Links: Kleintechnischer Lichtbogenofen der BAM, rechts: Erstarrte LD-Schlacke nach reduzierender Behandlung mit deutlich sichtbaren Alitkristallen
Quelle: BAM
Jährlich fallen in der Europäischen Union etwa 10,4 Mio. Tonnen Linz-Donawitz-Schlacken (LDS) als Nebenprodukt der Stahlproduktion an. Diese werden derzeit hauptsächlich im Straßen-, Erd- und Wasserbau verwendet. Es gibt jedoch Ansätze LDS höherwertigen Anwendungen zuzuführen.
In den letzten Jahrzehnten wurde die Herstellung von Portlandzementklinker und Roheisen aus LDS untersucht. Durch eine reduktive Behandlung bei hohen Temperaturen werden die Eisenoxide in der LDS-Schmelze zu metallischem Eisen reduziert, das sich aufgrund seiner höheren Dichte von der mineralischen Schmelze trennt. Die verbleibende eisenarme Mineralphase hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Portlandzementklinker.
In dieser Arbeit wurde die reduktive Behandlung an einer deutschen LDS im klein-technischen Lichtbogenofen der BAM mit Petrolkoks als Reduktionsmittel durchgeführt. Das mineralische Produkt enthielt große, längliche Alitkristalle (Ca3SiO5), dem Hauptbestandteil von Portlandzementklinker. Der Gehalt an Fremdionen in den Alitkristallen wurde bestimmt und die hydraulische Aktivität des mineralischen Produktes untersucht. Trotz der ähnlichen chemischen und mineralogischen Zusammensetzung reagierte das mineralische Produkt langsamer und erreichte einen geringeren Hydratationsgrad als kommerzieller Portlandzement. Dennoch könnte das erzeugte mineralische Produkt nach spezifischen Anpassungen als Ersatz für Portlandzementklinker oder ohne weitere Modifikationen als Zementkomponente oder Betonzusatz verwendet werden.
Die Herstellung von Portlandzementklinker und Roheisen aus LDS kommt sowohl der Zement- als auch der Stahlindustrie zugute. Die Substitution von Zementklinker aus der herkömmlichen Zementproduktion führt zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen und die Verwendung von Nebenprodukten spart eine kostspielige Deponierung und kann sogar wirtschaftliche Vorteile für den Stahlhersteller bringen. Außerdem kann das zurückgewonnene Roheisen wieder in die Produktion zurückgeführt werden. Allerdings ist eine Kosten-Nutzen-Analyse unerlässlich, da die reduktive Behandlung hohe Temperaturen erfordert und für die meisten Stahlwerke eine logistische Herausforderung darstellt.
Synthesis and characterisation of alites from reduced basic oxygen furnace slags
Katharina Schraut, Burkart Adamczyk, Christian Adam, D. Stephan, Birgit Meng, Sebastian Simon, Julia von Werder
veröffentlicht in Cement and Concrete Research, Vol. 147, S. 6518 ff., 2021
BAM, Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung, Fachbereich Baustoffe, Fachbereich Baustofftechnologie