Recyclingpotenzial von Aschen, Schlacken und ­Stäuben aus Metallurgie und Abfallverbrennung

Auf große Resonanz war die Schlackenkonferenz – die dritte ihrer Art – gestoßen, die am 23. und 24. Oktober 2013 in Berlin stattfand und über 270 Teilnehmer aus der Industrie, wissenschaftlichen Einrichtungen und Behörden aus dem In- und Ausland zählte. Organisiert wurde der Kongress vom TK Verlag Nietwerder-Neuruppin. Für die Programmkoordination zeichneten Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky und  Dr.-Ing. Stephanie Thiel, vivis Consult GmbH, verantwortlich. Die Gäste erwartete ein ausgewogenes und viel­seitiges Programm, dazu angesehene, kompetente Referenten, die neue Erkenntnisse aus ihren Fachgebieten vorstellten.

Die Mantelverordnung – eine schwere Geburt

In der Plenarsitzung am Vormittag des ersten Konferenztages stand die Mantelverordnung (MantelV) – Grundwasser, Ersatzbaustoffe und Bodenschutz – zur Diskussion. Sie soll den Umgang mit mineralischen Abfällen, also auch Aschen aus der Abfallverbrennung und Schlacken aus metallurgischen Prozessen regeln. Bereits in seiner Eröffnungsrede hatte Prof. Thomé-Kozmiensky seiner Hoffnung Ausdruck gegeben, dass nach nunmehr fast 10  Jahren kontroverser Diskussion in der neuen Wahlperiode der Bundesregierung endlich ein Gesetzeswerk vorgelegt wird, das von allen Betroffenen akzeptiert werden kann. Sehr kritisch beleuchtete Prof. Thomé-Kozmiensky die zahlreichen Versuche, aus Abfall durch Schmelzverfahren eine verwertbare Schlacke herzustellen. „Warum muss man die Verbrennung überhaupt durch die Pyrolyse ersetzen?“ fragte der Referent und wurde dabei von Prof. Dr.-Ing. Hermann Wotruba, RWTH Aachen unterstützt: „Schlackenaufbereitung gab es schon vor 2000 Jahren bei den Römern, und sie funktionierte gut!“

Situation in Deutschland

In den einzelnen Bundesländern Deutschlands wird der Umgang mit mineralischen Anfällen recht unterschiedlich gehandhabt. Die Situation in NRW zeigte Min. Dir. Hans-Josef Düwel, Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW, Düsseldorf auf. In NRW werden jährlich 120 Mio. t mineralische Rohstoffe verbraucht, etwa 8–9 % der Primärbaustoffe werden durch Recyclingbaustoffe substituiert. Weitere 9 % werden durch mineralische Abfälle aus Industrieanlagen ersetzt. An Hand der rechtlichen Vorgaben für die Bereiche Grundwasser, Ersatzbaustoffe und Boden wies der Referent auf die Schwierigkeiten, diese in der MantelV in Einklang zu bringen. Allerdings wäre ein Scheitern der Verordnung unheilvoll, denn Landesregelungen wären die Folge und damit wäre eine Uneinheitlichkeit in Deutschland vorprogrammiert. „Eine schnelle Einigung zur MantelV ist dringend erforderlich, die Verwaltung braucht sie genauso wie die Wirtschaft!“ so sein Appell.

Viele Unzulänglichkeiten arbeitete auch Dr.-Ing. Jörg Demmich, Knauf Gips KG, Iphofen in seiner „Stellungnahme der Industrie zum Arbeitsentwurf der MantelV“ heraus. Dabei erinnerte er daran, dass für die gesamte EU die Entwicklung zur Recyclinggesellschaft festgeschrieben ist: spätestens ab 2020 wird Abfall als Ressource bewirtschaftet. Für die Verwertung mineralischer Rohstoffe spielt nicht nur die Ersatzbaustoff‑V (EBV), sondern eben auch die Grundwasserverordnung (GrwV) und die Bundesbodenschutzverordnung (BBodSchV) eine entscheidende Rolle und diese müssen – so die Industrie – ordnungsgemäß verzahnt, aufeinander abgestimmt und insgesamt betrachtet werden. Die Kritikpunkte betreffen alle zuvor aufgeführten Verordnungen, die eine Reihe von Veränderungen und Optimierungen erforderlich machen. Insbesondere die Regelungen der BBodSchV bedürfen einer umfassenden Überarbeitung. Beispielsweise würden die vorgesehenen restriktiven Prüfwerte, die sich an den Werten der GrwV orientieren, dazu führen, dass die Rekultivierung von Tagebauen und sonstigen Abgrabungen kaum noch möglich sein und eine Verfüllung mit bis zu 70 Mio. t Recyclingmaterial wegfallen würde. Summa summarum appelliert die Wirtschaft an den Verordnungsgeber, Verordnungen zu erlassen, die die in Deutschland bisher erreichten hohen Verwertungsquoten für mineralische Abfälle auch in Zukunft absichern.

Zum „Einsatz von Ersatzbaustoffen in Bayern“ referierte Referatsleiter Dipl.-Ing. Christian Dähn, Bayrisches Landesamt für Umwelt, Augsburg und stellte den Stand und die Perspektiven dazu dar. Obgleich auch in Bayern beträchtliche Mengen an mineralischen Abfällen anfallen (2010 rd. 41,1 Mio. t) und zum großen Teil verwertbar wären, haben in diesem im wörtlichen Sinne steinreichen Land Recyclingbaustoffe einen schweren Stand. Zur Qualitätssicherung muss ein hoher Aufbereitungsaufwand betrieben werden, nur RC-Material darf in technischen Bauwerken angewandt werden. Noch schwieriger gestaltet sich die Situation bei der Verwertung von Aschen und Schlacken. 2011 fielen in Bayern 532 Mio. t Rohaschen aus der Abfallverbrennung an, aus denen 54 000 t Metalle zurückgewonnen wurden; 141 000 t wurden beseitigt (deponiert) und 437 000 t verwertet, fast ausschließlich im Deponiebau. Recyclingbaustoffe, die gesichert eingebaut werden müssen, werden selbst bei geeigneten Baumaßnahmen selten berücksichtigt. Zur MantelV bestehen seitens Bayerns vor allem Bedenken, dass die Verrechtlichung der Geringfügigkeitsschwellenwerte zu unnötigen Einschränkungen führt (BeispielVanadium, Sulfat). Des Weiteren wird die Abkehr von dem bewährten Schütteleluat (Verhältnis Wasser: Feststoff) von 10 : 1 nicht überzeugend begründet und die Herleitung der Materialwerte wird in Frage gestellt. „Trotzdem bleibt zu hoffen, dass konsensfähige Lösungen gefunden werden“, so der Referent.

Situation in Österreich
und der Schweiz

Dass man sich auch in den Nachbarländern Deutschlands mit gesetzlichen Regelungen zur Verwertung mineralischer Abfälle beschäftigt und dass dabei Schwierigkeiten auftreten, zeigten die folgenden Beiträge.

Prof. Dr. Wilhelm Bergthaler, Johannes Kepler Universität Linz/Österreich stellte den Entwurf der österreichischen Recyclingbaustoff- Verordnung vor und ging insbesondere auf die Verwertungsbedingungen für Rückstände aus der Metallindustrie, aus Abfallverbrennungsanlagen und Kraftwerken ein. Sowohl die angestrebte Baustoff- als auch die Deponie-Verordnung sind vorläufig gescheitert. Lediglich eine Steuerbefreiung für die bautechnische Verwendung und Lagerung von Stahlwerksschlacken wurde verabschiedet.

Auch in Österreich bestehen vor allem in der öffentlichen Debatte strittige Fragestellungen hinsichtlich Abfalleigenschaften und Recyclingwertstoffe  (z. B. Zulässigkeit des bautechnischen Einsatzes von Stahlwerksschlacke).  Prof. Bergthaler beklagte, dass zu wenig eine technisch-fachliche Debatte stattfindet, sondern vielmehr juristische und ökologische Spitzfindigkeiten diskutiert werden.

Die Schweizerische Technische Verordnung für Abfälle (TVA) im Hinblick auf die Verwertungsbedingungen für Rückstände aus der Metallindustrie, aus Abfallverbrennungsanlagen und Kraftwerken stand im Mittelpunkt der Ausführungen von Dr. Hans-Peter Fahrni, ehemals Bundesamt für Umwelt, Schweiz. Die seit 1991 gültige TVA steht durch die veränderten Rahmenbedingungen und Zielsetzungen (z. B. Ressourcenverwertung) vor einer Totalrevision, die 2014 in ein Anhörungsverfahren münden wird, um dann die neue TVA 2015 in Kraft zu setzen. Die Besonderheiten der Schweiz bestehen darin, dass weder Hochöfen noch Metallhütten betrieben werden, es existieren lediglich zwei Elektrostahlwerke. In diesen fallen jährlich 20 000 t Stahlwerksstäube mit einem Zn-Gehalt bis 30 % an.  Die als Nebenprodukt erzeugte Elektroofenschlacke (EOS) erfüllt die meisten Anforderungen der TVA. Hierfür sind auch keine Änderungen durch die Revision der TVA zu erwarten. Außerdem entstehen bei der Energiegewinnung aus den 30 Abfallverbrennungsanlagen stabile, ablagerungsfähige Rückstände (Aschen) und Schlacken, aus denen die Metalle zurückgewonnen werden (Nass- und Trockenverfahren). MV-Schlacken werden in der Schweiz nicht zu Bauzwecken verwendet, da genügend Primärbaustoffe vorhanden sind. Vielmehr wurde eine Stiftung gegründet, das sog. ZAR (Zentrum für nachhaltige Abfall- und Ressourcennutzung). Diese Einrichtung hat eine erste Anlage mit einer einfachen Technologie zur Rückgewinnung von Metallen aus MVA-Schlacke entwickelt und gebaut.

Analyse und Verwertung
von Schlacken und Aschen

In den sieben unter diesem Thema eingeordneten Beiträgen waren sowohl wirtschaftliche als auch technische Fragestellungen Gegenstand der Ausführungen. So berichtete Dr. Michael Oberdörfer, Landesamt für Umwelt und Verbraucherschutz NRW über „Datengrundlagen und Bewertung von Schlackenanalysen“ und Dr.-Ing. Michael Heußen, Lech-Stahlwerke GmbH Meitingen widmete sich dem „Ressourcenmanagement für Elektrostahlwerke“. „Zertifizierte Steinkohlenflugasche im Spannungsfeld zwischen Bauprodukt- und Abfallrecht“ betrachtete  Dr. Ulrich Stock, Landesamt für Umwelt Brandenburg, Potsdam und Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Deike, Universität Duisburg/Essen zeigte die „Recyclingpotenziale von Metallen bei Rückständen aus der Abfallverbrennung“ auf.

Das Zementwerk in Rüdersdorf ist mit einer Jahresproduktion von 2 Mio. t das größte derartige Werk in Deutschland. Die Anforderungen an die dabei eingesetzten mineralischen Sekundärrohstoffe erörterte Dipl.-Ing. Peter Scur, Senior Manager – Umweltschutz, CEMEX Deutschland AG, Rüdersdorf. In der deutschen Zementindustrie wird ein beachtlicher Anteil der Rohstoffe in Form der unterschiedlichsten Sekundärrohstoffe (z. B. Aschen, Schlacken, Walzzunder, Kiesabbrand, Faserfangstoffe, Bleicherden, Gießereisande) eingesetzt. Voraussetzung für die Einsetzbarkeit ist zunächst eine ausreichende Menge, um eine kontinuierliche Versorgung sicher zu stellen. Der Referent zeigte, welche Einflussgrößen des Weiteren von Belang sind und welche möglichen Auswirkungen diese Stoffe auf die Emissionen und Produktqualität haben. Er ist sich sicher, dass mit der Weiterentwicklung des Kreislaufwirtschaftsgedankens und der Aufbereitungstechnik die Substitutionsrate, die heute bei der Klinkerproduktion knapp 5 % (2 Mio. t) beträgt, weiter steigen wird.

Erste Ergebnisse aus einem r³-For­schungs­projekt zur Optimierung der ­Metallgewinnung aus MVA-Rostaschen präsentierte Prof. Dr. rer. nat. Franz Simon, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin. Rd. 90 % der Rost­aschen sind mineralische Bestandteile, die enthaltenen Schadstoffe erschweren ihren Einsatz als Ersatzbaustoff. Zunächst wurden ein Überblick über die praktizierten und prinzipiell möglichen Aufbereitungstechniken zur Ascheaufbereitung mit dem Ziel der Metallgewinnung vorgestellt. Durch Anwendung der Prallzerkleinerung gelingt es, die Metallausbeute deutlich zu erhöhen. Grund dafür ist die Entfernung der Oxidschichten: duktile Metalle verformen sich, während die spröde Mineralik abplatzt. Eine weitere Ausbeuteerhöhung ist durch Einbeziehung der Feinkornfraktion < 4-5 mm möglich, in denen die Metalle sowohl frei, als auch chemisch gebunden vorliegen. Das betrifft vor allem Kupferverbindungen, die in dieser Fraktion in Konzentrationen  enthalten sind, die an die von Erzen heranreichen. Allerdings erscheinen anschließende Trennverfahren wie Flotation und Dichtesortierung oder biotechnische Verfahren ohne vorgeschaltete Aufbereitungsstufen wenig erfolgversprechend. In wieweit die erforderliche Vielzahl von Behandlungsschritten insgesamt wirtschaftlich ist, muss noch geprüft werden.

Bei allen Anstrengungen, Abfälle aus Verbrennungsanlagen zu Wertstoffen aufzubereiten, wird es immer einen Teil geben, der deponiert werden muss. Über die Möglichkeiten der Untertageversatzes berichtete zum Abschluss des ersten Konferenztages Dr. rer. nat. Georg Rottlaender, C.C. Umwelt AG, Krefeld in seinem Beitrag „Technik, Kapazitäten und Preisentwicklung der Untertage-Entsorgung in Deutschland“. Dabei lag der Schwerpunkt der Betrachtungen nicht auf den geologischen und technischen Voraussetzungen, sondern auf der praxisnahen Darstellung aus Vertriebssicht.

Der zweite Konferenztag wurde in zwei Sektionen durchgeführt, die zum einen den Rückständen aus der Verbrennung von Abfällen und Biomassen und zum anderen den Nebenprodukten aus der Metallurgie gewidmet waren.

Rückstände aus der Verbrennung
von Abfällen und Biomassen

Allein sieben Vorträge beschäftigten sich mit Schlacken und Aschen, die den wesent­lichen Anteil der Abfälle aus Verbrennungsanlagen bilden. So stand die Rückgewinnung von Metallen sowohl von nass als auch von trocken ausgetragenen MVA-Schlacken zur Diskussion (Nassaustrag: Stefan Eberhard, DHZ AG Lufingen/CH; Trockenaustrag: Dr. Edmund Fleck, Martin GmbH  für Umwelt und Energietechnik, München).

Schwerpunkt  der Schlackenverwertung im Beitrag von Dipl.-Ing. Christian Fuchs, LAB GmbH Stuttgart war die Rückgewinnung von NE-Metallen. Durch innovative Technologien gelingt es, die gesamte Wertschöpfungskette auszunutzen und NE-Metalle sogar in den Fraktionen < 2 mm bis < 1 mm zurück zu gewinnen. Dipl.-Ing. Boris Breitenstein, TU Clausthal stellte ein Verfahren zur Rückgewinnung dissipativ verteilter Metalle vor, das sog. dreistufige ReNe-Verfahren (trockenmechanische, nassmechanische und nasschemische Stufe). Mit der wichtigen Thematik der Inertisierung von Aschen und Schlacken für die Deponierung bzw.  Verwendung im Straßenbau beschäftigten sich die Beiträge von Dr.-Ing. Ralf Koralewska, Martin GmbH für Umwelt und Energietechnik, München  und von Dipl.-Ing. Gerald Fraissler, ANDRITZ Energy & Enviromet GmbH, Raaba. Schließlich standen die bei der Verbrennung entstehenden Stäube im Fokus von drei weiteren Vorträgen. Einerseits bildete die Rückgewinnung der Metalle im Allgemeinen den Gegenstand der Betrachtungen (Prof. Dr. Mario Mocker, Fraunhofer Institut UMSICHT Sulzbach-Rosenberg), andererseits war die Rückgewinnung von Zink (Dr. Stefan Schlumberger, BSH Umweltservice AG, Sursee/CH)  bzw. das Recycling aller  Reaktionsprodukte aus der Abgasreinigung (Dr.-Ing. Thomas Bauer, Solvay Chemicals GmbH, Rheinberg) von besonderem Interesse.

Nebenprodukte aus der Metallurgie

In dieser Vortragsreihe standen eine Vielzahl von Verfahren und Stoffen zur  Rückgewinnung von Wertprodukten zur Diskussion. Immerhin fallen in Deutschland jährlich etwa 14 Mio. t Schlacken aus der Eisen- und Stahlerzeugung an  (rd. 8 Mio. t Hoch- und, rd. 6 Mio. t Elektroofenschlacke). Wesentlich geringer, aber trotzdem beachtlich ist der Anfall von Schlacken aus der Verhüttung von Buntmetallrohstoffen. Die Metallanteile, die in diesen Abfällen enthalten sind, gilt es zurück zu gewinnen.

Nichteisenmetalle (NE-Metalle)

Mit der Gewinnung von Kupfer und Kobalt aus Schlacken der NE-Metallurgie beschäftigte sich der Beitrag von Prof. Dr.-Ing. Bernd Friedrich, RWTH ­Aachen. Schwerpunkt seiner Ausführungen waren die pyrometallurgischen Verfahren (thermochemische Reduk­tion der oxidischen Wertkomponenten). An zwei Fallbeispielen demonstrierte der Referent, dass zahlreiche Parameter und Kriterien Einfluss auf die Auswahl des geeignetsten Verfahrens haben. Durch Optimierung konnte beispielsweise der Cu-Gehalt in den Reststoffen von 0,7 bis 1,3 % auf 0,2 bis 0,4 % in Abhängigkeit vom Ausgangsgehalt der Schlacke gesenkt werden. Eine weitere  Verminderung des Restgehaltes an Cu ist wegen der enormen Kleinheit der Cu-Tröpfchen und der langen Koagulationsdauer, die notwendig wäre, kaum möglich. Nicht weniger spannend sind die Reststoffe aus der Al-Sekundärindustrie wie Universitätsprof. Dr. mont. Helmut Antrekowitsch, Montanuniversität Leoben/Österreich dokumentierte. Derzeit gelangen noch fast alle potenziellen Al-Sekundärrohstoffe wie Stäube, Krätzen, Salzschlacken, Ofenausbruch, aber auch Al-Verbundmaterialien in Österreich auf die Deponie. Nachteilig ist die große Affinität von Al zu edleren Metallen und je unedler ein Metall ist, desto mehr unterscheidet sich das Recyclingverfahren von der Primärgewinnung des Metalls. Obgleich die Al-Reststoffe als gefährlich eingestuft werden und hohe Deponiekosten verursachen, sind die Aufbereitungskosten oftmals noch höher. Um ein Recycling wird man aber in Zukunft auch in Österreich nicht herumkommen. Welche Voraussetzungen dafür geschaffen werden müssen, zeigte der Referent in sehr nachdrücklicher Weise.

Die Behandlung von Schlacken aus der Bleimetallurgie durch Untersuchungen im Labor- und Technikums-Maßstab war Gegenstand der Ausführungen von Dipl.-Ing. Alois Unger, Montanuniversität Leoben/Österreich. Auch hier wurde gezeigt, dass eine Rückgewinnung des Bleis möglich ist, die Restgehalte in der aufbereiteten Schlacke liegen bei 0,4 %.

Eisen und Stahl

Das Spektrum dieser Vortragsreihe reichte von einer technisch-ökonomischen Analyse und Bewertung des Recyclings von Eisenhüttenschlacken (Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christoph Meyer, TU Braunschweig) über die Herstellung hochwertiger Baustoffe aus Stahlwerksschlacken bei gleichzeitiger Metallrückgewinnung (Dr.-Ing. Andreas Jungmann, CALA Aufbereitungstechnik GmbH& Co. KG Aachen)  bis hin zur Aufbereitung von Edelstahlschlacken (Dipl.-Chem. Dietmar Guldan, BHS Sonthofen GmbH, Sonthofen). Gerade der zuletzt genannte Beitrag war ein schönes Beispiel dafür, wie es gelingt, verfahrenstechnische Besonderheiten zu erarbeiten, um die Spezifik eines aufzubereitenden Materials zu berücksichtigen. Durch Einsatz der BHS-Rotorschleuderbrecher und der Rotorprallmühle gelingt eine sehr gute Abreicherung der Metalle und eine sehr gute Schlackenzerkleinerung, wobei ein gleichzeitig eintretender Magnetisierungseffekt zur Metallabtrennung ausgenutzt werden kann, allerdings erst bei Rotorgeschwindigkeiten > 55 m/s. Aufgrund der Technikumsversuche konnten ein Verfahrensschema erstellt  und die Auslegeparameter für den Anwender geliefert werden.

Schlussbemerkungen

Die Berliner Schlackenkonferenz zeigte die Vielschichtigkeit der Recyclingmöglichkeiten für Abfall- und Nebenprodukte der Abfallverbrennung und der Metallurgie. Steigende Preise und immer ärmer werdende Erze machen auch auf diesem Wirtschaftsgebiet deutlich, dass unsere Industriegesellschaft  schon unter dem Druck und mit dem Ziel einer möglichst hohen Rohstoffunabhängigkeit nicht auf das Recycling verzichten kann. Wenn auch die Meinung vertreten wurde, dass wir genügend Primärrohstoffe haben, die noch Millionen Jahre reichen, so werden doch die heute schon immensen Energieaufwendungen zu ihrer Gewinnung immer weiter steigen, diese jedoch haben wir nicht (Prof. Antrekowitsch).  Die Gehalte der Wertminerale in Bezug auf eine Abbauwürdigkeit sinken und die in Abfällen und Nebenprodukten vorhandenen Ressourcen werden immer interessanter. Kein Wunder also, dass auch auf der Berliner Schlackenkonferenz  wirtschaftliche und technische Aspekte der Verwertung von den genannten Aschen und Schlacken im Vordergrund der Betrachtungen standen. Gerade die Rückgewinnung von Metallen macht in vielen Fällen die Aufbereitung solcher Abfälle erst bezahlbar. Die Preisveränderungen bei diversen Metallen sind ein wichtiges Kriterium für die Entscheidung, ob ein Recycling sinnvoll ist oder nicht. Man muss sich immer wieder die Frage stellen, ob sich das Recycling lohnt oder ob es andere Sekundärrohstoffquellen gibt.  Diese Thematik wurde neben vielen fachlichen, vor allem technischen Fragestellungen diskutiert, oftmals auch kontrovers. Dazu bot die Konferenz sowohl innerhalb der Vortragsreihen als auch in den Konferenzpausen ausreichend Möglichkeit. Besonders lobenswert ist die hohe Disziplin, die hinsichtlich der Zeitvorgaben herrschte und nicht zuletzt zu dem Erfolg der Konferenz beitrug. Ein besonderer Dank gilt dafür dem Veranstalter und den von ihm eingesetzten Moderatoren.

Die meisten der in das Tagungsprogramm aufgenommenen Vorträge sind in „Aschen, Schlacken, Stäube  aus Abfallverbrennung und Metallurgie“,  von Karl J. Thomè-Kozmiensky, TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, Neuruppin 2013, ISBN 978 –3-935317-99-3 enthalten. Die nächste Schlackenkonferenz findet am 30.06. und 01.07.2014 in Berlin statt.

Autorin: Dr. Brigitte Hoffmann, Consulting Abfallwirtschaft und ­Umweltschutz