SAVE CO2 - Schaffung einer alternativen Verwendung einer auf DRI-Basis erzeugten Elektroofenschlacke für die Zementindustrie zur Verringerung der CO2-Emissionen

Abstract

Mit der Umstellung der Stahlindustrie auf wasserstoffbasierte Prozesse entstehen neue Prozessrouten und Nebenprodukte. Während Hochofenschlacken seit Jahrzehnten als Klinkersubstitut in der Zementindustrie genutzt werden, fehlen für Schlacken aus diesen neuen Prozessrouten bislang Kenntnisse zu Zusammensetzung, Struktur und Einsatzoptionen. Der Wegfall der Hochofenschlacke gefährdet die etablierte Kopplung zwischen Stahl- und Zementindustrie und damit erhebliche CO2-Einsparungen. Das Verbundprojekt SAVE CO2 hatte zum Ziel, Schlacken aus der Kombination von Direktreduktion (DRI) und elektrischem Einschmelzen (SAF) zu untersuchen und ihre Eignung als CO2-reduzierte Alternative zur Hochofenschlacke zu bewerten. Dabei sollten die Einflüsse der chemischen Zusammensetzung auf die hydraulischen Eigenschaften ermittelt sowie technische, wirtschaftliche und ökologische Aspekte einer industriellen Nutzung analysiert werden. In Labor- und Technikumsversuchen wurden DRI-basierte Schmelzen erzeugt und systematisch variiert. Es erfolgten Versuchsreihen zur Erzeugung und gezielten Modifikation der zukünftigen Schlacken unter dem Aspekt der Glasbildung und Reaktivität. Anschließend wurden großtechnische Schmelzversuche durchgeführt. Die erzeugten Schlacken wurden zementtechnisch geprüft, und der gesamte Prozess unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten bewertet. Durch gezielte Einstellung von Basizität und Al2O3-Gehalt konnten glasige Schlacken mit Glasgehalten über 98 Vol.-% hergestellt werden, die abgesehen von TiO2 auch hinsichtlich veränderter Nebenelemente unkritisch blieben. Die granulierten Schlacken wiesen chemische Zusammensetzungen und hydraulische Eigenschaften auf, die denen von Hüttensand sehr nahekommen. Die Untersuchungen zeigen, dass DRI-SAF-Schlacken technisch und ökologisch eine gleichwertige Alternative zur Hochofenschlacke darstellen. Damit bleibt die stoffliche Kopplung zwischen Stahl- und Zementindustrie auch unter CO2-armen Bedingungen erhalten.