Hüttenschlacke, ein hochwertiger „Anstrich“ für Autobahnen?

Autor: Li Chuanfu Shi Xiangqi

Angesichts des wachsenden Umweltbewusstseins ist die Frage, wie sich industrielle Nebenprodukte in wertvolle Ressourcen umwandeln lassen, zu einem wichtigen Thema wissenschaftlicher und technologischer Innovationen geworden. Die in diesem Artikel vorgestellten innovativen Ergebnisse befassen sich mit der Umwandlung von metallurgischer Abfallschlacke, insbesondere Stahlschlacke, in hochwertiges Gewebe für Autobahnen. Diese Leistung wurde 2023 mit dem ersten Preis des Shanghai Science and Technology Award ausgezeichnet.

Um während des Stahlherstellungsprozesses Verunreinigungen wie Silizium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel aus der Stahlschmelze zu entfernen, müssen große Mengen an Lösungsmitteln wie Kalk hinzugefügt werden. Dieser Kalk reagiert mit Verunreinigungen und bildet Abfallrückstände, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls schwimmen und die sogenannte Stahlschlacke bilden. Stahlschlacke ist ein Nebenprodukt des Stahlherstellungsprozesses und wird jährlich in einer Menge von über 150 Millionen Tonnen produziert. 70 % der Stahlschlacke werden als industrieller Feststoffabfall gelagert und entsorgt, was einer Gesamtmenge von über 1,8 Milliarden Tonnen entspricht. Dadurch werden nicht nur Ressourcen verschwendet, sondern auch Böden beansprucht und die Umwelt verschmutzt.

Da das in der Stahlschlacke enthaltene freie Calciumoxid (f-CaO) langsam mit Wasser reagiert und von der Stahlschlacke umhüllt wird, ist es während des Behandlungsprozesses schwierig, es vollständig freizusetzen und zu hydratisieren. Dies beeinträchtigt die Volumenstabilität der Stahlschlacke und wird zu einem entscheidenden Faktor, der ihre Ressourcennutzung einschränkt.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam unter der Leitung von Xiao Yongli, Chefforscher von Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., hat in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wuhan und anderen Institutionen durch eingehende Forschung zu den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Stahlschlacke eine Technologie zur Umwandlung von Stahlschlacke in hochwertiges Aggregat entwickelt. Bei dieser Technologie wird ein Trommelschlackenbehandlungsprozess mit Schnellkühlung und mechanischem Rühren eingesetzt. Durch rollende Metallkugeln zum Zerkleinern, schnelles Abkühlen, Mehrpunkt-Sprüh-Feinkühlung und Online-Trenn- und Sortiermethoden wird die geschmolzene Schlacke schnell von 1600 °C auf unter 100 °C abgekühlt und in Partikel kleiner als 15 mm zerlegt. Dieser Prozess verhindert nicht nur wirksam die Ausfällung und Hydratisierung von f-CaO, sondern reduziert auch die Korngröße der Stahlschlacke um etwa 30 %. Das resultierende Stahlschlackenaggregat weist eine gleichmäßige natürliche Partikelgröße auf, erfüllt die Anforderungen an die Aggregatsortierung und weist eine stabile Leistung auf.

Im Vergleich zu herkömmlichen Natursteinen bietet Stahlschlackenzuschlagstoff die Vorteile vieler Kanten und Ecken, eines stabilen Volumens und einer starken Bindung mit Asphalt. Da Stahlschlacke ein alkalisches Material ist, verbindet sie sich fester mit saurem Asphalt, wodurch die Straßeneigenschaften von Asphaltbelägen aus Stahlschlacke in vielerlei Hinsicht denen herkömmlicher Asphaltbeläge überlegen sind.

Diese Technologie löst nicht nur das Umweltverschmutzungsproblem durch Stahlschlacke, sondern ermöglicht auch eine effiziente Nutzung der Ressourcen. Jedes Jahr werden mehr als 150 Millionen Tonnen Stahlschlacke produziert und 70 % davon werden gelagert und als fester Industrieabfall entsorgt. Mithilfe dieser Technologie können diese Abfallreste in hochwertige Zuschlagstoffe für den Straßenbau und die tägliche Instandhaltung umgewandelt werden und so den immer knapper werdenden Naturstein ersetzen. Darüber hinaus wird diese Technologie dazu beitragen, die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren und die grüne Entwicklung und CO2-Neutralität der beiden großen Industriezweige Stahl und Transport zu unterstützen.

Dem Forschungs- und Entwicklungsteam von Baoshan Iron & Steel Co., Ltd. ist es mithilfe innovativer wissenschaftlicher und technologischer Mittel gelungen, metallurgische Abfallschlacke in hochwertiges Gewebe für Autobahnen umzuwandeln. Diese Errungenschaft löst nicht nur Umweltprobleme, sondern maximiert auch den wirtschaftlichen Nutzen. Diese Technologie wurde nicht nur in Shanghai erfolgreich eingesetzt, sondern auch beim Autobahnbau in Hubei, Guangxi, der Inneren Mongolei und anderen Regionen mit unterschiedlichem Klima. Es wurden mehr als 3.000 Kilometer Straßen gebaut, 30 Millionen Tonnen Stahlschlacke-Asphaltbeton verwendet und der Kohlendioxidausstoß um 1,98 Millionen Tonnen reduziert. Diese wissenschaftliche und technologische Innovation hat die Weiterentwicklung der Schlackenbehandlungstechnologie in der globalen Stahlindustrie stark unterstützt und auch neue Ideen für die Verwirklichung einer nachhaltigen Entwicklung geliefert.