In metallurgischen Schmelzprozessen werden schon immer Schlacken als wesentliche Nebenprodukte erzeugt. Heute geht es um viel mehr: die Herstellung von Produkten, die einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung und CO2-Einsparung leisten.

Bei der Produktion von Roheisen im Hochofen und von Stahl im Elektrolichtbogenofen oder LD-Konverter entstehen unterschiedliche Schlackenarten, die unter dem Oberbegriff Eisenhüttenschlacken zusammengefasst werden. Schlacken sind Mineralstoffe, die sich im Wesentlichen aus Calcium, Silicium, Aluminium und Eisen zusammensetzen und natürlicher Lava ähneln. Aufgrund ihrer Entstehung im Schmelzprozess haben sie konstante technische und chemische Eigenschaften und gelten daher als homogener Sekundärrohstoff. Auch die Umweltverträglichkeit wird durch zahlreiche Studien und Untersuchungen bestätigt [z.B. 1, 2]. Die jährlich in Deutschland erzeugten rund 12,5 Millionen Tonnen Eisenhüttenschlacken [3] eignen sich somit hervorragend für den weiteren Einsatz.

Eisenhüttenschlacken sind ein echter „Multifunktionswerkstoff“: die Anwendungsgebiete reichen vom Einsatz im Asphalt und Beton über die Substitution von Zement bis hin zur Nutzung als Düngemittel [4]. Diese Vielseitigkeit macht Schlacken aus der Produktion von Eisen und Stahl zu einem echten Renner der Circular Economy in Nordrhein-Westfalen. Denn schon heute wird der Großteil – rund 95 % – wiederverwendet und leistet dadurch einen wichtigen Beitrag zur Senkung der CO2-Emissionen.

Neben den aktuell wichtigsten Verwendungsgebieten von Stahlwerksschlacken, beispielsweise im Verkehrswege- und Erdbau, ist es strategisches Unternehmensziel von thyssenkrupp, innovative Produkte für weitere Anwendungen – gemeinsam mit renommierten Forschungsinstituten, Universitäten und Start-up-Unternehmen – zu entwickeln.

Im Rahmen von durch das Bundesministerium für Forschung und Bildung geförderten Forschungsvorhaben stehen aktuell gesellschaftlich und wirtschaftlich bedeutende Themen im Fokus, beispielsweise die Verwendung von klimaschädlichem Kohlendioxid (CO2) aus Industrieprozessen zur Herstellung neuer mineralischer Produkte und Entwicklung von industriellen Gesteinskörnungen zur Einsparung von Sand und Kies in der Bauindustrie. Zwei ausgewählte Beispiele:

Im Verbundvorhaben BAUSEP (Separation von Aschen und Schlacken für die Herstellung ressourceneffizienter Bauprodukte) wird untersucht inwieweit LD-Schlacken und Hausmüllverbrennungsaschen als sekundäre Rohstoffquellen der Baustoffindustrie zur Verfügung gestellt werden können. Konkret ist die Verwendung als Sand- und Kiesersatz bei der Herstellung von Pflastersteinen und Kanalsegmenten aus Beton vorgesehen, um mittel- bis langfristig ressourcenkritische Primärbaustoffe zu ersetzen. Der Nachweis der Recyclingfähigkeit der Fertigprodukte soll den Einsatz der beiden Sekundärrohstoffe im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft – auch im Second Live – zusätzlich unterstreichen.

Im Forschungsprojekt NuKoS (Nutzung von Kohlenstoffdioxid in Schlacken aus Stahl- und Metallproduktion), wird das Ziel der Herstellung von innovativen Baustoffen aus Stahlwerksschlacken unter mineralischer Festlegung von Kohlendioxid verfolgt. Dazu werden feinkörnige Schlackenfraktionen mittels CO2 aus industriellen Prozessgasen karbonisiert. Die entstandenen Karbonate können anschließend als Grundstoff in der Bauindustrie eingesetzt werden. Weitere Anwendungen, bei denen unterschiedliche Industriebereiche zusammengebracht werden, ist beispielsweise der Einsatz von hochreinen Karbonaten in der Papier- und Kunststoffindustrie. Auch die Aufschäumung flüssiger LD-Schlacken mittels CO2 zur Herstellung von Akustik- oder Wärmedämmstoffen werden in diesem geförderten Projekt mit mehreren Partnern aus der angewandten Wissenschaft und Industrie erforscht.

Für thyssenkrupp MillServices & Systems mit seiner hohen Kompetenz in der Aufbereitung und Verwendung von industriellen Nebenprodukten sowie der angewandten Forschung ist es besonders wichtig, auch einen Beitrag zur Stärkung der Kreislaufwirtschaft und dem Klimaschutz zu leisten: Nordrhein-Westfalen ist nicht nur größter europäischer Stahlstandort, sondern auch ein wesentlicher Produktionsort von Schlacken als wichtiger Sekundärrohstoff.

Und auch in der Zukunft gilt: Kein Stahl ohne Schlacke! Denn auch nach der Transformation der Stahlindustrie in Deutschland zu einer klimaneutralen Produktion durch die Verwendung von Wasserstoff statt Kohle werden Schlacken als nachhaltiges Nebenprodukt – möglicherweise mit neuen Eigenschaften – entstehen. Somit werden diese Materialien auch zukünftig dabei helfen, Ressourcen zu schonen und Treibhausgase zu vermeiden.

Um das Ziel einer funktionierenden Circular Economy zu erreichen, arbeiten wir konsequent daran, dass die Nutzungspotenziale von Schlacken aus der Stahlindustrie effektiv ausgeschöpft und Materialkreisläufe durch branchenübergreifende Zusammenarbeit geschlossen werden.

Quellen:

1. DOHLEN, M. (2019): Stahlwerksschlacken für den Waldwegebau. AFZ-Der Wald 3/2019. S. 14 - 16.
2. DOHLEN, M. und B. STEINWEG (2018): Stahlwerksschlacken in ungebundener Bauweise - Auswirkungen auf den Wirkungspfad Boden – Mensch. Bodenschutz 2018 (4). S. 129 - 134.
3. MERKEL, Th. (2020): Produktion und Nutzung von Eisenhüttenschlacke in Deutschland im Jahr 2019. Report des FEhS-Instituts für Baustoff-Forschung e.V. 27 (1). S. 29 - 30.
4. DOHLEN, M. und C. DIERKS (2018): Nachhaltige Ressourcenschonung durch die Verwendung von LD-Schlacke. stahl und eisen 138 (7). S. 45 - 49.

Forschung & Entwicklung, thyssenkrupp MillServices & Systems GmbH

Circular-Economy-Bereich

• Forschung & Entwicklung im Bereich Sekundärrohstoffe
• Einsparung von Primärrohstoffen und CO2 durch hochwertige Verwendungen von industriellen Nebenprodukten

Innovative Technologien/Service

• Herstellung von neuartigen Schlackenprodukten für die Bindemittelindustrie
• Entwicklung von effizienten Aufbereitungsverfahren
• Angepasste Dienstleistungen ermöglichen die Schließung interner Stoffkreisläufe und industrielles Stoffstrommanagement

Adressierter Werkstoff

• Mineralische Sekundärrohstoffe und
• industrielle Nebenprodukte
• Schlacken aus der Eisen- und Stahlindustrie

Impact

• Schonung natürlicher Ressourcen und Vermeidung von CO2 -Emissionen
• Rückgewinnung von Metallen und anderen strategischen Wertstoffen
• Entwicklung innovativer Verwendungen für industrielle Nebenprodukte

www.thyssenkrupp-mss.com

Abbildungen
Abbildung 1: Gesteinskörnungen aus Stahlwerksschlacke (© thyssenkrupp).
Abbildung 2: LD-Schlacke wird schmelzflüssig in ein Schlackenbeet in Duisburg gekippt (© Ralf Perret).
Abbildung 3: Kontinuierliche Qualitätsüberwachung der Schlackenprodukte im Werkslabor (© thyssenkrupp).