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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzbarmachung einer Stahlwerksschlacke. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Schlackenschaum sowie eine Verwendung eines Schlackenschaums.
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Stahlwerksschlacke, beispielsweise LD-Schlacke aus dem Linz-Donawitz-Verfahren, ist ein bei der Stahlerzeugung unvermeidbar entstehendes Nebenprodukt. Aufgrund ihrer Beschaffenheit, insbesondere auch hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, ist Stahlwerksschlacke gut als mineralischer Ersatzbaustoff geeignet und wird insbesondere im Straßen- und Erdbau verwendet. Beispielsweise wird LD-Schlacke als Beimischung zu Gesteinskörnungen für Deckschichten oder Tragschichten im Straßenbau sowie im ungebundenen Wegebau genutzt. Auch andere Verwendungen, zum Beispiel eine Nutzung von Stahlwerksschlacken als Düngemittel oder als Wasserbaustein, sind allgemein bekannt. Derartige Verwendungen sind sinnvoll und ressourcenschonend, da eine Nutzung von industriell hergestellten Gesteinen, wie LD-Schlacken, als Baustoff den Bedarf einer Deponierung der beträchtlichen Massen der Stahlwerksschlacken senkt und darüber hinaus die kommerzielle Nutzung der Stahlwerksschlacken auch zur Wirtschaftlichkeit der Stahlherstellung beiträgt. Trotz der Vielzahl der derzeit bekannten und üblicherweise vorgenommenen Verwendungen wird jedoch immer noch ein nicht vernachlässigbarer Anteil der produktionsbedingt entstehenden Stahlwerksschlacke nicht einer Weiterverwendung zugeführt. Davon betroffen sind insbesondere LD-Schlacken, die unter anderem aufgrund von mangelnder Volumenstabilität nicht für die Verwendung im Baubereich geeignet sind. Dies führt in der Folge zu einem immer noch erheblichen Bedarf an Kapazität für eine Deponierung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, weitere Wege einer Nutzbarmachung von Stahlwerksschlacke zu erschließen und ein entsprechendes Verfahren zur Nutzbarmachung von Stahlwerksschlacke bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Nutzbarmachung einer Stahlwerksschlacke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Schlackenschaum gemäß Anspruch 15 gelöst. Ein weiterer Aspekt der Erfindung weist die Merkmale des Anspruchs 16 auf. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzbarmachung einer Stahlwerksschlacke. Es werden folgende Schritte durchgeführt:
- – Flüssige Stahlwerksschlacke wird in einen Reaktionsbehälter gefüllt. Eine Einleitevorrichtung wird in die in dem Reaktionsbehälter befindliche Stahlwerksschlacke hinein bewegt, sodass eine Auslassöffnung der Einleitevorrichtung in der Stahlwerksschlacke befindlich ist. Eine Schlackenbehandlung erfolgt, indem mittels der Einleitevorrichtung aus der Auslassöffnung heraus CO2 in die flüssige Stahlwerksschlacke hinein eingeleitet wird. Das Hineinleiten des CO2 in die Stahlwerksschlacke hinein führt zu einer Bereitstellung des CO2 für eine chemische Reaktion mit in der Stahlwerksschlacke enthaltenem CaO zu dem Calciumcarbonat CaCO3 als ein Reaktionsprodukt, das sich in einem sich in dem Reaktionsbehälter bildendem Schlackengemisch zumindest teilweise in poröser, schaumartiger Konsistenz als Schlackenschaum bildet.
- – Nach Beendigung der Schlackenbehandlung wird das Schlackengemisch zur Umwandlung in einen Festzustand abkühlen gelassen.
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Die flüssige Stahlwerksschlacke wird in den Reaktionsbehälter eingeleitet, um die Stahlwerksschlacke weitgehend getrennt von flüssigen Stahlbestandteilen vorliegen zu haben. Hierdurch wird die gewünschte Schlackenbehandlung erst ermöglicht, da das aus der Auslassöffnung in die flüssige Stahlwerksschlacke eingeleitete CO2, auch als Kohlenstoffdioxid bezeichnet, vollständig oder zumindest weitgehend vollständig für Reaktionen mit in der Stahlwerksschlacke vorhandenen Reaktionspartnern zur Verfügung gestellt wird und nicht etwa Reaktionen mit Bestandteilen von Stahl eingeht.
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Stahlwerksschlacke ist die bei der Produktion von Stahl entstehende nichtmetallische Schmelze und setzt sich überwiegend aus unterschiedlichen Oxiden der eingesetzten Mineralstoffe zusammen, die auch als Schlackenbildner bezeichnet werden. Große Anteile der Stahlwerksschlacke bestehen aus SiO2, Fe2O3 und CaO. Weiterhin liegen verschiedene Übergangsmetalloxide vor. Der CaO-Anteil in der Stahlwerksschlacke beträgt beim Beispiel der LD-Schlacke ungefähr 45 Massen-%. Der Anteil des CaO, der in ungebundenem Zustand, insbesondere auch in unhydriertem Zustand, vorliegt, wird auch als Freikalk oder manchmal auch als Branntkalk bezeichnet. Dieser Freikalk wird häufig, wie auch im Folgenden, mit CaOfrei abgekürzt. In typischer Stahlwerksschlacke, wie sie in deutschen Stahlwerken derzeit aus der Durchführung des LD-Verfahrens hervorgeht, liegt CaOfrei typischerweise zu einem Massenanteil in dem Bereich 8–10 Massen-%. Je nach Fahrweise des Stahlwerks können aber auch bis zu 15 Massen-% CaOfrei in der LD-Schlacke enthalten sein. Wird im Folgenden die Formel CaO verwendet, soll der Anteil CaOfrei ebenfalls umfasst sein.
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Mit dem Hineinleiten des CO2 in die Stahlwerksschlacke steht CO2 als Reaktionspartner zur Verfügung. Insbesondere in der hohen Sauerstoffaffinität des Calcium begründet erfolgt bis zu einem Erreichen einer Sättigungsschwelle eine Reaktion CaO + CO2 ⇔ CaCO3 .
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Aus Kalk, CaO, bildet sich nach Zugabe von CO2 das Calciumcarbonat CaCO3. Aufgrund des in ungebundenem Zustand vorliegenden CaOfrei findet eine Reaktion des CaOfrei mit CO2 zu dem Reaktionsprodukt CaCO3 gemäß der obigen Reaktionsgleichung bevorzugt statt. Die dem Verfahren zugrunde liegende in den Reaktionsbehälter gefüllte Stahlwerksschlacke bildet somit gemeinsam mit dem CO2 und gegebenenfalls weiteren Reaktionsprodukten aus in der Stahlwerksschlacke vorhandenen Bestandteilen, insbesondere auch mit CO2, ein carbonatangereichertes, insbesondere auch calciumcarbonatangereichertes, Schlackengemisch. An der Entgasungszone, also der Grenzfläche zwischen Auslassöffnung und Schlackengemisch, entwickelt sich als Folge der Reaktion des gasförmigen CO2 mit Umwandlung in das CaCO3 ein Bestandteil des Schlackengemischs mit poröser, schaumartiger Konsistenz. CaCO3 liegt also in dem Schlackengemisch zumindest teilweiser in poröser, schaumartiger Konsistenz vor, liegt also zumindest teilweise als Schlackenschaum vor. Dieses in poröser, schaumartiger Konsistenz vorliegende CaCO3 sowie gegebenenfalls vorhandene weitere in poröser und schaumartiger Konsistenz vorliegenden Anteile des Schlackengemischs bilden somit eine Gesamtheit eines in poröser und schaumartiger Konsistenz vorliegenden Anteils des Schlackengemischs; dieser Anteil wird im Rahmen dieser Erfindung auch als Schlackenschaum bezeichnet. Der Schlackenschaum kann hierbei ausschließlich oder nahezu ausschließlich das Reaktionsprodukt CaCO3 umfassen. Der Schlackenschaum kann aber auch mit dem Reaktionsprodukt CaCO3 angereicherte Stahlwerksschlacke, mit weiteren Bestandteilen aus der Stahlwerksschlacke angereichertes oder chemisch verbundene Karbonate, oder auch ein Gemisch hieraus, umfassen. Nicht zuletzt kann das Schlackengemisch selbstverständlich auch weitere Reaktionsprodukte, insbesondere aus Bestandteilen der Stahlwerksschlacke und CO2 umfassen.
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Dass CaCo3 sich in seiner porösen, schaumartigen Konsistenz als Schlackenschaum bildet, umfasst also, dass sich ein Schlackenschaum bildet, der neben CaCo3 auch weitere Bestandteile aufweist. Der Begriff des Schlackenschaums ist lediglich eine Bezeichnung, welche die poröse, schaumartige Konsistenz beschreibt.
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Dass sich CaCO3 als Schlackenschaum bildet, kann in einer Ausgestaltung derart verstanden werden, dass mindestens 30 Massen-% des Schlackenschaums aus CaCO3 besteht.
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Dass sich CaCO3 als Schlackenschaum bildet, kann in einer Ausgestaltung derart verstanden werden, dass mindestens 50 Massen-% des Schlackenschaums aus CaCO3 besteht.
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Je nachdem, welche zusätzlichen Bestandteile der Stahlwerksschlacke oder Reaktionsprodukte der Stahlwerksschlacke, insbesondere mit dem eingeleiteten CO2, ebenfalls in poröser, schaumartiger Konsistenz vorliegt, kann aber auch weniger als 30 % des Schlackenschaums aus CaCO3 bestehen.
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Nach Beendigung des Einleitens von CO2 in das Schlackengemisch wird ein Abkühlen des Schlackengemischs auf Umgebungstemperatur herbeigeführt, um die Bereitstellung des Schlackenschaums in einem festen Zustand und somit dessen gegebenenfalls gewünschte Weiternutzung zu ermöglichen.
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Als Folge der hohen Sauerstoffaffinität des Calciums und des in ungebundener Weise Vorliegens des CaOfrei mit seiner gegenüber allen oder – je nach Zusammensetzung der Stahlwerksschlacke – gegenüber einem Großteil der übrigen Bestandteile der Stahlwerksschlacke vorrangigen Neigung zur Reaktion mit CO2 erreicht das erläuterte Verfahren eine signifikante Verringerung des Anteils von CaOfrei in der so behandelten Stahlwerksschlacke gegenüber ihrer ursprünglichen Zusammensetzung. Da CaOfrei als Gefahrstoff klassifiziert und oberhalb gewisser Schwellwerte eine Weiterverwendung von CaOfrei aufweisenden Materialien aus Gründen des Umweltschutzes und/oder des Gesundheitsschutzes erschwert oder untersagt sein kann, stellt diese Verringerung des Anteils von CaOfrei einen weiteren Vorteil der dargelegten Entwicklung dar. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verringerung des Anteils von CaOfrei als Folge der Reaktion mit CO2 ergibt, ist die Vermeidung von Volumenschwund, der bei CaOfrei infolge von Hydratation auftritt und dessentwegen CaOfrei enthaltende Substanzen (z. B. LD-Schlacke) für viele Anwendungen, beispielsweise im Baubereich, ungeeignet sind. Der resultierende Schlackenschaum weist hingegen eine sehr gute Volumenstabilität auf, die für die Nutzung, beispielsweise im höherwertigen Baubereich, sehr vorteilhaft ist.
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Weiterhin kann der hergestellte Schlackenschaum im Festzustand vorliegend weiteren Einsatzzwecken zugeführt werden. Als volumenstabiler Feststoff mit poröser Struktur bietet sich für den Schlackenschaum neben der traditionellen Nutzung im Verkehrswegebau insbesondere auch eine Nutzung als innovativer Baustoff an, insbesondere als Baustoff mit wärmeisolierender Funktion, also als Füllmaterial oder Isolierstoff, letzteres auch als Dämmstoff bezeichnet, oder als Zuschlagsstoff für Beton. Dieser Aspekt der weiteren Nutzbarmachung der ursprünglichen LD-Stahlwerksschlacke ist insbesondere mit Hinblick auf eine Wirtschaftlichkeit des Verfahrens vorteilhaft. Ein weiterer Vorteilhafter Aspekt besteht darin, dass über die oben angeführte Reaktion CO2 in einem Festkörper, nämlich insbesondere dem im erstarrten Zustand als Festkörper vorliegenden CaCO3, in dem Schlackengemisch gebunden wird. In einer theoretischen Berechnung ergibt sich, dass 44,01 g CO2/(mol CaCO3) gebunden werden können; 1000 kg CaCO3 erlauben somit ein Binden von etwa 440 kg CO2. In anderen Prozessen, beispielsweise bei der Stahlherstellung, frei gewordenes CO2 kann somit mittels des beschriebenen Verfahrens zur Schlackenbehandlung gebunden werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass CO2 der Atmosphäre entzogen wird. Unabhängig von der weiteren Nutzung ergibt sich der Vorteil für den CO2-Gehalt der Atmosphäre, dass industrielle CO2-Freisetzungen kompensiert werden, weil die Bindung des CO2 in dem als Festkörper vorliegenden Schlackenschaum in dauerhafter und sichererer Weise erfolgen kann. Diese Art der CO2-Festlegung kann somit beispielsweise die Anstrengungen der Stahlindustrie zur Decarbonisierung unterstützen und damit ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz sein. Ein im Rahmen der Schlackenbehandlung sich ergebendes Produkt, insbesondere der volumenstabiler oder weitgehend volumenstabile, CaCO3 aufweisende, Schlackenschaum, kann beispielsweise im Baubereich eingesetzt werden. Bei weiterer Nutzung des Schlackenschaums, beispielsweise in der oben erläuterten Verwendung als Baustoff, ist die Bindung des CO2 ein zusätzlicher Vorteil, der bei entsprechender Vermarktung, gerade auch vor dem Hintergrund der in Deutschland eingeführten Steuerung von CO2-Emissionen über entsprechend zu erwerbende CO2-Zertifikate, in vorteilhafter Weise zusätzlich zu einer Wirtschaftlichkeit der Stahlherstellung beitragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Einleitevorrichtung eine Feuerfestlanze aufweist, mit der das CO2 im Tauchlanzenverfahren in die flüssige Stahlwerksschlacke eingeleitet wird. Mit der Verwendung der Feuerfestlanze geht der Vorteil einher, dass solche aufgrund der bei der Stahlherstellung üblichen Verwendung von Feuerfestlanzen leicht verfügbar sind. Aus demselben Grund liegt ein großer Erfahrungsschatz über die Verwendung einer Feuerfestlanze vor, auf den zurückgegriffen werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auslassöffnung der Einleitevorrichtung in einem unteren Drittel des Reaktionsbehälters positioniert wird und/oder dass die Einleitevorrichtung eine Mehrzahl von Auslassöffnungen aufweist, die über einen Querschnitt des Reaktionsbehälters örtlich zueinander versetzt angeordnet werden. Das Positionieren der Auslassöffnung in dem unteren Drittel des Reaktionsbehälters hat den vorteilhaften Effekt zu Folge, dass das gasförmig in die Stahlwerksschlacke eingeleitete CO2 bei seiner dichtebedingt herbeigeführten Bewegung nach oben hin einem großen Teil des in der Stahlwerksschlacke enthaltenen CaO als potentiellen Reaktionspartner zugeführt wird. Die dahingehende Ausgestaltung, dass eine Mehrzahl von Auslassöffnungen an der Einleitevorrichtung bereitgestellt ist, hat den Vorteil zur Folge, dass eine homogenere Verteilung des CO2 zur Bereitstellung als Reaktionspartner insbesondere für das in der Stahlwerksschlacke enthaltene CaO erfolgt. Als zweckmäßig ist beispielsweise die über den Querschnitt des Reaktionsbehälters vorgenommene örtlich zueinander versetzte Anordnung der Auslassöffnungen zu sehen. So kann beispielsweise eine Ringröhre vorgesehen sein, die an einem Ende der Einleitevorrichtung angeordnet ist und die entlang ihres Umfangs verteilt Auslassöffnungen vorsieht.
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Um eine weitere Homogenisierung der örtlichen Verteilung einer Reaktion von CO2 mit Bestandteilen der Stahlwerksschlacke zu erreichen, insbesondere mit in der Stahlwerksschlacke vorhandenem CaO, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Auslassöffnung während der Schlackenbehandlung bewegt wird. Bevorzugt erfolgt die Bewegung entlang geschlossener Schleifen, die sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Bewegungskomponente aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass in dem Reaktionsbehälter ein Rührer angeordnet ist.
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Als eine alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Förderung der möglichst umfassenden Zuführung von CO2 zu geeigneten in der Stahlwerksschlacke vorhandenen Reaktionspartnern kann gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass der Stahlwerksschlacke vor der Schlackenbehandlung und/oder während der Schlackenbehandlung ein Flussmittel zugeführt wird. Das Flussmittel führt zur Senkung der Viskosität der Stahlwerksschlacke und zu einer Förderung einer Diffusion von CO2 durch die Stahlwerksschlacke, wodurch weitere Reaktionsorte für das CO2 leichter erreichbar sind. Als Flussmittel kann beispielsweise Flussspat vorgesehen sein.
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In einer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass während der Schlackenbehandlung eine aktive Kühlung des Schlackengemischs erfolgt, um Reaktionswärme abzuführen. Da die Bildung von CaCO3 aus der Reaktion von CaO mit CO2 in exothermer Reaktion erfolgt, ist die Abfuhr von Reaktionswärme vorteilhaft, um einen kontrollierten Ablauf des Verfahrens zu bewerkstelligen.
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Somit kann zum einen ein Versagen des Reaktionsbehälters vermieden werden. Weiterhin kann auch eine optimale Reaktionstemperatur eingestellt werden. Es muss jedoch nicht notwendigerweise vorgesehen sein, dass die aktive Kühlung während des gesamten Vorgangs des Einleitens von CO2 erfolgt, sondern es kann auch nur zeitweise während des Einleitens von CO2 die aktive Kühlung erfolgen.
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Zur eingangs bereits erwähnten aktiven Kühlung des Schlackengemischs wird Reaktionswärme bevorzugt mittels eines an der Reaktionsbehälterwandung angeordneten Wärmeübertragers abgeführt. Beispielsweise kann die Reaktionsbehälterwandung doppelwandig ausgeführt sein und einen Hohlraum aufweisen, in dem eine Wärmetauscheranordnung angeordnet ist. Der Wärmetauscher kann hierbei vorteilhaft für eine Wärmerückgewinnung genutzt werden.
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Zur aktiven Kontrolle des Verfahrensablaufs kann gemäß einer beispielhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass das Verfahren geregelt ist mit einem CO2-Durchfluss als eine Stellgröße. Insbesondere kann der CO2-Durchfluss durch die Gesamtheit der Auslassöffnungen der Einleitevorrichtung geregelt werden. Der CO2-Durchfluss kann in besonders vorteilhafter Weise als Stellgröße genutzt werden, da die Zurverfügungstellung von CO2 für in dem Schlackengemisch erfolgende Reaktionen weitgehend unmittelbar auf Änderungen des CO2-Durchflusses reagieren. Hingegen sind weitere mögliche Stellgrößen, beispielsweise die Veränderung einer Wärmeabführrate oder die Veränderung des Schlackengemischs, mit höherer Trägheit in der Veränderung der entsprechenden Regelgrößen versehen, was jedoch bei geeigneter Auslegung nicht gegen deren alternative oder zusätzliche Nutzung spricht.
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In einer Ausbildung des Verfahrens kann eine Temperatur des Schlackengemischs eine Regelgröße sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Regelung mit einem Sollwert für die Temperatur erfolgt, wobei der Sollwert für die Temperatur in dem Bereich zwischen 500 und 900 Grad Celsius liegt. Bevorzugt liegt der Sollwert für die Temperatur in dem Bereich zwischen 600 Grad Celsius und 800 Grad Celsius. Besonders bevorzugt liegt der Sollwert für die Temperatur in dem Bereich zwischen 650 Grad Celsius und 750 Grad Celsius. Der Sollwert für die Temperatur in dem Bereich zwischen 650 Grad Celsius und 750 Grad Celsius stellt einen besonders vorteilhaften Kompromiss zwischen möglichst hoher CO2-Festlegung dar, die bei etwa 650 Grad Celsius stattfindet, sowie ausreichend niedriger Viskosität der Stahlwerksschlacke, die bei etwa 750 Grad Celsius vorliegt. Mit sinkender Temperatur erhöht sich die Viskosität der Stahlwerksschlacke mit dem Nebeneffekt, dass eine effiziente Zuführung von CO2 zur Reaktion mit Bestandteilen der Schlacke, insbesondere CaO, zunehmend erschwert wird. Bei weiter sinkender Temperatur besteht die Gefahr eines Erreichens eines Schwellwerts, an dem sich das Schlackengemisch oder zumindest Bestandteile und insbesondere bereits gebildetes CaCO3 in ihren festen Aggregatzustand umwandeln, wodurch eine weitere Reaktion und Durchführung des Verfahrens ohne eine Erhöhung der Temperatur des Schlackengemischs verunmöglicht würde. Dieser Schwellwert liegt bei etwa 500 Grad Celsius. Bei Temperaturen über 850 Grad Celsius werden die entstandenen oder ohnehin in dem Schlackengemisch befindlichen Carbonate, insbesondere Calciumcarbonate, zunehmend aufgelöst und es wird CO2 abgeben. Bei zu hoher Temperatur, insbesondere über 900 Grad Celsius, sinkt die chemische Stabilität von CaCO3, bevor bei weiter steigender Temperatur ein Schwellenwert erreicht wird, an dem keine Neubildung von CaCO3 mehr erfolgt oder gar eine Auflösung von CaCO3 erfolgt. Eine rasche Abkühlung auf eine Temperatur unter 600 Grad Celsius nach der CO2-Behandlung unterstützt die nachhaltige Festlegung in der Schlackenmatrix. Die Nutzung von in den oben angeführten Temperaturbereichen befindlichen Sollwerten führt zu einer Vermeidung dieser erläuterten Effekte und resultiert folglich in einer besonders vorteilhaften Durchführeng des beschriebenen Verfahrens.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Viskosität des Schlackengemischs eine Regelgröße ist. Mit der Nutzung der Viskosität als Regelgröße kann unmittelbar eine Prozessführung innerhalb von Parametern erreicht werden, welche die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Nutzung der Temperatur als Regelgröße erläutert wurden. Der als Regelgröße konkret genutzte Wert der Viskosität ist empirisch in Kenntnis der gegebenen Rahmenbedingungen, insbesondere der Zusammensetzung der verwendeten Stahlwerksschlacke, vor Durchführung des Verfahrens zu ermitteln.
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Weiterhin kann eine mehrdimensionale Regelung, insbesondere unter Verwendung von mindestens zwei Regelgrößen und/oder mindestens zwei Stellgrößen vorgesehen sein.
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Es kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass eine Überwachung eines in dem Reaktionsbehälter vorherrschenden Drucks erfolgt, und dass bei Erreichen eines Grenzdrucks eine automatische Abschaltung des Einleitens von CO2 in die Stahlwerksschlacke hinein erfolgt. Insbesondere kann eine Überwachung eines Absolutdrucks oberhalb der Oberfläche des Schlackengemischs vorgesehen sein. Eine Überwachung des Drucks führt zu dem Vorteil, dass ein Versagen des Schutzgehäuses vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein unkontrolliertes Entweichen von CO2 aus dem Reaktionsbehälter heraus infolge der Abschaltung des Einleitens von CO2 wirkungsvoll vermieden wird. Weiterhin zeigt das Ansteigen des Absolutdrucks eine zunehmende CO2-Sättigung des Schlackengemisches an mit dem Vorteil einer weiteren Kontrolle und Möglichkeit der Steuerung und/oder Regelung des Einleitens von CO2 in die Stahlwerksschlacke hinein. Um ein unkontrolliertes Entweichen von CO2 außerhalb der Stahlwerksschlacke beziehungsweise außerhalb des Schlackengemischs beim Ein- und Ausfahren der Lanze zu vermeiden, kann weiterhin vorgesehen sein, dass nach dem Bewegen der Einleitevorrichtung in die Stahlwerksschlacke hinein ein Spülen der Einleitevorrichtung mit einem, bevorzugt inerten, Spülgas, beispielsweise Stickstoff, erfolgt.
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Für eine Optimierung des Durchsatzes der Umwandlung von Stahlwerksschlacke in Reaktionsprodukte, insbesondere in CaCO3, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Reaktionsbehälter ein erster von zwei Reaktionsbehältern ist, dass bereits während der Schlackenbehandlung der zweite Reaktionsbehälter mit Stahlwerksschlacke gefüllt wird, und dass eine zweite Einleitevorrichtung in die im zweiten Reaktionsbehälter befindliche Stahlwerksschlacke hineinbewegt wird, um noch während oder unmittelbar nach der Schlackenbehandlung der in dem ersten Reaktionsbehälter befindlichen Stahlwerksschlacke mit einer Schlackenbehandlung der in dem zweiten Reaktionsbehälter befindlichen Schlacke zu beginnen.
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Insbesondere kann als Stahlwerksschlacke eine LD-Schlacke verwendet werden. Aufgrund der vorwiegenden Anwendung des LD-Verfahrens zur Stahlherstellung entsteht LD-Schlacke in großen Mengen, wodurch zum einen der Bedarf einer Weiterverwendung von LD-Schlacke gegeben ist, was zum anderen auch besonders positive Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des erläuterten Verfahrens erwarten lässt. Wegen des vergleichsweise hohen Anteils von CaOfrei an der LD-Schlacke von bis zu etwa 15 Massen-% ist das erläuterte Verfahren mit Hinblick auf die gewünschte Bildung von CaCO3 und der hiermit verbundenen dauerhaften Bindung von CO2 besonders geeignet.
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Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft im Festzustand vorliegenden Schlackenschaum, der nach dem erläuterten Verfahren hergestellt ist, und der als solcher gesondert beansprucht wird.
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Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft eine Verwendung des im Festzustand vorliegenden Schlackenschaums, der nach dem erläuterten Verfahren hergestellt ist als Füllmaterial, Betonzuschlag und/oder Isolierstoff. Allgemein kann eine Verwendung als vielfältiger Baustoff vorgesehen sein.
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Im Folgenden wird eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figur im Detail näher erläutert. Die Figur und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweilige Ausgestaltung zu lesen, dienen jedoch der Illustration einer beispielhaften Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.
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Es zeigt
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1: Eine beispielhafte Anordnung einer Vorrichtung, mittels der eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden kann und nachfolgend erläutert wird.
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1 ist ein Reaktionsbehälter 2 zu entnehmen, in dem bereits eine Stahlwerksschlacke 1 gefüllt ist. In der Stahlwerksschlacke 2 ist eine Feuerfestlanze 5 befindlich, die Bestandteil einer Einleitevorrichtung 3 ist. Die Feuerfestlanze 5 ist über eine Gasleitung 6 an einen CO2-Behälter 10 angeschlossen. Die Feuerfestlanze 5 weist neben einer Auslassöffnung 4 noch die Auslassöffnungen 4‘ und 4‘‘ auf. In der gezeigten Ausbildung ist jede der Auslassöffnungen 4, 4‘, 4‘‘ in einem unteren Drittel des Reaktionsbehälters 2 positioniert. Bei einem Füllstand des Füllbehälters 2, der der maximalen Füllhöhe entspricht, ist hierdurch dafür gesorgt, dass bei einem Einleiten von CO2 aus den Auslassöffnungen 4, 4‘, 4‘‘ heraus ein hoher Anteil der in dem Reaktionsbehälter 2 befindlichen Stahlwerksschlacke als Reaktionspartner für das CO2 zur Verfügung steht. In der gezeigten Ausgestaltung sind die Auslassöffnungen 4‘ und 4‘‘ konzentrisch um die Längsachse der Feuerfestlanze 5 positioniert, sodass in der gezeigten Positionierung der Feuerfestlanze 5 eine Verteilung der Auslassöffnungen 4, 4‘, 4‘‘ in örtlicher Versetzung zueinander über den Querschnitt des Reaktionsbehälter 2 vorliegt. Der Reaktionsbehälter ist in einem Schutzgehäuse 9 eingehaust, um ein Entweichen von Reaktionsprodukten und/oder von CO2 in die Umwelt zu vermeiden. In dieser Konstellation wird neben einem gewünschten Schutz der Umwelt inklusive im Umfeld befindlicher Lebewesen auch eine Überwachung eines Drucks in dem Schutzgehäuse 9 ermöglicht. So ist vorgesehen, dass mittels eines Druckmessers bei Überschreiten eines für die Integrität des Schutzgehäuses 9 kritischen Schwellenwertes eine Abschaltung des Einleitens von CO2 in die Stahlwerksschlacke hinein erfolgt. Zur Auswechslung von aufgrund ihrer starken Beanspruchung degradierten Feuerfestlanzen stehen Wechsellanzen 7 zur Verfügung, gegen welche die zuvor verwendete Feuerfestlanze 5 mittels einer Wechselvorrichtung 8 bei Bedarf auswechselbar ist.
