Raffination

Grundprinzip und Zweck

Raffination, Raffinieren oder Raffinierung ist ein technisches Verfahren, mit dem Rohstoffe, Nahrungsmittel oder technische Produkte gereinigt, veredelt, getrennt oder aufkonzentriert werden. Bei Weinen wird dieser Vorgang nur Veredlung genannt. Das gereinigte oder veredelte Produkt heißt Raffinat; daneben können Abfallsubstanzen entstehen. Anlagen zur Raffination von Zucker, Erdöl, Metallen und anderen Stoffen befinden sich in einer Raffinerie.

Die eingesetzten Verfahren hängen vom jeweiligen Stoff ab. Dazu gehören unter anderem Destillation, Hydrierung, Filtration, chemische Behandlung, Elektrolyse, Kristallisation und Zentrifugation.

Erdöl und Schmierstoffe

Nach der fraktionierten Vakuumdestillation enthält Erdöl noch unerwünschte schwefel-, sauerstoff- und stickstoffhaltige Substanzen sowie weitere Stoffe wie Alkene. In Schmierstoffen können solche Verunreinigungen bereits nach kurzer Nutzung Alterungserscheinungen hervorrufen: Das Öl wird dunkler, seine Viskosität nimmt zu und es können Säuren oder Ölschlamm entstehen.

In einer Erdölraffinerie werden die Verunreinigungen vor allem durch Hydrierung entfernt. Dabei entstehen aus schwefel- und stickstoffhaltigen Stoffen Gase wie Schwefelwasserstoff und Ammoniak, die anschließend abgetrennt werden. Dadurch verbessert sich die Qualität der Kohlenwasserstoffe. Als alternative Reinigungsverfahren werden die Furfurolextraktion und die Oleumraffination eingesetzt. Auch die Reinigung von Grundölen für Schmierstoffe durch Filtration mit verschiedenen Tonerden wird als Raffination bezeichnet.

Metallraffination

In der Metallurgie wird grundsätzlich zwischen Feuerraffination und elektrolytischer Raffination unterschieden. Bei der Feuerraffination werden unerwünschte Elemente entsprechend ihrer Sauerstoffaffinität durch Konverterverfahren oder oxidierendes Schmelzen entfernt. Dazu ist eine oxidierende Ofenführung nötig, die durch oxidierende Schmelzezuschläge, sogenannte Schmelzebehandlungsmittel, ergänzt wird.

Für höhere Reinheitsgrade dient die elektrolytische Raffination. Das Rohmetall, beispielsweise Konverterkupfer, bildet die Anode und geht in Lösung. Der Elektrolyt ist eine Salzlösung des betreffenden Metalls. An der Kathode scheidet sich das Metall als Reinmetall ab. Unedlere Begleitelemente gehen ebenfalls in Lösung, werden aber nicht an der Kathode abgeschieden. Edlere Begleiter sammeln sich als Anodenschlamm. Besonders bei der Kupferraffination werden daraus beträchtliche Mengen Silber und Gold gewonnen. Das Verfahren wird vor allem bei Kupfer und Nickel, aber auch bei Silber, Blei und Zink eingesetzt.

Metalle mit nicht sehr hohem Schmelzpunkt, etwa Natrium oder Aluminium, können in flüssigem Zustand durch Schmelzenraffination gereinigt werden. Mögliche Methoden sind Keramikfilter, Spülgasbehandlung und Flotation. Das jüngere Zonenschmelzverfahren wird zur Herstellung von reinstem Silizium oder Silizium-Einkristallen verwendet.

Pflanzenöle und Pflanzenfette

Pflanzenöle werden nach der Heißpressung und/oder Lösemittelextraktion raffiniert. Dabei entfernt man aus dem Rohöl, auch Truböl genannt, unerwünschte Begleitstoffe wie Pigmente sowie Geruchs-, Geschmacks- und Bitterstoffe. Dies beeinflusst Geschmack, Haltbarkeit, Geruch, Farbe und die technische Weiterverarbeitung. Durch die Raffination gehen etwa 4 bis 8 % des nutzbaren Pflanzenöls verloren.

Bei der chemischen Raffination können zunächst durch Entlecithinierung mit Wasser, Wärme und gegebenenfalls verdünnter Phosphorsäure bestimmte Begleitstoffe entfernt werden. Es folgen die Entschleimung mit Salzlösungen oder Säuren, die Neutralisation beziehungsweise Entsäuerung mit Natronlauge, die Bleichung mit Aktivkohle oder Bleicherde und die Desodorierung mit Wasserdampf. Bei manchen Ölen ist zusätzlich eine Winterisierung nötig, die Wachse und hochsiedende Triglyceride entfernt.

Die Entschleimung beseitigt Phospholipide, Glycolipide, freie Zucker und Metallionen. Bei der Neutralisation werden freie Fettsäuren abgetrennt, deren Anteil im Öl 0,3 bis 0,6 % beträgt. Die Bleichung entfernt den größten Teil der Farbstoffe sowie Reste von Schleimstoffen und Seifen, Spurenmetalle und Oxidationsprodukte. Die Dämpfung ist eine Wasserdampfdestillation zur Entfernung geruchs- und geschmacksintensiver Stoffe.

Bei der physikalischen Raffination folgen auf Entschleimung, Entfärbung und Bleichung gegebenenfalls die Winterisierung sowie anschließend Dämpfung, Desodorierung und destillative Entsäuerung unter Druck und Hitze. Die Fettsäuren werden durch Destillation abgetrennt; Entsäuerung und Dämpfung sind dadurch miteinander verbunden. Zuvor muss das Öl vollständig entschleimt werden. Die Methode hat bisher nur bei Kokos- und Palmöl sowie Palmkernfett Bedeutung.

Die chemische Raffination war bisher am weitesten verbreitet. Mit steigenden Umweltauflagen gewinnt die physikalische Methode an Bedeutung, weil sie weniger Chemikalien benötigt und geringere Raffinationsverluste sowie Abwassermengen verursacht. Zudem lassen sich die abgetrennten Fettsäuren zusammen mit dem Destillat aus der Desodorierung für die Tierernährung verwenden. Das Endprodukt wird als vollraffiniertes Pflanzenöl bezeichnet. Die hohen Temperaturen der Desodorierung verringern jedoch den Gehalt bestimmter erwünschter Begleitstoffe und der ernährungsphysiologisch positiven Tocopherole.

Bei kaltgepressten Ölen, die vor allem in dezentralen Ölmühlen hergestellt werden, entfällt die Raffination; das Truböl wird nur filtriert. Das Koppelprodukt der Pflanzenölherstellung heißt beim Heißpressverfahren Extraktionsschrot, bei der Kaltpressung dagegen Presskuchen. In allen raffinierten Pflanzenölen kommen 3-MCPD-Fettsäureester vor, allerdings in teilweise stark unterschiedlichen Mengen. 3-MCPD wurde 2011 von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als „mögliches Humankarzinogen“ eingestuft.

Zucker und Speisesalz

Bei Zucker wird der Rohzucker zuerst mit Sirup gewaschen und zentrifugiert. Diese Vorreinigung heißt Affination, ihr Produkt Affinade. Die Affinade wird in Wasser gelöst, mit Aktivkohle oder Kieselgur entfärbt und im Vakuum konzentriert. Anschließend bringt man den Weißzucker zur Kristallisation und gewinnt ihn durch Zentrifugation. Höhere Reinheitsgrade entstehen durch die gegebenenfalls wiederholte Abfolge von Auflösen, Entfärben, Filtrieren, Auskristallisieren und Zentrifugieren. Die so gewonnene Zucker-Raffinade besteht zu 99,8 Gewichtsprozent aus Saccharose und ist damit chemisch fast rein. Raffinierter Zucker beziehungsweise Raffinade ist eine gesetzlich geschützte Bezeichnung für eine Zuckerart.

Bei der Raffination von Meersalz wird das durch die industrielle Ernte meist verunreinigte Rohsalz in gesättigter Sole gewaschen. Danach folgen erneute Kristallisation, Zentrifugierung, Trocknung und Vermahlung. Anschließend werden Aufheller und Rieselhilfsmittel zugesetzt und das Salz wird künstlich iodiert. Das behandelte Meersalz lässt sich optisch und geschmacklich nicht mehr von ebenfalls raffiniertem Steinsalz unterscheiden. Sole, die durch Liquid Mining gewonnen wurde, wird mit ähnlichen Reinigungsverfahren zu Siedesalz verarbeitet. Kritiker wenden ein, dass bei der Raffination Mineralien verloren gingen, die für den Körper wichtig seien.

Übertragener Sprachgebrauch

Im übertragenen Sinn bedeutet „raffiniert“ so viel wie verschmitzt oder schlau. Es kann außerdem etwas bezeichnen, das mit Raffinement, also besonders ausgeklügelt, ersonnen wurde.