert ist.
Da kein Strahlmittel wie Kupferschlacke verwendet wird, entfallen Strahlkessel, der Kauf, die Lagerung und die Entsorgung von Strahlmittel sowie der Hochdruck-Strahlmittelstrom. Damit sind mehrere der größten Gefahren des Strahlens beseitigt – doch strahlmittelfrei heißt nicht staubfrei. Der entfernte Rost und die Beschichtung werden weiterhin zu Partikeln; Absaugung, wo angebracht, und geeignete PSA bleiben daher notwendig, insbesondere bei Altbeschichtungen, die Gefahrstoffe enthalten können; siehe Sicherheit bei der Oberflächenvorbereitung. Die Werkzeuge sind nach einer Grundschulung für die Bedienung durch eine einzelne Person ausgelegt, was sie für Instandhaltungsteams praktisch macht, die sonst für kleine und mittlere Flächen einen Strahlbetrieb beauftragen würden. Bei großen, offenen Neubauflächen bleibt das Strahlen mit Strahlmittel oft das schnellere Verfahren. Mehr Hintergrund: die Alternative zum Sandstrahlen und Alternativen zum Sandstrahlen von Stahl im Vergleich.
Wie funktioniert die Alternative zum Strahlen mit Kupferschlacke?
Der Bristle Blaster® ist ein handgeführtes Werkzeug mit einem rotierenden Band aus speziell entwickelten, patentierten Drahtborsten mit gebogenen, nach vorn geneigten Spitzen. Während das Band rotiert, treffen die Borstenspitzen auf die sogenannte Beschleunigerleiste, die sie für den Bruchteil einer Sekunde zurückhält. Werden sie freigegeben, schnellen die Spitzen mit zusätzlicher kinetischer Energie nach vorn, treffen auf die Oberfläche und prallen zurück.
Durch diesen energiereichen Aufprall werden Rost, Farbe, Walzhaut und Beschichtungen nicht nur wirksam und präzise entfernt, sondern die Spitzen hinterlassen auch kraterartige Mikroeindrücke – ein Oberflächenprofil, das in seiner Textur einer gestrahlten Oberfläche vergleichbar ist und als Verankerung für die neue Beschichtung dient. Das Verfahren arbeitet kalt: Es wird keine Wärme in den Untergrund eingebracht.
Strahlen mit Kupferschlacke vs. Bristle Blaster® im Überblick
| Strahlen mit Kupferschlacke | Bristle Blaster® | |
|---|---|---|
| Loses Strahlmittel | Ja, große Mengen an verbrauchtem Strahlmittel | Keines |
| Reinheit | Bis Sa 3 / SSPC-SP 5 | Vergleichbar mit Sa 2½ / SSPC-SP 10 (dokumentierte Tests) |
| Rauheitsprofil | Abhängig von Korngröße und Druck | 65–85 µm Rz auf Standardstahl (dokumentierte Tests) |
| Ausrüstung und Aufbau | Kompressor, Strahlkessel, Schläuche, Einhausung | Handgeführtes Werkzeug: elektrisch, pneumatisch oder akkubetrieben |
| Am besten geeignet für | Große offene Flächen, Neubau | Instandhaltung, Reparatur, Punktarbeiten, Schweißnähte, Anlagen im laufenden Betrieb |
Häufig gestellte Fragen
Was ist Kupferschlacke?
Kupferschlacke ist das Nebenprodukt der Kupferverhüttung. Sie besteht hauptsächlich aus Eisenoxiden und Siliziumdioxid, überwiegend in Form des Eisensilikats Fayalit, mit geringen Mengen anderer Oxide und Spurenmetalle. Die flüssige Schlacke wird in der Regel mit Wasser oder Luft zu einem harten, glasigen Material granuliert, das als Strahlmittel und im Bauwesen verwendet wird.
Ist das Strahlen mit Kupferschlacke gefährlich?
Es birgt die allgemeinen Gefahren des Strahlens mit Strahlmittel: hohe Staubbelastung, Lärm und einen Hochdruck-Strahlmittelstrom. OSHA weist darauf hin, dass Schlacken Spuren giftiger Metalle wie Arsen, Beryllium und Cadmium enthalten können und dass Kupferschlacke die Lunge schädigen kann. Die entfernte Beschichtung, zum Beispiel Bleifarbe, bringt eine zusätzliche Gefahr mit sich.
Was ist die Alternative zum Strahlen mit Kupferschlacke?
Für Instandhaltung, Reparatur und Punktarbeiten an Stahl ist der Bristle Blaster® eine strahlmittelfreie Alternative: Er entfernt Rost, Walzhaut und Beschichtungen und erzeugt in dokumentierten Tests ein Rauheitsprofil von 65–85 µm Rz bei einer mit Sa 2½ vergleichbaren Reinheit. Bei großen offenen Neubauflächen bleibt das Strahlen mit Strahlmittel meist das schnellere Verfahren.
Entsteht beim Bristle Blasting Staub?
Deutlich weniger als beim Strahlen mit Strahlmittel, da kein loses Strahlmittel verwendet wird, aber es ist nicht staubfrei: Der entfernte Rost und die Beschichtung werden weiterhin zu Partikeln. Setzen Sie bei Bedarf eine Absaugung ein und tragen Sie geeignete PSA, insbesondere wenn Altbeschichtungen Blei oder sechswertiges Chrom enthalten können.
Quellen
- OSHA, Protecting Workers from the Hazards of Abrasive Blasting Materials (FactSheet) (2014). osha.gov
- Samuelsson et al., Minerals 12(6):767, The Effect of Zn Content and Granulation Temperature on Zn Leaching in an Fe-Saturated (FeXZn(1−X))2SiO4 System (fayalite slag from copper smelting) (2022). mdpi.com
- MontiPower®, technische Daten und Testzusammenfassung zum Bristle Blaster® (65–85 µm Rz auf Standardstahl).