Bei der Stahlherstellung entstehen u.a. als Beiprodukt und Sekundärrohstoff Schlacken. Diesen unterliegen unter anderem die wichtige Aufgabe des Abbindens von unerwünschten Elementen, welche den Reinheitsgrad von Stahl herabsetzen würden. Bei der stetig wachsenden Forderung nach größerer Stahlreinheit steigt auch der politische und gesellschaftliche Druck nach Klimaschonung und Umweltschutz, so dass ein Umdenken von der Deponierung zum Recycling der Schlacken einsetzt.
Dabei fielen in Deutschland bei der Erzeugung von Eisen und Stahl im Jahr 2018 etwa 13,2 Mio. t Schlacke an, davon fast 3,2 Mio. t bei der Stahlerzeugung im LD-Konverter und knapp 1,6 Mio. t im E-Ofen. Die Schlacke findet dann als Baustoff z.B. im Straßenbau oder auch als Düngemittel Wiederverwendung. Da es gesetzlich festgelegte Grenzwerte für potenziell toxisch wirkende in LD-Schlacken enthaltene, oxidische Verbindungen, wie beispielsweise Chromoxide gibt, muss ein Teil der Schlacken deponiert werden.
Eine gezielte Aufbereitung der Schlacken ermöglicht einerseits das Einsetzen der Schlacken in bekannten Anwendungsfeldern und soll andererseits neue Applikationsfelder zur Ressourcenschonung aufzeigen. Ein Einsatz im Straßenbau oder als Düngemittel würde die Gefahr der Auswaschung und damit verbunden die Verunreinigung des Grundwassers bergen. Die Grenzwerte in Regularien sollen weiter gesenkt werden, womit der Forschungsbedarf nach Schlackenkonditionierung besteht, sodass u.a. der Anteil der Deponiemengen nicht weiter erhöht, sondern abgebaut werden kann.
Die Forschungsgruppe für Schlackenmetallurgie am IEHK untersucht daher Möglichkeiten der Schlackenkonditionierung. Eine Grundlage hierfür bietet die Untersuchung der Schlackenmorphologie, d.h. die sich gebildeten Phasen in erstarrter LD-Schlacke werden bestimmt, um z.B. Oxide der sogenannten seltenen Erden Elemente zu lokalisieren und ihre Oxidationszustände zu bestimmen. Das gewonnene Wissen aus diesen Untersuchungen ermöglicht, die in den Schlackenoxiden gebundenen, wertvollen Elemente zurückzugewinnen und die potenziell toxischen Oxide stabil abzubinden.
Ebenso wird die Zugabe von Kreislaufstoffen aus der Industrie untersucht, um neue Applikationsfelder durch Schlackenrecycling zu erschließen. Diese wissenschaftlichen Untersuchungen und Experimente führen zu einer Schonung der Primärressourcen und dem Abbau der ungenutzten Potentiale in Deponien.
Ein weiteres Forschungsgebiet am IEHK umfasst die Auflösungskinetik und die Analyse der Auflösungsmechanismen von kalkhaltigen Additiven im Konverterprozess. Kalk dient neben der Einstellung einer aktiven Konverterschlacke, insbesondere dem Abbinden des instabilen Phosphoroxids, welches sich während des Frischeprozesses bildet. Phosphoroxid würde im Prozessverlauf zurück in das Stahlbad reduziert werden und somit die Stahlqualität deutlich mindern. Die Bestimmung der Auflösungsgeschwindigkeit sowie der einflussnehmenden Faktoren ermöglicht eine weitere Verbesserung hinsichtlich des Phosphors sowie einem gezielten Einsatz der Additive zur Kosten‑, Zeit- und Ressourceneinsparung.
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