1   Gefahren durch Magnesium

Magnesium hat die Eigenschaft, mit Luftsauerstoff zu oxidieren. Die Oxidation ist ein exothermer chemischer Vorgang, d. h. eine Reaktion, bei der Wärme frei wird.
Abb. 1 Brennende Magnesiumrückstände
 Brennende Magnesiumrückstände

1.1   Späne

Magnesiumspäne sind die beim Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden anfallenden Späne einschließlich ihrer staubförmigen Anteile.
Als Späne werden Partikel mit einem mittleren Durchmesser > 500 μm bezeichnet. Diese Partikel gelten beim Aufwirbeln als nicht explosionsfähig. Magnesiumflitter sind die beim Druckgießen entstehenden feinen Magnesiumplättchen. Bei trockener Bearbeitung von Magnesium-Werkstücken fallen Späne an. Sie können sich bei hohen Temperaturen oder durch Reibungswärme entzünden.
Bei der spanabhebenden Bearbeitung mit wassermischbaren Kühlschmierstoffen (Nassbearbeitung) kann es durch die Wasserstoffentwicklung zu einer Knallgasbildung kommen. Wenn eine Zündquelle (z. B. Funken) vorhanden ist, besteht die Gefahr einer Explosion. Wassermischbare Kühlschmierstoffe reagieren aufgrund ihrer „basischen“ Eigenschaften (oft pH-Wert ~9) leicht mit dem Magnesium unter Bildung von Wasserstoff.
Späne, die mit wassermischbaren Kühlschmierstoffen benetzt sind, neigen auch zur Selbstentzündung. Als Folge kann ein Brand oder im schlimmsten Fall eine Explosion auftreten.
Abb. 2 Rückstände bei der Trockenbearbeitung (Magnesiumstäube und -späne)
 Rückstände bei der Trockenbearbeitung (Magnesiumstäube und -späne)
Bei der spanabhebenden Bearbeitung mit nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen (Öl) kann es durch die hohen Temperaturen an der Bearbeitungsstelle zu einem Ölbrand kommen. Die Gefahr ist besonders groß, wenn zu wenig Kühlschmierstoff-Menge zugeführt wird.
Bei einer starken Vernebelung des Kühlschmierstoffs kann es aufgrund der Ölnebelbildung zu einer Durchzündung und zu einem Folgebrand kommen.
Als Folge des Ölbrands besteht die Gefahr der Entzündung der Magnesiumspäne/-Rückstände.

1.2   Staub

Entstehen bei der Bearbeitung große Mengen von Magnesiumstäuben (z. B. beim Schleifen), muss neben einem Brand auch mit einer Staubexplosion gerechnet werden. Ein Brand entsteht, wenn sich abgelagerter Staub entzündet. Wenn sich aufgewirbelte Stäube entzünden, besteht schon bei geringen Mengen Explosionsgefahr. Als Stäube werden Partikel mit einem mittleren Durchmesser < 500 μm bezeichnet. Diese Partikel gelten beim Aufwirbeln als explosionsfähig.
Die Staubpartikel bilden eine große Oberfläche. Daher kann bereits bei einer Reaktion mit dem Wasser in der feuchten Luft so viel Wasserstoff frei werden, dass ein explosionsfähiges Gemisch entsteht.
Ist die Arbeitskleidung durch Magnesiumstaub oder Magnesiumspäne verschmutzt, besteht erhöhte Brandgefahr für die Beschäftigten.

1.3   Schlämme

Magnesiumschlämme sind die mit Wasser oder wasserhaltigen Benetzungsmitteln gebundenen Magnesiumstäube/-partikel.
Schlämme, die bei der Bearbeitung mit wassermischbaren Kühlschmierstoffen entstehen (z. B. beim Schleifen), neigen aufgrund der geringen Korngröße zur Selbstentzündung. Zusätzlich entsteht bei der Reaktion mit Wasser gasförmiger Wasserstoff und es kann sich ein explosionsfähiges Gemisch bilden. Das Gleiche gilt für die bei der Nassabscheidung entstehenden wässrigen Schlämme, z. B. bei Strahlarbeiten.
Feine Magnesiumpartikel neigen bei Reaktion mit Wasser/Feuchtigkeit besonders zur Selbsterhitzung. Bei dieser exothermen Reaktion wird Wärme frei, die bis zur Selbstentzündung führen kann. In der Praxis treten vorwiegend bei der Lagerung von größeren Schlammmengen in Fässern und Loren heftige Reaktionen bis hin zu Bränden und Knallgasexplosionen auf.
Auch feine, z. B. über Filtervlies abgeschiedene, Magnesiumpartikel können in Verbindung mit Feuchtigkeit/Wasser zur Selbstentzündung führen.

1.4   Schmelzen

Magnesiumschmelze brennt an der Oberfläche bei Zutritt von Luftsauerstoff. Um dies zu verhindern, wird die Schmelzbadoberfläche mit Schutzgas bedeckt. Je nach verwendetem Schutzgas ergeben sich daraus unterschiedliche Gefährdungen.
Beim Zusammentreffen von Schmelze und Feuchtigkeit kommt es durch die hohen Temperaturen zur Volumenvergrößerung des Wassers. Der entstehende Wasserdampf führt zu einer starken Druckerhöhung und zum Verspritzen der Schmelze. Es kommt zur Entzündung des Metalls mit sehr hohen Temperaturen (bis zu 3000 °C). Dies bewirkt eine „Thermolyse“ des Wassers, d. h. eine Aufspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff. Durch die nachfolgende Knallgasreaktion kommt es zu einer Explosion.
Beim Schmelzen entsteht auf der Oberfläche des flüssigen Magnesiums eine körnige Schlacke. Diese wird auch als Krätze bezeichnet und besteht aus oxidischen Metallresten. Die Krätze setzt sich in erster Linie auf der Schmelzbadoberfläche ab, aber auch im Bereich des Bodens und an den Wänden des Tiegels. Beim Abziehen der Krätze kann es durch Luftzutritt zur Entzündung der an der Krätze anhaftenden Magnesiumreste unter Rauchentwicklung (Magnesiumoxid) kommen.
Die beim Abschlacken der Magnesiumbäder entfernte Krätze neigt in Verbindung mit Wasser zu heftigen Reaktionen. Besonders, wenn die Krätze nach dem Abschlacken mit Salz gelöscht wurde, darf sie in erkaltetem Zustand nicht mit Wasser in Berührung kommen. Es kann zur Erwärmung bis hin zur Selbstentzündung kommen.
Beim Öffnen der Tiegelklappen können Anbackungen der Krätze oder Rost/Zunder von der Tiegelwand in die Schmelze fallen. Über eine hierdurch mögliche Thermitreaktion kann es zu Explosionen kommen.
Die Ablagerungen der Krätze an den Seitenwänden und im Bodenbereich wirken isolierend. Im Zusammenhang mit den Heizstäben an der Außenseite des Tiegels kann es zu einer lokalen thermischen Überhitzung mit der Folge eines Tiegeldurchbruchs kommen.
Beim Herausziehen von Temperaturfühlern, Rührmotoren, Metallpumpen, Gießbehältern usw. aus der Schmelze besteht ein hohes Brandrisiko mit Rauchentwicklung. Die Ursache hierfür ist die anhaftende Magnesiumschmelze, die zu brennen beginnt, sobald sie in Kontakt mit Luftsauerstoff kommt.
Abb. 3 Thermolysereaktion von eingebrachtem Wasser (ca. 50 ml) in Magnesiumschmelze
 Thermolysereaktion von eingebrachtem Wasser (ca. 50 ml) in Magnesiumschmelze

1.5   Strahlen

Die beim Strahlen entstehenden Staubpartikel bilden eine große Oberfläche und können neben der Brandgefahr auch zur Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre führen. Ein Brand entsteht, wenn sich abgelagerter Staub entzündet. Bei der Entzündung aufgewirbelter Stäube besteht schon bei geringen Mengen Explosionsgefahr.
Aufgrund der hohen Explosionsgefahr und des zeitgleichen Auftretens von Zündquellen während der Bearbeitung werden die entstehenden Stäube in der Regel über einen Nassabscheider geführt und abgeschieden. Hierbei kommt es zu einer Reaktion der Magnesiumpartikel mit Wasser und zur Bildung von so viel Wasserstoffgas, dass ein explosionsfähiges Gemisch entstehen kann.

1.6   Gießen

1.6.1   Sandgießen

Feuchtigkeit im Sand, im Kern oder in der Schlichte kann aufgrund der Wärme der Schmelze zur schlagartigen Verdampfung von Wasser führen. Infolge dieser physikalischen Explosion kann Magnesiumschmelze ausgeworfen werden.
Wenn die Form nicht ausreichend entlüftet wird (mangelhafte Auslegung der Luftpfeifen oder falscher Anguss), ist ein schlagartiger Auswurf von Schmelze (Luftschlag) möglich.

1.6.2   Druckgießen

Materialanhaftungen an den Formhälften in Form von dünnem „Flitter“ bestehen aus herausgedrückter erkalteter Magnesiumlegierung. Man findet sie an den Schließflächen der Form und am Werkstück. Diese Anbackungen/Gussreste können zu Undichtigkeiten der Form führen (siehe auch DGUV Regel „Branche Gießereien“, Kapitel „Gießbetrieb Druckgießerei“ (wird derzeit erarbeitet)).
Die dünnen Flitter (z. B. im Bereich des Entgratens) stellen aufgrund ihrer großen Oberfläche und ihrer leichten Entflammbarkeit eine erhöhte Brandlast dar.
Durch ein unvorhergesehenes Herausspritzen von flüssigem Magnesium aufgrund von Materialanhaftungen (z. B. an der Schließfläche der Formhälften oder im Bereich der Füllkammer) kam es zu Unfällen mit Verbrennungen des Bedienpersonals. Außerdem entstanden durch Reaktionen mit Feuchtigkeit und Luftsauerstoff Brände, die Anlagenteile beschädigten (z. B. Hydraulikschläuche, Elektroleitungen).
Aufgrund von Haarrissen in den Formteilen oder defekten Kühlschläuchen kann Kühlwasser in die geschlossene Form eindringen. Durch den „Schuss“ wird das flüssige Magnesium schlagartig mit Wasser in Kontakt gebracht, wodurch es zwangsläufig zu einer heftigen Explosion kommt.
Flitter mit großer Oberfläche sind leichtentzündlich und können bei Kontakt mit Feuchtigkeit (z. B. wasserbasierte Trennmittel) zum Brand oder sogar zur Wasserstoffentwicklung mit Explosionsgefahr führen.