Schlacken aus der Metallurgie

(1)

Dorfstraße 51

D-16816 Nietwerder-Neuruppin

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Schlacken aus der Metallurgie

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statt 70.00 EUR Schlacken aus der Metallurgie, Band 1

– Rohstoffpotential und Recycling – Karl J. Thomé-Kozmiensky • Andrea Versteyl ISBN: 978-3-935317-71-9 Erscheinung: 2011 Seiten: 175

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Schlacken aus der Metallurgie, Band 2 – Ressourceneffizienz und Stand der Technik – Michael Heußen • Heribert Motz

ISBN: 978-3-935317-86-3 Erscheinung: Oktober 2012 Seiten: 200 Seiten Preis: 20.00 EUR Schlacken aus der Metallurgie, Band 3

– Chancen für Wirtschaft und Umwelt – Michael Heußen • Heribert Motz

ISBN: 978-3-944310-17-6 Erscheinung: Oktober 2014 Seiten: 320 Seiten Preis: 30.00 EUR

Thomé-Kozmiensky und Versteyl

Schlacken aus der Metallurgie

Karl J. Thomé-Kozmiensky Andrea Versteyl

Schlacken

aus der

Metallurgie

– Rohstoffpotential und Recycling –

Thomé-Kozmiensky und Versteyl Heußen • MotzSchlacken aus der Metallurgie, Band 2

Karl J. Thomé-Kozmiensky

Michael Heußen Heribert Motz

Schlacken

aus der

Metallurgie

– Ressourceneffizienz und Stand der Technik – Band 2

Heußen • MotzSchlacken aus der Metallurgie, Band 3

Chancen für Wirtschaft und Umwelt 3

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Metallurgische Nebenprodukte

Metallurgische Maßnahmen zur Einstellung der Nachhaltigkeit von Elektroofenschlacke

– Kreislaufwirtschaft stabil weiterentwickeln –

Susanne Schüler, David Algermissen, Hans Peter Markus, Dirk Mudersbach und Peter Drissen

1. Produkte aus Elektroofenschlacke ...261

2. Innovative Ansätze zur Schlackenbehandlung...263

2.1. Prozessintegrierte Maßnahmen ...264

2.1.1. Schrottqualität ...264

2.1.2. Schlackenbildner ...266

2.1.3. Schaumschlacke ...267

2.1.4. Konditionierung flüssiger Schlacken ...268

2.1.5. Abkühlung der Schlacke ...272

2.2. Nachgeschaltete Maßnahmen ...273

2.2.1. Flüssige Schlacken ...273

2.2.2. Feste Schlacken ...274

3. Schlussfolgerungen und Ausblick ...275

4. Literatur ...275

Die Stahlerzeugung basiert heute im Wesentlichen auf zwei Prozessrouten. Während die Stahlerzeugung in der Hochofen-Konverter-Route mit dem Einsatz von Eisenerz und Koks startet, arbeitet der Elektrolichtbogenofen als nachhaltiges Recyclingaggregat mit bis zu hundert Prozent Stahlschrott als Einsatzmaterial. In beiden Prozesslinien wird neben einer metallischen Schmelze bis zu 300 kg Schlacke pro Tonne Roheisen bzw. Stahl als Nebenprodukt erzeugt. In Deutschland wurden bei der Stahlherstellung im Jahr 2014 etwa 8,1 Millionen Tonnen Stahlwerksschlacken erzeugt [22]. Unter dem Begriff Stahlwerksschlacken (SWS) werden LD-Konverter-Schlacken (LDS), Elektro- ofenschlacken (EOS) und Edelstahlschlacken (EDS) sowie sekundärmetallurgische Schlacken (SEKS) zusammengefasst. Diese verschiedenen Arten von Stahlwerksschla- cken werden in Deutschland durch langsame Abkühlung im Beet zu Stückschlacken verarbeitet und finden aufgrund ihrer besonderen physikalischen Eigenschaften vorwiegend im Bauwesen, zum Beispiel als Mineralstoff für den Straßen-, Wege-, Erd-, Deponie- und Wasserbau, Anwendung [22]. Aktuell betrifft dies die Erzeugung von etwa zwei Millionen Tonnen Elektroofenschlacke aus der Qualitätsstahlerzeugung in Deutschland [16].

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ISBN: 978-3-935317-86-3 Erscheinung: Oktober 2012 Seiten: 200 Seiten Preis: 20.00 EUR Schlacken aus der Metallurgie, Band 3

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Chancen für Wirtschaft und Umwelt 3

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Während die physikalischen Eigenschaften von Elektroofenschlacken der von natürli- chen Gesteinen entsprechen, wird die effektive Nutzung von Elektroofenschlacken im Bauwesen wesentlich von der Umweltverträglichkeit bestimmt. Die Umweltverträg- lichkeit wird im Labor in definierten Elutionsverfahren über die Auslaugung von u.a.

Schwermetallen in demineralisiertem Wasser ermittelt und ist für ihren Einsatz im Bauwesen ausschlaggebend. Seit langem erfüllen Elektroofenschlacken die Grenzwerte der aktuell gültigen Regelwerke, wie z.B. der TL Gestein-StB [17], und stellen im Sinne der Ressourceneffizienz eine nachhaltige Alternative zu Naturmaterialien dar.

Durch die vorgesehene Einführung eines neuen Regelwerks, der Ersatzbaustoffverord- nung (EBV) [7], kann nicht mehr auf die jahrzehntelang gesammelten Erfahrungen der deutschen Stahlindustrie zurückgegriffen werden, da dieses Regelwerk eine Änderung des Elutionsverfahrens vorsieht und gleichzeitig die Parameterliste im Vergleich z.B.

zur heutigen TL-Gestein-StB 04 [17] entscheidend erweitert, unter anderem um den Parameter Molybdän, sowie geänderte Grenzwerte für eine Nutzung von Nebenpro- dukten als Baustoffe festschreibt. Das bisher verwendete S4-Elutionsverfahren [8] mit einem Wasser/Feststoff-Verhältnis (W/F) von 10/1 soll durch ein Perkolations- [9] oder Schüttelverfahren [10] mit einem W/F von 2/1 abgelöst werden.

Derzeit gibt es kaum fundierte Erfahrungen, welche Behandlungsmaßnahmen der schmelzflüssigen oder erstarrten Elektroofenschlacke aus der Qualitätsstahlerzeugung einen Einfluss auf die Auslaugung von Schwermetallen, insbesondere Vanadium und Molybdän, aus Schlacken besitzen und wie diese unter wirtschaftlichen Aspekten realisiert werden können. Es existiert wenig Literatur, die sich auf einflussnehmende Parameter der Schwermetallelution bei den neuen nach der EBV vorgeschriebenen Elutionsverfahren bezieht. Es gibt jedoch die Möglichkeit bekannte Mechanismen zu adaptieren, wie unterschiedliche Abkühlungsmethoden [18, 28] oder Konditionie- rungsmaßnahmen [12, 27]. Das FEhS-Institut hat zwar für die reduzierten Elektro- ofenschlacken der Edelstahlherstellung ein metallurgisches Verfahren entwickelt, die schmelzflüssigen Schlacken zu konditionieren [15, 23, 25], aber diese Behandlung ist zur verbesserten Chromeinbindung entwickelt worden und lässt sich weder auf die oxidierten Elektroofenschlacken aus der Qualitätsstahlerzeugung noch auf die Para- meter Vanadium und Molybdän adaptieren.

Der aktuelle Entwurf der EBV sieht vor, dass Ersatzbaustoffe nur dann als Nebenprodukt eingestuft werden können, wenn sie die Anforderungen der höchsten Qualitätsklasse erfüllen. Dies ist bei den Stahlwerksschlacken nur für den Typ SWS-1 der Fall. Vor- untersuchungen des FEhS-Instituts für verschiedene Stahlwerke haben gezeigt, dass Elektroofenschlacken die Klassifizierung als Typ SWS-1 unter den neuen gesetzlichen Randbedingungen nicht immer sicher erreichen können. Damit wird ein seit mehr als 3 Jahrzehnten eingeführter und anerkannter Baustoff dem Markt nicht mehr im bisherigen Umfang zur Verfügung stehen [3, 4, 5, 6]. Dies hat massive Auswirkungen auf die im Bereich der Schlackenaufbereitung und -vermarktung tätigen Unterneh- men, als auch die Stahlwerke zur Folge und kann im Extremfall eine Gefährdung des Wirtschaftsstandorts Deutschland für stahlproduzierende Unternehmen bedeuten, ohne dass eine Qualitätsminderung der Schlacke gegeben ist und gleichzeitig jeglicher Gedanke einer Kreislaufwirtschaft konterkariert wird.

(4)

Ziel gegenwärtiger Untersuchungen [1] ist es daher, durch weitere Verbesserung des anerkannten Produktes Elektroofenschlacke zu erreichen, dass zukünftige gesetzliche Auflagen erfüllt und dieser Baustoff auch weiterhin als Produkt eingesetzt werden kann, bevor durch die anderenfalls erforderliche Deponierung ein Bruch in der Kreis- laufwirtschaft entsteht, sofern dies aufgrund fehlender Deponiekapazitäten überhaupt möglich wäre.

Nachfolgend werden hierzu teils neu entwickelte Behandlungsmaßnahmen der schmelzflüssigen Schlacke sowie Maßnahmen in der Aufbereitung und Nachbehand- lung der erstarrten Schlacke vorgestellt.

1. Produkte aus Elektroofenschlacke

In Deutschland wird an 20 Standorten im Elektrolichtbogenofenprozess neben ver- schiedensten Stahlqualitäten eine Elektroofenschlacke erzeugt. Schlacke ist ein für die Stahlherstellung unverzichtbares Instrument, ohne die kein Eisen oder Stahl hergestellt werden kann. Sie hat im Prozess verschiedene metallurgische Aufgaben zu erfüllen, bevor sie am Prozessende vom Stahl abgetrennt und mittels Schlackenkübel in die Schla- ckenbeete zur Abkühlung überführt wird. Nach der Abkühlung erfolgt üblicherweise eine Aufbereitung durch Separation mitgelaufenen Stahls und sowie ein Brechen und Klassieren in verschiedene Körnungen entsprechend der angestrebten Nutzung. Bild 1 zeigt die aktuellen Nutzungswege der Elektroofenschlacke in Deutschland im Jahr 2014.

Die Nutzung als Baustoff in den verschiedenen Bereichen des Verkehrswegebaus stellt mit nahezu neunzig Prozent das Hauptanwendungsgebiet dar. Bei den auf Deponie abgesetzten Qualitäten handelt es sich nahezu ausschließlich um Elektroofenschlacken aus der Edelstahlerzeugung.

Baustoffe 87,7 %

Deponie 9,9 % Kreislaufstoffe 2,4 %

davon:

Straßenbau: 41,7 % Wegebau: 12,9 % Erdbau: 27,7 % Gleisbau: 0,1 % Wasserbau: 4,0 %

Erzeugung 1,65 Mio. t Lagerabbau 0,37 Mio. t Summe 2,03 Mio. t

Bild 1: Nutzung von Elektroofenschlacke aus der Qualitäts- und Edelstahlherstellung in Deutschland im Jahr 2014

Quelle: Fachverband Eisenhüttenschlacken e.V.: Statistische Erhebungen Daten 2014

(5)

Bei diesen Anwendungen sind ihre technisch-physikalischen Eigenschaften mit vielen Natursteinen vergleichbar bzw. sogar überlegen. Dazu zählen insbesondere ihre hohe Festigkeit und ihr guter PSV-Wert (Polished Stone Value), wodurch die Griffigkeit der Oberfläche über einen langen Nutzungszeitraum erhalten bleibt. Zudem besitzt sie im Gegensatz zu Naturmaterialien eine höhere Verformungsbeständigkeit, die auf hoch belasteten Straßen zu einer Selbstverfestigung führt. Aufgrund ihrer herausragenden physikalischen Eigenschaften ist die Anwendung von Elektroofenschlacke insbesondere auch für dünne Deckschichten besonders attraktiv. Doch auch zur Nutzung als Splittmastixasphalt (Bild 2) oder offenporiger Asphalt eignen sich Elektroofenschlacken durch ihre definierte Porosität besonders gut, da durch ihren Einsatz die Sprühfahnen- bildung minimiert wird und die Abrollgeräusche deutlich verringert werden, wodurch die Umweltbelastung durch Lärm, insbesondere im urbanen Raum, deutlich gesenkt werden kann [21]. Dieser Einfluss auf die Lärmminderung konnte auch im Zuge des abgeschlossenen Verbundprojektes Leiser Straßenverkehr 3 gezeigt werden [19], u.a.

durch den Bau von Teststrecken durch die Max Aicher Umwelt GmbH.

Bild 2:

Einsatz von Elektroofenschlacke als Splittmastixasphalt

Quelle: http://www.leistra3.de, Ver- wendung von EOS im Splittmastixasphalt

Die vielen positiven Referenzen zum Einsatz von Elektroofenschlacke, in unterschiedlichen Anwendungen des Stra- ßenbaus, bestätigen die gute Qualität über lange Zeiträume. Dies wurde durch unterschiedliche Institutionen und Behörden in ganz Europa nachgewiesen [2].

In den letzten 30 Jahren intensiver For- schung auf dem Gebiet der Elektroofen- schlacke konnte nachgewiesen werden, dass die hohen Qualitätsstandards von natürlichen Gesteinen erreicht bzw. über- troffen wurden.

Bild 3: Einsatz von Elektroofenschlacke als Wasserbausteine

Quelle: Internetauftritt der BSW Stahl-Nebenprodukte GmbH

(6)

Dazu wird heute nicht erst bei der Aufbereitung, sondern bereits in der Metallurgie gro- ßer Wert auf die Herstellung einer Schlacke mit definierten Qualitätsmerkmalen gelegt.

Ein weiteres Einsatzgebiet von Elektroofenschlacke, in welchem diese ebenfalls häufig den etablierten Naturmaterialien bevorzugt wird, ist die Verwendung als Wasserbau- stein (Bild 3). Dort wird von ihrer hohen Dichte von über 3,5 Mg/m³ profitiert, welche zusammen mit dem Nachweis der anderen Qualitätsmerkmale dazu führte, dass in der Vergangenheit alleine in deutschen und niederländischen Gewässern etwa eine halbe Million Tonnen als Wasserbausteine eingesetzt wurden, neben weiteren Mengen an LD-Konverterschlacken.

Für diesen Einsatz sind typischerweise Korngrößen zwischen 45 bis 125 mm qualifiziert.

Mittels der gültigen Prüfverfahren wurde nachgewiesen, dass die Elektroofenschlacke auch für diese Anwendung in vielen physikalischen Eigenschaften die von hochwertigen Naturgesteinen, wie beispielsweise Basalt, übertrifft.

Bei einer rechtsverbindlichen Einführung der EBV können die vorgenannten regel- konformen und anspruchsvollen Anwendungen für Produkte aus Elektroofenschlacke nur dann sicher weiter bedient werden, wenn entsprechende Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der Umweltverträglichkeit der Elektroofenschlacke erprobt und umge- setzt werden.

2. Innovative Ansätze zur Schlackenbehandlung

Das Flussdiagramm in Bild 4 zeigt in vereinfachter Form die Schritte des Elektrolicht- bogenofenprozesses (links) sowie die Einflussgrößen auf die Qualität der Elektroofen- schlacke in den einzelnen Prozessschritten (rechts).

Bild 4: Prozess der Herstellung von Elektroofenschlacke Kalk,

Zuschläge

Eisenträger (Schrott)

Energie (elektrisch)

Schmelzprozess Elektrolichtbogen

flüssige Elektroofen-

schlacke

Rohstahl

Abkühlung Aufbereitung

Einstellen chemischer Zusammensetzung

Temperatur, Behandlungsdauer Oxidationsgrad

Geschwindigkeitsrate

Porosität, Festigkeit, Korngröße Metallseparation, Klassierung

(7)

Die grundlegenden Eigenschaften einer Elektroofenschlacke, auch die umweltrelevanten Merkmale, werden also bereits frühzeitig zu Beginn des Prozesses eingestellt. Dies beginnt mit der Auswahl der Schrottqualitäten und setzt sich fort über die Ofenfahr- weise, der Art der Schlackenbildner bis hin zum Schlackenabstich und der Abkühlung.

Nach Abkühlung der Elektroofenschlacke erfolgt durch die Metallseparation und Klas- sierung in Körnungen eine weitergehende Qualitätseinstellung, die ihre Eigenschaften weiter verbessert, jedoch nach derzeitigem Stand der Technik nicht grundlegend modifizieren kann.

Nachfolgend werden grundlegenden Methoden als auch neuere Ansätze zur Verbesse- rung der Qualität von Elektroofenschlacke, insbesondere auch der umweltrelevanten Merkmale, beschrieben und die verschiedenen Einflussmöglichkeiten und deren Auswirkungen diskutiert.

2.1. Prozessintegrierte Maßnahmen

Bei der Elektrostahlherstellung wird im Elektrolichtbogenofen ein Teil des metallischen Eisens als auch unerwünschte Begleitelemente im Schrott in Oxide überführt, welche infolge der geringeren Dichte aufsteigen. Aus den Oxidationsprodukten der Metallschmelze und den zugesetzten Schlackenbildnern, wie Kalk und Dolomit, wird eine Schlacke aufgebaut, welche die hochreaktive Metallschmelze vor der oxidierenden Ofenatmosphäre schützt und gleichzeitig Energieverluste sowie den Feuerfestver- schleiß durch Strahlung des Elektrolichtbogens zwischen Elektroden und Schmelzgut verringert. Dadurch ist es möglich, hohe Reinheitsgrade und qualitativ hochwertige Stahlgüten herzustellen. Behandlungen in dieser frühen Prozessstufe können auf die grundsätzliche Zusammensetzung der Schlacke Einfluss nehmen beziehungsweise eingebrachte Stoffe können in der Regel vollständig aufgelöst und homogen verteilt werden. Jedoch können diese Behandlungsmaßnahmen im Elektroofen auch die Stahl- qualität negativ beeinträchtigen, sodass je nach Behandlung abgewogen werden muss, zu welchem Zeitpunkt Einfluss auf die Schlackenqualität genommen werden kann.

2.1.1. Schrottqualität

Die Qualität einer Elektroofenschlacke wird wesentlich von der Zusammensetzung des Schrottmenüs, dem hauptsächlichen Einsatzmaterial im Elektrolichtbogenofen, beeinflusst. Das Schrottmenü setzt sich aus marktüblichen Schrottsorten sowie Eigenschrott und andere Nebenerzeugnissen der Stahlproduktion zusammen. Eine repräsentative Abbildung des Prozesses in Labor- und Technikumsversuchen ist wegen der Inhomo- genität der Schrottzusammensetzung nicht möglich. Erste Untersuchungen wurden daher im Rahmen betrieblicher Versuche in Abstimmung mit der Lech-Stahlwerke GmbH und deren Schlackenaufbereiter und -vermarkter durchgeführt.

Zur Abbildung der Vielzahl unterschiedlicher Schrottqualitäten wurden die vier reprä- sentative Schrottgruppen Paketschrott, rein, Paketschrott, Normale Schrottbeladung und Baustahlschrott gebildet [1]. Für jede Schrottgruppe wurden von 5 bzw. 10 Chargen

(8)

an verschiedenen Stellen Proben entnommen – Beet, Schale, Kübel. Die Schlacken- proben wurden hinsichtlich ihrer Feststoffgehalte, Mineralogie und ihrer Auswirkung auf die umweltrelevanten Merkmale der Elektroofenschlacke gemäß EBV beschrieben (Bilder 5 und 6).

0 25 50 75 100

SWS-1 SWS-2 SWS-3 nicht

EBV SWS-1 SWS-2 SWS-3 nicht

EBV SWS-1 SWS-2 SWS-3 nicht EBV

Rein Paket Normal Baustahl

Schrottgruppe Beet

%

0 25 50 75 100

SWS-1 SWS-2 SWS-3 nicht

EBV SWS-1 SWS-2 SWS-3 nicht

EBV SWS-1 SWS-2 SWS-3 nicht EBV

Rein Paket Normal Baustahl

Schrottgruppe Schale

%

Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass mit der getroffenen Auswahl der Schrott- gruppen eine gute Klassifizierung der Elektroofenschlacken hinsichtlich der Umwelt- relevanz gemäß den Grenzwerten der EBV möglich ist und problematische Qualitäten Bild 5: Eingruppierung von Schlackenproben aus dem Beet gemäß EBV in Abhängigkeit der

Schrottqualität

Bild 6: Eingruppierung von Schlackenproben Schale gemäß EBV in Abhängigkeit der Schrott- qualität

(9)

in Hinblick auf die EBV identifiziert werden können. Als problematisch in Hinblick auf die künftig zu erwartenden Grenzwerte der EBV erwies sich insbesondere der Baustahlschrott. Dies ist auf die, im Vergleich zu den anderen untersuchten Gruppen, sehr heterogene Zusammensetzung der Schrottqualitäten der Baustahlgruppe mit schwer kontrollierbaren Einträgen unerwünschter Begleitelemente zurück zu führen.

Die hier gewonnenen Erkenntnisse für die Herstellung von Qualitätsstählen können auch auf andere Elektrostahlwerke übertragen werden, müssen jedoch individuell auf die jeweiligen Schrottmenüs angepasst werden.

2.1.2. Schlackenbildner

Der Einsatz von Schlackenbildnern, wie beispielsweise Kalk, Dolomit oder dolomi- tischer Kalk, in den Elektrolichtbogenofenprozess kann gemeinsam mit dem Schrott geschehen. Nur unter sehr ungünstigen Bedingungen kann eine unvorteilhafte Ver- teilung des Materials bei gleichzeitig unzureichender Wärmezufuhr dazu führen, dass der Schlackenbildner nicht vollständig aufgelöst wird.

Die nicht aufgelösten freien Oxide CaO_frei und MgO_frei der Schlackenbildner könnten bei Wasserkontakt Hydroxide (Gleichung 1 und 2) bilden, welche ein größeres Volu- men besitzen als die freien Oxide. Dadurch wäre die Raumbeständigkeit nicht mehr gegeben, die insbesondere bei gebunden Tragschichten im Verkehrswegebau von hoher Wichtigkeit ist.

CaO_frei+ H₂O g Ca(OH)₂ (1)

MgO_frei + H₂O g Mg(OH)₂ (2)

Der Dampfversuch zur Bestimmung der Volumenzunahme durch die freien Oxide ist ein etabliertes Verfahren, um die Qualität von Schlackenprodukten für den Verkehrs- wegebau zu bewerten und sicherzustellen [11].

Um jedoch bereits im Elektrolichtbogenofen die Gefahr des Nichtauflösens der Schla- ckenbildner zu vermeiden, gibt es die Möglichkeit z.B. den Kalk als feines Material in den Ofen einzublasen. Die größere Oberfläche des feinen Materials besitzt eine hohe Reaktivität und dadurch ein höheres Auflösungsvermögen. Zusätzlich kann der Schla- ckenbildner in Bereichen hoher Temperatur homogen verteilt werden.

In diesem Zusammenhang sind auch Vorwärmermassen zu nennen, die zum Wie- deraufbau der feuerfesten Basis des Schlackentürtunnels dienen und meist aus MgO- haltigen Regeneraten bestehen. Diese feuerfesten Massen werden durch die ausfließende Schlacke massiv verschlissen und müssen deswegen regelmäßig erneuert werden.

Aufgrund des hohen Schmelzpunktes, der groben Körnung und der geringen Wärme- leitfähigkeit dieser Massen besteht die Gefahr, dass sie mit der ausfließenden Schlacke in den Schlackenkübel geraten, sich nicht auflösen und dort als freies MgO vorliegen.

Das MgO_frei kann dann im Schlackenprodukt vorliegen und bei Wasserkontakt unter Volumenzunahme zum Hydroxid reagieren (Gleichung 2). Der Verlust der Raumbe- ständigkeit würde dann die Anwendung der Elektroofenschlacke als Baustoff deutlich einschränken.

(10)

Die Entwicklung von alternativen Vorwärmermassen, wie beispielsweise Vorwär- mermassen auf Al₂O₃-Basis, zielt darauf, gleichwertige technische Eigenschaften wie konventionelle Vorwärmermassen sicher zu stellen, die jedoch im Schlackenprodukt keine Gefahr für die Raumbeständigkeit darstellen.

Die im Elektroofen selbst gebildete Schlacke besitzt in der Regel hingegen keine Probleme mit der Raumbeständigkeit. Heute wird durch verschiedenste Maßnahmen besonders auf ein reines Schlackenprodukt ohne Verunreinigungen geachtet. Aktuelle Untersuchungen haben gezeigt, dass die Gehalte an freien Oxiden in den Elektroofenschlacken für alle untersuchten deutschen Stahlwerke in Summe immer unter 3 Ma.-% liegen.

2.1.3. Schaumschlacke Im Elektrolichtbogenofenprozess ist die Bildung einer Schaumschlacke erforderlich, um die Energieeffizienz des Elektroofens zu verbessern und die feuerfeste Ausmau- erung vor einer direkten Hitzestrahlung des Lichtbogens zwischen Elektroden und Schmelzgut zu schützen. Schaumschlacke wird üblicherweise durch Einblasen von Schaumkohle erzeugt. Dabei ist die Einstellung einer bestimmten Schlackenviskosität erforderlich, was beispielsweise durch die Temperatur oder die Zusammensetzung der Prozessschlacke regelbar ist. In den meisten Elektrostahlwerken tritt bei Bildung der Schaumschlacke diese an der Ofentür aus und fließt bereits in dieser Prozessphase in den Schlackenkübel (Kapitel 2.1.2.), bis kurz vor Prozessende, beim Abschlacken, der Elektroofen leicht geneigt und die gesamte Schlacke abgekippt wird.

Dadurch tritt in der frühen Phase des Prozesses eine noch schlecht reduzierte Schlacke mit hohen FeO-Gehalten aus dem Ofen aus. Dies hat zweierlei Folgen. Einerseits wird die Wirtschaftlichkeit des Prozesses vermindert, da mit der eisenreichen Schlacke der eigentlichen Stahlherstellung Eisen verloren geht. Andererseits unterscheidet sich diese frühe Schlacke in ihrer Zusammensetzung und Qualität von der beim Abschlacken vorliegenden Schlacke. Sie bildet durch das schnelle Erstarren an der kalten Oberfläche

Bild 7:

Vorwärmer am gekippten Elektrolichtbogenofen

(11)

im Schlackenkübel eine Schale, welche beim Abkippen ins Beet separat beprobt werden kann (Bild 8) und bedingt durch eine andere Mineralogie auch ein anderes Umweltver- halten aufweist, welches im Rahmen eines laufenden Projektes mit beurteilt wird [1].

Bild 8:

An der Kübelwand erstarrte Schlacken-Schale im Schla- ckenbeet

2.1.4. Konditionierung flüssiger Schlacken

Die Konditionierung einer Schlacke im flüssigen Zustand zielt darauf, bereits in der schmelzflüssigen Phase bestimmte technische Parameter für die spätere Nutzung der Schlacke positiv zu beeinflussen oder eine chemische Zusammensetzung einzustellen, die zu einer besseren Einbindung umweltrelevanter Spurenelemente bei der Erstarrung und Kristallisation der Schlacke führt bzw. Einfluss auf die Elution nimmt. So kann die Bindung von Chrom in Spinellen durch Tonerdezugabe begünstigt werden. Die gegen Umwelteinflüsse überaus stabile Spinellbindung führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Umweltverträglichkeit [23]. Die Freisetzung von Vanadium in wässrigen Lösungen lässt sich durch Zugabe geeigneter Kalkträger ebenfalls bis unter die analytische Nachweisgrenze senken. Diese Zusammenhänge und auch die Wech- selwirkung der unterschiedlichen Maßnahmen konnten sowohl in Labor- als auch in Betriebsversuchen des FEhS-Instituts gemeinsam mit der Lech-Stahlwerke GmbH und anderen europäischen Stahlwerken nachgewiesen werden.

In Spinelle eingebundenes Chrom wird bei Wasserkontakt kaum ausgelaugt, ein Me- chanismus welcher bei Edelstahlschlacken schon länger bekannt ist und als Faktor SP beschrieben wurde. Der Faktor SP ermöglicht es, über die chemische Zusammensetzung eine gezielte Verringerung der Chromauslaugung einzustellen. Ein ähnlicher Faktor CS konnte auch für die Bindungsform des Chroms der Elektroofenschlacken aus der Qualitätsstahlerzeugung entwickelt werden. Dieser stellt die Bindungsform von Chrom anhand verschiedener nasschemischer Aufschlussverfahren für die Feststoffanalytik dar und arbeitet nach folgendem Schema:

hoher Faktor CS g hoher Cr-Anteil in Kalksilikaten g hohe Chromelution

(12)

Chrom kann in Elektroofenschlacken entweder in wasserunlöslichen Spinellen oder in wasserlöslichen Kalksilikatphasen gebunden sein. Der Vollaufschluss in der chemischen Analytik löst alle Mineralphasen, einschließlich der Spinelle, und damit das in der gesamten Schlackenmatrix enthaltene gesamte Chrom. Der Königswasseraufschluss löst lediglich die Kalksilikatphasen mit dem darin enthaltenen Chrom. Durch Bildung des Mengenverhältnisses der Chromgehalte beider Aufschlüsse wird die bevorzugte Bindungsform des Chroms dargestellt und das damit verbundene Potenzial bei Was- serkontakt in Lösung zu gehen.

Für die Entwicklung des Faktors CS wurden Elektroofenschlacken aus elf deutschen Elektrostahlwerken gemäß dem zukünftigen Regelwerk EBV [7], mittels Säulen- (DIN 19528) und Schüttelverfahren (DIN 19529), ausgelaugt [9, 10] und untersucht (Bild 9).

Ähnlich wie für die Edelstahlschlacken konnte mit Hilfe des Faktors CS für die Elektro- ofenschlacken der Qualitätsstahlerzeugung eine Konditionierungsmöglichkeit entwickelt werden, welche das Chrom fest in Spinelle einbindet. Tonerde ist dabei ein wichtiger Faktor, da Tonerde die Einbindung des Chroms in Spinelle begünstigt und die Chromkonzentration im Eluat bis unter die Nachweisgrenze senken kann.

Allerdings muss eine Überdosierung mit Tonerde vermieden werden, da diese eine Verdünnung des Kalziums zur Folge hat, was wiederum Auswirkungen auf die Aus- laugung von Vanadium hat.

Bild 9: Darstellung des Faktors CS für Elektroofenschlacken aus der Qualitätsstahlerzeugung

Cr im Eluat mg/l 1,200

1,000

0,800

0,600

0,400

0,200

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Faktor CS

Cr (DIN 19528) Cr (DIN 19529)

R² = 0,8383 R² = 0,8516

(13)

Das in Schlacken enthaltene Vanadium ist zumindest teilweise in kalksilikatischen Mineralphasen gebunden. Diese können lediglich gelöst werden, wenn der Eluent, in der Regel die wässrige Lösung, noch nicht an Kalziumionen gesättigt ist. Bei einer Untersättigung kann die wässrige Lösung daher Kalziumionen aus den Kalksilikaten lösen und dabei durch die Destabilisierung der Kalksilikatkristalle zugleich Vanadium freisetzen und zu höheren Vanadiumkonzentrationen im Eluat führen.

Um Bedingungen zu schaffen, dass Vanadium weiter fest in Kalksilikaten gebunden bleibt, muss die mineralische Zusammensetzung so gesteuert werden, dass leichter lösliche Kalkverbindungen in der Schlacke vorliegen. Der Eluent kann sich dann mit Kalziumionen sättigen, bevor ein nennenswerter Angriff auf die Kalksilikate erfolgt und das dort gebundene Vanadium freigesetzt wird. Hierzu können Kalkträger, wie beispielsweise Feinkalke oder auch kalkreiche Schlacken aus der Sekundärmetallurgie, in den Prozess eingebracht werden. Der leichter verfügbare Anteil an Kalziumionen aus den zugesetzten Kalkträgern führt dann dazu, dass Vanadium nicht freigesetzt wird.

Dieser Zusammenhang konnte zunächst durch Laborversuche mit kalten Mischungen sowie später in schmelzmetallurgischen Laborversuchen und durch Betriebsversuche verifiziert werden (Bild 10).

Bild 10: Korrelation der Vanadium- und der Kalziumionenkonzentration im Eluat

Jedoch muss die Zugabe von Kalkträgern genau dosiert werden, da eine Überkon- ditionierung von Kalk zu CaO_frei führen könnte, welches – wie zuvor beschrieben (Gleichung 1) – aufgrund der Volumenexpansion durch Hydratation zu einer ver- schlechterten Raumbeständigkeit führen könnte.

Vanadium µg/l 300

250

200

150

100

50

0

Vanadium = f(Ca in mg/l)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Calcium mg/l

y = 151567x^-1,936 R²= 0,9183

(14)

Die in Labor- und Betriebsversuchen erprobten verschiedene Konditionierungsmaß- nahmen und die damit verbundenen Effekte zeigten, dass letztendlich nur eine genau definierte Dosierung zur angestrebten Qualitätsverbesserung der Elektroofenschlacke führt (Bild 12).

Nachdem zuerst durch Zugaben von Tonerde der Kalkanteil zu sehr verdünnt wurde und dadurch die Vanadiumelution erhöht wurde, wurde im Anschluss anstatt Kalk ein Kalziumaluminat zugegeben, welches diesen Effekt kompensieren konnte. Die dadurch erhöhte Leitfähigkeit, ebenfalls ein geregelter Parameter, überschritt teilweise jedoch infolge der hohen Kalziumionenkonzentration im Eluat die Grenzwerte, sodass auch hierbei eine genau definierte Dosierung notwendig war, um schließlich eine Elektro- ofenschlacke zu erzeugen, die allen geltenden Anforderungen der EBV entspricht.

Bild 11: Schematische Darstellung von Konditionierungsmaßnahmen und deren Auswirkungen auf das Auslaugeverhalten der Elektroofenschlacke aus der Qualitätsstahlerzeugung Das beschriebene Verfahren konnte nach den Laborversuchen und in einem Elek- trostahlwerk zur Betriebsreife gebracht werden, sodass die Elektroofenschlacke sicher reproduzierbar die höchsten Anforderungen der Regelwerke einhält.

Für die Konditionierung einer Schlacke im flüssigen Zustand gibt es verschiedene Zugabemöglichkeiten. Dies kann im Elektrolichtbogenofen geschehen, beim Abstich in den Schlackenkübel oder im Schlackenkübel nach dem Abstich. Dabei hat jeder Prozesszeitpunkt unterschiedliche Vor- und Nachteile und muss anhand der durchzu- führenden Konditionierung und den Gegebenheiten im Stahlwerk abgewogen werden.

Eine einfache Konditionierung der Schlacke stellt das Einbringen in den Elektrolicht- bogenofen über den Schrottkorb dar. Im Prozess wird der Konditionierungsstoff homogen in der Schmelze verteilt und es müssen keine zusätzlichen Behandlungsanlagen zum Einsatz kommen. Je nach Additiv können jedoch Stahlzusammensetzung oder Prozesszeit negativ beeinflusst werden, sodass Konditionierungen an dieser Stelle nur in einem gewissen Maße durchgeführt werden können.

Eine Behandlung der Schlacke beim Schlackenabstich, also getrennt vom Stahl, er- möglicht sowohl ein homogenes Einbringen als auch eine Behandlung ohne Einfluss auf den Stahl. Darüber hinaus wirkt sie sich nicht auf die Prozesszeit aus.

Konditionierung

Keine

Tonerde

Tonerde + Kalzium

Optimal

Zugabe

Tonerde Kalzium Chrom Vanadium Leitfähigkeit

Konzentration im Eluat

(15)

Hierfür wird jedoch einerseits eine eigene Anlagentechnik benötigt und andererseits müssen die logistischen Möglichkeiten im Stahlwerk dafür gegeben sein. Für diese Konditionierungsmöglichkeit müssen folglich mehrere Aspekte betrachtet werden. Eine Konditionierung im Schlackenstrahl bietet letztmalig die Möglichkeit der Auflösung und homogenen Verteilung von Konditionierungsmitteln in der schmelzflüssigen Schlacke, da nach Einbringung in den Schlackenkübel ein Auflösen und homogenes Verteilen ohne zusätzlichen Energieeintrag allenfalls nur noch sehr begrenzt möglich ist.

Die völlige Entkopplung vom Stahlherstellungsprozess stellt die Behandlung der Elek- troofenschlacke im Schlackenkübel dar. In einem separaten Behandlungsstand können Additive in die Schlacke eingebracht werden ohne größere Einschränkungen in Bezug auf das Handling zu haben. Ein derartiges Vorgehen wird beispielsweise für die Abbin- dung von freiem Kalk in LD-Schlacken durch die Schlackenbehandlung mit Sand und Sauerstoff im Schlackenkübel realisiert [14]. Die Behandlung im Schlackenkübel weist jedoch einige Nachteile auf. Neben Investitionskosten für eine Behandlungsanlage, ist es eine große Herausforderung zu dieser Prozesszeit ein Konditionierungsmittel in die Schlacke homogen einzubringen und vollständig mit der Schlacke reagieren zu lassen. Insbesondere eine Behandlung mit Kalk- oder Magnesiumträgern kann bei Nichtauflösen zu freien Oxiden führen, mit den beschriebenen Nachteilen einer Volumenexpansion (Kapitel 2.1.2).

2.1.5. Abkühlung der Schlacke

Die Abkühlbedingungen einer Schlacke haben einen deutlichen Einfluss auf ihre mineralische Zusammensetzung. Am ausgeprägtesten ist dies am Beispiel einer Hochofen- schlacke erkennbar, die bei langsamer Abkühlung im Schlackenbeet zu einer kristallinen Stückschlacke, bei sehr rascher Abkühlung in der Wassergranulation zu einem glasigen Material, dem Hüttensand, erstarrt. Diese völlig unterschiedlichen Ausbildungsformen der Hochofenschlacke sind in ihrem im Vergleich zu anderen metallurgischen Schlacken hohen SiO₂-Gehalt, respektive ihrer vergleichsweise geringen C/S-Basizität, begründet.

Bei SiO₂-ärmeren, kalkreicheren Stahlwerksschlacken ist eine glasige Ausbildung bei rascher Abkühlung nicht oder nur sehr begrenzt erzielbar. Aber auch hier haben unterschiedliche Erstarrungsmethoden bzw. Abkühlungsgeschwindigkeiten Auswirkungen auf den mineralischen Aufbau der Schlacke, wie Kristallitgröße, Kristallmodifikation und Elementverteilung. Erste in der Literatur beschriebene Untersuchungen geben Hinweise, dass eine langsame oder schnelle Abkühlung einer Elektroofenschlacke auch Einfluss auf die Auslaugung umweltrelevanter Elemente wie Chrom oder Vanadium nimmt [18, 28].

Eine systematische Untersuchung dieser Effekte ist in Deutschland bislang nicht erfolgt.

Dies soll im Rahmen eines laufenden Projekts [1] erfolgen. Hierzu wurden verschiedene Laboreinrichtungen geschaffen, mit denen unterschiedlichste Abkühlungsbedingungen bzw. -raten im Labor, aber auch in Kleinversuchen im Betrieb, simuliert werden können.

Die unterschiedlichen Abkühlungsbedingungen sollen insbesondere in Hinblick auf ihre Auswirkungen auf die Umweltverträglichkeit der Elektroofenschlacken untersucht und bewertet werden. Über die erzielten Ergebnisse kann allerdings erst zu einem späteren Zeitpunkt berichtet werden.

(16)

2.2. Nachgeschaltete Maßnahmen

Nachgeschaltete Maßnahmen zur Behandlung von Schlacken erweisen sich in der Regel als sehr aufwendig und kostenintensiv, wenn sie eine effektive Verbesserung ihrer Produkteigenschaften oder Nutzungsmöglichkeiten erzielen sollen. Nachfolgend werden exemplarisch zwei Maßnahmen beschrieben.

2.2.1. Flüssige Schlacken Stahlwerksschlacken weisen mit ihrem kalksilikatischen Charakter eine gewisse Ähnlich- keit zu Zementklinker auf. In Hinblick auf eine Nutzung von Elektroofenschlacke für die Klinkererzeugung sind jedoch der vergleichsweise geringe CaO-Gehalt einerseits und andererseits die relativ hohen Gehalte an MgO und Eisen- bzw. Metalloxiden zu nennen.

Die Erzeugung eines Klinkers aus Elektroofenschlacke müsste somit einen Reduktions- schritt und einen Konditionierungsschritt beinhalten. Entsprechende Untersuchungen waren Gegenstand eines kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhabens [26]. Aufgrund der komplexen Anlagentechnik und des erforderlichen Aufwands für die Integration in einem bestehenden Elektrostahlwerk konnten die entsprechenden Untersuchungen nur im Labormaßstab erprobt und auf ihre Umsetzbarkeit überprüft werden.

Aus jetziger Sicht muss man aber davon ausgehen, dass Reduktion und Konditio- nierung wegen des deutlichen Viskositätsanstiegs der Elektroofenschlacke unter be- triebspraktischen Bedingungen – z.B. ohne deutliche Temperaturerhöhung – nicht in einem Prozessschritt möglich sind. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden deshalb Überlegungen angestellt den Prozess in die zwei Verfahrensstufen Reduktion und Konditionierung zu trennen.

Die schematische Auslegung eines derartigen Prozesses in Bild 12 dargestellt.

Bild 12: Schematische Darstellung eines Reduktions- und Konditionierungsprozesses für Elektro- ofenschlacke

=> Transformation von oxidierter EOS zu einem Portlandzementklinker

mit einer zwischenzeitlichen Reduktion und einer anschließenden Konditionierung Reduktion Konditio-

nierung

Gleichstrom

Wechselstrom Schlacke

PZK

Stahl-

pfanne Schlacken- pfanne anstatt Topf/Kübel

Pfannenofen für Schlacken-

pfanne Drehrohrofen Quenche

TSchlacke/Oxid 1.600 °C / 1.600 °C / 1.450 °C / 1.300 °C / 200 °C

FeSi, C, usw. CaO, GPS, usw.CaO, GPS, usw.

FeSi, C, usw.

(17)

Bedingt durch hohe Eisenoxid-Gehalte und vergleichsweise niedrige CaO-Gehalte in typischen Elektroofenschlacken ist im ersten Verfahrensschritt ein hoher Bedarf an Energie und/oder Reduktionsmitteln sowie im zweiten Verfahrensschritt ein hoher Bedarf an kalkreichen Konditionierungsstoffen erforderlich. Dadurch erhöhen sich die Prozesskosten für diese sekundäre Schlackenbehandlung deutlich.

Unter technischen Aspekten konnte jedoch in den Laborversuchen gezeigt werden, dass sich auf diese Weise ein klinkerähnliches Material erzeugen lässt, welches ähn- liche gute zementtechnische Eigenschaften wie vergleichbare industriell hergestellte Klinker aufweist.

Für eine betriebliche Umsetzung der Projektidee sind jedoch noch eine Reihe offener Fragen zu klären. Hierzu gehört unter anderem, dass der Elektrodenverschleiß relativ hoch ist, die Behandlungszeiten an den Takt des Elektrolichtbogenofens angepasst werden müssen und bei Nutzung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel ein starkes Schäumen der Schlacke auftritt.

Die Betrachtung unter ökonomischen Aspekten lässt diesen Prozess bei derzeitigen Rahmenbedingungen aufgrund der hohen Energie- und Konditionierungskosten nicht wirtschaftlich erscheinen, jedoch sind zukünftige Rahmenbedingungen noch nicht einschätzbar. Auch die Akzeptanz der Zementindustrie für die Abnahme des Klinkerproduktes beeinflusst die Prozessbewertung entscheidend.

2.2.2. Feste Schlacken

Nachgeschaltete Maßnahmen zur Behandlung fester Schlacken umfassen heute bislang die Rückgewinnung der in der Rohschlacke enthaltenen Stahlgranalien und der Herstellung definierter Körnungen für die jeweils angestrebten Einsatzgebiete, etwa im Verkehrswegebau.

Die Metallseparation trägt dabei zunächst einem wirtschaftlichen Aspekt Rechnung, da die separierten Stahlanteile als Eigenschrott dem metallurgischen Prozess wieder zugeführt werden können. Dieser Aspekt hat insbesondere bei der Edelstahlherstellung zu intensiven Untersuchungen geführt, da ein hoher Anteil wertvoller Legierungs- elemente wie Chrom und Nickel zurückgewonnen werden kann [24].

Es kann nach derzeitigem Stand der Kenntnis nicht zweifelsfrei ausgeschlossen werden, dass trotz betrieblicher Metallseparation in den Schlacken verbliebene Stahlanteile in gewissem Umfang zur Auslaugung umweltrelevanter Elemente mit beitragen. Dies gilt insbesondere für Parameter, die in Stahlwerksschlacken nur in relativ geringer Konzentration, wie etwa Molybdän, vorliegen und deren Auslaugemechanismen noch unbekannt sind. Einzelne Untersuchungsergebnisse bezüglich der Elution bestimmter Schwermetalle lassen vermuten, dass hier durchaus Abhängigkeiten zum Restmetallge- halt einer Schlackenprobe bestehen. Jedoch liegen hierzu bislang keine systematischen Untersuchungen vor. Die Aufarbeitung dieser Zusammenhänge gestaltet sich nicht nur aufgrund geringer Konzentrationen einiger Schwermetalle bzw. Legierungselemente schwierig. Zwar lässt sich der Gehalt an Stahlgranalien sowie deren Zusammensetzung

(18)

in einer Laborprobe gut bestimmen, jedoch ist damit noch keine Zuordnung eines bestimmten Eluatparameters zur Schlacken- oder Metallphase möglich. Darüber hinaus erschweren die inhomogene Verteilung der Stahlgranalien sowie ihre unterschiedliche Kornformen und Korngrößenverteilungen eine systematische Erarbeitung von Zu- sammenhängen. Diese Fragestellungen sollen daher im Laufe aktueller und künftiger F&E-Arbeiten weiter untersucht werden.

Ein relativ neuer und innovativer Ansatz zur Verbesserung der Umweltverträglichkeit von Stahlwerksschlacken im festen Zustand stellt ein nachgeschalteter Waschprozess dar. Grundlegender Gedanke dieses Ansatzes ist es, dass die Freisetzung umweltrelevanter Spurenelemente vorwiegend über die Oberfläche der Schlackenaggregate erfolgt.

Dieser Waschprozess, basierend auf den Erfahrungen bei der Abkühlung schmelzflüs- siger Schlacken mit Wasser im Schlackenbeet bzw. im Tauchbecken, wird im Rahmen eines kürzlich angelaufenen Forschungsvorhaben entwickelt und erprobt [1]. Für die Kreislaufführung des Waschwassers wird ein Adsorptionsverfahren entwickelt, mit dem die eluierten Wasserinhaltsstoffe, insbesondere Molybdän und Vanadium, selektiv entfernt werden können.

3. Schlussfolgerungen und Ausblick

Die Nutzung der nun seit Jahrzehnten in vielen Anwendungen etablierten Produkte aus Elektroofenschlacke könnte zukünftig durch Änderung des Regelwerks deutlich einge- schränkt werden, ohne das eine Minderung der Qualität der Schlacke gegeben ist. In dem vorstehenden Beitrag wurden unterschiedliche metallurgische Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der Qualität der Elektroofenschlacken diskutiert. Sie zeigen deutlich die intensive Auseinandersetzung und Anstrengung der deutschen Stahlindustrie auch weiterhin Schlackenprodukte anbieten zu können, die den steigenden Anforderungen an ihre Umweltverträglichkeit im Sinne einer Kreislaufwirtschaft Rechnung tragen.

Die hohen Aufwendungen, die die hier geschilderten Maßnahmen mit sich bringen, können von dem Produkt Elektroofenschlacke allein nicht geschultert werden, da es sich stets im Wettbewerb mit anderen mineralischen Produkten bzw. Baustoffen anthro- pogener oder natürlicher Herkunft befindet. Die Umwälzung dieser Kosten auf das Produkt Stahl führt jedoch, neben beispielsweise Emissionshandel und EEG-Auflagen, zu einer weiteren Verschärfung der Wettbewerbssituation in Deutschland ansässiger Elektrostahlerzeuger und erschwert das Bestehen im internationalen Wettbewerb. Eine weitere Verschärfung der Gesetzes- und Verordnungslage für das Handling und die An- wendung von Produkten aus Elektroofenschlacken kann daher zu einer Standortfrage für die deutschen Elektrostahlwerke werden.

4. Literatur

[1] AiF-Forschungsvorhaben 18812N: PROEOS – Nachhaltige Produktion, Aufbereitung und Nut- zung von Elektroofenschlacken aus dem Stahlherstellungsprozess durch metallurgische Maß- nahmen und einen neuartigen, geschlossenen Waschprozess

(19)

[2] Beiträge aus Proceedings 6th European Slag Conference 2010, Ferrous Slag – Resource Deve- lopment for an Environmentally Sustainable World

[3] Bialucha, R., Sokol, A.: Untersuchungen zur Übertragbarkeit der Ergebnisse verschiedener Aus- laugverfahren auf bestehende Bewertungsmaßstäbe, Straße + Autobahn 62 (2011) 12, S. 859/865 [4] Bialucha, R.; Dohlen, M.; Sokol, A.; Leson, M.: Übertragbarkeit von Laborergebnissen auf Pra- xisverhältnisse bei Verwendung von LD-Schlacke im offenen Einbau, Abschlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben 16079 N, März 2013

[5] Bialucha, R.; Merkel, T.; Motz, H.: Auswirkungen aktueller Umweltregelungen auf die zukünftige Prüfung und Verwendung von Eisenhüttenschlacken, Report des FEhS-Instituts für Baustoff- Forschung 20 (2013) Heft 2, S. 3/6

[6] Bialucha, R.; Leson, M.: Praxisversuch zur Ermittlung des Umweltverhaltens von LD-Schlacke im offenen Wegebau, Straße + Autobahn 4/2014, S. 263-268

[7] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Artikel 2 der Verordnung zur Festlegung von Anforderungen für das Einbringen oder das Einleiten von Stoffen in das Grundwasser, an den Einbau von Ersatzbaustoffen und zur Neufassung der BundesBodenschutz- und Altlastenverordnung (Ersatzbaustoffverordnung), 3. Arbeitsentwurf, Stand: 23.07.2015 [8] DIN 38414-4: Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung, S4-Ver-

fahren, 1984

[9] DIN 19528: Elution von Feststoffen - Perkolationsverfahren zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen, 2009-1

[10] DIN 19529: Elution von Feststoffen - Schüttelverfahren zur Untersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen Stoffen mit einem Wasser/Feststoff-Verhältnis von 2 l/kg, 2009-1

[11] DIN EN 1744-1: Prüfverfahren für chemische Eigenschaften von Gesteinskörnungen – Teil 1:

Chemische Analyse; Deutsche Fassung EN 1744-1:2009+A1:2012, Ausgabe 2013-03

[12] Drissen, P.; Kühn, M.: Verbesserung der Eigenschaften von Stahlwerksschlacken durch die Be- handlung flüssiger Schlacken; Schriftenreihe des Forschungsinstituts, Heft 6 (2000) S. 287-302 [13] Drissen, P.: Mineralische Bildung von Spurenelementen in Stahlwerksschlacken, Report des

FEhS-Instituts für Baustoff-Forschung e.V. (2006), 13. Jahrgang, Nr. 1, S. 6-9

[14] Drissen, P.; Kühn, M.; Schrey, H.: Successful Treatment of Liquid Steel Slag at Thyssen Krupp Steel Works to Solve the Problem of Volume Stability, Proceedings of the 3rd European Oxygen Steelmaking Conference, Birmingham, UK, 30.10.-01.11.2000

[15] Engström, F. et. al: Hot stage engineering to improve slag valorisation options, Slag valorisation symposium, Leuven, 18.-20. April 2011

[16] Fachverband Eisenhüttenschlacken e.V.: Statistische Erhebungen Daten 2014

[17] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau (TL Gestein-StB) Edition 2004/Version 2007

[18] Gelfi, M.; Cornacchia, G.; Roberti, R.: Investigations on leaching behavior of EAF steel slags, EuroSlag (2010), Madrid

[19] http://www.leistra3.de, Verwendung von EOS im Splittmastixasphalt [20] Internetauftritt der BSW Stahl-Nebenprodukte GmbH

[21] Jones, N.: The successful use of EAF slag in asphalt, Proceedings 2nd European Slag Conference 2000, Euroslag Publication No. 1, S. 111-121

[22] Merkel, T.: Eisenhüttenschlacken im Jahr 2014 - Erhebungen zu Produktion und Nutzung – Report des FEhS-Institut für Baustoff-Forschung e.V., 22 (2015) Nr. 1, S. 24

[23] Mudersbach, D.: Verbesserung der Eigenschaften von Elektroofenschlacken aus der Herstellung von nichtrostenden Stählen zur Nutzung dieser Schlacken im Verkehrsbau, Schriftenreihe des FEhS-Instituts für Baustoff-Forschung, Heft 11

(20)

Metallurgische Nebenprodukte [24] Mudersbach, D.: Innovatives Verfahrenskonzept zur Abtrennung von hochlegiertem Stahl aus

Edelstahlschlacken zur nachhaltigen Ressourcenschonung. Report des FEhS-Institut für Bau- stoff-Forschung e.V. 16 (2009) Heft 2, S. 13/16

[25] Niemelä, P.; Kauppi, M.: Production, characteristics and use of ferrochromium slags, Infacon XI, New Delhi, India, 18.-21. February 2007

[26] Schubert, M.; Mudersbach, W.; Ehrenberg, A.; Algermissen, D.: Umweltentlastung durch Scho- nung von Primärressourcen und Vermeidung von Kohlendioxidemissionen bei der Rohstoffauf- bereitung sowie Nutzung des Energieinhaltes von flüssiger Elektroofenschlacke bei gleichzeitiger Vermeidung der Deponierung von Reststoffen durch Umwandlung der schmelzflüssigen Elek- troofenschlacke in ein Material mit Klinkereigenschaften. Abschlussbericht über ein Entwick- lungsprojekt, gefördert unter dem Aktenzeichen 29689-21/2 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt

[27] Schüler, S.; Algermissen, D.; Markus, H.-P.; Mudersbach, D.: Einfluss der Metallurgie auf die Umweltverträglichkeit von Elektroofenschlacke. In: Heußen, M.; Motz, H. (Hrsg.): Schlacken aus der Metallurgie, Band 3. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2014, S. 109-125 [28] Tossavainen, M. et. al.: Characteristics of steel slag under different cooling conditions, Waste

Management (2007), Vol. 27, Nr. 10, S. 1335-1344

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100 % RECYCLING

www.gmh.de

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Bei der Georgsmarienhütte GmbH kommt für die Stahlerzeugung im Elektro- lichtbogenofen ausschließlich aufbereiteter, sortierter Stahlschrott zum Einsatz.

Damit schließen wir den Wertstoffkreislauf.

Stetig arbeiten wir daran, auch die in den Produktionsprozessen entstehenden Nebenprodukte weiter nutzen zu können, beispielsweise durch

Wiederverwendung metallurgischer Schlacken im Stahlerzeugungsprozess Aufbereitung und Wiederverwendung von Nebenprodukten als Rohstoff-

ersatz im Straßenbau und in der Klinker- und Zementindustrie

Unser Ziel: Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz bei der Stahlproduktion.

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 3 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-28-2 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2016

Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Sandra Peters, Ginette Teske, Janin Burbott-Seidel, Claudia Naumann-Deppe, Anne Kuhlo, Gabi Spiegel

Druck: Universal Medien GmbH, München

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