NatMatSave30! – Ersatz von natürlichen, mineralischen Rohstoffen zur Erreichung der material-footprint-Ziele ab 2030!

Im Rahmen des Vorgängerprojektes MissingLink (2022 - 2024) konnte erfolgreich erarbeitet werden, welchen langfristigen Nutzen Hochofenschlacke als mineralischer Recycling-Füllstoff erfüllen kann. Darüber hinaus spielt der Hochofenprozesses eine wichtige Rolle für eine Nutzung nicht mehr stofflich verwertbarer Abfallströme als Ersatzreduktionsmittel (partielle Substitution von Stückkoks). Somit ergeben sich hier enorme Potenziale zur Erhöhung von Recycling-Quoten. Trotz der laufenden Transformation in der Stahlindustrie wird der Hochofen noch mindestens 20 Jahre im Einsatz sein, da die Umstellung nur schrittweise erfolgen kann, wie durch die Europäische Kommission durch das "2040 climate target" (90% CO2-Reduktion bis 2040) untermauert wird.

Die Verwendung der Hochofenschlacke als mineralischer Füllstoff-Ersatz für natürlich abgebaute Füllstoffe eröffnet ein großes Rohstoff-Einsparpotential im Sinne des domestic material footprints.
In diesem Zusammenhang zielt das Projekt NatMatSave30! darauf ab, die weitere Nutzung nassgranulierter Hochofenschlacke als mineralischen Recyclingfüllstoff zu bewerten. Darüber hinaus sollen Recyclingkunststoff oder auch Abfallkunststoffe wie glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe (GFK/CFK) als Pellets oder Regranulat auf seine Eignung als sekundärer Kohlenstoffträger für den Hochofen oder Elektrolichtbogenofen bewertet werden. Die Stahlherstellung im Elektrolichtbogenofen benötigt Kohlenstoff als Energieträger und als Schlackenschäumer, um einen stabilen Lichtbogen zu gewährleisten (Echterhoff, Metals 11 (2), paper Nr. 222, 2023). Zusätzlich fungiert der Kohlenstoff im EAF auch noch als Reduktionsmittel.

Inhalte und Zielsetzungen

• Stoffliche Verwertung von Altkunststoffen (GFK/CFK) als Ersatzreduktionsmittel im Hochofen mit begleitender Entwicklung einer geeigneten Zerkleinerungsmethodik
• Ersatz natürlich abgebauter, mineralischer Füllstoffe durch nassvermahlene Hochofenschlacke
• Bewertung der Nutzung pelletierter oder regranulierter Sekundärkunststoffmaterialien im Elektrolichtbogenofen
• Untersuchung einer nassvermahlenen Hochofenschlacke bezüglich Hydroxylierung und Recarbonatisierung

Methodische Vorgehensweise

In verschiedenen Anwendungsfeldern für mineralische Füllstoffe wird der Ersatz durch HOS geprüft. Dabei werden auch Anwendungen mit funktionellen Füllstoffen wie Talk oder Bariumsulfat auf ihre Ersetzbarkeit hin getestet. Auf den Anlagen von Partner Walter Kunststoffe wird dies im Anwendungsfeld der Kunststoffe vorgenommen. Es werden fertige Compound- und Masterbatch-Werkstoffe hergestellt und bei Endverarbeitern dann Versuchen unterzogen.

Parallel dazu werden mit bis dato nicht stofflich verwertbaren Abfallströme bei Partner Dikatech Pelletierungen vorgenommen. Daraus sollten hochwertige Ersatz-Reduktionsmittel für den Hochofenprozess des Partner voestalpine hervorgehen. Dies entspricht einerseits einer stofflichen Verwertung, erhöht aber andererseits auch die Recyclingquoten.

Neben Pelletierungen spielen für den zukünftigen Einsatz von Elektrolichtbogenöfen aber auch kompaktere Regranulate eine absehbare Rolle. Erarbeitete Pelletformulierungen sollten dabei einem stark vereinfachten, kostenadäquaten Regranulierprozess unterzogen werden. Dieser Prozess ist bei Partner Walter aufgrund bestehender Anlagentechnik bestmöglich zu entwickeln.

Weiters sollte durch Nassmahlung der HOS versucht werden, den ersten Schritt der Hydroxylierung v.a. des zu ca. 35 % enthaltenen Calciumoxids zu erreichen. In Folge könnte das Calciumhydroxid analog zur Putzhärtung wieder recarbonatisieren und unter CO2-Aufnahme aus der Umgebung das stabile Calciumcarbonat bilden.

Erwartete Ergebnisse

Die Ersetzbarkeit von Calciumcarbonaten konnte in einem Vorprojekt bereits untermauert werden. Dies sollte nun auf weitere Anwendungsfelder ausgedehnt werden. Gleichzeitig konnte schon gezeigt werden, dass zumindest anteilig funktionelle Talk-Rohstoffe durch HOS ersetzt werden können. Nun sollten diese Anteile maximiert und auf mind. 50 % ausgedehnt werden.

Besonders schalldämmende, spezifisch schwere Füllstoffe wie Bariumsulfat sollten möglichst vollständig durch HOS oder besondere Formen wie Gießpfannenschlacken bzw. auch den zukünftigen Schlacken des Elektrolichtbogenofens ersetzt werden.

Über Pelletier- und Regranulierverfahren sollten stofflich sonst nicht mehr verwertbare Abfallfraktionen, z.B. auch GFK/CFK-Abfälle von Windrädern, zur Verwendung als Ersatzreduktionsmittel zugänglich werden. Dabei spielt besonders eine gute Formulierungstechnik eine Rolle, die bei Partner Dikatech zu erarbeiten ist. Daraus sollten dann fertige Formulierungen mit Abfallströmen wie Schmelzefilter-Rejects, GFK/CFK-Teile, Gletschervliese etc. hervorgehen.
Die Nassmahltechnik sollte auf der schon erarbeiteten Erkenntnis weiter aufbauen, dass HOS als latent hydraulisches Bindemittel wirkt und unter Wasseraufnahme ein Härtungsprozess einsetzt. Die erste Wasseraufnahme beruht dabei auf der Umwandlung von Calciumoxiden zu Calciumhydroxiden. Durch Nassmahlen sollte dieser Prozess deutlich beschleunigt werden. Anschließend getrocknete HOS könnte dann einer Recarbonatisierung zugänglich sein und dabei aktiv CO2 aus der Luft aufnehmen.

Projektleitung

Ing. Bernhard Baumberger
Walter Kunststoffe GmbH

Projekt- bzw. Kooperationspartner

• voestalpine Stahl GmbH
• Dikatech GmbH
• K1-MET GmbH
• M2 Consulting GmbH

Ing. Bernhard Baumberger
Walter Kunststoffe GmbH
Dieselstraße 12, 4623 Gunskirchen
Tel.: 07246/20355-0
E-Mail: baumberger@walter-kunststoffe.com
Web: www.walter-kunststoffe.com