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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung
von rostfreien Stahlschlacken.
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Genau
wie die konventionellen, nicht rostfreien Stahlschlacken enthalten
die Schlacken, die aus der Produktion von rostfreiem Stahl stammen,
hauptsächlich
Calciumoxid (CaO) und Siliziumoxid (SiO2).
Für die Produktion
von rostfreiem Stahl wird weiters zusätzlich Chrom verwendet. Für martensitische
Arten von rostfreiem Stahl beträgt
der Chromgehalt zum Beispiel etwa 13%, für rostfreien Stahl ferritischer
Art etwa 17,5% und für
austenitische Arten von rostfreiem Stahl etwa 17,5–18%. Austenitische
Arten von rostfreiem Stahl enthalten darüber hinaus zusätzlich etwa
9 bis 12% Nickel. Für
die Produktion von rostfreiem Stahl wird weiters üblicherweise
Calciumfluorid verwendet, das insbesondere zugefügt wird, um die Schlacken flüssig zu
halten.
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Im
Gegensatz zu Schlacken von konventionellem Stahl enthalten rostfreie
Stahlschlacken folglich von einem umwelthygienischen Standpunkt
aus betrachtet problematische Mengen von Chromoxid (Cr2O3) und möglicherweise
von Nickeloxid und/oder Fluoriden. Da diese schädlichen Substanzen aussickern
können,
war es bis heute angezeigt, und nach manchen Gesetzgebungen sogar
verpflichtend, die rostfreien Stahlschlacken unter kontrollierten
Bedingungen als Abfall aufzuhalden. Das Sickerwasser des aufgehaldeten
Abfalls musste dann natürlich
gesammelt und bei Bedarf geklärt
werden.
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Die
Erfindung bezieht sich nun insbesondere auf ein Verfahren zur Behandlung
von rostfreien Stahlschlacken, die von einem umwelthygienischen
Standpunkt aus betrachtet am problematischsten sind, nämlich jene,
die zusätzlich
zu Calciumoxid (CaO), Siliziumoxid (SiO2),
Eisenoxid (Fe2O3),
und Chromoxid (Cr2O3)
weiters Nickeloxid (NiO) und/oder Fluoride enthalten. Wie sich im
Folgenden zeigen wird, sickern Chrom und Fluoride tatsächlich in
den größten Mengen
aus. Auch Nickeloxid sickert aus, wobei dieses Nickel darüber hinaus, wie
oben beschrieben, an einen hohen Chromgehalt gekoppelt ist.
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Die
Erfindung hat nun das Ziel, ein neues Verfahren zur Behandlung von
solchen rostfreien Stahlschlacken zu bieten, durch das diese umwelthygienischen
Probleme vermieden oder gelöst
werden können
und das es insbesondere ermöglicht,
diese Stahlschlacken als ein (sekundäres) Rohmaterial zu verwenden.
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Zu
diesem Zweck ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die rostfreien Stahlschlacken in Partikel gebrochen werden,
welche eine Größe von zwischen
0 und x mm haben, wobei x ein Wert kleiner oder gleich 60 ist; zumindest
ein Teil dieser gebrochenen Stahlschlacken wird in eine härtbare Matrix
eingebettet, um Asphalt zu produzieren, der die Partikel der Stahlschlacken
in gebundenem Zustand enthält;
bevor die rostfreien Stahlschlacken in die erwähnte Partikelgröße gebrochen
werden, werden sie optional einem Separationsschritt unterzogen,
bei dem größere Fragmente
mit einem Durchmesser von mindestens 60 mm daraus entfernt werden;
und wenn alle Fragmente der rostfreien Stahlschlacken mit einem
Durchmesser von über
60 mm während
des erwähnten
Separationsschrittes daraus entfernt wurden, werden die rostfreien
Stahlschlacken während
des erwähnten
Brechvorgangs in Partikel gebrochen, die eine Größe zwischen 0 und x mm haben,
wobei x ein Wert kleiner als 60 ist.
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Es
wurde beobachtet, dass die anwesenden Fluoride und Nickel- und Chromoxide
in Bezug auf ein möglicherweise
zu starkes Aussickern kein Problem mehr darstellten, darüber hinaus
wiesen die Partikel der so gebrochenen rostfreien Metallschlacken
die erforderte Steifheit auf, um in Asphalt angewendet zu werden. Es
wurde weiters festgestellt, dass die gebrochenen rostfreien Stahlschlacken
eine ziemlich kubische Form und eine ausgewogene Kornzusammensetzung
hatten, sodass Asphalt mit einer relativ hohen Druckfestigkeit produziert
werden kann. Darüber
hinaus haben die gebrochenen rostfreien Stahlschlacken verglichen
mit konventionellen Stahl- oder Eisenschlacken einen geringeren
freien Kalkgehalt und schwellen somit weniger an, sodass sie viel
besser für
die Anwendung in Asphalt geeignet sind.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung werden die rostfreien Stahlschlacken
in Partikel gebrochen, die eine Größe von zwischen 0 und x mm
haben, wobei x ein Wert über
10 mm ist, oder mit anderen Worten, die rostfreien Stahlschlacken
werden so gebrochen, dass sie Partikel umfassen, die größer als
10 mm sind, wobei kleinere Partikel natürlich auch vorhanden sind,
es sei denn, diese werden nachträglich
ausgesiebt.
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Ein
Vorteil solcher größerer Partikel
besteht darin, dass deren Komponenten, verglichen mit kleineren Partikeln,
in geringerem Maße
Aussickern unterworfen sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass vor allem die Verwendung dieser gröberen Partikel Asphalt mit
einer hohen Druckfestigkeit versehen kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung
werden die gebrochenen Stahlschlacken mit Wasser in Kontakt gebracht,
zumindest wenn sie einen freien Kalkgehalt von mehr als 1 Gew.-%
aufweisen, bis ihr freier Kalkgehalt höchstens 1 Gew.-% beträgt.
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So
wird das Anschwellen der Stahlschlacken bei Kontakt mit Feuchtigkeit
auf ein Ausmaß reduziert, das
in Asphalt keine Probleme mehr verursacht.
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Vorzugsweise
werden die rostfreien Stahlschlacken in Partikel gebrochen, die
eine Größe von zwischen
0 und x mm haben, wobei x ein Wert kleiner oder gleich 30 mm und
vorzugsweise kleiner oder gleich 20 mm ist.
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Auf
diese Art wird ein Material mit guten, homogenen mechanischen Eigenschaften
erreicht. Darüber hinaus
ist es im Falle solcher Partikelgrößen einfacher, den freien Kalk
zu neutralisieren, um das Anschwellen der Stahlschlacken unter Einwirkung
von Feuchtigkeit zu reduzieren. Ferner kann eine größere Menge
von Metallresten, die sich noch in den Stahlschlacken befinden,
daraus rezykliert werden.
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Zum
Brechen der rostfreien Stahlschlacken wird vorzugsweise ein Schlagbrecher
verwendet.
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Es
wurde festgestellt, dass durch diese Brecherart eine bessere Kubizität der Partikel
sichergestellt werden kann.
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In
einer besonderen Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung werden die rostfreien Stahlschlacken
durch Sieben, vorzugsweise durch ein Siebverfahren, in zumindest
zwei verschiedene Fraktionen getrennt. Diese verschiedenen Fraktionen
können
dann in Abhängigkeit
vom Asphalt verwendet werden, der hergestellt werden soll.
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Andere
Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung einiger besonderer Ausführung des Verfahrens nach der
Erfindung und der gebrochenen rostfreien Stahlschlacken, die dadurch
erhalten werden, deutlich werden. Diese Beschreibung ist nur ein
Beispiel und soll den Zweck der Erfindung nicht einschränken.
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Die
Erfindung bezieht sich also im Allgemeinen auf ein Verfahren zur
Behandlung von Schlacken, die in der Herstellung von rostfreiem
Stahl anfallen.
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Die
Produktion von rostfreiem Stahl erfolgt normalerweise in drei Phasen,
wobei in jeder Phase Schlacken anfallen. Das sind zum Beispiel Elektroofenschlacken,
Konverterschlacken und Schlacken aus dem VOD-Verfahren (Vacuum Oxidising
Decarburation), in Mengen von zum Beispiel respektive etwa 8 Gew.-%,
14 Gew.-% und 3 Gew.-%, wobei etwa 5 Gew.-% Schutt üblicherweise
weiter ausgeschieden werden. In jedem dieser Fälle ist die Schlacke auf Grundlage
von verbranntem Kalk (CaO) zusammengesetzt. Dieser Kalk bildet eine
geschmolzene Schutzschicht auf dem Bad und schützt so den heißen Stahl
vor Oxidation. Darüber
hinaus absorbiert der Kalk Oxide und Unreinheiten, sodass eine Mischung
aus CaO und Metalloxiden (von Übergangsmetallen)
produziert wird. In der letzten Phase werden die nicht feuerfesten
Oxide um metallisches Si reduziert, sodass hauptsächlich eine
Mischung von 2CaO·SiO2 mit geringen Mengen von inerten Oxiden
und etwas Schwefel und/oder Phosphor produziert wird. Um die Reduktionsreaktion
ruhig ablaufen zu lassen, wird Flussspat (CaF2)
zugesetzt, wodurch die Schlacke flüssig gemacht wird. Eine typische
Analyse der produzierten Schlacken sieht folgendermaßen aus:
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Aus
Analysen zeigte sich, dass die Schlacken, die in den verschiedenen
Phasen produziert werden, eine ähnliche
Zusammensetzung aufweisen.
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Die
Elektroofenschlacke, die in einem elektrischen Schmelzofen für rostfreien
Stahl produziert wird, umfasst insbesondere vor allem CaO, MgO und
SiO2. Darüber hinaus enthält sie Elemente,
die durch Oxidation jener Elemente entstehen, die im Eisenschrott anwesend
sind, nämlich
FeO, Cr2O3, NiO
und Al2O3. Weiters
können
auch geringen Mengen von Unreinheiten wie ZnO, PbO, TiO2 und
CuO anwesend sein.
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Die
Konverterschlacke bildet sich während
des Raffinierens der rostfreien Stahlschmelze, indem Sauerstoff
eingeblasen wird, wobei der Kohlenstoffgehalt durch diesen Sauerstoff
von höchstens
2,5% auf etwa 0,3% gesenkt wird. Im Prinzip hat sie dieselbe Zusammensetzung
wie die Elektroofenschlacke. Wegen der besseren Reduzierung ist
der Gehalt an Elementen aus Nichteisenlegierungen jedoch substanziell
niedriger.
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Die
Schlacke aus dem VOD-Verfahren wird durch Raffinieren (Einblasen
von Sauerstoff) unter Vakuum erhalten, wodurch eine weitere Reduzierung
des Kohlenstoffgehalts erzielt wird, insbesondere auf etwa 0,05%.
Wegen der sogar noch besseren Reduzierung als bei Konverterschlacke
enthält
diese Schlacke nahezu keine Nichteisenelemente mehr. Es wurde beobachtet,
dass der Gesamtgehalt an Cr in der Elektroofenschlacke signifikant
höher ist
als der in der VOD- und der Konverterschlacke.
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In
der Praxis werden die gemischten rostfreien Stahlschlacken durch
Zangen und hydraulische Bruchhämmer
auf Maschinen oder Kränen
in Stücke
und Brocken mit Größen von
zwischen 0 und höchstens
2000 mm gebrochen. Die metallischen Metallteile, die in den so gebrochenen
Stahlschlacken anwesend sind, werden manuell entfernt. Das rezyklierte
Metallmaterial, das ausreichend rein ist, wird wieder in die Produktion
aufgenommen.
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Nach
der Erfindung werden die grob gebrochenen Stahlschlacken, aus denen
die größten metallischen
Metallteile vorzugsweise bereits entfernt wurden, weiter auf eine
Partikelgröße gebrochen,
die hauptsächlich
kleiner als höchstens
etwa 60 mm ist, was in einem oder mehreren Schritten, mit anderen
Worten Brechprozessen, getan werden kann. Es ist klar, dass die
meisten der Partikel nach den durchgeführten Brechprozessen die erforderliche
Partikelgröße haben
werden, dass aber immer eine Anzahl größerer Partikel übrig bleiben
wird, die jedoch ausgesiebt und möglicherweise erneut gebrochen
werden können.
Wie im Folgenden beschrieben, muss die Masse der rostfreien Stahlschlacken
nicht als solche gebrochen werden, sondern ist es auch möglich, größere Fragmente
davor daraus zu entfernen, insbesondere durch Sieben.
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Zum
Brechen der groben Stahlschlackenstücke können verschiedene Brecherarten
wie Schlagbrecher, Hammerbrecher, konische und Rotationsbrecher
und Backenbrecher eingesetzt werden, wobei, zumindest in einer ersten
Phase, deutlich ein Backenbrecher mit Antiblockiersystem bevorzugt
wird, da damit eine hohe Effizienz erreicht werden kann und da dieser
Brecher das harte Material am besten aushält. Dieser Backenbrecher wird
vorzugsweise eingesetzt, um die Stahlschlacken in Fragmente von
bis zu beispielsweise höchstens
300 mm zu zerkleinern. Das ändert
nichts an der Tatsache, dass – außer für die Probleme
eines möglichen
Hammerbruchs – ein
Schlag- oder Hammerbrecher dieselbe Effizienz erreicht und sogar
qualitativ mehr und besser geeignetes Produkt liefert, mit anderen
Worten eine bessere Kornbildung (Würfel), und sogar die Möglichkeit
bietet, direkt die gewünschte
Partikelgröße von 0
bis etwa 60 mm zu erreichen. Möglicherweise wird
der Rest über
60 mm nach dem Sieben weiter gebrochen, bis die gesamte Masse auf
eine Partikelgröße von bis
zu etwa höchstens
60 mm zerkleinert wurde.
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Für die abschließende Zerkleinerung
auf eine Partikelgröße von etwa
höchstens
60 mm können
dieselben Brecherarten verwendet werden, aber in diesem Fall wird
deutlich ein Schlagbrecher vorgezogen. Nach der Erfindung wurde
tatsächlich
festgestellt, dass durch einen Schlagbrecher die Metallreste (etwa
1 bis 20% der gebrochenen Stahlschlacken), die noch stets anwesend
sind, darüber
hinaus durch die Schläge
u.a. vom Kalkstein getrennt werden und dass durch diese Brecherart
eine bessere Kubizität
der Partikel sichergestellt werden kann, wodurch effizientere Anwendungsmöglichkeiten
gewährleistet
sind.
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Nach
dem Brechen der Stahlschlacken können
sie zum Beispiel durch einen oder mehrere Siebschritte in verschiedene
Fraktionen getrennt werden, darüber
hinaus ist es zum Beispiel möglich,
die größte Fraktion oder „Übergröße" erneut zu brechen.
Ein solcher Siebvorgang kann also bereits erfolgen, bevor die gewünschte Partikelgröße erreicht
ist.
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Nach
dem Brechen der Stahlschlacken werden vorzugsweise weitere Metallreste
auch weiter daraus entfernt, mit anderen Worten rezykliert, die
als Grundstoff für
u.a. die Produktion von neuem rostfreiem Stahl bestimmt sind. Das
kann visuell und manuell und/oder durch automatische und/oder mechanische
Systeme getan werden. So können
zum Beispiel magnetische Separiersysteme eingesetzt werden und zwar
je nach der gebrochenen Fraktion, die zu behandeln ist und die insbesondere
durch einen oder mehrere Siebschritte erhalten werden kann. Für die gröberen Fraktionen
wird vorzugsweise ein Überbandmagnet
eingesetzt, für
die feineren Fraktionen ein Kopfwalzenmagnet und für die Fraktionen
von zum Beispiel 0 bis 7 mm ein Rohrmagnet. Neben magnetischen Separiersystemen
können
für die
nicht magnetischen Metallfraktionen, einschließlich Nickel und Chrom, auch
Induktionsstromsysteme, also Wirbelstromsysteme (Foucault oder Eddy
Current), mit einer Überband-,
Kopfwalzen- oder auch „Rohr"installation verwendet
werden und auch Siebsysteme zur Vermeidung von verschmutzten Abwässern, vorzugsweise
trockene Siebsysteme auf Grundlage von Schwerkraft und/oder Luft
und Rüttlersysteme.
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Der
Einsatz dieser Separiersysteme ermöglicht die Wiederverwertung
von durchschnittlich 1 bis 20% der Stahlfragmente aus dem grob gebrochenen
Material und die Rückführung davon
in das grundlegende Produktionsverfahren von rostfreiem Stahl. Es
ist deutlich, dass die Schlackenmenge dadurch reduziert wird. Mit anderen
Worten, die metallischen Teile können
als wertvoller Rohstoff für
die Produktion von rostfreiem Stahl wiederverwertet werden, wobei
das verbleibende Material, wie im Folgenden nach der Erfindung beschrieben werden
wird, als Steingranulat und/oder Zementaggregat (= zur Verwendung
als Rohstoff für
Zement) verwendet wird.
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Angesichts
der Tatsache, dass die Schlacken nach der Erfindung feiner gebrochen
werden, wird eine größere Fläche dieser
Schlacken exponiert, sodass es ein größeres Risiko für das Aussickern
von schädlichen Substanzen
gibt, insbesondere von Cr2O3,
NiO und F–.
Um das zu vermeiden, werden die Partikel der gebrochenen Schlacken
nach der Erfindung aneinander gebunden, um eine formbeständige Masse,
insbesondere Asphalt, zu bilden, die die Partikel der gebrochenen
Stahlschlacken in gebundenem Zustand enthält. Zu diesem Zweck wird eine
härtbare
Matrix zur Herstellung von Asphalt mit den gebrochenen rostfreien
Stahlschlacken verwendet. Als Alternative, die nicht mit der vorliegenden
Erfindung wie beansprucht in den beiliegenden Patentansprüchen übereinstimmt,
kann die härtbare
Matrix auch auf einem hydraulischen Bindemittel wie Zement, Flugasche
und/oder einer Feinfraktion der gebrochenen Stahlschlacken und/oder
einem synthetischen Material, zum Beispiel thermoplastischem Abfallplastik,
basieren. Im Allgemeinen werden die gebrochenen Schlacken in so
genannten geformten Anwendungen eingesetzt, um das schädliche Aussickerverhalten
der zerkleinerten Fragmente zu neutralisieren.
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Eine
erste Ausführung,
die nicht mit dem Verfahren nach der Erfindung übereinstimmt, besteht darin, dass
Zement als hydraulisches Bindemittel verwendet wird. Dieser Zement
kann zum Beispiel dazu verwendet werden, eine Feinfraktion der gebrochenen
Schlacken zu binden, die eine besondere Größe von zum Beispiel 0 bis 3–4 oder
5 mm hat, um eine Stabilisierungsschicht zu bilden, die bei der
Aufnahme von Feuchtigkeit aus dem Boden oder bei Befeuchtung mit
Wasser aushärtet.
Darüber
hinaus kann auch eine gröbere
Fraktion der gebrochenen Schlacken angewendet werden, möglicherweise
in Kombination mit Sand anstelle mit der erwähnten Feinfraktion. Durch Hinzufügen von
Wasser und der erforderlichen Menge von Zement, in Kombination mit
natürlichem
und/oder rostfreiem Stahlsand, ist es darüber hinaus möglich, Beton
aus den gebrochenen Schlacken herzustellen. Natürlich können dann auch die üblichen
Rohstoffe von Beton wie Sand (sowohl natürlicher als auch synthetischer
Sand aus industriellen Prozessen, zum Beispiel Metamix® und
Pyrit) und (Maas-)Kies oder gebrochener Kalkstein und Ähnliches
verwendet werden. Nach der Erfindung stellen die gebrochenen Stahlschlacken
also einen wertvollen alternativen Rohstoff zum Ersatz dieser Materialien
dar, und das natürlich
in Abhängigkeit
von der Partikelgröße der verwendeten
Fraktion. Das gilt sowohl für
die Produktion von Beton als auch, in Übereinstimmung mit dem Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung, für die Produktion von Asphalt
(einschließlich
Füllstoff)
oder von durch Kunststoff gebundenen Materialien oder auch für die Herstellung
von Aggregat in Beton-, Bau- und Fugenmörteln.
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Nach
der Erfindung wurde insbesondere festgestellt, dass die gebrochenen
Stahlschlacken, und vor allem die gröbere Fraktion davon, ausgezeichnete
mechanische Eigenschaften u.a. in Bezug auf Härte (Straßenschotter Metallklasse S1
nach PTV) hatten und dass sie eine ziemlich kubische oder runde
Form hatten und somit, im Gegensatz zu anderen, flacheren Materialien,
wie zum Beispiel „Sandstein-Straßenschottermaterial", sehr geeignet für den Einsatz
insbesondere in Beton oder Asphalt sind, vor allem angesichts ihrer
ausgeglichenen Kornzusammensetzung. Die Härte und die kubische Kornform
führen
dazu, dass das Material sich besonders gut für beispielsweise Deck- und/oder Verschleißschichten
im Straßenbau
eignet. Aus Tests ging hervor, dass auf der Grundlage von gebrochenen
Stahlschlacken Beton hergestellt werden kann, dessen spezifisches
Gewicht etwas höher
als das spezifische Gewicht eines gleichen Betons auf der Grundlage
von Kies ist, nämlich
etwa 2500 kg/m3 anstelle von etwa 2350 kg/m3, dessen Druckfestigkeit aber etwa 1,5 Mal
so hoch sein kann. Bindungstests an Zement, bei denen Waschwasser
von den Stahlschlacken und konventionelles Wasser verwendet wurden,
haben gezeigt, dass das Material, das von den Stahlschlacken stammt,
eine schnellere Bindung bietet. Somit weisen die gebrochenen Stahlschlacken
selbst auch intrinsische hydraulische Bindungseigenschaften auf.
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Somit
ist es möglich,
die Feinfraktion der gebrochenen Stahlschlacken, die beispielsweise
eine Korngröße von 0
bis 4 mm haben, in Kombination mit einem gröberen Granulat zu verwenden,
um ein hydraulisches Mischgranulat zusammenzusetzen, das aushärtet, wenn
es in Kontakt mit Wasser kommt und wenn es vorzugsweise verdichtet
wird. Mit anderen Worten, diese Feinfraktion kann also als Zementaggregat
verwendet werden. Das gröbere
Granulat kann durch die gröbere
Fraktion der gebrochenen Stahlschlacken und/oder durch ein anderes
Granulat wie zum Beispiel Kies, gebrochenen Kalkstein, Beton- und Steinschutt
usw. gebildet werden. Aus umwelthygienischen Überlegungen muss der Einsatz
einer Kombination des Schlackengranulats mit dem gebrochenen Steinmaterial
vorgezogen werden, weil so das Aussickern weiter eingeschränkt wird,
insbesondere das Aussickern von Fluoriden. Gebrochener Steinschutt
kann zum Beispiel mit 5 bis 20% rostfreien Stahlschlacken gemischt
werden, die in eine ähnliche
oder kleinere Partikelgröße gebrochen
wurden. Das hydraulische Mischgranulat kann automatisch erzielt
werden, wenn die Stahlschlacken ausreichend fein gebrochen werden,
oder kann aus zuvor ausgesiebten Fraktionen zusammengesetzt werden.
Es kann zum Beispiel als Stabilisierungsschicht unter Straßen oder Ähnlichem
eingesetzt werden, wobei es natürlich verdichtet
und mit Wasser oder Feuchtigkeit in Kontakt gebracht wird, um die
formbeständige
harte Masse zu bilden, in der die schädlichen Elemente gebunden werden.
Mit oder ohne zusätzliches
Bindemittel wie Zement, Flugasche, Asphalt oder Kunststoff kann
so eine ausreichende Härte
erreicht werden, insbesondere eine Härte von zum Beispiel mindestens
2 MPa.
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Wie
schon im Vorangegangenen besprochen werden die rostfreien Stahlschlacken
nach der Erfindung in eine Partikelgröße von etwa höchstens
60 mm gebrochen. So wird eine recht homogene Mischung erzielt, deren
Partikel oder Steinchen ziemlich identisch sind und zum Beispiel
eine substanziell identische Härte
und Porosität
haben. Beim Brechen, insbesondere mit dem Schlagbrecher, wurde tatsächlich beobachtet,
dass die poröseren
oder weniger harten Partikel feiner gebrochen wurden, möglicherweise
sogar bis zu Sand, sodass die größeren Partikel
homogenere Eigenschaften aufwiesen. Diese Wirkung ist noch ausgesprochener,
wenn die Stahlschlacken in eine Partikelgröße von etwa 30 mm gebrochen
werden, wobei der Fall am stärksten
vorzuziehen ist, in dem die Stahlschlacken in eine Partikelgröße von etwa
0 bis höchstens
20 mm gebrochen werden. Von den so gebrochenen Stahlschlacken kann
die erforderliche Fraktion dann je nach den gebundenen Anwendungsmodalitäten oder
den Mischgranulatmöglichkeiten
ausgesiebt werden.
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Das
Brechen der rostfreien Stahlschlacken ist nicht nur wichtig, um
ein Material mit guten, homogenen mechanischen Eigenschaften zu
erzielen, sondern ist auch wichtig, um, wenn die Stahlschlacken
einen zu hohen Gehalt an freiem Kalk aufweisen, diesen Kalk ausreichend
mit Wasser zu neutralisieren. Es wurde nämlich beobachtet, dass dieser
freie Kalk später,
nach einer langen Exposition mit Feuchtigkeit, anzuschwellen beginnt
und so Verformungen zum Beispiel in einer Betonfahrbahndecke verursachen
kann, in der die gebrochenen Stahlschlacken verarbeitet wurden.
Obwohl die Menge an freiem Kalk, die anwesend ist, stark variieren kann,
ist das bei den rostfreien Stahlschlacken, die im Verfahren nach
der Erfindung verwendet werden, viel weniger häufig der Fall als bei den konventionellen
Stahl- oder Eisenschlacken, die dadurch nicht direkt und unmittelbar
für den
Einsatz als alternativer Rohstoff in Betonprodukten geeignet sind,
und die gebrochenen Stahlschlacken sind nach der Erfindung vorzugsweise
einem Reifungsprozess von mindestens 3 Wochen zu unterziehen, zum
Beispiel einen Monat lang, wobei die gebrochenen Stahlschlacken
während
dieses Prozesses mit Wasser in Kontakt gebracht werden, um den freien
Kalk maximal zu neutralisieren. Zu diesem Zweck können die
gebrochenen Stahlschlacken mit Wasser besprüht werden oder möglicherweise
in einem Wasserbad gelagert werden. Der Reifungszeitraum wird vorzugsweise
der festgestellten Menge an freiem Kalk angepasst. Die gebrochenen
Stahlschlacken bekommen vorzugsweise so lange Zeit für diese
Reifung, bis der freie Kalkgehalt bis zu höchstens 1 Gew.-% und vorzugsweise
höchstens
0,1 Gew.-% beträgt.
Im Hinblick auf die Neutralisierung des freien Kalks ist für die Herstellung
von Beton vorzugsweise eine feinere Fraktion von gebrochenen Stahlschlacken
zu verwenden, zum Beispiel eine Fraktion 0–40, die aus diesen gebrochenen
Stahlschlacken ausgesiebt wurde.
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Schließlich wird
nach der Erfindung die Möglichkeit
geboten, größere Fragmente
aus den teilweise gebrochenen Stahlschlacken zu entfernen, insbesondere
durch Sieben, da festgestellt wurde, dass die schädlichen
Substanzen, die anwesend sind, in diesen größeren Fragmenten auch besser
gegen Aussickern geschützt
sind. Zu diesem Zweck haben diese größeren Fragmente vorzugsweise
einen Durchmesser von mehr als mindestens 60 mm. Es ist klar, dass
umso weniger Aussickern stattfindet, je größer der Durchmesser ist. Die
größeren Fragmente
werden vorzugsweise aus jenen rostfreien Stahlschlacken entfernt,
die die geringste Menge an schädlichen
Substanzen enthalten, wobei insbesondere die Konverterschlacken
oder möglicherweise
die VOD-Schlacken bevorzugt werden, die jedoch einen etwas höheren Nickelgehalt
aufweisen. Die Elektroofenschlacken hingegen sind wegen ihres beträchtlich
höheren
Chromgehalts weniger geeignet. Die entfernten größeren Fragmente können als
monolithischer Stein für
Bau- und/oder Verstärkungsarbeiten
verwendet werden, wobei vor allem Anwendungen in Wasser in Betracht
gezogen werden, zum Beispiel Anwendungen wie Ufer- oder Deichverstärkung oder
als Basis für
Pfeiler von Brücken
und Ähnlichem.
In dieser Anwendung werden die Steine normalerweise in Stahlnetzen
zusammengehalten.
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Wenn
alle Fragmente mit einem Durchmesser von mehr als 60 mm vorab entfernt
sind, ist es für
die geformten Anwendungen der verbleibenden kleineren Fraktionen
der rostfreien Stahlschlacken nach der Erfindung noch immer wichtig,
diese einem Brechprozess zu unterziehen, da die Eigenschaften der
Partikel, wie oben beschrieben, dadurch homogener werden und für die Anwendung
in zum Beispiel Beton oder Ähnlichem von
besserer Qualität
sind.
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Zusammenfassend
können
die gebrochenen rostfreien Stahlschlacken in allen Arten von geformten Anwendungen
verwendet werden, wobei die Partikel der gebrochenen Stahlschlacken
in eine härtbare
Matrix eingebettet sind, und nach der Erfindung insbesondere in
Asphalt verwendet werden, sodass die schädlichen Elemente nicht länger Probleme
mit Aussickern verursachen.
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Sickertests
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Das
Sickerverhalten der gebrochenen Stahlschlacken als solches wurde
untersucht, insbesondere nach den Anweisungen von Art. 109 der belgischen
Vlarem II-Gesetzgebung.
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Eine
Mischung der drei Arten von rostfreien Stahlschlacken wurde in eine
Partikelgröße von 0–20 mm gebrochen,
wovon die Fraktion 4–7
mm anschließend
ausgesiebt wurde. Diese Fraktion wurde 64 Tage lang bei Raumtemperatur
in ein 10 Mal größeres Volumen
an demineralisiertem Wasser eingetaucht, das durch Salpetersäure auf
einen pH-Wert von 4,0 angesäuert
wurde, wonach die verschiedenen Parameter wie dargestellt in Tabelle
1 unten gemessen wurden.
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TABELLE
I Sickerverhalten
der gebrochenen Mischung von rostfreien Stahlschlacken
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Aus
dieser Tabelle geht hervor, dass insbesondere Chrom und Fluorid
Probleme durch Aussickern verursachen, was in anderen Tests bestätigt wurde,
nämlich
in Tests nach dem in CEN/TC292/WG2 (European compliance test for
granular waste) entwickelten Verfahren, das ein Sickertest in zwei
Schritten ist, insbesondere ein modifizierter DIN 38414-S4 Test.
Aus diesen letzten Tests ging für
eine andere Probe von gebrochenen rostfreien Stahlschlacken hervor,
dass die Versickerbarkeit für
Chrom durchschnittlich 2,2 mg/kg und für Fluorid 90 mg/kg betrug,
während
die Versickerbarkeit von Nickel unter 0,24 mg/kg lag. Daher verursachen
vor allem Chrom und Fluorid, in nicht gebundenem Zustand, Probleme
in Bezug auf die Versickerbarkeit.
