Eisenhüttenschlacken

Eisenhüttenschlacken
- umweltverträgliche und ressourcenschonende Baustoffe -
Kernaussagen
1.
Eisenhüttenschlacken gehören zur Gruppe der industriell erzeugten Mineralstoffe, die
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für die Herstellung von Roheisen und Stahl zwingend notwendig sind.
Sie werden als hochwertige Nebenprodukte seit Jahrzehnten erfolgreich in der
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Zementindustrie, im Straßen- und Verkehrsbau sowie auch in der Landwirtschaft
eingesetzt.
Baustoffe aus Eisenhüttenschlacken haben im Vergleich zu anderen Mineralstoffen
deutliche technologische Vorteile (z. B. Tragfähigkeit und Frostbeständigkeit)
Eisenhüttenschlacken halten anspruchsvolle Prüfparameter zur Umweltverträglichkeit
ein und sind als Nebenprodukte am Markt etabliert.
Die Nutzung von Eisenhüttenschlacken sowie den daraus hergestellten Baustoffen und
Düngemitteln stellt einen maßgeblichen Beitrag zur Realisierung der umweltpolitischen
Ziele auf nationaler sowie auf europäischer Ebene dar. Sie ist ein positives Beispiel für
gelebte Ressourcenschonung.
Was sind Eisenhüttenschlacken?
Eisenhüttenschlacke (EHS) ist der Oberbegriff für Hochofen- und Stahlwerksschlacken, die als
Nebenprodukte bei der Herstellung von Roheisen und Stahl entstehen. Sie sind für die
Stahlherstellung zwingend notwendig. Eisenhüttenschlacken gehören zur Gruppe der industriell
hergestellten Mineralstoffe und sind in der DIN 4301 "Eisenhüttenschlacke und Metallhüttenschlacke im Bauwesen" definiert. In ihrem Chemismus sowie in ihrer Mineralogie und
Petrographie weisen sie aufgrund der Entstehungsprozesse aus dem Schmelzfluss Parallelen
zu natürlich entstandenen magmatischen Gesteinen, wie z. B. Basalt, auf. Bedingt durch die
Entstehung bei Temperaturen von > 1500°C und die weitgehend gleichbleibende Zusammensetzung der im Hochofen- und Stahlerzeugungsprozess verwendeten Einsatzstoffe handelt es
sich bei Eisenhüttenschlacken um relativ homogene künstliche Gesteine. In Deutschland
werden jährlich rund 13 Mio. t EHS erzeugt. Davon sind etwa 7,5 Mio. t den Hochofenschlacken
zuzuordnen, die bei der Herstellung von Roheisen aus Eisenerz entstehen.
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Zusätzlich werden in Deutschland bei der Herstellung von Stahl aus Roheisen oder Schott
jährlich rund 5,5 Mio. t Stahlwerksschlacken erzeugt.
Wo können EHS eingesetzt werden?
Voraussetzung für die Verwendung von Eisenhüttenschlacken ist die Kenntnis ihrer technologischen Eigenschaften. Diese unterscheiden sich bei den verschiedenen EHS und hängen
neben den Einsatzstoffen und den Herstellungsprozessen auch von den Abkühlbedingungen
ab. Der weitaus größte Anteil an Hochofenschlacke wird im flüssigen Zustand mit Wasser
granuliert, so dass glasiger Hüttensand entsteht. Dieser wird überwiegend in der Zementindustrie eingesetzt. Der restliche Teil der Hochofenschlacke wird in Beete abgegossen, wo sie
langsam zu einem kristallinen Gestein erstarrt. Diese sogenannte Hochofenstückschlacke wird
im
Straßen-
und
Wegebau
verwendet.
Die
Stahlwerksschlacken
werden
als
Gesteinskörnungen überwiegend im Bauwesen, zum Beispiel als Mineralstoff für den Straßen-,
Wege-, Erd- und Wasserbau eingesetzt.
Welche technologischen Vorteile bieten EHS?
Eisenhüttenschlacken können im Straßen- und Wegebau in Schichten mit und ohne Bindemittel
sowie im Erdbau verwendet werden. Dabei ist die Einhaltung von Gesteinskenngrößen, wie
Kornfestigkeit oder Frostbeständigkeit, selbstverständlich. Die kubische Kornform und die raue
Oberfläche stellen eine hohe Tragfähigkeit auch beim Bau von Tragschichten ohne Bindemittel
sicher. Eisenhüttenschlacken können auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen eingebaut
und sofort befahren werden, was beispielsweise für Baustraßen von großem Vorteil ist. Der
Einsatz von Eisenhüttenschlacken ist auch im Gemisch mit anderen Baustoffen problemlos
möglich. Jede Komponente hat im Hinblick auf die umweltrelevanten Merkmale eines Gemischs
die spezifischen Anforderungen für den jeweiligen Einsatz einzuhalten.
Beim Einsatz in Asphaltschichten zeichnen sich Eisenhüttenschlacken durch eine lange
Lebensdauer aus. Dazu tragen die raue Kornoberfläche und die hohe Kornfestigkeit bei, die zu
einem hohen Verformungswiderstand führen. Messergebnisse zeigen, dass sich Asphalte mit
Stahlwerksschlacken weniger stark erwärmen – das minimiert eine Spurrinnenbildung im
Sommer. Zudem haben Asphaltoberflächen mit Stahlwerksschlacke auch bei Nässe eine
hervorragende Griffigkeit.
Welche Inhaltsstoffe haben EHS?
Neben geeigneten technologischen Eigenschaften muss insbesondere auch die Umweltverträglichkeit von Eisenhüttenschlacken sichergestellt sein. Die Inhaltsstoffe sind seit langem
bekannt und in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben. Hochofen- und Stahlwerksschlacken enthalten generell sehr niedrige Gehalte an umweltrelevanten Bestandteilen. Die
Gehalte bewegen sich in einer Größenordnung, wie sie auch in natürlichen Gesteinen
vorkommt.
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Bei Stahlwerksschlacken bildet das Element Chrom eine Ausnahme, das in höheren Gehalten
im Feststoff vorliegt. Chrom ist ein für LD-Schlacken typischer Parameter, der im Wesentlichen
über den im Prozess eingesetzten Schrott in die Schlacke gelangt. Im Verlauf des
Stahlherstellungsprozesses wird das aus den Einsatzstoffen eingetragene Chrom zu
dreiwertigem Chrom (Cr2O3) oxidiert. Eine weitere Aufoxidierung bis zur sechswertigen
Oxidationsstufe (CrO42-) ist nicht möglich, solange noch metallisches oder zweiwertiges Eisen in
der flüssigen Schlacke vorhanden ist. Auch nach der Abkühlung der Schlacke kann keine
Bildung von sechswertigem Chrom stattfinden, da immer genügend zweiwertiges Eisen in der
Schlacke vorliegt [1][2]. Die Unterscheidung in drei- bzw. sechswertiges Chrom ist von
entscheidender Bedeutung für die Bewertung des Umweltverhaltens. Während sechswertiges
Chrom sich toxisch gegenüber Organismen verhält, ist dreiwertiges Chrom nicht nur ungiftig,
sondern sogar ein für Mensch und Tier essentielles Spurenelement [3]. Darüber hinaus ist das
Chrom fest in Mineralphasen der Stahlwerksschlacken eingebunden und daher nicht für die
Umwelt verfügbar. Die durchweg niedrigen Konzentrationen in Eluaten von Stahlwerksschlacken sind ein Beleg hierfür.
Organische Parameter können, bedingt durch die hohen Entstehungstemperaturen, in Eisenhüttenschlacken nicht enthalten sein.
EHS – Abfall oder Produkt?
Aufbereitete EHS unterliegen genau definierten Vorgaben und rechtlichen Regelungen – je
nach Verwendungszweck müssen Produktnormen bzw. mit Kunden vertraglich fixierte
Bedingungen erfüllt werden. Die positiven Eigenschaften von Eisenhüttenschlacken, gepaart
mit langjährig guten Erfahrungen bei deren Verwendung haben dazu geführt, dass in einigen
Bundesländern vom Umweltministerium bestätigt wurde, dass Eisenhüttenschlacken kein Abfall
im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes sind. Beispielsweise wird in einem Schreiben des
Umweltministeriums Nordrhein-Westfalen an die nachgeschalteten Behörden darauf
hingewiesen, dass für Hochofen- und Stahlwerks (LD)-Schlacken "die Produktqualität zu
bejahen ist". Ein Rechtsgutachten von Professor Dr. Versteyl kommt zu demselben Ergebnis.
Für eine Produkteinstufung spricht auch, dass EHS im Jahr 2010 gemäß der Europäischen
Chemikalienverordnung (REACH-Verordnung) erfolgreich registriert wurden. Eine solche
Registrierung war nur für Produkte notwendig, nicht für Abfälle, die ausdrücklich von der
Registrierungspflicht ausgenommen waren.
Wie wird die Unbedenklichkeit von Schlackenprodukten sichergestellt?
Für Eisenhüttenschlacken gibt es Regelwerke, in denen Anforderungen bezüglich der technologischen Eignung und des Umweltverhaltens festgelegt sind. Diese Regelwerke unterscheiden
sich in den verschiedenen Bundesländern. EHS sind daher seit langem regelmäßig im Rahmen
der werkseigenen Produktionskontrolle (WPK) und der halbjährlichen Fremdüberwachung
untersucht worden.
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Wie bereits erwähnt, unterliegen alle Produkte, die auf den Markt gebracht werden, der
strengen europäischen Chemikaliengesetzgebung und sind demnach zu registrieren. So
wurden auch EHS der erforderlichen Registrierung gemäß REACH samt Prüfung in Hinblick auf
etwaige Umweltgefährdungen unterzogen. Dazu waren sehr aufwendige Versuche notwendig,
die sich u. a. auf die Untersuchung von einer möglichen Ökotoxizität oder Toxizität bezogen.
Auf Basis dieser Versuche wurde ein umfangreiches Dossier erstellt, das die Unbedenklicheit
der registrierten Eisenhüttenschlacken dokumentiert..
Ein weiterer Hinweis auf die gute Umweltverträglichkeit von EHS ist die Tatsache, dass sie vom
Umweltbundesamt als „nicht wassergefährdend – nwg“ im Sinne der Verwaltungsvorschrift
wassergefährdende Stoffe (VwVwS) eingestuft wurden.
Warum ist die Verwendung von EHS sinnvoll?
Den Normen und gesetzlichen Bestimmungen entsprechend können aufbereitete Eisenhüttenschlacken als Sekundärrohstoff verwendet werden. Damit wird zum einen ein wichtiger Beitrag
zur Kreislaufwirtschaft geleistet. Zum anderen wird den Vorgaben der EU an ihre
Mitgliedsstaaten, die Ressourceneffizienz der Industrie weiter nachhaltig zu erhöhen,
Rechnung getragen. Dies ist u. a. eine klare Zielsetzung im „Fahrplan Ressourceneffizienz“ im
Rahmen der EU-Roadmap 2050, die auf nationaler Ebene umgesetzt werden muss. Die
Nutzung von Eisenhüttenschlacken und den daraus hergestellten Baustoffen und Düngemitteln
stellt somit einen maßgeblichen Beitrag zur Realisierung der umweltpolitischen Ziele auf
nationaler sowie auf europäischer Ebene dar. Sie ist ein positives Beispiel für gelebte
Ressourcenschonung. So konnte durch den Einsatz von Eisenhüttenschlacken allein in
Deutschland in
den letzten Jahrzehnten der Abbau von rund 600 Millionen Tonnen
Naturgestein vermieden werden.
FEhS – Institut für Baustoff-Forschung e. V.
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Literatur
[1]
Geiseler, J. und M. Kühn: Bindung und Löslichkeit von Chrom in Düngemitteln und
Baustoffen aus Eisenhüttenschlacken
in: Referate des Kolloquiums der Landwirtschaftlichen Beratung Thomasdünger und der
Forschungsgemeinschaft Eisenhüttenschlacken am 15. Januar 2001 in Bonn
Schriftenreihe der Forschungsgemeinschaft Eisenhüttenschlacken, Heft 9 (2001)
[2]
Munk, H.: Chrom in der Umwelt
in: Wasser & Boden, 47. Jahrg. 5/1995
[3]
Fischer, W. R. und B. Böhm: Eigenschaften und Umweltrelevanz von Chrom
in: Referate des Kolloquiums der Landwirtschaftlichen Beratung Thomasdünger und der
Forschungsgemeinschaft Eisenhüttenschlacken am 15. Januar 2001 in Bonn
Schriftenreihe der Forschungsgemeinschaft Eisenhüttenschlacken, Heft 9 (2001)
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