DE102011008008B4

DE102011008008B4 - Schwermetallarmes, modifizierbares, phosphathaltiges, düngewirksames Bodensubstrat

Info

Publication number: DE102011008008B4
Application number: DE201110008008
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ingitec Engineering GmbH
Current assignee: INGITEC ENGINEERING GMBH, DE
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: DE102011008008A1

Abstract

Schwermetallarmes, modifizierbares, phosphathaltiges, düngewirksames Bodensubstrat, gekennzeichnet dadurch, dass das Bodensubstrat a.) aus Aschen aus der Monoverbrennung von – Klärschlämmen, – Tiermehlen und/oder – anderen aus der energetischen Verwertung anderer organischer Abfälle stammende Rückstände und/oder thermisch nicht behandelte organische Abfälle – ohne Zugabe von auf Schwermetalle wirksame Additive – aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss und/oder b.) aus gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss und c.) aus Biokohle oder anderen kohlenstoffbasierten Bodenverbesserungsmitteln hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein schwermetallarmes, modifizierbares, phosphathaltiges, düngewirksames Bodensubstrat und das Verfahren zu seiner Herstellung mittels reduzierend arbeitender Verfahren der Eisenmetallurgie und des Schlackenschmelzens.
Grundsätzlich wird zwischen Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten oder Pflanzenhilfsmitteln unterschieden. Nach Düngemittelverordnung (DüMV) müssen sie einem bestimmten Düngemitteltyp entsprechen; das Düngegesetz (DüG) regelt dann das „in Verkehr bringen” und ihre Anwendung. Unter anderem muss in Deutschland das Produkt die stofflichen Qualitätsanforderungen vollständig erfüllen und die Schadstoffgrenzwerte sowie die Hygieneanforderungen einhalten (www.isip.de/coremedia/generator/Inhalt/Nachrichten/Deutschland/Brandenburg/Fachinformationen_20D_C3_BCngung/Ablage/Inverkehrbringen 20neuer 20D_C3_BCngemittel, property=Dokument.pdf).
Genormt werden Bodenverbesserungsmittel, die durch Kompostierung oder andere Verfahren erzeugbar sind und hauptsächlich die physikalischen Eigenschaften von Böden verbessern, und Kultursubstrate, in denen Pflanzen wachsen. Kalkprodukte und Stoffe, die ausschließlich als Pflanzennährstoffe eingesetzt werden, sind ausgeschlossen (www.nal. din.de/gremien/NA+057-03-01+AA/de/54744632.html).
Substrate sind Mischungen aus verschiedensten Substratausgangsstoffen wie Torf, Ton, Rindenhumus, Substratkompost und zahlreichen anderen mineralischen und organischen Zuschlagstoffen, die festgelegte Grenzwerte einhalten müssen (www.substrate-ev.org/guetekriterien/kultursubstrate.html).
Düngewirksame Stoffe werden also abhängig von der Zusammensetzung und nach der Einhaltung von Schadstoffobergrenzen, nach den verwendeten Einsatzmaterialen und nach ihrer Herstellung in der Düngemittelgesetzgebung klassifiziert.
Als Hochtemperaturverfahren für die Erzeugung eines P-Recycling-Düngers wurde die Schmelzvergasung mit flüssigem Aschaustrag nach dem Mephrec-Prinzip in die DüMV Deutschlands gelistet (www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/d_mv_2012/gesamt.pdf).
In diesem Kontext beansprucht DE 3921805 A1 zur Herstellung geeigneter Nutzflächen und Bedingungen für pflanzliches Wachstum Gemische (Stabilisate) aus basischen Komponenten wie Braunkohlenaschen und Gips, insbesondere REA-Gips aus Rauchgasentschwefelungsanlagen, zur Ertragssteigerung, zur besseren Nutzung von Düngemitteln, für Bodenverbesserung und Gewässerschutz, wobei verwertbare Rückstände mit positivem Einfluss auf Ökosysteme recycelt, natürliche Ressourcen geschont und Probleme der Deponierung von Kraftwerksrückständen gemindert werden. Basische Stoffe wie Aschen (insbesondere alle Braunkohlenaschen wie Brikettaschen, Uraschen, Aschen aus Wirbelschichtfeuerungen und aus Feuerungen mit Trocken-Additiv-Verfahren (TAV-Aschen), sowie Elektrofilteraschen, Flugaschen und Nassaschen) kombiniert mit basischen kalkhaltigen Düngemitteln (wie Branntkalk, Löschkalk, kohlensaurem Kalk, dolomitischen Kalken) werden mit Gips (vornehmlich REA-Gips, Phosphor-Gips und anderen recyclierbaren Industrie-Gipsen) und gegebenenfalls mit Zusätzen so kombiniert, dass Nachteile der Einzelkomponenten behoben werden. Weitere düngefähige Stoffe vor allem auch physiologisch sauer wirkende Salze wie Ammoniumsulfat können je nach Bedarf zugemischt, eingebunden oder auch dem Anmachwasser zugesetzt werden oder in diesem bereits enthalten sein. Vorteilhafterweise wirkt das Mittel der Versauerung von Luft, Böden und Wasser in Seen, Flüssen und Nutzwässern entgegen und ist bereits als Asche-Gips-Gemische ohne Zusätze zur Ergänzung zur Stickstoff-Phosphor-Kalium(NPK)-Düngung oder zur Kompensation durch eutrophierende Stickstoff- und Phosphor-Verbindungen belasteter Böden geeignet, wobei spezifischen Boden- und Standortansprüchen durch geeignete Zusätze entsprochen werden kann. Notwendige Phosphate können aus der Calciumphosphatabscheidung kommunaler Abwässer oder dem Aktivtonerde-Verfahren, sowie aus anderen Quellen stammen, sofern das Material nicht schadstoffbelastet ist. Als organische Komponenten können Stoffe wie Harnstoff, aber auch düngefähige Mittel, verwertbarer Abfall, Recycling-Produkte und Wirtschaftsdünger wie Komposte, Mist, Gülle, Jauche, Fäkalien, tierische Ausscheidungen, Schlämme, Häckselgut, Stroh, allgemein Reststoffe pflanzlicher Produktion wie der Zuckerrüben-, Mais- und Holzverarbeitung eingesetzt werden.
WO 2010/129988 A1 beansprucht eine Biokohle-Mischung, die zughörige Herstellungstechnologie und Apparateanordnung. Zur Biokohle-Mischung werden verschiedene organische Stoffe und mineralische Stoffe der Biokohle zugemischt. Die Herstellung erfolgt bei Temperaturen bis maximal 250°C durch indirekte Beheizung und/oder unterstöchiometrische Verbrennung unter Zuführung eines Heizgases. Die Biokohle-Mischung ist als körniges Material, pelletiert, schlammartige Substanz oder Formteil darstellbar.
Nicht beansprucht wird sowohl bei DE 3921805 A1 als auch bei WO 2010/129988 A1 die Mischung mit gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss von Aschen aus der Monoverbrennung von Klärschlämmen, Tiermehlen und/oder anderen anorganisch und/oder organischen Abfällen und/oder Schlacken aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss.
Nachteilig ist somit, dass vom Herstellungsverfahren und der beanspruchten Mischung her für die Biokohle-Mischung zwingend nur Materialien einsetzbar sind, deren Schwermetallgehalte und organische Schadstoffanteil den Anforderungen der Gesetzgebung für das Ausbringen auf und/oder in Böden bereits ohne vorherige thermische Aufbereitung entsprechen, da die Herstellungsverfahren durch die fehlende Verflüssigung der mineralischen Bestandteile und der fehlenden Bildung einer eisenmetallischen Schmelze durch Reduktion von Eisenoxiden aus dem Einsatzmaterial und der somit nicht möglichen Reduktion in die Schwermetallsenke „flüssige eisenmetallische Legierung” nicht geeignet sind, eine Schwermetallreduzierung aus den Einsatzmaterialien zu realisieren. Und somit können keine sonst nicht zu Düngezwecken in der Landwirtschaft genehmigte P-haltige, schwermetallreiche Materialien eingesetzt werden.
Ebenfalls nachteilig ist, dass dem Mittel nach DE 3921805 A1 keine organisch oder anorganisch zusammengesetzten Stoffe mit einer offenen Porosität, wie zum Beispiel Pflanzen-, Bio- oder holzkohleähnliche Materialien zugemischt werden und somit die beim Einsatz als Bodenverbesserungsmittel durch Wasser und Bodensäuren aus dem Mittel gebildeten pflanzenverfügbaren Nährlösungen entweder durch die Pflanzen selbst unmittelbar aufgenommen werden müssen oder aber für das Pflanzenwachstum ungenutzt bleiben, da sie zeitabhängig durch Bodenprozesse wieder immobilisiert werden können. Eine Speicherung dieser Nährstoffe, wie durch eine offene Porosität machbar, ist nicht möglich; die Langzeitwirkung des Bodenverbesserungsmittels oder auch Bodensubstrates wird unnötigerweise eingeschränkt.
Es ist aber auch und insbesondere aus neueren Untersuchungen bekannt, dass der Einsatz von Biokohle oder Biokohlemischungen einen ökologischen, bodenverbessernden Beitrag für die Erträge beim Pflanzenbau bringt.
Ein Beispiel ist die Studie zum Reisanbau (Hidetoshi Asai, u. a., „Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos”, Field Crosps Research 111(2009) 81–84), nach der eine positive Wirkung von Biokohle auf die Verbesserung der chemischen und physikalischen Bodeneigenschaften und somit auf die Erträge, z. B. dem Kornertrag beim Reisanbau in Nord Laos festgestellt werden konnte.
Ein weiteres Beispiel sind die positiven Pflanzergebnisse bei Einsatz von Biokohle von Acacia mangium-Reststoffen aus der Papierherstellung als Bodenverbesserungsmittel beim Anbau von Mais, Bohnen und Erdnüssen speziell auf ungedüngten ausgelaugten tropischen Böden in Süd Sumatra (Mashahide Yamato, u. a. „Effects of the application of charred bark of Acacia mangium an the yield of maize, cowbea and peanut, and soil chemical properties in South Sumatra, Indonesia” Soil Science an Plant Nutrizion (2006) 52, 489–495). Über die Zugabe der Biokohle, die bei Temperaturen von max. 360°C hergestellt wird, werden die Bedingungen über Beeinflussung des pH-Wertes, die N- und P₂O₅-Verfügbarkeit und auch durch Wirkung auf Al³⁺ verbessert.
Steiner, Ch. u. a. „Long term effects of manure, charcoal and mineral fertilization an crop production and fertility an a highly weathered Central Amazonian upland soil” Plant Soil (2007) 291, (1–2) 275–290, beschreiben im Einzelnen auf verschiedene düngewirksame Elemente bezogen die Langzeitwirkung und das erhöhte Pflanzenwachstum sowie die erreichten Ertragssteigerung beim Anbau von Hochlandreis auf mit Mischungen aus Biokohle, organischen Düngern und mineralischen Düngern gedüngten, ursprünglich ausgelaugten Hochlandböden im Central Amazonien.
Nachteilig dafür und alle beispielhaft genannten Anwendungsfälle ist aber, dass sich auf Grund der sich zunehmend verschärfenden Einsatzbedingungen für latent düngewirksame anorganische und/oder organische Materialien mit gegenüber der nationalen Gesetzgebung zu hohen Schwermetallgehalten und/oder zu hohen Anteilen an organischen Schadstoffen die Ergebnisse nicht auf die Mischung von Biokohle mit solchen Stoffen beziehen (können) und demzufolge auch nicht die Kombination von gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken, die aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss von schwermetallhaltigen Abfällen und/oder Phosphorverbindungen enthaltenden Materialien mit hohen mineralischen Anteilen und/oder anderen Phosphorverbindungen enthaltenden Materialien hergestellt wurden, beschrieben werden.
Die beschriebenen guten Wirkungen zur Bodenverbesserung beziehen sich damit nur auf Bodensubstrate, die mit Biokohle allein oder als Mischungen bzw. Kombinationen von Biokohle mit im Vorfeld unbehandelten, organischen und/oder anorganischen Zumischungen, die ohne im Vorfeld realisierte, zusätzliche thermische Aufbereitung bereits den nationalen Gesetzgebungen entsprechen, anfallen oder hergestellt wurden.
Nachteilig ist demzufolge auch hier, dass für die Biokohle-Mischungen nur Materialien einsetzbar sind, deren Schwermetallgehalte und organischer Schadstoffanteil den Anforderungen der Gesetzgebung für das Ausbringen auf und/oder in Böden entsprechen, da das implizierte Herstellungsverfahren in Form einer ausschließlichen Mischung mit anderer Organika durch die fehlende Verflüssigung der mineralischen Bestandteile und der nicht möglichen Reduktion in die Schwermetallsenke „flüssige eisenmetallische Legierung” nicht geeignet ist, eine Schwermetallreduzierung zu realisieren.
EP 1767509 A1 beansprucht ein Verfahren und ein Aggregat zur Erzeugung eines Phosphatdüngers aus Verbrennungsaschen. Die phosphatreichen Materialien (Knochen- und Fischmehl, Hühnermist, P-Erze) werden mit weiteren Mg-, Ca- und/oder P-haltigen Materialien und einem Reduktionsmittel elektrisch bei Temperaturen von 1350–1450°C aufgeschmolzen und in geschmolzenes Metall und flüssige Schlacke getrennt, die mit Wasser unter hohen Abkühlraten in ein 20–80°C warmes phosphathaltiges Granulat umgewandelt wird. Die säurelösliche Phosphatkonzentration liegt bei 6–25%.
Nachteilig ist die vergleichsweise niedrige säurelösliche Phosphatkonzentration weit unterhalb der Zitronensäurelöslichkeit von für Phosphatdüngemittel relevanten Größen von ca. 90% und, dass die Schlacke nach Aufbereitung nur für den Einsatz als mineralisches, phosphorhaltiges Düngemittel direkt aber nicht als Vorprodukt für einen Bodenhilfsstoff oder ein Bodenverbesserungsmittel oder Bodensubstrat vorgesehen ist.
Besonders nachteilig ist das elektrische Schmelzen, welches verfahrensspezifisch in Kombination mit den vergleichsweise niedrigen Schlackentemperaturen und dem fehlenden Überschuss an Reduktionsmittel im Schmelz- und Schlackenbad kein Durchschmelzen der Aschen vergleichbar beim Durchlaufen der schmelzflüssigen Komponenten durch die weißglühende Kokssäule in einem koksgefeuerten Schacht-Schmelz-Vergaser erlaubt, somit nur eine reduzierte Schwermetallentfrachtung durch Reduktionsvorgänge erwarten lässt und damit die Qualität der Einsatzstoffe bezüglich Schwermetallkonzentration eingeengt wird.
Allgemein bekannt ist, dass reduzierend arbeitende Verfahren der Eisenmetallurgie oder des Schlackenschmelzens bspw. zur Phosphat-Rückgewinnung aus phosphorhaltigen Materialien genutzt werden.
Ein wirtschaftliches Phosphorrecycling ist dann möglich, wenn es geling die Kosten zu senken und/oder zusätzliche Erlöse zu erwirtschaften. Das Mephrec-Verfahren stellt dafür eine Lösung dar, da hier erstmals P-Recycling mit Energiegewinnung in einem Verfahrensschritt ermöglicht und eine dem früheren Thomasmehl vergleichbare, in einem Wasserbad oder Wasserstrahl nach dem Stand der Technik granulierte, schwermetallarme, als Düngemittel einsetzbare Phosphat-Schlacke mit guter Zitronensäurelöslichkeit und mit einem deutlichen Qualitätsvorsprung gegenüber aus importierten Phosphaten hergestellten und im Handel vertriebenen P-Düngern erzeugt wird. Einsetzbar sind mit Bindemittel brikettierte entwässerte oder auch bindemittelfrei brikettierte getrocknete Klärschlämme allein oder als Mischungen von Klärschlamm und Aschen aus der Monoverbrennung von Tiermehl. Wegen der niedrigen Schwermetallgehalte hat die erzeugte Mephrec-Schlacke Vorteile gegenüber der als Düngemittel zugelassenen Klärschlamm-Monoverbrennungsasche, da bei der alleinigen thermischen Verwertung in den resultierenden Aschen neben den P₂O₅-Gehalten auch die Schwermetallgehalte in den Aschen erhöht werden, die den Einsatz als Düngemittel nur als sehr bedingt zukunftsfähig erscheinen lässt. Die in den Aschen enthaltenen Phosphate weisen eine nur geringe Pflanzenverfügbarkeit auf. Die Wirtschaftlichkeit beim Mephrec-Verfahren ergibt sich aus der gleichzeitigen Erzeugung von heizwertreichem, nach Gasreinigung zur Verstromung oder Wärmeerzeugung geeignetem Ofengas, die eine Energiegewinnung ermöglicht (Scheidig, K. u. a., „Phosphorquelle”, Sonderdruck Umweltmagazin 9/2010), siehe auch Scheidig. K., Klärschlamm-Verwertung mit dem MEPHREC-Verfahren”).
Phosphate als Düngemittel sind nicht durch andere Stoffe substituierbar. Speziell die natürlichen, schwermetallarmen Phosphorressourcen sind begrenzt. Unter derzeitigen Verbrauchsbedingungen ist damit zu rechnen, dass sie noch etwa 80 Jahre reichen (Hahn, J. „Fachliche Aspekte und konstruktive Kritik zur Praxis der Klärschlammverwertung” Vortrag, Bad Homburg, 15.02.2009). Phosphor wird deshalb als künftige Mangelressource der Landwirtschaft angesehen. Eine gezielte Rückgewinnung von Phosphor aus phosphorhaltigen Abfällen, wie z. B. Klärschlamm, wird angestrebt.
Im Vielstoffgemisch Klärschlamm ist abhängig von der Aufkommensquelle mit etwa 3,2% P zu rechnen (P. Comel „Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammaschen”, Geo- und Wassertechnologie 1(2002)3 S. 102–114). Gleichzeitig ist aber auch eine Vielzahl organischer, pathogener und anorganischer Schadstoffe enthalten, weshalb der direkte Einsatz als Düngemittel umstritten ist.
In Aschen aus der Monoverbrennung von organischen phosphorhaltigen Abfällen, wie Klärschlämmen und Tiermehl, sind neben Kalzium, Magnesium, Silizium und Spurennährstoffen zwischen 7–25% P₂O₅ (Petzet, S.; Cornel, P. „Neue Wege des Phosphorrecyclings aus Klärschlammaschen”, KA-Korrespondenz Abwasser, Abfall 2010 (57) Nr. 4, S. 357–365), anderen Angaben zufolge sogar 15–30% Phosphatverbindungen als P₂O₅ (AshDec Umwelt AG, „P- und Mehrstoffdünger aus Klärschlammaschen”, Firmenpräsentation 2008, www.susan.bam.de) enthalten.
Nachteilig damit verbunden ist allerdings verfahrenstechnisch bedingt eine Aufkonzentration von für die Düngung schädlicher Schwermetallgehalte auf teilweise toxische Gehalte; und die Phosphatverbindungen sind nur begrenzt für die Pflanzen verfügbar. Die Asche muss deshalb aufbereitet werden.
Beim AshDec-Verfahren wird sie mit chloridhaltigen Additiven gemischt, pelletiert und dann in einem Thermoreaktor (Drehrohrofen) bis zu 30 Minuten lang Temperaturen von bis zu 1000°C unterworfen. Etwa 99% der Schwermetalle (vor allem Hg, Cd, Pb, Zn, Cu) reagieren mit den Additiven und verdampfen, etwa 97% der Asche wird als P-reiches Granulat und etwa 3% wird aus einer mehrstufigen Rauchgasreinigung (3-stufig) als verwertbares Metallkonzentrat ausgetragen. Zur Gewährleistung der regionalen Forderungen des Marktes, des Bodens und der Kulturpflanzen wird das Granulat mit zusätzlichen Phosphaten sowie mit Stickstoff, Kalium, Magnesium und Schwefel angereichert. Anlagentechnisch ist eine Chlorrecycling-Anlage zur Rückgewinnung der Additive integriert. Aus Klärschlammaschen der Fernwärme Wien wurden so Granulate mit 16 bis 22% P₂O₅, ca. 2% K₂O, 22 bis 28% CaO, ca. 4% MgO, ca. 2% Na₂O, ca. 4% SO₃, 24 bis 29% SiO₂, 14 bis 16% Fe₂O₃ und ca. 9% Al₂O₃ hergestellt. Die Schwermetallgehalte für Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Cd und Hg lagen unterhalb der schärfsten Grenzwerte für die in Betracht gezogenen Kernmärkte Schweiz, Niederlande, Österreich und Deutschland. Es wurden gut pflanzenverfügbare Calzium-Phosphate bei vernachlässigbaren Cd- und U-Gehalten gebildet (AshDec Umwelt AG, „P- und Mehrstoffdünger aus Klärschlammaschen”; Firmenpräsentation 2008, www.susan.bam.de).
Nach WO 2010/108630 A1 wird ein Verfahren zu Eliminierung von Schwermetallen aus Klärschlamm industrieller oder kommunaler Anlagen beansprucht, bei dem Klärschlamm umgewälzt und unter Zugabe zusätzlicher Alkali- und/oder Erdalkalichloride, vorzugsweise 1–30% MgCl₂, sowie Siliziumverbindungen (Wasserglas, Kieselgur und/oder Perlite) einer Reduktionsstufe zugeführt unter Sauerstoffabschluss bei Temperaturen zwischen 500 bis 1100°C, vorzugsweise 700 bis 900°C, unter reduzierenden Bedingungen einer Pyrolyse unterzogen wird, wobei unter anderem energiereiche Gase und phosphathaltiger Klärschlammkoks entstehen, und der gebildete Klärschlammkoks umgewälzt und in einer weiteren Oxidationsstufe unter oxydierenden Bedingungen unter Bildung eines anorganischen Restes aus Erdalkalikarbonaten, Erdalkalioxiden und Erdalkaliphosphaten nachverbrannt wird. Das Verfahren soll in ein und demselben Reaktionsbehälter durchführbar sein, wobei die Energiegase dem Verfahren rückgeführt werden oder zur Erzeugung von elektrischem Strom oder Sattdampf Verwendung finden. Es werden Phosphate gewonnen, wobei die Erdalkaliphosphate bzw. phosphathaltigen Verbindungen mit Schwefel und/oder Phosphorsäure umgesetzt werden. Die Phosphate bzw. phosphathaltigen Verbindungen werden zur Herstellung von Düngern, Kosmetik- und Waschmittelprodukten, pharmazeutischen und Lebensmittelprodukten sowie Futtermitteln und sonstigen phosphathaltigen chemischen Produkten verwendet.
Besonders nachteilig sind wie der Zusatz chloridhaltiger Additive bzw. von Alkali- und/oder Erdalkalichloriden sowie von Schwefel und/oder Phosphorsäure die beanspruchten Behandlungstemperaturen von maximal 1100°C, die wiederum nicht zu einem Durchschmelzen” der Aschen und somit nicht sicher zu sogenannten „eluatsicheren” Granulaten führen, wodurch im Granulat noch enthaltene Schwermetalle in den Boden gelöst werden können. Weiter nachteilig ist wie bei AshDec die sicherlich notwendige aufwendige Anlagentechnik zur Rückgewinnung der Additive (Chlorrecycling-Anlage).
Ein P-Recycling-Dünger wird auch durch Behandlung von Klärschlamm-Asche im Eisenbad-Reaktor erzeugt (Mocker und Faulstich: „P-Dünger aus Klärschlamm, Klärschlammaschen und Tiermehl durch Behandlung im Eisenbad”, 75. Darmstädter Seminar 2005. Schriftenreihe WAR 167, S. 249–263). Die Behandlung erfolgt in zwei Schritten: Zunächst wird die Asche in das flüssige Eisenbad (1500°C) eingeblasen, wobei oxidische P-Verbindungen reduziert werden und der Phosphor im Metallbad gelöst wird. In einem zweiten Schritt wird der gelöste Phosphor durch das Einblasen von Sauerstoff aus dem Eisenbad entfernt und von der auf dem Eisenbad schwimmenden kalkbasischen Schlacke gebunden. Bei geeigneter Zusammensetzung der Schlacke liegen die in ihr gebundenen P-Verbindungen in pflanzenverfügbarer Form vor.
Nachteilig sind die Bereitstellung von flüssigem Roheisen sowie die Existenz eines bspw. bodenblasenden Sauerstoff-Konverters als Behandlungs-Aggregat, d. h. es wird praktisch die gesamte Infrastruktur eines Sauerstoff-Blasstahlwerkes benötigt.
Ein weiteres Verfahren sieht die Verschmelzung von Asche aus der Monoverbrennung von Klärschlamm oder Tiermehl mit LD-Konverter-Schlacke vor (Poster der Arbeitsgemeinschaft Hüttenkalk e. V. Duisburg 2008; vergl. Adam: „Technische Möglichkeiten der Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm-Aschen”. VDI-Fachkonferenz Klärschlamm-Behandlung. Offenbach, 27./28. Okt. 2010). Die Tiermehlasche wird beim Schlackenabfluss aus dem LD-Konverter in die Pfanne zugegeben. Bei Temperaturen von 1600°C erfolgt eine Umwandlung des Apatits in Kalksilico-Phosphate, wodurch sich die Zitronensäurelöslichkeit des Phosphatanteils auf 87% erhöht. Die mit Phosphat angereicherte Konverterschlacke gleicht in ihrer Düngewirksamkeit dem Thomas-Phosphat.
Von Nachteil ist bei diesem Verfahren, dass die notwendige homogene Durchmischung von Konverterschlacke und Asche schwierig ist, insbesondere dann, wenn durch größere Asche-Zugaben eine stärkere Abkühlung der Schlacke eintritt. Dadurch erhöht sich die Viskosität der Schlacke, was wiederum zu größeren Mischungs-Inhomogenitäten führen kann.
Allgemein bekannt ist auch, dass mineralstoffreiche Materialien, z. B. Ausgangsstoffe zur Mineral- oder Steinwolleerzeugung, in koksbeheizten Schachtöfen erschmolzen werden.
Aus eigenen Untersuchungen ist weiter bekannt, dass in koksbeheizten Schachtöfen, z. B. in Kupolöfen erschmolzene Schlacken gegenüber Wasser nichteluierbar sind und somit als Zuschlagstoffe im Landschaftsbau verwendet werden können.
So wird durch EP 2189742 A1 ein Schachtofen zum Einschmelzen von silikatischem Material beansprucht, bei dem ein schnelles Anfahren des Ofens durch Integration einer Bodenheizung in den Ofenunterteil ermöglicht wird, das Ofenunterteil als Brennkammer mit einem oder mehreren Brennern ausgebildet ist und der Schachtofen als koksloser Kupolofen betrieben wird.
Schachtöfen, als Schacht-Schmelz Vergaser modifiziert, werden nach DE 10 217 956 A1 zur Phosphor-Rückgewinnung aus organischen und anorganischen Abfallstoffen eingesetzt, wobei die in bekannter Form aufbereiteten Abfallstoffe unter Zugabe von Kalk oder anderen CaO-haltigen Stoffen unter reduzierenden Bedingungen zu einer flüssigen, nass granulierten und/oder nach der Erstarrung fein gemahlenen Schlacke mit einen SiO₂-Gehalt von mindestens 10% und einem CaO/SiO₂-Verhältnis größer 1,05 und einer flüssigen Metalllegierung verarbeitet werden. Zusammen mit den phosphorhaltigen Abfallstoffen können in Abhängigkeit von den in den Abfällen enthaltenen hochschmelzenden Schwermetallen noch Eisen oder eisenhaltige Abfälle, weiter P-Erze oder andere P-haltige Rohstoffe, als Reduktionsmittel Koks, Holzkohle, Holz, C-haltige Abfallstoffe, wie Altholz, Sägespäne, Kleie, Melasse oder andere feste, flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe zum Einsatz kommen. Die im Schacht-Schmelz-Vergaser reduzierend erzeugte Schlacke wird zusammen mit dem gleichzeitig erschmolzenen flüssigen Metall extern einer oxidierenden Behandlung unterworfen. P-Erze oder andere P-haltige Rohstoffe oder Zwischenprodukte werden feingemahlen und in die Hochtemperaturzone des Schmelzaggregates eingedüst oder der flüssigen Schlacke während des Abstichs oder nach dem Abstich in die Pfanne zugegeben.
Nach DE 102 24 077 B4 wird ein Verfahren zur thermischen Behandlung und stofflichen Verwertung von Klärschlamm in einem mit Sauerstoff und/oder Verbrennungswind betriebenen Schacht-Schmelz-Vergaser oder Schacht-Schmelz-Ofen beansprucht, bei dem der feuchte Klärschlamm mit einer Feuchte von bis zu 85% vorzugsweise mit bis 5% Zement als hydraulisches Bindemittel, vorzugsweise mit bis zu 5% Kalk unter weiterem Zusatz von bis zu 6% festen Zuschlagstoffen vermischt in Formen zu vergaser- oder ofengerechten Formlingen verstampft, d. h. geringfügig verpresst wird, danach bei Umgebungstemperatur ausgelagert und nach einer Aushärtezeit bis zur Einstellung der Gattierungs- und Thermofestigkeit dem Schmelzaggregat zugeführt, in diesem stufenweise durch eine geregelte Verbrennungsmittelzufuhr und/oder durch eine geregelte Zufuhr anderer fester und/oder flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in einer oder mehreren über die Höhe der Schüttsäule des Schmelzaggregates in unterschiedlichen Ebenen getrocknet, vergast, zu einem brennbaren Ofengas umgesetzt und reduzierend zu einem schmelzflüssigen Metall und zu einer flüssigen, nach der Erstarrung nichteluierbaren Schlacke, aufgeschmolzen wird. Durch die bei der hydraulischen Bindung entstehende Reaktionswärme in den Formlingen wird über die Auslagerungszeit eine sukzessive Trocknung und Verringerung der Feuchte bis auf kleiner/gleich 20% erreicht. Das Verhältnis von Klärschlamm und Zuschlagstoffen ist frei wählbar, die Eigenschaften der Schlacke können durch externe Zugabe von staubförmigen und/oder körnigen und/oder schmelzflüssigen Materialien außerhalb des Schacht-Schmelz-Ofens gezielt eingestellt werden.
DE 10 2007 014 906 A1 beansprucht ein schwermetallarmes Kalkphosphat-Düngemittel und ein Verfahren zur Erzeugung eines Vorprodukts für dieses Düngemittel aus phosphorhaltigen Abfällen unter Beimischung weiterer staubförmiger und/oder körniger Stoffe, die Eisen oder Eisenverbindungen und ebenfalls Phosphor oder Phosphorverbindungen enthalten können, durch Nutzung metallurgischer Verfahrenstechniken der Roheisen-, Gusseisen- und Mineralwolle-Erzeugung, bei dem die phosphorhaltigen Abfälle, wie Klärschlamm, Tiermehl, Fleischbrei, gemahlene Knochen, in Mischung mit den bei der Verbrennung dieser Stoffe anfallenden Aschen, wie z. B. Filterstäuben aus der Abgasreinigung von Monoverbrennungsanlagen, unter Zusatz von Bindemitteln brikettiert oder durch andere Formgebungsverfahren zu Formlingen verarbeitet werden, die Briketts oder die Formlinge in einem koksgefeuerten Schachtschmelzofen mit Sauerstoff direkt, Sauerstoff und Verbrennungsluft oder Verbrennungsluft als Verbrennungsmittel zu einer schmelzflüssigen Schlacke und einer Metalllegierung geschmolzen werden, die in den Einsatzstoffen enthaltenen niedrigsiedenden Metalle, wie Hg, Cd, Zn weitgehend reduziert und zu einem Teil über die Gasphase entweichen und in der Abgasreinigung abgeschieden werden, die in den Einsatzstoffen enthaltenen hochsiedenden Schwermetalle, wie Cu, Cr, Ni weitgehend reduziert und zu einem Teil als Legierungselemente in dem als Schwermetallsenke wirkenden eisenmetallischen Schmelzbad im Herd gelöst werden, in den Einsatzstoffen enthaltene, jedoch in flüssigem Eisen weitgehend unlösliche Metalle, wie Pb, sich als Sumpf unter dem eisenmetallischen Schmelzbad im Herd des Schachtschmelzofens sammeln, die restlichen in den Einsatzstoffen enthaltenen Metalle und Metalloxide, d. h. der Anteil, der nicht reduziert und nicht über das Abgas ausgetragen wurde und das in der flüssigen Schlacke enthaltene P₂O₅ in die typischen Strukturen der Schlacke eingebunden wird. Die in der flüssigen Schlacke enthaltenen Schwermetalle und das in der flüssigen Schlacke enthaltene P₂O₅ werden bei schneller Abkühlung und Erstarrung in die typischen amorphen Strukturen der Schlacke oder bei langsamer Erstarrung dieser Schlacke in deren kristalline Strukturen eingebunden, wobei die Citratlöslichkeit des im Düngemittel oder im Vorprodukt für dieses Düngemittel enthaltenen P₂O₅ größer als 85%, vorzugsweise größer als 90% ist. Das Düngemittel oder das Vorprodukt für dieses Düngemittel enthält weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 2% Eisenoxide. In den koksgefeuerten Schachtschmelzofen werden mit Sauerstoff direkt, Sauerstoff und Verbrennungsluft oder Verbrennungsluft als Verbrennungsmittel zusätzlich heizwertreiche und/oder phosphorreiche und/oder weitere düngemittelrelevante Elemente enthaltene, staub- und/oder feinkörnige Materialien eingeblasen und/oder stückig zugeführt.
Nach DE 10 2007 048 133 A1 können bei der Brikett- oder Formlingsherstellung zusätzlich oder als Ersatz zu den phosphorhaltigen Abfällen auch Phosphor-Erze eingesetzt werden.
Nachteilig ist, dass sich alle diese Verfahren ausschließlich auf die stofflichen und energetischen Verwertung im Schacht-Ofen oder Schacht-Schmelz-Vergaser sowie auf den gemeinsamen Einsatz von phosphorhaltigen organischen und anorganischen Abfallstoffen oder organischen Abfällen allein, wie z. B. Klärschlamm, beziehen. Die Herstellung eines schwermetallarmen, modifizierbaren, phosphathaltigen und düngewirksamen Bodensubstrates, mittels reduzierend arbeitender Verfahren der Eisenmetallurgie oder des Schlackenschmelzens, respektive die schmelzmetallurgische Behandlung von Aschen aus der Monoverbrennung von weitgehend organisch zusammengesetzten Abfällen, wie Klärschlämmen und Tiermehl und/oder anderen phosphorhaltigen Materialien, ist nicht vorgesehen, berücksichtigt und wird demzufolge nicht beansprucht.
DE 10 2008 045 A1 betrifft ein metallurgisches Verfahren zur gleichzeitigen Verwertung von anorganisch und/oder organischen Abfällen durch Erzeugung energiereicher Gase bei gleichzeitiger Rückgewinnung von Wertstoffen. Beim Prozess entstehen abhängig von der Zusammensetzung der die Schüttung bildenden Brikett, die durch Beifügung materialbindender heizweit- und/oder wertstoffreicher Abfälle als Bindemittel allein oder in Kombination mit einem hydraulischen Bindemittelanteil und/oder einem Magerungsmittel mit weiteren heizweit- und/oder wertstoffreichen, anorganischen und/oder organischen Abfällen hergestellt werden, ein heizwertreiches Ofengas, eine wertstoffreiche, flüssige Schlacke und eine flüssige Eisenlegierung. Die Schlacke ist phosphorreich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein schwermetallarmes, modizierbares, phosphathaltiges und düngewirksames Bodensubstrat aus Aschen der Monoverbrennung von weitgehend organisch zusammengesetzten Abfällen, wie Klärschlämmen und/oder anderen phosphorhaltigen Materialien, sowie das Verfahren zu seiner Herstellung mittels reduzierend arbeitender Verfahren der Eisenmetallurgie oder des Schlackenschmelzens ohne Beifügung schwermetallentfrachtender Additive zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden

1.) die in der Regel schwermetall- und/oder schwermetalloxidhaltigen Abfälle und/oder das phosphorhaltige Material mit hohen mineralischen Anteilen, beispielsweise Asche aus der Monoverbrennung von Klärschlämmen, Tiermehl, und/oder andere phosphorhaltige Materialien, ohne Zugabe von chloridhaltigen Additiven und/oder Alkali- und/oder Erdalkalichloriden sowie von Schwefel und/oder Phosphorsäure abhängig von ihrem Organikanteil bindemittelfrei oder unter Zusatz von hydraulisch wirkenden Bindemitteln und/oder unter Zusatz von organischen Bindemitteln zu Formlingen mit – für den Chargierungsprozess ausreichender Sturzfestigkeit und – mit für den reduzierenden Schmelzprozess im koksbeheizten Schacht-Schmelz-Ofen oder Schacht-Schmelz-Vergaser ausreichender Thermofestigkeit brikettiert,
2.) gemeinsam mit einem festen, stückigen Reduktionsmittel, vorzugsweise Schmelzkoks, sowie bedarfsabhängig mit einem stückigen, eisenmetallischen Zuschlagstoff und/oder einem die Basizität der gewünschten Schlacke korrigierenden Zuschlagstoff dem koksbeheizten Schachtofen über die Chargierungsöffnung zugegeben,
3.) nachfolgend beim Absinken im Schacht durch die aus der Schmelzzone durch den Umsatz des Schmelzkokses mit dem Sauerstoff des in der Schmelzzone über Düsen zugeführten Verbrennungswindes und/oder Sauerstoffes entstehenden, von unten nach oben strömenden, heißen Ofengases unter Austreiben leicht flüchtiger Substanzen bei gleichzeitig beginnender Reduktion von oxydischen Bestandteilen bis zum Schmelzfluss aufgeheizt,
4.) beim Durchgang durch die größer 1700°C heißen unterhalb der Schmelzzone liegenden Füllkokssäule überhitzt, wobei Schwermetalle und reduzierte Schwermetalloxide in dem aus dem zugegebenen stückigen, eisenmetallischen Zuschlagstoff und dem aus dem phosphat- und/oder phosphorhaltige Material mit hohen mineralischen Anteilen stammenden zu Eisen reduzierten Eisenoxiden und in der gebildeten flüssigen Schlackenphase eingebunden werden,
5.) nach dem Abstich außerhalb des Schacht-Ofens eine schwermetallhaltige Metalllegierung und durch Granulierung des gebildeten mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzflusses ein schwermetallarmes, in Wasser nichtauslaugbares (nichteluierbares) Schlackengranulat gebildet,
6.) welches bevorzugt fein aufgemahlen und/oder
7.) mit gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss und aus Biokohle oder anderen kohlenstoffbasierten Bodenverbesserungsmitteln vermischt
8.) nachfolgend zu einem Bodensubstrat mit Düngemittelwirkung bspw. pelletierbar angewendet wird.

Gemeinsam mit Zugabe der brikettierten phosphorhaltigen Materialien oder alternativ dazu ist die Zuführung von staubförmigen und/oder körnigen, fließfähigen schwermetallhaltigen Abfällen und/oder Phosphorverbindungen enthaltenden Materialen mit hohen mineralischen Anteilen und/oder anderen Phosphorverbindungen enthaltenden und/oder gasförmigen, flüssigen und/oder festen heizwertreichen Stoffen pneumatisch und/oder mechanisch über separat und/oder in die im Bereich der Schmelzzone des Schacht-Schmelz-Vergasers oder Schacht-Schmelz-Ofens angeordneten Düsen zur Versorgung mit Verbrennungswind und/oder Sauerstoff möglich, wobei durch die gleichzeitige Zufuhr von gasförmigen, flüssigen oder festen heizwertreichen Stoffen eine Erhöhung des Energieangebotes in der Schmelzzone und ein besseres Aufschmelzen der fließfähigen phosphorhaltigen Materialien realisiert werden kann.
Vorteilhafterweise führt diese reduzierend arbeitende schmelzmetallurgische Behandlung von schwermetallhaltigen Abfällen und/oder Aschen aus der Monoverbrennung von weitgehend organisch zusammengesetzten Abfällen, wie Klärschlämmen und Tiermehl und/oder anderer phosphorhaltiger Materialien im koksbeheizten Schachtofen oder Schacht-Schmelz-Vergaser ohne Zusatz von chloridhaltigen Additiven und/oder Alkali- und/oder Erdalkalichloriden sowie von Schwefel und/oder Phosphorsäure zu

1.) einem Vorprodukt für oder
2.) direkt zu einem schwermetallarmen, phosphathaltigen und
3.) durch Zugabe weiterer düngungswirksamer Komponenten, z. B. organisch oder anorganisch zusammengesetzte Stoffe mit einer offenen Porosität, wie zum Beispiel Pflanzen-, Bio- oder holzkohleähnliche Materialien und/oder humusbildenden Stoffen, wie Komposterden und/oder düngewirksamen Komponenten wie Kalilauge
4.) zu einem modizierbaren Bodensubstrates mit Düngemittelwirkung.

Weiter vorteilhaft und in dieser klaren Form mit Bezug auf die DüMV für einen Fachmann unerwartet, haben eigene Untersuchungen zur Analytik an derzeit öffentlich nicht zugängigen Probematerial von Mephrec-Schlacken aus im Schacht-Schmelzvergaser umgesetzten Formlingen aus Klärschlamm und Klärschlamm-Monoverbrennungsasche gezeigt, dass der Organikanteil gemessen als TOC unterhalb der Nachweisgrenze liegt und somit trotz der Einschränkungen hinsichtlich des Einsatzmaterials die aus Aschen der Monoverbrennung von weitgehend organisch zusammengesetzten Abfällen, wie Klärschlämmen und/oder anderen phosphorhaltigen Materialien erzeugte und aufbereitete Schlacken (Feinmahlung, Pelletierung) entsprechend den zugehörigen Düngeversuchen als P-Recycling-Dünger einsetzbar sind und nur dadurch die Weiterverarbeitung zu einem Bodensubstrat durch Zumischung mit humusbildenden organischen Zusatzstoffen und/oder organisch oder anorganisch zusammengesetzten Stoffen mit einer offenen Porosität, wie zum Beispiel Pflanzen-, Bio- oder holzkohleähnliche Materialien sinnvoll ermöglicht.
Bei dem reduzierend arbeitenden Verfahren der Eisenmetallurgie oder des Schlackenschmelzens (Schacht-Schmelz-Vergasung) werden die Im Einsatzmaterial enthaltene organische Anteile nämlich im Wesentlichen zu CO-, H₂-, CO₂- und H₂O-haltigen Brenngas umgesetzt, das gemeinsam mit den leichtflüchtigen Schwermetallen nach dem Abzug des Brenngases aus dem Schachtofen entsprechend dem Stand der Technik einer Gasreinigung zugeführt und danach energetisch nachgenutzt wird.
Die oxydischen, insbesondere die schwermetalloxidischen Bestandteile des Einsatzmaterials werden prozessspezifisch gleichzeitig teilweise bis hin zum Element reduziert und wie die schwerflüchtigen Schwermetalle anteilsweise in dem als Schwermetallsenke wirkenden flüssigen, eisenmetallischen Sumpf gelöst bzw. in die Schlackenmatrix eluatsicher eingebunden.
Dadurch ergeben sich Schwermetallgehalte in der granulierten und/oder erstarrten als Vorprodukt für oder direkt als schwermetallarmes, durch Zugabe weiterer düngungswirksamer Komponenten dann als modifizierbares, phosphathaltiges und düngewirksames Bodensubstrat nutzbaren Schlacke unterhalb der durch die aktuelle Gesetzgebung geforderten Grenzwerte.
Verfahrensspezifisch wird der Phosphor als gut pflanzenverfügbares Kalzium-Silico-Phosphat in der Schlacke gebunden.
Weiter vorteilhaft ist, dass eine zusätzliche Chlorrecycling-Anlage zur Rückgewinnung der Additive nicht notwendig ist, wodurch eine verfahrenstechnische Vereinfachung bei Reduzierung der Betriebskosten für das Verfahren resultiert.
Ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Verfahren soll an den folgenden zwei Beispielen näher beschrieben werden.
Aus rd. 87% Asche aus der Klärschlammmonoverbrennung und rd. 13% Portlandzement hergestellte Brikett werden chargenweise mit jeweils rd. 2% Dolomit und rd. 13% Satzkoks dem Schacht-Schmelz-Vergaser zugegeben und mittels Zugabe von rd. 650 Nm³/t·h Luft sowie 24 Nm^3/t·h Sauerstoff umgesetzt. Neben

• einem Ofengas, primär resultierend aus der Umsetzung des Kokses,
• einer geringen Menge an Metalllegierung, resultierend aus der Reduktion von Eisen- und weiteren Oxiden der Brikett, des Kokses und des Dolomites wird
• eine schwermetallarme, flüssige Schlacke mit rd. 29,3% SiO₂, 18,6% Al₂O₃, 32,0% CaO, 5,1% MgO, 3,8% Fe₂O₃, 0,1% FeO, 0,1% MnO, 6,6% P₂O₅, 2,4% SO₃, 0,7% K₂O, 0,6% TiO₂ und 0,6% Na₂O

• direkt oder
• nach Zumischung weiterer, düngemittelwirksame Komponenten enthaltenden anorganischen und/oder organischen N-, Mg-, S-, K-, Ca-, P-haltigen Materialien und Biokohle und/oder anderer kohlenstoffbasierter Bodenverbesserungsmittel, wie humusbildenden Stoffen, und/oder gegenüber Wasser nichteluierbaren, in koksbeheizten Schachtöfen erschmolzenen, danach granulierten oder aufgemahlenen Schlacken als schwermetallarmes, modifizierbares, phosphathaltiges, düngewirksames Bodensubstrat einsetzbar ist.

Aus rd. 80% Asche aus der Klärschlammmonoverbrennung und rd. 20% Tiermehl hergestellte Brikett werden chargenweise mit jeweils rd. 2% Dolomit und rd. 10% Satzkoks dem Schacht-Schmelz-Vergaser zugegeben und mittels Zugabe von rd. 650 Nm³/t·h Luft sowie 55 Nm³/t·h Sauerstoff umgesetzt. Neben

• einem Ofengas, primär resultierend aus der Umsetzung des Kokses und des organischen Anteils der Brikett,
• einer geringen Menge an Metalllegierung, resultierend aus der Reduktion von Eisen- und weiteren Oxiden der Brikett, des Kokses und des Dolomites wird
• eine schwermetallarme, flüssige Schlacke mit rd. 29,9% SiO₂, 20,0% Al₂O₃, 25,5% CaO, 6,0% MgO, 4,1% Fe₂O₃, 0,1% FeO, 0,1% MnO, 9,3% P₂O₅, 2,4% SO₃, 1,0% K₂O, 0,6% TiO₂ und 0,8% Na₂O

Claims

Schwermetallarmes, modifizierbares, phosphathaltiges, düngewirksames Bodensubstrat, gekennzeichnet dadurch, dass das Bodensubstrat a.) aus Aschen aus der Monoverbrennung von – Klärschlämmen, – Tiermehlen und/oder – anderen aus der energetischen Verwertung anderer organischer Abfälle stammende Rückstände und/oder thermisch nicht behandelte organische Abfälle – ohne Zugabe von auf Schwermetalle wirksame Additive – aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss und/oder b.) aus gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss und c.) aus Biokohle oder anderen kohlenstoffbasierten Bodenverbesserungsmitteln hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines schwermetallarmen, modifizierbaren, phosphathaltigen, düngewirksamen Bodensubstrates mittels reduzierend arbeitender Verfahren der Eisenmetallurgie und des Schlackenschmelzens, gekennzeichnet dadurch, dass a.) Aschen aus der Monoverbrennung von • Klärschlämmen • Tiermehlen und/oder • anderen aus der energetischen Verwertung anderer organischer Abfälle stammende Rückstände und/oder thermisch nicht behandelte organische Abfälle ohne Zugabe von auf Schwermetalle wirksame Additive aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss und/oder b.) aus gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken aus einem mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss ohne Zugabe von auf Schwermetalle wirksame Additive • abhängig von ihren organischen Anteilen bindemittelfrei oder unter Zusatz von Bindemitteln zu Formlingen mit für den Chargierungsprozess ausreichender Sturzfestigkeit und mit für den reduzierenden Schmelzprozess ausreichender Thermofestigkeit brikettiert werden, • In koksbeheizten Schacht-Schmelz-Öfen oder Schacht-Schmelz-Vergasern einer reduzierenden, schmelzmetallurgischen Behandlung unterzogen und • über einen mineralischen, oxidhaltigen, lavaähnlichen Schmelzfluss zu einer schwermetallarmen, in Wasser nicht auslaugbaren (nichteluierbaren) Schlacke mit gut pflanzenverfügbarem Kalzium-Silico-Phosphaten, • zu einer schwermetallhaltigen metallischen Legierung und zu einem CO-, H₂-, CO₂- und H₂O-haltigen Ofengas umgesetzt werden, • die Schlacke außerhalb des koksbeheizten Schacht-Schmelz-Ofens oder Schacht-Schmelz-Vergasers zu einem Schlackenfeststoff erstarrt und gebrochen oder zu einem Schlackengranulat granuliert wird, • im Falle des Brechens nachfolgend klassiert, zu einer mehlartigen Substanz feingemahlen und • mit Biokohle oder anderen kohlenstoffbasierten Bodenverbesserungsmitteln modifiziert • bedarfsabhängig mit weiteren düngewirksamen Komponenten modifiziert und • direkt als klassiertes Produkt, als Mehl und/oder als Pellet zur Bodenverbesserung in Landwirtschaft und Gartenbau eingesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines schwermetallarmen, modifizierbaren, phosphathaltigen, düngewirksamen Bodensubstrates mittels reduzierend arbeitender Verfahren der Eisenmetallurgie und des Schlackenschmelzens nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die reduzierende, schmelzmetallurgische Behandlung ohne integriertes Recyclingverfahren von auf Schwermetalle wirksame, insbesondere ohne chloridhaltige Additive erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines schwermetallarmen, modifizierbaren, phosphathaltigen, düngewirksamen Bodensubstrates mittels reduzierend arbeitender Verfahren der Eisenmetallurgie und des Schlackenschmelzens nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass gemeinsam mit der Zugabe • der Aschen aus der Monoverbrennung von Klärschlämmen, Tiermehlen und/oder anderen aus der energetischen Verwertung anderer organischer Abfälle stammende Rückstände und/oder thermisch nicht behandelte organische Abfälle und/oder • der aus gegenüber Wasser nicht eluierbaren, granulierten und/oder aufgemahlenen Schlacken • die Zuführung von staubförmigen und/oder körnigen, fließfähigen schwermetallhaltigen Abfällen und/oder Phosphorverbindungen enthaltenden Materialien mit hohen mineralischen Anteilen und/oder andere Phosphorverbindungen enthaltende und/oder • gasförmige, flüssige und/oder feste heizwertreiche Stoffe • pneumatisch und/oder mechanisch • über separate und/oder in die im Bereich der Schmelzzone des Schacht-Schmelz-Ofen oder Schacht-Schmelz-Vergaser angeordneten Düsen zur Versorgung mit Verbrennungswind und/oder Sauerstoff zugeführt werden.