TY - JOUR
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Feldmann, Ines
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
T1 - Tantalrecycling aus pyrometallurgischen Rückständen
N2 - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung eines bestehenden pyrometallurgischen Prozesses zur Rückgewinnung von Tantal und Niob aus metallurgischen Reststoffen mit vorwiegend niedriger Wertstoffkonzentration.
Zur näheren Erforschung der im vorliegenden Stoffsystem ablaufenden Reduktionsprozesse wurden in einem Elektrolichtbogenofen Schmelzversuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Als Reduktionsmittel diente Koks, welcher mithilfe einer Argon-gespülten Eisenlanze in die flüssige mineralische Schmelze eingebracht wurde. Während der Reduktionsbehandlung werden Refraktärmetalle wie Tantal und Niob in ihre Carbide überführt und anschließend in der erschmolzenen eisenbasierten Metallphase am Boden des Reaktors angereichert. Neben Tantal und Niob gelangt auch ein Teil des im Einsatzmaterial enthaltenen Titans als unerwünschtes Begleitelement in die Metallphase.
Sein Großteil verbleibt jedoch als Oxid in der Schlacke und wird dort hauptsächlich im Mineral Perowskit (CaTiO3) gebunden. Die erstarrten Schlackeproben wurden mit verschiedenen Methoden wie Röntgenfluoreszensanalyse, Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht, um die Bildung tantalhaltiger Mineralphasen zu verschiedenen Stadien des Reduktionsprozesses zu verfolgen.
Die hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass weniger die durch das Einblasen von Koks verursachte Reduktionsreaktion, sondern das Absinken der tantalreichen Eisentröpfchen in der flüssigen mineralischen Schmelze, gefolgt von ihrer Anreicherung in die Metallphase, für die Kinetik ausschlaggebend ist.
N2 - An existing pyrometallurgical process for tantalum and niobium recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, was investigated. Melting experiments were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to study the material system during the reduction process caused by blowing coke into the liquid mineral melt. During the pyrometallurgical treatment refractory metals such as tantalum and niobium are converted into their carbides and enriched in the molten iron-based metal phase. Titanium is also enriched in the metal phase as an unwanted accompanying element, but most of it remains in oxidic form in the slag and is mainly bound in the mineral perovskite. Cooled down slag samples were analysed using XRF, XRD, SEM and EDX to investigate the formation of mineral phases rich in tantalum during various stages of the reduction process.
The results show that the settling of the tantalum-rich iron droplets in the molten slag into the metal phase May play a greater role for the kinetics than the actual reduction reaction caused by blowing in coke.
KW - Tantal
KW - Recycling
KW - Reduktionsprozess
KW - Perowskit
KW - Elektrolichtbogenofen
PY - 2020
SN - 1613-2394
VL - 73
IS - 4
SP - 196
EP - 205
PB - GDMB Verlag GmbH
CY - Clausthal-Zellerfeld
AN - OPUS4-51064
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Beckmann, T.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
T1 - Tantal-Rückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen
N2 - Since the recycling of tantalum bearing post-consumer waste is practically not existent, metallurgical residues are the most important feed for the tantalum recycling. Most tin ores naturally contain significant quantities of refractory metals. During the smelting process in primary tin production these elements are enriched in the slag phase. This slag is a highly valuable raw material for tantalum production due to its considerable concentration of tantalum and its functioning as an additional slag former in further pyrometallurgical treatment.
In this paper the first process stage of an existing pyrometallurgical process for tantalum recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, is discussed. Smelting trials were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to analyse the effect of feeding on the activity of carbon as a reducing agent. Therefore, blowing petroleum coke through an iron lance and the manual adding of coke into the melting bath were tested. During the pyrometallurgical treatment elements with a high affinity to carbon were reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The objective of the process was to reduce the oxidic tantalum completely and to enrich it into the metal phase. Furthermore, the transfer of unwanted elements such as titanium into the metal phase was aimed to be avoided.
Spoon test specimens were taken from the liquid mineral melt to follow the evolution of the reduction process. The cooled down solidified melting bath was investigated by using the XRD and EDX method to characterise the slag system and to identify relevant mineral phases.
T2 - Berliner Konferenz mineralische Nebenprodukte und Abfälle 2019
CY - Berlin, Germany
DA - 13.05.2019
KW - Zinnschlacken
KW - Tantal
KW - Recycling
KW - Pyrometallurgie
KW - Lichtbogenofen
PY - 2019
AN - OPUS4-48352
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Beckmann, T.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
ED - Thiel, S.
ED - Thomé-Kozmiensky, E.
ED - Pretz, T.
ED - Senk, D. G.
ED - Wotruba, H.
T1 - Tantal-Rückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen
N2 - Since the recycling of tantalum bearing post-consumer waste is practically not existent, metallurgical residues are the most important feed for the tantalum recycling. Most tin ores naturally contain significant quantities of refractory metals. During the smelting process in primary tin production these elements are enriched in the slag phase. This slag is a highly valuable raw material for tantalum production due to its considerable concentration of tantalum and its functioning as an additional slag former in further pyrometallurgical treatment.
In this paper the first process stage of an existing pyrometallurgical process for tantalum recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, is discussed. Smelting trials were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to analyse the effect of feeding on the activity of carbon as a reducing agent. Therefore, blowing petroleum coke through an iron lance and the manual adding of coke into the melting bath were tested. During the pyrometallurgical treatment elements with a high affinity to carbon were reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The objective of the process was to reduce the oxidic tantalum completely and to enrich it into the metal phase. Furthermore, the transfer of unwanted elements such as titanium into the metal phase was aimed to be avoided.
Spoon test specimens were taken from the liquid mineral melt to follow the evolution of the reduction process. The cooled down solidified melting bath was investigated by using the XRD and EDX method to characterise the slag system and to identify relevant mineral phases.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 13.05.2019
KW - Zinnschlacke
KW - Tantal
KW - Recycling
KW - Pyrometallurgie
KW - Lichtbogenofen
PY - 2019
SN - 978-3-944310-47-3
VL - 6
SP - 378
EP - 393
PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-48357
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Neuhold, S.
A1 - Algermissen, D.
A1 - Drissen, P.
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Presoly, P.
A1 - Sedlazeck, K. P.
A1 - Schenk, J.
A1 - Raith, J. G.
A1 - Pomberger, R.
A1 - Vollprecht, D.
T1 - Tailoring the FeO/SiO2 Ratio in Electric Arc Furnace Slags to Minimize the Leaching of Vanadium and Chromium
N2 - Based on recently published research on leaching control mechanisms in electric arc furnace (EAF) slags, it is assumed that a FeO/SiO2 ratio of around one leads to low leached V and Cr concentrations. This ratio influences the mineral phase composition of the slag toward higher amounts of spinel and a lower solubility of calcium silicate phases by suppressing the formation of magnesiowuestite and highly soluble calcium silicate phases. To evaluate this hypothesis, laboratory and scaled up tests in an EAF pilot plant were performed on slag samples characterized by elevated V and Cr leaching and a high FeO/SiO2 ratio. Prior to the melting experiments, the optimum FeO/SiO2 ratio was calculated via FactSageTM. In the melting experiments, the ratio was adjusted by adding quartz sand, which also decreased the basicity (CaO/SiO2) of the slag. As a reference, remelting experiments without quartz sand addition were conducted and additionally, the influence of the cooling rate of the slag was examined. The remelted (without quartz sand) and the remelted modified slags (with quartz sand) were analyzed chemically and mineralogically and the leaching behavior was investigated. The modification of the slags yielded a minimized release of V and Cr, supporting the hypothesis that the FeO/SiO2 ratio influences the mineralogy and the leaching behavior.
KW - Electric arc furnace (EAF) slags
KW - FactSageTM calculations
KW - Leaching control mechanisms
KW - Melting experiments
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-571517
DO - https://doi.org/10.3390/app10072549
VL - 10
IS - 7
SP - 1
EP - 18
PB - MDPI
AN - OPUS4-57151
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Neuhold, S.
A1 - Drissen, P.
A1 - Algermissen, D.
A1 - Presoly, P.
A1 - Sedlazeck, K. P.
A1 - Schenk, J.
A1 - Raith, J. G.
A1 - Pomberger, R.
A1 - Vollprecht, D.
T1 - Tailoring the FeO/SiO2 ratio in electric arc furnace slags to minimize the leaching of Vanadium and Chromium
N2 - Based on recently published research on leaching control mechanisms in electric arc furnace (EAF) slags, it is assumed that a FeO/SiO2 ratio of around one leads to low leached V and Cr concentrations. This ratio influences the mineral phase composition of the slag toward higher amounts of spinel and a lower solubility of calcium silicate phases by suppressing the formation of magnesiowuestite and highly soluble calcium silicate phases. To evaluate this hypothesis, laboratory and scaled up tests in an EAF pilot plant were performed on slag samples characterized by elevated V and Cr leaching and a high FeO/SiO2 ratio. Prior to the melting experiments, the optimum FeO/SiO2 ratio was calculated via FactSageTM. In the melting experiments, the ratio was adjusted by adding quartz sand, which also decreased the basicity (CaO/SiO2) of the slag. As a reference, remelting experiments without quartz sand addition were conducted and additionally, the influence of the cooling rate of the slag was examined. The remelted (without quartz sand) and the remelted modified slags (with quartz sand) were analyzed chemically and mineralogically and the leaching behavior was investigated. The modification of the slags yielded a minimized release of V and Cr, supporting the hypothesis that the FeO/SiO2 ratio influences the mineralogy and the leaching behavior.
KW - Electric arc furnace slags
KW - FactSage calculations
KW - EAF slags
KW - Leaching control mechanisms
KW - Melting experiments
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-507748
DO - https://doi.org/10.3390/app10072549
VL - 10
IS - 7
SP - 2549
EP - 2565
AN - OPUS4-50774
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Stephan, D.
A1 - Meng, Birgit
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
T1 - Synthesis and characterisation of alites from reduced basic oxygen furnace slags
N2 - Basic oxygen furnace slags (BOFS) are by-products of the steelmaking process. Several researchers have studied the production of Portland cement clinker and metallic iron from BOFS via a reductive treatment.
In this study, we applied a carbothermal reduction of BOFS in a technical-scale electric arc furnace and characterised the clinker-like products. Those clinker-like non-metallic products (NMPs) had a chemical and mineralogical composition comparable to clinker for ordinary Portland cement (OPC) and contained large elongated alite crystals as major component. The pure NMPs reacted more slowly and achieved a lower degree of hydration compared with commercial OPC.
If the reactivity of the products can be further increased by employing specific adaptations, it can be used as a full clinker substitute for OPC. Nevertheless, it is also an option to use the material without further modifications as a cement component or concrete addition, which contributes to the strength development in both cases.
KW - BOFS
KW - Hydration products
KW - Thermal analysis
KW - X-ray diffraction
PY - 2021
DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106518
SN - 0008-8846
VL - 147
SP - 6518
PB - Elsevier Ltd.
AN - OPUS4-52939
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Dombinov, V.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Meiller, M.
A1 - Müller, F.
A1 - Willbold, S.
A1 - Zang, J. W.
A1 - da Fonseca-Zang, W. A.
A1 - Adam, Christian
A1 - Klose, H.
A1 - Poorter, H.
A1 - Jablonowski, N. D.
A1 - Schrey, S. D.
T1 - Sugarcane bagasse ash as fertilizer for soybeans: Effects of added residues on ash composition, mineralogy, phosphorus extractability and plant availability
N2 - Sugarcane bagasse is commonly combusted to generate energy. Unfortunately, recycling strategies rarely consider the resulting ash as a potential fertilizer. To evaluate this recycling strategy for a sustainable circular economy, we characterized bagasse ash as a fertilizer and measured the effects of co-gasification and co-combustion of bagasse with either chicken manure or sewage sludge: on the phosphorus (P) mass fraction, P-extractability, and mineral P phases. Furthermore, we investigated the ashes as fertilizer for soybeans under greenhouse conditions. All methods in combination are reliable indicators helping to assess and predict P availability from ashes to soybeans. The fertilizer efficiency of pure bagasse ash increased with the ash amount supplied to the substrate. Nevertheless, it was not as effective as fertilization with triple-superphosphate and K2SO4, which we attributed to lower P availability. Co-gasification and co-combustion increased the P mass fraction in all bagasse-based ashes, but its extractability and availability to soybeans increased only when co-processed with chicken manure, because it enabled the formation of readily available Ca-alkali phosphates. Therefore, we recommend co-combusting biomass with alkali-rich residues to increase the availability of P from the ash to plants.
KW - Combustion and gasification
KW - Phosphate extractability and availability
KW - X-ray diffraction (XRD)
PY - 2022
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567632
DO - https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1041924
SN - 1664-462X
VL - 13
SP - 1
EP - 13
PB - Frontiers Media
CY - Lausanne
AN - OPUS4-56763
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schneider, Joachim
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Algermissen, D.
A1 - Ebert, D.
A1 - Ehrenberg, A.
A1 - Gronen, L.
A1 - Feldrappe, V.
T1 - Strategien für die Nutzung von Schlacken zukünftiger wasserstoffbasierter Stahlproduktionsrouten – Herstellung von Stahlwerksschlacke basierten Ausgangsstoffen für die Zementindustrie
N2 - Die Europäische Kommission präsentierte am 11. Dezember 2019 den European Green Deal, ein Konzept mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 als erster Kontinent Klimaneutralität zu erreichen. Mit Inkrafttreten der Verordnung (EU) 2021/1119 des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates am 29. Juli 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität („Europäisches Klimagesetz“), ist dieses, sowie das Ziel der Reduzierung der Nettotreibhausgasemissionen um mindestens 55 % bis 2030 in der Gesetzgebung der Europäischen Union verankert. Die Stahlindustrie in der Europäischen Union mit ca. 57 Mio. t Nettotreibhausgasemissionen im Jahr 2020, die annähernd 2 % der Emissionen der Europäischen Union ausmachen (Inklusive Energie: 127 Mio. t; 4 %), bekennt sich zur erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 und zum Erreichen der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050. Als Schlüsselwege zur Verwirklichung dieser Zielstellung hat sie zum einen Smart Carbon Usage (SCU) und zum anderen Carbon Direct Avoidance (CDA) in einer Roadmap formuliert. SCU umfasst CO2-reduzierende Maßnahmen in bestehenden Eisen- und Stahlproduktionsprozessen, Carbon Capture and Storage- (CCS) sowie Carbon Capture and Usage-Technologien (CCU). Wohingegen bei CDA CO2-Emissionen durch erneuerbare elektrische Energie sowie wasserstoffbasierte Reduktion des Eisenerzes gar nicht erst entstehen sollen. Der CDA-Weg, der voraussichtlich beschritten werden muss, um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen [38], geht mit einer kostenintensiven Transformation der Stahlproduktion einher, die bereits von vielen Unternehmen der Stahlindustrie eingeleitet wurde und von der im Wesentlichen die beiden in Europa vorherrschenden Stahlproduktionsrouten Hochofen-Konverter-Route und Elektrolichtbogenofen-Route betroffen sind. Die CO2-Emissionen der Hochofen-Konverter-Route, von denen der überwiegende Anteil auf den Hochofen fällt, liegen laut einer für das Jahr 2015 erstellten Studie bei 1921 kg CO2/t Rohstahl inklusive der CO2-Last der Pellets als Einsatzmaterial sowie der Emissionen der nachgelagerten Stranggießanlagen und Walzwerke. Im Hochofen wird das Eisenerz durch Kohlenstoff (C) bzw. Kohlenstoffmonoxid (CO) – welche größtenteils aus dem Koks, der dem Hochofen zusammen mit dem Möller über die Gicht zugeführten wird, stammen – unter Entstehung von Roheisen und Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziert. Das neben dem CO2 im Prozessgas enthaltene CO wird zum Beispiel zur Energiegewinnung in peripheren Prozessen ebenfalls unter Bildung von CO2 verbrannt. Zusätzlich zur Reduktion hat der Koks unter anderem physikalische Aufgaben, wie die Errichtung eines Stützgerüstes und die Gewährleistung der Permeabilität im Hochofenprozess. Somit ist eine vollkommene Substitution des Kokses zur Vermeidung der CO2-Emissionen im Hochofen nicht denkbar. Viele Strategien der Stahlunternehmen zum Erreichen der Klimaziele verfolgen daher den Wechsel von der Rohstahlproduktion aus der Hochofen-Konverter-Route hin zur Rohstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF – Electric Arc Furnace) mit dem Einsatz von direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm, DRI – Direct Reduced Iron) aus vorgelagerten Direktreduktionsanlagen, die mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel betrieben werden können. Dabei ist die Elektrostahlerzeugung kein neuer Prozess und nimmt in der europäischen Union bereits jetzt einen Anteil von ca. 44 % der Rohstahlproduktion ein, jedoch überwiegend mit Schrott als Einsatzmaterial. Bei der Elektrostahlerzeugung mit Schrotteinsatz fallen laut der oben genannten Studie von Lüngen für das Jahr 20152 410 kg CO2-Emissionen pro Tonne Rohstahl an, von denen der Großteil auf die CO2-Last der fremd bezogenen elektrischen Energie zurückzuführen ist und daher nicht im Produktionsprozess selbst entsteht. Auch die Direktreduktion wird schon seit 1972 in der weltweit zweiten und bis heute in Westeuropa einzigen Direktreduktionsanlage in Hamburg betrieben. Während hier noch mit einem Reduktionsgas gearbeitet wird, das hauptsächlich aus einem aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch besteht, liegt eine aktuelle Kernherausforderung in der Bereitstellung des in der Größenordnung der von der Transformation betroffenen Rohstahlproduktionskapazitäten notwendigen, mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellten Wasserstoffs. Wird zusätzlich der Strom für das Einschmelzen im Elektrolichtbogenofen aus erneuerbaren Quellen gewonnen und werden schließlich als Brennstoff verwendete Kohle und als Brennstoff verwendetes Erdgas durch CO2-neutrale Bio-Brennstoffe ersetzt, sind sowohl für den Einsatz von mit Wasserstoff reduziertem und auf Pellets ohne CO2-Last basiertem Eisenschwamm als auch für den Einsatz von Schrott CO2-Emissionen von jeweils nur 60 kg CO2/t Rohstahl erreichbar, was eine Reduktion der Emissionen, ausgehend von der Konverter-Hochofen-Route um 97 % und ausgehend von der Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route um 85 % bedeuten würde.
Der Betrieb von Elektrolichtbogenöfen macht die an den Standorten vorhandenen Konverter sowie die Infrastruktur für Behandlung und Transport des Roheisens überflüssig. Die fortwährende Nutzung dieser bestehenden Anlagenstruktur dient daher unter anderem als Motivation für die Entwicklung einer zweiten Transformationsstrategie, die einen sogenannten Einschmelzer (SAF – Submerged Arc Furnace) als der Direktreduktionsanlage nachgelagerten Prozess vorsieht, in dem wiederum Roheisen erschmolzen wird, das anschließend im Konverter zu Rohstahl veredelt wird.
Die Transformation der Stahlindustrie beeinflusst einen weiteren CO2-intensiven Industriesektor, nämlich die Zementindustrie die verantwortlich ist für rund 4 % der CO2-Emissionen in der EU. Etwa zwei Drittel dieser Emissionen entfallen als Prozessemissionen auf die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein (CaCO3), also auf die Abspaltung von CO2 unter Entstehung des für die Herstellung von Zementklinker notwendigen Branntkalks (CaO) als Zwischenstufe bei der Bildung der hydraulischen Phasen Tri- und Dicalciumsilikat. Als eines der fünf Themenfelder (5C-Ansatz: Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation), welche die europäische Zementindustrie entlang ihrer Wertschöpfungskette zum Erreichen der gesetzlichen Vorgaben der europäischen Union erarbeitet hat, umfasst das Feld "Cement" zum größten Teil die Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors. Im Jahr 2017 betrug er 77 %, das heißt, dass 23 % des Klinkers durch alternative Materialien ersetzt wurden. Bis zum Jahr 2030 wird ein Faktor von 74 % und bis zum Jahr 2050 von 65 % angestrebt. Den größten Anteil an den Klinkersubstituten hat mit 33 % der Hüttensand aus der Stahlindustrie. Bei der Roheisenproduktion im Hochofen entsteht als Nebenprodukt Hochofenschlacke, die unter Zugabe von Schlackebildnern die Gangart des Möllers und mineralische Koksbestandteile abbindet, sowie weitere unerwünschte Begleitelemente wie Schwefel und Alkalien aufnimmt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2021 6,90 Mio. t – das entspricht 90 % der gesamten produzierten Hochofenschlacke – zu glasig erstarrtem Hüttensand granuliert. Dieser Hüttensand besitzt latent hydraulische Eigenschaften und wird daher seit mehr als 140 Jahren als Zementbestandteil eingesetzt, wodurch in Deutschland jährlich rund 4,5 Mio. t CO2-Emissionen eingespart werden. Alle Transformationsstrategien der Stahlindustrie beinhalten die notwendige Außerbetriebnahme der CO2-intensiven Hochöfen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass die Hochofenschlacke als Nebenprodukt der Rohstahlerzeugung im Hochofen nicht mehr zur Verfügung stehen wird, wodurch die weitere Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors erhebliche Zusatzmengen alternativer Materialien benötigen wird. Derzeit ist noch unklar, ob z.B. calcinierte Tone im benötigten Umfang erzeugt werden können.
Der Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Institut für Baustoffforschung FEhS forschen zusammen mit Industriepartnern und weiteren Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Projekte in den Kooperationssphären der Stahl- und Zementindustrie, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Im Projekt SlagCEM wird die Produktion eines hydraulischen Zementbestandteils durch Reduktion von Konverter- bzw. Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) untersucht. Die mit den zusätzlich aufgenommen Lichtbogenofenkapazitäten steigenden Mengen an Elektrolichtbogenofenschlacke (EOS, engl. electric arc furnace slag, EAFS) werden im Projekt DRI-EOS behandelt, welches die Produktion eines latent hydraulischen Hüttensandsubstituts zum Ziel hat.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 12.06.2023
KW - Stahlwerksschlacke
KW - Zementersatz
PY - 2023
AN - OPUS4-57683
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schneider, Joachim
A1 - Schraut, Katharina
T1 - Strategien für die Nutzung von Schlacken zukünftiger wasserstoffbasierter Stahlproduktionsrouten – Herstellung von Stahlwerksschlacke basierten Ausgangsstoffen für die Zementindustrie
N2 - Die Europäische Kommission präsentierte am 11. Dezember 2019 den European Green Deal, ein Konzept mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 als erster Kontinent Klimaneutralität zu erreichen. Mit Inkrafttreten der Verordnung (EU) 2021/1119 des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates am 29. Juli 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität („Europäisches Klimagesetz“), ist dieses, sowie das Ziel der Reduzierung der Nettotreibhausgasemissionen um mindestens 55 % bis 2030 in der Gesetzgebung der Europäischen Union verankert. Die Stahlindustrie in der Europäischen Union mit ca. 57 Mio. t Nettotreibhausgasemissionen im Jahr 2020, die annähernd 2 % der Emissionen der Europäischen Union ausmachen (Inklusive Energie: 127 Mio. t; 4 %), bekennt sich zur erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 und zum Erreichen der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050. Als Schlüsselwege zur Verwirklichung dieser Zielstellung hat sie zum einen Smart Carbon Usage (SCU) und zum anderen Carbon Direct Avoidance (CDA) in einer Roadmap formuliert. SCU umfasst CO2-reduzierende Maßnahmen in bestehenden Eisen- und Stahlproduktionsprozessen, Carbon Capture and Storage- (CCS) sowie Carbon Capture and Usage-Technologien (CCU). Wohingegen bei CDA CO2-Emissionen durch erneuerbare elektrische Energie sowie wasserstoffbasierte Reduktion des Eisenerzes gar nicht erst entstehen sollen. Der CDA-Weg, der voraussichtlich beschritten werden muss, um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen [38], geht mit einer kostenintensiven Transformation der Stahlproduktion einher, die bereits von vielen Unternehmen der Stahlindustrie eingeleitet wurde und von der im Wesentlichen die beiden in Europa vorherrschenden Stahlproduktionsrouten Hochofen-Konverter-Route und Elektrolichtbogenofen-Route betroffen sind. Die CO2-Emissionen der Hochofen-Konverter-Route, von denen der überwiegende Anteil auf den Hochofen fällt, liegen laut einer für das Jahr 2015 erstellten Studie bei 1921 kg CO2/t Rohstahl inklusive der CO2-Last der Pellets als Einsatzmaterial sowie der Emissionen der nachgelagerten Stranggießanlagen und Walzwerke. Im Hochofen wird das Eisenerz durch Kohlenstoff (C) bzw. Kohlenstoffmonoxid (CO) – welche größtenteils aus dem Koks, der dem Hochofen zusammen mit dem Möller über die Gicht zugeführten wird, stammen – unter Entstehung von Roheisen und Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziert. Das neben dem CO2 im Prozessgas enthaltene CO wird zum Beispiel zur Energiegewinnung in peripheren Prozessen ebenfalls unter Bildung von CO2 verbrannt. Zusätzlich zur Reduktion hat der Koks unter anderem physikalische Aufgaben, wie die Errichtung eines Stützgerüstes und die Gewährleistung der Permeabilität im Hochofenprozess. Somit ist eine vollkommene Substitution des Kokses zur Vermeidung der CO2-Emissionen im Hochofen nicht denkbar. Viele Strategien der Stahlunternehmen zum Erreichen der Klimaziele verfolgen daher den Wechsel von der Rohstahlproduktion aus der Hochofen-Konverter-Route hin zur Rohstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF – Electric Arc Furnace) mit dem Einsatz von direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm, DRI – Direct Reduced Iron) aus vorgelagerten Direktreduktionsanlagen, die mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel betrieben werden können. Dabei ist die Elektrostahlerzeugung kein neuer Prozess und nimmt in der europäischen Union bereits jetzt einen Anteil von ca. 44 % der Rohstahlproduktion ein, jedoch überwiegend mit Schrott als Einsatzmaterial. Bei der Elektrostahlerzeugung mit Schrotteinsatz fallen laut der oben genannten Studie von Lüngen für das Jahr 20152 410 kg CO2-Emissionen pro Tonne Rohstahl an, von denen der Großteil auf die CO2-Last der fremd bezogenen elektrischen Energie zurückzuführen ist und daher nicht im Produktionsprozess selbst entsteht. Auch die Direktreduktion wird schon seit 1972 in der weltweit zweiten und bis heute in Westeuropa einzigen Direktreduktionsanlage in Hamburg betrieben. Während hier noch mit einem Reduktionsgas gearbeitet wird, das hauptsächlich aus einem aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch besteht, liegt eine aktuelle Kernherausforderung in der Bereitstellung des in der Größenordnung der von der Transformation betroffenen Rohstahlproduktionskapazitäten notwendigen, mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellten Wasserstoffs. Wird zusätzlich der Strom für das Einschmelzen im Elektrolichtbogenofen aus erneuerbaren Quellen gewonnen und werden schließlich als Brennstoff verwendete Kohle und als Brennstoff verwendetes Erdgas durch CO2-neutrale Bio-Brennstoffe ersetzt, sind sowohl für den Einsatz von mit Wasserstoff reduziertem und auf Pellets ohne CO2-Last basiertem Eisenschwamm als auch für den Einsatz von Schrott CO2-Emissionen von jeweils nur 60 kg CO2/t Rohstahl erreichbar, was eine Reduktion der Emissionen, ausgehend von der Konverter-Hochofen-Route um 97 % und ausgehend von der Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route um 85 % bedeuten würde.
Der Betrieb von Elektrolichtbogenöfen macht die an den Standorten vorhandenen Konverter sowie die Infrastruktur für Behandlung und Transport des Roheisens überflüssig. Die fortwährende Nutzung dieser bestehenden Anlagenstruktur dient daher unter anderem als Motivation für die Entwicklung einer zweiten Transformationsstrategie, die einen sogenannten Einschmelzer (SAF – Submerged Arc Furnace) als der Direktreduktionsanlage nachgelagerten Prozess vorsieht, in dem wiederum Roheisen erschmolzen wird, das anschließend im Konverter zu Rohstahl veredelt wird.
Die Transformation der Stahlindustrie beeinflusst einen weiteren CO2-intensiven Industriesektor, nämlich die Zementindustrie die verantwortlich ist für rund 4 % der CO2-Emissionen in der EU. Etwa zwei Drittel dieser Emissionen entfallen als Prozessemissionen auf die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein (CaCO3), also auf die Abspaltung von CO2 unter Entstehung des für die Herstellung von Zementklinker notwendigen Branntkalks (CaO) als Zwischenstufe bei der Bildung der hydraulischen Phasen Tri- und Dicalciumsilikat. Als eines der fünf Themenfelder (5C-Ansatz: Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation), welche die europäische Zementindustrie entlang ihrer Wertschöpfungskette zum Erreichen der gesetzlichen Vorgaben der europäischen Union erarbeitet hat, umfasst das Feld "Cement" zum größten Teil die Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors. Im Jahr 2017 betrug er 77 %, das heißt, dass 23 % des Klinkers durch alternative Materialien ersetzt wurden. Bis zum Jahr 2030 wird ein Faktor von 74 % und bis zum Jahr 2050 von 65 % angestrebt. Den größten Anteil an den Klinkersubstituten hat mit 33 % der Hüttensand aus der Stahlindustrie. Bei der Roheisenproduktion im Hochofen entsteht als Nebenprodukt Hochofenschlacke, die unter Zugabe von Schlackebildnern die Gangart des Möllers und mineralische Koksbestandteile abbindet, sowie weitere unerwünschte Begleitelemente wie Schwefel und Alkalien aufnimmt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2021 6,90 Mio. t – das entspricht 90 % der gesamten produzierten Hochofenschlacke – zu glasig erstarrtem Hüttensand granuliert. Dieser Hüttensand besitzt latent hydraulische Eigenschaften und wird daher seit mehr als 140 Jahren als Zementbestandteil eingesetzt, wodurch in Deutschland jährlich rund 4,5 Mio. t CO2-Emissionen eingespart werden. Alle Transformationsstrategien der Stahlindustrie beinhalten die notwendige Außerbetriebnahme der CO2-intensiven Hochöfen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass die Hochofenschlacke als Nebenprodukt der Rohstahlerzeugung im Hochofen nicht mehr zur Verfügung stehen wird, wodurch die weitere Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors erhebliche Zusatzmengen alternativer Materialien benötigen wird. Derzeit ist noch unklar, ob z.B. calcinierte Tone im benötigten Umfang erzeugt werden können.
Der Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Institut für Baustoffforschung FEhS forschen zusammen mit Industriepartnern und weiteren Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Projekte in den Kooperationssphären der Stahl- und Zementindustrie, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Im Projekt SlagCEM wird die Produktion eines hydraulischen Zementbestandteils durch Reduktion von Konverter- bzw. Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) untersucht. Die mit den zusätzlich aufgenommen Lichtbogenofenkapazitäten steigenden Mengen an Elektrolichtbogenofenschlacke (EOS, engl. electric arc furnace slag, EAFS) werden im Projekt DRI-EOS behandelt, welches die Produktion eines latent hydraulischen Hüttensandsubstituts zum Ziel hat.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 12.06.2023
KW - Stahlwerksschlacke
KW - Zementersatz
PY - 2023
SN - 978-3-944310-72-5
VL - 10
SP - 222
EP - 233
PB - TK-Verlag
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-57684
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Vogel, Christian
A1 - Huang, L.
A1 - Sekine, R.
A1 - Doolette, A.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Kugler, Stefan
A1 - Hoffmann, Marie
A1 - Lombi, E.
A1 - Zuin, L.
A1 - Wang, D.
A1 - Félix, R.
A1 - Adam, Christian
T1 - Specification of bioavailable nutrients and pollutants in the environment by combining DGT and spectroscopic techniques
N2 - Previous research shows that analytical methods based on Diffusive Gradients in Thin films (DGT) provide very good correlations to the amount of bioavailable nutrients and pollutants in the environmental samples. However, these DGT results do not identify which compound of the specific element has the high bioavailability. Using various spectroscopic techniques (infrared, XANES and NMR spectroscopy) to analyze the dried DGT binding layers after deployment could allow us to determine the specific elements or compounds. Nutrients such as phosphorus and nitrogen are often, together with other elements, present as molecules in the environment. These ions are detectable and distinguishable by infrared and NMR spectroscopy, respectively. In addition, XANES spectroscopy allows for the specification of nutrients and pollutants (e.g. chromium) on the DGT binding layer. Furthermore, microspectroscopic techniques make it also possible to analyze compounds on the DGT binding layer with a lateral resolution down to 5 µm2. Therefore, species of elements and compounds of e.g. a spatial soil segment can be mapped and analyzed, providing valuable insight to understand the dynamics of nutrients and pollutants in the environment. Here we will present the advantages and limitations of this novel combination of techniques.
T2 - 6th Conference on Diffusive Gradients in Thin Films
CY - Vienna, Austria
DA - 17.09.2019
KW - Soil P species
KW - DGT
KW - Infrared spectroscopy
PY - 2019
AN - OPUS4-49057
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Dombinov, V.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Willbold, S.
A1 - Levandowski, G. V.
A1 - Meiller, M.
A1 - Müller, F.
A1 - Zang, J. W.
A1 - da Fonseca-Zang, W. A.
A1 - Jablonowski, N. D.
A1 - Schrey, S. D.
A1 - Adam, Christian
T1 - Soybean Fertilized by P-Phases from Bagasse-Based Materials: P-Extraction Procedures, Diffusive Gradients in Thin Films (DGT), and X-ray Diffraction Analysis (XRD)
N2 - The Brazilian sugarcane industry produced around 173 million tons (Mt) of bagasse in 2018. Bagasse is a by-product of juice extraction for ethanol and sugar production and is combusted in order to generate power, producing up to 10 Mt of ash per year. This ash contains various concentrations of plant nutrients, which allow the ash to be used as a crop fertilizer. However, the concentration and extractability of phosphorus (P), an essential plant nutrient, are low in bagasse ash. To increase the P content, we co-gasified and co-combusted bagasse with P-rich chicken manure. The resulting ash was thermochemically post-treated with alkali additives (Na2SO4 and K2SO4) to increase the availability of P to plants. We aimed to: (i) investigate the effect of thermochemical post-treatment of co-gasification residue and co-combustion ash on P availability to soybeans, (ii) explore the potential of chemical extraction methods (citric acid, neutral ammonium citrate, formic acid, and Mehlich-I) and diffusive gradients in thin films (DGT) to predict the availability of P to soybeans, and (iii) identify the responsible P-phases using X-ray diffraction . We evaluated P availability to soybeans growing in Brazilian Oxisol soil in two independent greenhouse pot experiments. The positive effect of thermochemical treatment on P availability from gasification residue was confirmed through the observation of increased P uptake and biomass in soybean plants. These findings were confirmed by chemical extraction methods and DGT. The gasification residue contained whitlockite as its main P-bearing phase. Thermochemical post-treatment converted whitlockite into highly soluble CaNaPO4. In contrast, co-combustion ash already contained highly soluble Ca(Na,K)PO4 as its main P-bearing phase, making thermochemical post-treatment unnecessary for increasing P availability. In conclusion, increased extractability and availability of P for soybeans were closely connected to the formation of calcium alkali phosphate. Our findings indicate that this combined methodology allows for the prediction of P-fertilization effects of ash.
KW - Sugar cane bagasse
KW - Chicken manure ash
KW - Thermochemical treatment
KW - Nutrient
KW - Plant availability
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509735
DO - https://doi.org/10.3390/agronomy10060895
VL - 10
SP - 895
EP - 6
PB - MDPI
AN - OPUS4-50973
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Stawski, Tomasz
A1 - Karafiludis, Stephanos
A1 - Pimentel, Carlos
A1 - Montes-Hernández, German
A1 - Kochovski, Zdravko
A1 - Bienert, Ralf
A1 - Weimann, Karin
A1 - Emmerling, Franziska
A1 - Scoppola, Ernesto
A1 - Van Driessche, Alexander E.S.
T1 - Solution-driven processing of calcium sulfate: The mechanism of the reversible transformation of gypsum to bassanite in brines
N2 - Here, we show that calcium sulfate dihydrate (gypsum) can be directly, rapidly and reversibly converted to calcium sulfate hemihydrate (bassanite) in high salinity solutions (brines). The optimum conditions for the efficient production of bassanite in a short time (<5 min) involve the use of brines with c(NaCl) > 4 M and maintaining a temperature, T > 80 °C. When the solution containing bassanite crystals is cooled down to around room temperature, eventually gypsum is formed. When the temperature is raised again to T > 80 °C, bassanite is rapidly re-precipitated. This contrasts with the better-known behaviour of the bassanite phase in low-salt environments. In low-salinity aqueous solutions, bassanite is considered to be metastable with respect to gypsum and anhydrite, and therefore gypsum-to-bassanite conversion does not occur in pure water. Interestingly, the high-salinity transformation of gypsum-to-bassanite has been reported by many authors and used in practice for several decades, although its very occurrence actually contradicts numerical thermodynamic predictions regarding solubility of calcium sulfate phases. By following the evolution of crystalline phases with in situ and time-resolved X-ray diffraction/scattering and Raman spectroscopy, we demonstrated that the phase stability in brines at elevated temperatures was inaccurately represented in the thermodynamic databases. Most notably for c(NaCl) > 4 M, and T > 80 °C gypsum becomes readily more soluble than bassanite, which induces the direct precipitation of the latter from gypsum. The fact that these transformations are controlled by the solution provides extensive opportunities for precise manipulation of crystal formation. Our experiments confirmed that bassanite remained the sole crystalline phase for many hours before reverting into gypsum. This property is extremely advantageous for practical processing and efficient crystal extraction in industrial scenarios.
KW - Industrial and Manufacturing Engineering
KW - Strategy and Management
KW - General Environmental Science
KW - Renewable Energy, Sustainability and the Environment
KW - Building and Construction
KW - Calcium sulfate
KW - Gypsum
KW - Bassanite
KW - Scattering
KW - Raman
KW - In situ
KW - Synchrotron
KW - BESSY
KW - MySpot
PY - 2024
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594698
UR - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624004591#appsec1
DO - https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141012
SN - 0959-6526
VL - 440
SP - 1
EP - 12
PB - Elsevier B.V.
AN - OPUS4-59469
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Stawski, Tomasz
A1 - Karafiludis, Stephanos
A1 - Pimentel, C.
A1 - Montes Hernandez, G
A1 - Kochovski, Z
A1 - Bienert, Ralf
A1 - Weimann, Karin
A1 - Emmerling, Franziska
A1 - Scoppola, E
A1 - Van Driessche, A
T1 - Solution-driven processing of calcium sulfate: the mechanism of the reversible transformation of gypsum to bassanite in brines
N2 - Calcium sulfate hemihydrate (CaSO4ᐧ0.5H2O), also known as bassanite, has been used as a precursor to produce gypsum (dihydrate, CaSO4ᐧ2H2O) for various construction and decorative purposes since prehistoric times. The main route to obtain hemihydrate is a thermal treatment of gypsum at temperatures typically between 150 °C and 200 °C to remove some of the structural water.
In this contribution, we introduce (Fig. 1) a more efficient and sustainable method (T < 100 °C) that enables the direct, rapid, and reversibly conversion of gypsum to bassanite using reusable high salinity aqueous solutions (brines with c[NaCl] > 4 M). The optimum conditions for the efficientproduction of bassanite in a short time (< 5 min) involve the use of brines with c(NaCl) > 4 M and maintaining a temperature, T > 80 °C. When the solution containing bassanite crystals is cooled down to around room temperature, eventually gypsum is formed. When the temperature is raised again to T > 80 °C, bassanite is rapidly re-precipitated. This contrasts with the typical behaviour of the bassanite phase in low salt environments.
Traditionally, hemihydrate is obtained through a solid state thermal treatment because bassanite is considered to be metastable with respect to gypsum and anhydrite in aqueous solutions, and therefore gypsum-to-bassanite conversion should not occur in water. Its very occurrence actually contradicts numerical thermodynamic predictions regarding solubility of calcium sulfate phases. By following the evolution of crystalline phases with in situ and time-resolved X-ray diffraction/scattering and Raman spectroscopy, we demonstrated that the phase stability in brines at elevated temperatures is inaccurately represented in the thermodynamic databases. Most notably for c(NaCl) > 4 M, and T > 80 °C gypsum becomes readily more soluble than bassanite, which induces the direct precipitation of the latter from gypsum. The fact that these transformations are controlled by the solution provides extensive opportunities for precise manipulation of crystal formation. Our experiments confirmed that bassanite remained the sole crystalline structure for many hours before reverting into gypsum. This property is extremely advantageous for practical processing and efficient crystal extraction in industrial scenarios.
T2 - Granada Münster Discussion Meeting GMDM 10
CY - Münster, Germany
DA - 29.11.2023
KW - Gypsum
KW - Bassanite
KW - Calcium sulfate
KW - Recycling
KW - Scattering
PY - 2024
AN - OPUS4-59162
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Piehl, Patrick
A1 - Weingart, Eric
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Al-Sabbagh, Dominik
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Auer, Gerhard
A1 - Adam, Christian
T1 - Selective removal of zinc and lead from electric arc furnace dust by chlorination–evaporation reactions
N2 - Re-melting of scrap in an electric arc furnace (EAF) results in the accumulation of filter dust from off-gas treatment that predominantly consists of iron and zinc oxides. Filter dust is classified as hazardous waste due to its high contents of potentially toxic or ecotoxic elements such as Pb, Cr, Cd, and As. A promising processing route for this waste is selective chlorination, in which the non-ferrous metal oxides are chlorinated and selectively evaporated in form of their respective chlorides from the remaining solids via the process gas flow. Here, we investigate stepwise thermochemical treatment of EAF dust with either waste iron(II) chloride solution or hydrochloric acid at 650, 800, and 1100 ◦C. The Zn and Pb contents of the thermochemically processed EAF dust could be lowered from 29.9% and 1.63% to 0.09% and 0.004%, respectively. Stepwise heating allowed high separation between zinc chloride at the 650 ◦C step and sodium-, potassium-, and lead-containing chlorides at higher temperatures. Furthermore, the lab-scale results were transferred to the use of an experimental rotary kiln highlighting the possibilities of upscaling the presented process. Selective chlorination of EAF dust with liquid chlorine donors is, therefore, suggested as a potential recycling method for Zn-enriched steelworks dusts.
KW - Electric arc furnace dust
KW - Zinc
KW - Selective Chlorination
KW - Hazardous waste
KW - Resource Recovery
PY - 2024
DO - https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133421
SN - 0304-3894
VL - 465
SP - 1
EP - 13
PB - Elsevier
AN - OPUS4-59345
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Sichler, Theresa
A1 - Adam, Christian
A1 - Montag, D.
A1 - Ehm, J.H.
T1 - Schwankungen der P-Gehalte in Klärschlämmen im Kontext der Klärschlammverordnung
N2 - Ab 2029 gilt für alle Kläranlagen in Deutschland eine Pflicht zur Rückgewinnung von Phosphor (P) aus Klärschlamm. Ausgenommen sind nur Anlagen mit Schlämmen mit weniger als 20 g P/kg bezogen auf die Trockenmasse (TM). Für eine Überprüfung der Phosphorschwankungen im Klärschlamm wurden neun verschiedene Kläranlagen ausgewählt mit Phosphorgehalten nahe der "Rückgewinnungsgrenze" von 20 g/kg TM. Der entwässerte Klärschlamm dieser Anlagen wurde monatlich beprobt und auf seinen Phosphorgehalt geprüft. Die Phosphorschwankungen betrugen je nach Anlage zwischen 4 % und 13 % (relative Standardabweichung), im Mittel rund 7 %.
T2 - KlärschlammTage
CY - Online Meeting
DA - 09.06.2021
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Abwasserbehandlung
KW - Klärschlammverordnung
PY - 2021
SP - 102
EP - 108
PB - Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA)
CY - Hennef
AN - OPUS4-52839
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Sichler, Theresa
T1 - Schwankungen der P-Gehalte in Klärschlämmen im Kontext der Klärschlammverordnung
N2 - Es wurden die Schwankungen der Phosphorgehalte in kommunalem Klärschlamm vorgestellt. Dazu wurden von 9 Kläranlagen monatlich Klärschlammproben genommen und auf P untersucht.
T2 - KlärschlammTage
CY - Online Meeting
DA - 09.06.2021
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Abwasserbehandlung
KW - Klärschlammverordnung
PY - 2021
AN - OPUS4-52840
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Hoffmann, Marie
A1 - Adam, Christian
T1 - Scandium in industriellen Reststoffen - Die Suche nach der Nadel im Heuhaufen
N2 - Im Zusammenhang mit dem Horizon2020 geförderten Projekt SCALE (GA°730105) untersuchen wir an der BAM die Scandium Spezies in industriellen Restsoffen wie zum Beispiel Rotschlamm. Dabei kommen Methoden wie Elektronenmikroskopie, LA-ICP-MS und auch X-ray Adsorption near edge structure an Synchrotron-Lichtquellen zum Einsatz. Das Verständnis der Bindungsformen des Scandiums soll im Weiteren helfen, metallurgische Gewinnungsmethoden zu verbessern und anzupassen.
T2 - Posterpräsentation während des Themenfeldtags Umwelt
CY - Berlin, Germany
DA - 18.10.2018
KW - Scandium
KW - Rotschlamm
KW - Aluminium
KW - SCALE
PY - 2018
AN - OPUS4-46540
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Hoffmann, Marie
A1 - Adam, Christian
T1 - Scandium and scandium-aluminium alloy production from European metallurgical by-products
N2 - The SCALE Project is a Horizon2020 Project (GA°730105) that aims to develope a secure supply chain for Scandium in Europe. To achieve that, the whole value chain is investigated and new methodologies and techniques are being developed. In BAM we are characterizing potential Scandium-bearing industrial by-products.
T2 - Poster presentation during Exploration Geology Short Course DMG
CY - Freiburg, Germany
DA - 19.02.2018
KW - Scandium
KW - Red Mud
KW - Aluminium
KW - SCALE
PY - 2018
AN - OPUS4-46539
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Spanka, M.
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Adam, Christian
A1 - Auer, G.
T1 - Rückgewinnung von Zink aus Stahlwerksstäuben durch gemeinsame Behandlung mit chloridhaltigen Reststoffen
N2 - Dieser Vortrag beschreibt die Entwicklung eines neuen chemischen Verfahrens, das in einem Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Ferro Duo GmbH entwickelt wird. Mit dem entwickelten Verfahren soll es ermöglicht werden, schwermetallhaltige Filterstäube und -schlämme, die als Abfälle während der Produktion von Roheisen und Rohstahl anfallen und die derzeit größtenteils deponiert werden, zu recyceln und die darin enthaltenen Wertstoffe (v.a. Eisen, Kohlenstoff und Zink) wieder in den Rohstoffkreislauf zurückzugeben. Dies wird durch eine Chlorierung der in den Filterstäuben und -schlämmen enthaltenen Schwermetalloxiden erreicht, die bei Temperaturen zwischen 650 und 1100 °C in Form von Schwermetallchloriden verdampft und so selektiv separiert werden. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Gehalte an Schwermetallen wie Zink, Blei und Cadmium um bis zu 99,7% reduziert werden können und die thermochemisch behandelten Filterstäube und -schlämme durch das Verfahren in sekundäre Rohstoffe für die Roheisenproduktion umgewandelt werden können.
T2 - Berliner Recycling- und Rohstoffkonferenz 2019
CY - Berlin, Germany
DA - 11.03.2019
KW - Zink
KW - Recycling
KW - Gichtgasschlamm
KW - Elektroofenstaub
KW - Ressourcenrückgewinnung
PY - 2019
AN - OPUS4-47524
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CHAP
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Spanka, M.
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Adam, Christian
A1 - Auer, G.
ED - Thiel, S.
ED - Holm, O.
ED - Thomé-Kozmiensky, E.
ED - Goldmann, D.
ED - Friedrich, B.
T1 - Rückgewinnung von Zink aus Stahlwerksstäuben durch gemeinsame Behandlung mit chloridhaltigen Reststoffen
N2 - Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung eines neuen chemischen Verfahrens, das in einem Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Ferro Duo GmbH entwickelt wird. Mit dem entwickelten Verfahren soll es ermöglicht werden, schwermetallhaltige Filterstäube und -schlämme wie Gichtgasschlämme oder Elektroofenstäube, die als Abfälle während der Produktion von Roheisen und Rohstahl anfallen und die derzeit größtenteils deponiert werden, zu recyceln und die darin enthaltenen Wertstoffe (v.a. Eisen, Kohlenstoff und Zink) wieder in den Rohstoffkreislauf zurückzugeben. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der Chlorierung der in den Filterstäuben und -schlämmen enthaltenen Schwermetalloxide nach Zugabe eines flüssigen Chlordonators wie Eisen(II)-chlorid-Lösung oder Salzsäure. Die so chlorierten Schwermetalloxide werden bei Temperaturen zwischen 650 und 1100 °C in Form von Schwermetallchloriden verdampft und so selektiv vom behandelten Feststoff separiert. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Gehalte an Schwermetallen wie Zink, Blei und Cadmium um bis zu 99,7% reduziert werden können und die thermochemisch behandelten Filterstäube und -schlämme durch das Verfahren in sekundäre, im Wesentlichen aus Eisenoxiden bestehenden Rohstoffe für die Roheisenproduktion umgewandelt werden können. Da die chlorhaltigen Lösungen selbst Abfallstoffe aus anderen Industriezweigen sind (z.B. aus der Titandioxidproduktion oder der Stahlbeize), vereint das hier entwickelte Verfahren auf elegante Weise zwei Abfallstoffströme und wandelt diese in sekundäre Rohstoffe – einem mineralischen Rohstoff für die Roheisenproduktion sowie Zinkchlorid – um.
KW - Zink
KW - Recycling
KW - Gichtgasschlamm
KW - Elektroofenstaub
KW - Ressourcenrückgewinnung
PY - 2019
SN - 978-3-944310-46-6
VL - Band 12
SP - 593
EP - 605
PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-47527
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Weimann, Karin
A1 - Oberender, Christof
A1 - Dosch, Klaus
T1 - Ressourceneffizienz bewerten - Ansätze im VDI
N2 - Vorstellung von methodischen Grundlagen für eine Ressourceneffizienzanalyse
T2 - 3. Fachkonferenz "Stärkung des Einsatzes von mineralischen Recycling-Baustoffen"
CY - Potsdam, Germany
DA - 05.03.2018
KW - Ressourceneffizienz
PY - 2018
AN - OPUS4-46683
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Rieger, J.
A1 - Colla, V.
A1 - Matino, I.
A1 - Branca, T. A.
A1 - Stubbe, G.
A1 - Panizza, A.
A1 - Brondi, C.
A1 - Falsafi, M.
A1 - Hage, J.
A1 - Wang, X.
A1 - Voraberger, B.
A1 - Fenzl, T.
A1 - Masaguer, V.
A1 - Faraci, E. L.
A1 - di Sante, L.
A1 - Cirilli, F.
A1 - Loose, Florian
A1 - Thaler, C.
A1 - Soto, A.
A1 - Frittella, P.
A1 - Foglio, G.
A1 - di Cecca, C.
A1 - Tellaroli, M.
A1 - Corbella, M.
A1 - Guzzon, M.
A1 - Malfa, E.
A1 - Morillon, A.
A1 - Algermissen, D.
A1 - Peters, K.
A1 - Snaet, D.
T1 - Residue Valorization in the Iron and Steel Industries: Sustainable Solutions for a Cleaner and More Competitive Future Europe
N2 - The steel industry is an important engine for sustainable growth, added value, and high-quality employment within the European Union. It is committed to reducing its CO2 emissions due to production by up to 50% by 2030 compared to 1990′s level by developing and upscaling the technologies required to contribute to European initiatives, such as the Circular Economy Action Plan (CEAP) and the European Green Deal (EGD). The Clean Steel Partnership (CSP, a public–private partnership), which is led by the European Steel Association (EUROFER) and the European Steel Technology Platform (ESTEP), defined technological CO2 mitigation pathways comprising carbon direct avoidance (CDA), smart carbon usage SCU), and a circular economy (CE). CE ap-proaches ensure competitiveness through increased resource efficiency and sustainability and consist of different issues, such as the valorization of steelmaking residues (dusts, slags, sludge) for internal recycling in the steelmaking process, enhanced steel recycling (scrap use), the use of secondary carbon carriers from non-steel sectors as a reducing agent and energy source in the steelmaking process chain, and CE business models (supply chain analyses). The current paper gives an overview of different technological CE approaches as obtained in a dedicated workshop called “Resi4Future—Residue valorization in iron and steel industry: sustainable solutions for a cleaner and more competitive future Europe” that was organized by ESTEP to focus on future challenges toward the final goal of industrial deployment.
KW - Circular economy
KW - Steelmaking residues
KW - Clean steel
PY - 2021
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-530350
DO - https://doi.org/10.3390/met11081202
VL - 11
IS - 8
SP - 1202
PB - MDPI
AN - OPUS4-53035
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
T1 - Reductive treatment of steel making slags to produce a hydraulic binder and crude iron
N2 - Steelmaking slags are a by-product of steel production, that are currently used primarily in road construction, earthwork, and hydraulic engineering. In this use, the iron bound in the steelmaking slags (< 30 wt.%) is lost.
Recovery of iron from steelmaking slags is possible by thermochemical reductive treatment. The reductive treatment of liquid steelmaking slags causes iron oxides to be reduced to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. The chemical composition of the mineral phase is thus adapted to that of the Portland cement clinker and the mineral alite, the most important component of Portland cement, is formed. This way, crude iron can be recovered, and at the same time a hydraulic binder can be produced.
This process, however, is uneconomical due to the high temperatures required (~1800 °C). In the current project, the process is to be adapted so that the reduction of liquid steelmaking slag can be carried out at ~1600 °C. The chemical composition is to be modified in such a way that the melting temperature of the slags as well as their viscosity are in a technically suitable range and still a product with good cementitious properties is obtained.
T2 - LithiumDays
CY - Online meeting
DA - 06.12.2021
KW - BOFS
KW - Portland Cement
KW - Hydraulic reactivity
PY - 2021
AN - OPUS4-56081
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Singh, Amit Kumar
A1 - Mishra, Biswajit
A1 - Sinha, Om Prakash
T1 - Reduction Kinetics of Fluxed Iron Ore Pellets Made of Coarse Iron Ore Particles
N2 - The present work demonstrates a sustainable approach of using relatively coarser iron ore particles for ironmaking. The motivation is to reduce the energy consumption in the milling of the iron ore by utilizing coarser iron ore particles (+0.05 mm) and to select a suitable binder for improving pellet properties. Iron ore fines in the range of 0.05–0.25 mm was selected and classified into three size ranges. Fluxed iron ore pellets were prepared using lime as a binder for the basicity of 0, 1, and 2. Reduction of these pellets with a packed bed of coal fines was performed in the temperature range of 900–1200 °C for a duration of 30–120 min. The direct reduction kinetics of the iron ore pellets were studied by employing diffusion and chemical reaction control models to the experimental data. The results show that pellets made with coarser iron ore particles have improved reduction behavior and kinetics. The reduction reaction is found to be a mixed control. The activation energy for the reduction reaction varies from 44.3 to 74.76 kJ mol−1 as iron ore particle size decreases from 0.25 to 0.05 mm and basicity increases from 0 to 2.
KW - Materials Chemistry
KW - Metals and Alloys
KW - Process Metallurgy
KW - Iron making
PY - 2024
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-598326
DO - https://doi.org/10.1002/srin.202300669
SN - 1611-3683
IS - 2300669
SP - 1
EP - 9
PB - Wiley VHC-Verlag
AN - OPUS4-59832
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - RPRT
A1 - Wiesler, F.
A1 - Hund-Rinke, K.
A1 - George, E.
A1 - Greef, J.-M.
A1 - Holz, F.
A1 - Hölze, L.E.
A1 - Hülsbergen, K.-J.
A1 - Martin, S.
A1 - Severin, K.
A1 - Spielvogel, S.
A1 - Geiger, P.
A1 - Nawotke, C.
A1 - Kehlenbeck, H.
A1 - Schenkel, H.
A1 - Adam, Christian
A1 - Bloem, E.
A1 - Frank, D.
A1 - Goldbach, H.E.
A1 - Heene, M.
A1 - Kratz, S.
A1 - Kruse, A.
A1 - Möller, K.
A1 - Pinnekamp, J.
A1 - Schoumans, O.F.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Wulf, S.
T1 - Recyclingphosphate in der Düngung – Nutzen und Grenzen
N2 - Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie
an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert.
KW - Phosphor
KW - Düngemittel
KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT)
PY - 2020
SP - 1
EP - 19
PB - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
CY - Berlin
AN - OPUS4-51011
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Beckmann, T.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
ED - Reiser, B.
T1 - Recycling von metallurgischen Rückständen - Schmelzversuche zeigen, wie die Tantalrückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen optimiert werden kann
N2 - Since the recycling of tantalum bearing post-consumer waste is practically not existent, metallurgical residues are the most important feed for the tantalum recycling. Most tin ores naturally contain significant quantities of refractory metals. During the smelting process in primary tin production these elements are enriched in the slag phase. This slag is a highly valuable raw material for tantalum production due to its considerable concentration of tantalum and its functioning as an additional slag former in further pyrometallurgical treatment. In this paper the first process stage of an existing pyrometallurgical process for tantalum recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, is discussed. Smelting trials were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to analyse the effect of feeding on the activity of carbon as a reducing agent. Therefore, blowing petroleum coke through an iron lance and the manual adding of coke into the melting bath were tested. During the pyrometallurgical treatment elements with a high affinity to carbon were reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The objective of the process was to reduce the oxidic tantalum completely and to enrich it into the metal phase. Furthermore, the transfer of unwanted elements such as titanium into the metal phase was aimed to be avoided. Spoon test specimens were taken from the liquid mineral melt to follow the evolution of the reduction process. The cooled down solidified melting bath was investigated by using the XRD and EDX method to characterise the slag system and to identify relevant mineral phases.
N2 - Da das Recycling von tantalhaltigen Post-Consumer-Abfällen praktisch nicht existiert, stellen metallurgische Reststoffe eine äußerst wichtige Rohstoffquelle für das Tantalrecycling dar. Die meisten Zinnerze enthalten von Natur aus erhebliche Mengen an Refraktärmetallen. Diese Elemente werden in den Schlacken der pyrometallurgischen Primärzinngewinnung angereichert. Aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Wertstoffkonzentration und ihrer Funktion als zusätzlicher Schlackenbildner stellen diese Schlacken einen wertvollen Rohstoff für die Verhüttung tantalhaltiger Reststoffe dar. In der vorliegenden Arbeit wird ein existierendes Verfahren zur Tantalrückgewinnung diskutiert, dem hauptsächlich pyrometallurgische Rückstände geringer Wertstoffkonzentration als Einsatzstoff dienen. Mit Hilfe des Verfahrens sollte dasoxidisch vorliegende Tantal vollständig reduziert und in der Metallphase angereichert werden. Weiterhin sollte vermieden werden, dass unerwünschte Elemente wie Titan in die Metallphase überführt werden. Ziel der Untersuchung war es, die ablaufenden Reduktionsprozesse besser zu verstehen, um so Ansätze für die Prozessoptimierung identifizieren zu können.
KW - Lichtbogenofen
KW - Pyrometallurgie
KW - Recycling
KW - Tantal
KW - Zinnschlacke
PY - 2020
SN - 0934-3482
VL - 33
SP - 10
EP - 17
PB - Rhombos-Verlag
CY - Berlin
AN - OPUS4-50656
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Stahl, E.
A1 - Meiller, M.
A1 - Danz, P.
A1 - Dombinov, V.
A1 - Herzel, Hannes
T1 - Recycling of nutrients from residues of thermo-chemical processing of sugarcane bagasse and straw - handling of produced fertilizers based on biomass ash
N2 - Jährlich entstehen in Brasilien ca. 2 bis 10 Millionen Tonnen Aschen aus der Verbrennung von Zuckerrohrbagasse. Die Aschen enthalten schwankende Zusammensetzungen an mineralischen Nährelementen und könnten daher zu Düngezwecken verwendet werden.
Allerdings ist (i) die Nährstoffverfügbarkeit gering, (ii), die entsprechende Nährstoffzusammensetzung nicht optimal für die Nutzung der Aschen als Düngemittel für die Hauptanbaukulturen in Brasilien und (iii) weisen die Aschen aufgrund häufig schlechter Verbrennungsqualitäten hohe organische Kohlenstoffgehalte auf. Im Rahmen des Forschungsprojekts ASHES („Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermochemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Zuckerrohrstroh“), arbeiten 7 deutsche und 4 brasilianische Partner an der Optimierung der thermochemischen Verwertung von Rückständen aus der Zuckerproduktion in Brasilien, inklusive der Formulierung von optimierten Düngemischungen auf Basis der generierten Aschen. In dieser Veröffentlichung wird die Verarbeitung dieser optimierten Mischungen zu Pellets und Granulaten unter Verwendung verfügbarer regionaler Reststoffe wie Filterkuchen (Vinasse-Presskuchen) sowie Hühnertrockenkot beschrieben. Zur Untersuchung der Handlingeigenschaften wurden die produzierten Pellets und Granulate hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität und des Wasseraufnahmevermögens untersucht. Dafür wurden geeignete Prüfverfahren angepasst und entsprechende Versuche durchgeführt.
KW - Bagasse
KW - Nährstoffe
KW - Mechanische Stabilität
KW - Granulat
PY - 2018
SN - 1435-3199
IS - 10
SP - 56
EP - 59
PB - VGB PowerTech e.V.
CY - Essen
AN - OPUS4-47555
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Spanka, M.
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Auer, G.
A1 - Weingart, Eric
A1 - Al-Sabbagh, Dominik
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Adam, Christian
T1 - Recycling of blast-furnace sludge by thermochemical treatment with spent iron(II) chloride solution from steel pickling
N2 - One of the typical wastes produced in blast-furnace (BF) ironmaking is BF sludge, which mostly consists of carbon and iron oxides, but also contains toxic trace metals such as Zn, Pb, Cd, As, and Hg that render the material hazardous. Due to the lack of an established recycling process, BF sludges are landfilled, which is ecologically questionable and costly. Here, we investigate selective removal of Zn, Pb, and Cd from BF sludge by chlorination–evaporation reactions using thermodynamic modelling and laboratory-scale experiments. Specifically, BF sludge was thermochemically treated at 650–1000 °C with a spent iron(II) chloride solution from steel pickling and the effects of process temperature and retention time on removal of Zn, Pb, and Cd were investigated. Zinc and Pb were quantitatively removed from BF sludge thermochemically treated at 900–1000 °C, whereas Fe and C as well as other major elements were mostly retained. The Zn, Pb, and Cd contents in the thermochemically treated BF sludge could be lowered from ∼56 g/kg, ∼4 g/kg, and ∼0.02 g/kg to ≤0.7 g/kg, ≤0.02 g/kg, and ≤0.008 g/kg, respectively, thus rendering the processed mineral residue a non-hazardous raw material that may be re-utilized in the blast furnace or on the sinter band.
KW - Blast-furnace sludge
KW - Selective chlorination
KW - Zinc chloride
PY - 2021
DO - https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123511
SN - 0304-3894
VL - 402
IS - 123511
SP - 1
EP - 12
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-51141
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Piehl, Patrick
A1 - Weingart, E.
A1 - Adam, Christian
T1 - Recovery of zinc from steel mill dusts in the rotary kiln by joint treatment with chloride-containing residues
N2 - During iron and steel production, several by-products such as slags, dusts and sludges are generated in addition to pig iron and steel as primary products. While established recycling routes exist for slags, there are still considerable recycling problems for other residual materials, especially for filter dusts and sludges containing zinc and lead from waste gas purification. However, the high heavy metal contents make landfilling these dusts and sludges cost-intensive and ecologically problematic. In addition, the relatively high zinc and iron loads represent a valuable material potential, which can make reprocessing of the material with recovery of the zinc and iron loads as secondary raw materials ecologically as well as economically attractive. Against this background, a process is being developed in a cooperative project between Ferro Duo GmbH and the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), in which the heavy metals (zinc, lead, cadmium, etc.) contained in the filter dusts and sludges are selectively converted into chlorides in a thermochemical process after the addition of a chlorine donor and evaporated at temperatures between 650 and 1100 °C. This process can be used to recover zinc and iron as secondary raw materials.
Experiments to date in a batch reactor show that >99% of the zinc and lead can be removed from the treated material. However, a continuous process is necessary for an economical process, which is why this process is transferred to a rotary kiln and relevant process parameters are identified and optimized. The results of these investigations will be presented here.
T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes 2021
CY - Online meeting
DA - 13.09.2021
KW - Elektroofenstaub
KW - Gichtgasschlamm
KW - Recycling
KW - Ressourcenrückgewinnung
KW - Zink
PY - 2021
AN - OPUS4-53290
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Montag, D.
A1 - Adam, Christian
T1 - Rechtliche Vorgaben der Klärschlammverordnung und deren Auswirkungen auf die Phosphor-Rückgewinnung
N2 - Im Abfalltechnik-Ausschuss der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) wurde eine Vollzugshilfe zur Klärschlammverordnung erarbeitet, die nach Verabschiedung durch die Umweltministerkonferenz Mitte Mai 2020 als LAGA-Merkblatt M-39 veröffentlicht wurde. Im vorliegenden vierten Arbeitsbericht der DWA-Arbeitsgruppe KEK-1.1 werden verschiedene Aspekte der ab dem Jahr 2029 geltenden Regelungen aufgegriffen und damit einige Punkte des LAGA M-39 hinsichtlich der technischen Auswirkungen für den Kläranlagenbetreiber konkret ausgeführt.
KW - Klärschlamm
KW - Klärschlammverordnung
KW - Phosphor-Rückgewinnung
PY - 2022
SN - 1866-0029
VL - 5
IS - 69
SP - 406
EP - 413
PB - Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik
CY - Hennef
AN - OPUS4-55009
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenaniaphosphat aus Klärschlammasche für Bayern
N2 - Vorstellung des Projektstands R-Rhenania aus der Förderinitiative RePhoR des BMBF.
T2 - DPP FORUM 2022: Phosphor Recycling 2029 Etappenziel erreicht?
CY - Frankfurt a.M., Germany
DA - 13.10.2022
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Klärschlammasche
KW - thermochemische Behandlung
PY - 2022
AN - OPUS4-55980
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenania Phosphat aus Klärschlammasche für Bayern
N2 - In Bayern wird Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserreinigung weitgehend verbrannt. Monoverbrennungsanlagen - ausschließlich für kommunalen Klärschlamm - gibt es in Altenstadt, München, Gendorf, Straubing, Neu-Ulm und zukünftig auch in Augsburg. Die Anlage in Altenstadt verbrennt jährlich ca. 55.000 t Klärschlamm-Trockensubstanz und produziert dabei rund 15.000 t phosphatreiche Aschen.
Die Asche aus Altenstadt wird zurzeit überwiegend direkt landwirtschaftlich genutzt. Aufgrund der niedrigen Schadstoffgehalte ist diese Nutzung nach den düngemittelrechtlichen Regelungen gesetzlich zulässig. Um der Intention der neuen Düngeverordnung (26. Mai 2017) nach hocheffizienten, d.h. gut pflanzenverfügbaren Düngemitteln zu entsprechen, ist eine Aufbereitung der Klärschlammasche geplant. Im Rahmen des R-Rhenania Projektes errichten der Betreiber der Klärschlammverbrennungsanlage Altenstadt in Bayern Emter GmbH - und der Düngemittelhersteller sePura GmbH gemeinsam eine AshDec®-Demonstrationsanlage, die im Jahr 2023 den Betrieb aufnehmen soll. Das angewandte AshDec®-Verfahren schließt die Phosphate in der Klärschlammasche thermisch im Drehrohrofen auf und macht diese für Pflanzen vollständig verfügbar. Gleichzeitig werden Schadstoffe wie Arsen, Blei und Cadmium entfernt. Den thermischen Aufschluss kennt man bereits vom erfolgreichen, aber nicht mehr produzierten Düngemittel „Rhenania-Phosphat“, das auf der Basis von Rohphosphaten hergestellt wurde.
Die geplante Anlage wird neben den Aschen aus Altenstadt zusätzlich die Aschen aus weiteren bayerischen Verbrennungsanlagen verwerten und für eine Kapazität von 30.000 Jahrestonnen Asche ausgelegt sein. Der Projektpartner sePura plant den produzierten Dünger vollständig in Bayern zu verwerten. Dies verringert die Umweltbelastung durch lange Transportwege und fördert die Regionalität des Vorhabens.
T2 - RePhoR Auftaktveranstaltung
CY - Online meeting
DA - 03.11.2020
KW - Klärschlammasche
PY - 2020
AN - OPUS4-51608
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenania Phosphat aus Klärschlammasche für Bayern
N2 - Im Verbundprojekt R-Rhenania wird eine industrielle Demonstrationsanlage am Standort der Monoverbrennungsanlage Altenstadt der Firma Emter errichtet und im Jahr 2024 den Betrieb aufnehmen. Die vorhandene Rostfeuerung-Monoverbrennung wird so umgebaut, dass ein neues thermochemisches Verfahren integriert werden kann, welches hochwirksame und schadstoffarme Dünger produziert (bis zu 17.000 t/a). Die thermochemischen Produkte werden in Gefäß- und Feldversuchen im ökologischen Landbau auf ihre Düngewirkung getestet. Die Umweltverträglichkeit der Demonstrationsanlage wird untersucht, wie auch die Übertragbarkeit des Verfahrens auf weitere Regionen.
T2 - Statusseminar RePhoR
CY - Frankfurt am Main, Germany
DA - 03.05.2023
KW - Phosphor
KW - Monoverbrennung
KW - Recycling
KW - Nährstoffe
KW - Dünger
PY - 2023
AN - OPUS4-59486
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
A1 - Stephan, Dietmar
T1 - Production of an alite-rich material from reduced basic oxygen furnace slags
N2 - Basic oxygen furnace slag (BOFS) is a by-product of steelmaking of which about 10.4 Mt are produced annually in the EU. BOFS is mostly used in road construction, earthwork and hydraulic engineering. However, in this use, the iron bound in BOFS is lost and the opportunity to produce higher value products from BOFS is forgone.
In recent decades, many researchers have investigated the production of both Portland cement clinker and crude iron from BOFS via a thermochemical reductive treatment. The reductive treatment of liquid BOFS causes a reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density and can be recovered. An advantage of this process is that simultaneously the chemical composition of the reduced BOFS is adapted to that of Portland cement clinker and the hydraulic reactive mineral alite (Ca3SiO5) is formed.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace and a low-iron mineral product rich in alite was produced. Despite a chemical and mineralogical composition similar to that of Portland cement clinker, the reduced BOFS produced less heat of hydration, and its reaction was delayed compared to Portland cement. However, adding gypsum accelerated the hydration rate of the reduced BOFS.
Further research to improve the hydraulic properties of the reduced BOFS is essential. If successful, the production of a hydraulic material and crude iron from BOFS could have economic and ecological benefits for both the cement and steel industry.
T2 - GeoBerlin 2023
CY - Berlin, Germany
DA - 04.09.2023
KW - BOFS
KW - Alite
KW - Hydraulic reactivity
PY - 2023
AN - OPUS4-58206
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Stephan, D.
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
T1 - Production of a hydraulic material from post-treated steelmaking slags
N2 - Steelmaking slag is a by-product of steel production of which 4.5 Mt were produced in 2020 in Germany alone. It is mainly used in road construction, earthwork and hydraulic engineering. A smaller part is returned to the metallurgical circle, used as fertilizer or landfilled.
With this use, iron oxides still contained in steelmaking slag are lost. In addition, the possibility of producing higher-grade products from steelmaking slag is foregone. In recent decades, many researchers have investigated the production of Portland cement clinker and crude iron from basic oxygen furnace slags (BOFS) via a reductive treatment. Carbothermal treatment of liquid BOFS causes a reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. Simultaneously, the chemical composition of the reduced slag is adapted to that of the Portland cement clinker.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace using petrol coke as a reducing agent. The resulting low-iron mineral product had a similar chemical composition to Portland cement clinker and was rich in the tricalcium silicate solid solution alite (Ca3SiO5). Based on its chemical and mineralogical composition, similar to that of Portland cement clinker, the reduced BOFS has the potential to react comparably. In our study, the reduced BOFS produced less heat of hydration compared to OPC and its hydraulic reaction was delayed. However, adding gypsum has been shown to accelerate the hydration rate of the reduced BOFS compared to that known from the calcium silicates of Portland cement clinker.
Further research to improve the hydraulic properties of the reduced slag is essential. If successful, producing a hydraulic binder and crude iron from BOFS could have economic and ecological benefits for both the cement and steel industry.
T2 - 16th International Congress on the Chemistry of Cement ICCC 2023
CY - Bangkok, Thailand
DA - 18.09.2023
KW - Steelmaking slag
KW - Alite hydraulic reactivity
KW - Clinker substitute
PY - 2023
AN - OPUS4-58522
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
ED - Schraut, Katharina
ED - Adamczyk, Burkart
ED - Adam, Christian
ED - Stephan, D.
ED - Simon, Sebastian
ED - von Werder, Julia
ED - Meng, Birgit
T1 - Production of a hydraulic material from post treated steelmaking slags
N2 - Steelmaking slag is a by-product of steel production, of which 4.5 Mt were produced in 2020 in Germany alone. It is mainly used in road construction, earthwork and hydraulic engineering. A smaller part is returned to the metallurgical cycle, used as fertiliser or landfilled.
With this use, iron oxides still contained in steelmaking slag are lost. In addition, the possibility of producing higher-grade products from steelmaking slag is foregone. In recent decades, many researchers have investigated the production of Portland cement clinker and crude iron from basic oxygen furnace slags (BOFS) via a reductive treatment. Carbothermal treatment of liquid BOFS causes a reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. Simultaneously, the chemical composition of the reduced slag is adapted to that of Portland cement clinker.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace using petrol coke as a reducing agent. The resulting low-iron mineral product has a similar chemical composition to Portland cement clinker and was rich in the tricalcium silicate solid solution alite (Ca3SiO5). Based on its chemical and mineralogical composition, similar to that of Portland cement clinker, the reduced BOFS has the potential to react comparably. In our study, the reduced BOFS produced less hydration heat than OPC, and its hydraulic reaction was delayed. However, adding gypsum has shown to accelerate the hydration rate of the reduced BOFS compared to that known from the calcium silicates of Portland cement clinker.
Further research to improve the hydraulic properties of the reduced slag is essential. If successful, producing a hydraulic binder and crude iron from BOFS has economic and ecological benefits for both the cement and steel industries.
T2 - The 16th International Congress on the Chemistry of Cement 2023 (ICCC2023)
CY - Bangkok, Thailand
DA - 18.09.2023
KW - Steelmaking slag
KW - Alite
KW - Clinker substitute
KW - Hydraulic reactivity
PY - 2023
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-590522
UR - https://www.iccc-online.org/archive/
SP - 432
EP - 436
CY - Bangkok
AN - OPUS4-59052
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Smol, M.
A1 - Adam, Christian
T1 - Possibility of recovering phosphorus from sewage sludge ash (SSA) in Poland
N2 - Due to the vital importance of phosphorus (P) and its increasing scarcity as a natural resource, phosphorus recovery has recently gained significant scientific and technical interest. An interesting sources of phosphorus are sewage sludge (SS) and sewage sludge ash (SSA) due to the major part of the phosphate from P rich wastewater is transferred to the sludge (approx. 90%). Despite the fact that the raw materials base is large (PURE report indicates that in 2020 the amount of sewage sludge generated in Poland will reach 180% of the dry matter of sewage sludge produced in 2010), at present recycling of phosphorus is not a commonly used practice in Poland.
T2 - International Phosphorus Workshop 9
CY - Zurich, Switzerland
DA - 08.07.2019
KW - Sewage sludge ash
KW - Phosphorus recovery
PY - 2019
AN - OPUS4-48616
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
A1 - Stephan, Dietmar
A1 - Adam, Christian
T1 - Portland cement clinker from reduced basic oxygen furnace slag
N2 - Basic oxygen furnace slag (BOFS) is a by-product of the steelmaking process, of which about 10.4 Mt are produced annually in the European Union. Besides its predominant use in road construction, earthwork, and hydraulic engineering, it is also possible to use BOFS as a source material for Portland cement clinker.
The main difference in the chemical composition of BOFS from the chemical composition of Portland cement clinker is its high content of iron oxides (7-50 wt.%). In recent decades, many researchers have investigated the production of both Portland cement clinker and crude iron from BOFS via thermochemical reductive treatment. Carbothermal treatment of liquid BOFS causes reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace using petrol coke as reducing agent. The produced low-iron mineral product was chemically similar to Portland cement clinker and contained the most important Portland cement mineral alite (Ca3SiO5) as main component. Besides alite, the mineral product contained other Portland cement clinker constituents such as belite (β-Ca2SiO4) and tricalcium aluminate (Ca3Al2O6).
The production of Portland cement clinker and crude iron from BOFS has economic and ecological benefits for both the cement and steel industry. Cement clinker from reduced BOFS may be used as a substitute for cement clinker from conventional cement production, thereby CO2 emissions will be reduced. The steel industry benefits from a high-value application for its by-products that avoids cost expensive landfilling and may even bring economic advantages. However, reductive treatment requires high temperatures and, for economic reasons, has to be carried out immediately after casting of the liquid BOFS, which is a logistical challenge for most steel plants. A cost-benefit analysis is therefore essential.
T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes
CY - Online meeting
DA - 13.09.2021
KW - BOFS
KW - Portland Cement
KW - Hydraulic reactivity
PY - 2021
AN - OPUS4-53475
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Raniro, H.R.
A1 - Teles, A.P.
A1 - Pavinato, P.S.
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus solubility and dynamics in a tropical soil under sources derived from wastewater and sewage sludge
N2 - Conventional phosphate fertilizers are usually highly water-soluble and rapidly solubilize when moistened by the soil solution. However, if this solubilization is not in alignment with plants demand, P can react with the soil colloidal phase, becoming less available over time. This is more pronounced in acidic, oxidic tropical soils, with
high P adsorption capacity, reducing the efficiency of P fertilization. Furthermore, these fertilizers are derived from phosphate rock, a non-renewable resource, generating an environmental impact. To assess these concerns, waste-recycled P sources (struvite, hazenite and AshDec®) were studied for their potential of reducing P Fixation by the soil and improving the agronomic efficiency of the P fertilization. In our work, we compared the solubilization dynamics of struvite, hazenite, AshDec® to triple superphosphate (TSP) in a sandy clay loam Ferralsol, as well as their effect on solution pH and on soil P pools (labile, moderately-labile and non-labile) via an incubation experiment. Leaching columns containing 50 g of soil with surface application of 100 mg per column (mg col 1) of P from each selected fertilizer and one control (nil-P) were evaluated for 60 days. Daily leachate samples from the column were analyzed for P content and pH. Soil was stratified in the end and submitted to P
fractionation. All results were analyzed considering p < 0.05. Our findings showed that TSP and struvite promoted an acid P release reaction (reaching pHs of 4.3 and 5.5 respectively), while AshDec® and hazenite reaction was alkaline (reaching pHs of 8.4 and 8.5 respectively). Furthermore, TSP promoted the highest P release among all sources in 60 days (52.8 mg col 1) and showed rapid release dynamic in the beginning, while struvite and hazenite showed late release dynamics and lower total leached P (29.7 and 15.5 mg col 1 P respectively). In contrast, no P-release was detected in the leachate of the AshDec® over the whole trial period. Struvite promoted
the highest soil labile P concentration (7938 mg kg 1), followed by hazenite (5877 mg kg 1) and AshDec® (4468 mg kg 1), all higher than TSP (3821 mg kg 1), while AshDec® showed high moderately-labile P (9214 mg kg 1), reaffirming its delayed release potential.
KW - Phosphate dynamics
KW - Struvite
KW - Wastewater
KW - Sewage sludge ash
KW - CaNaPO4
KW - P speciation
PY - 2022
DO - https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113984
VL - 302
IS - Part A
SP - 113984
PB - Elsevier Ltd.
AN - OPUS4-53600
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - Phosphorus recovery in Germany – recent developments
N2 - The recent developments of phosphorus recovery in Germany were presented. The funding program RePhoR was introduced with focus on the demonstration project R-Rhenania that is coordinated by BAM.
T2 - Green Deal 2020 conference
CY - Online-Meeting
DA - 14.12.2020
KW - Phopshorus recovery
KW - Waste water treatment
KW - Recycling fertiliser
PY - 2020
AN - OPUS4-51837
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus recovery from wastewater - Developments and perspective in Germany
N2 - A new sewage sludge ordinance was set in force in Germany in 2017 that makes phosphorus recovery from sewage sludge mandatory. The technological possibilities for P-recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ash were presented.
T2 - International Workshop Nutrient Stewardship & Next-Generation Fertilisers
CY - Heron Island, Australia
DA - 15.12.2018
KW - Phosphorus recovery
PY - 2018
AN - OPUS4-47110
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ashes
N2 - A lecture was given about the technical possibilities of phosphorus recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ashes. The specific situation of Europe and Germany was explained in the context of raw materials dependencies and the legal framework.
T2 - Lecture at University of Sao Paulo, Brasil
CY - Berlin, Germany and Sao Paulo, Brasil
DA - 11.11.2019
KW - Phosphorus recovery
KW - Recycling fertilisers
KW - Sewage sludge ordinance
PY - 2019
N1 - Vorlesung über Adobe Connect an der University of Sao Paulo, Brasilien
AN - OPUS4-49590
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Vogel, Christian
A1 - Adam, Christian
A1 - Kugler, Stefan
A1 - Herzel, Hannes
T1 - Phosphorus recovery from waste streams for fertilizer production
N2 - Phosphorus (P) plays an essential role in the global food security. However, the global P reservoirs have a statistic lifetime of about 385 years only. Due to the scarcity of P and the increasing world population an efficient and sustainable recycling management is required. A few biogenic waste materials are high in P contents such as sewage sludge and meat and bone meal. Thus, they are suitable for P recycling and fertilizer production. But besides the high P content sewage sludge is often highly contaminated with organic pollutants and toxic heavy metals which have to be eliminated before agricultural field application. In this presentation we show the potential of sewage sludge as secondary resource for fertilizers. This includes our developments in thermochemical processes for the production of novel P-fertilizers from recycled materials. Furthermore, for these novel P-fertilizers common extraction tests to determine the plant-available P are often unusable. Therefore, we successfully applied the Diffusive gradients in thin-films (DGT) techniques to analyse the plant-availability of P-fertilizers from recycled materials.
T2 - Eingeladener Vortrag an der University of South Australia
CY - Mawson Lakes, Australia
DA - 22.11.2018
KW - Phosphorus recovery
KW - Sewage sludge
KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT)
PY - 2018
AN - OPUS4-46764
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus Recovery from Waste Streams
N2 - Phosphate rock is a non renewable resource and should be replaced by secondary raw materials due to different reason. The potential for P-recovery from waste streams is shown as well as technologies for recovery.
T2 - Advanced Recycling Technologies
CY - Berlin, Germany
DA - 04.12.2018
KW - Phopshorus recovery
PY - 2018
AN - OPUS4-46941
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Sichler, Theresa Constanze
A1 - Adam, Christian
A1 - Becker, Roland
A1 - Sauer, Andreas
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Barjenbruch, M.
T1 - Phosphorus determination in sewage sludge: comparison of different aqua regia digestion methods and ICP-OES, ICP-MS and photometric determination
N2 - Phosphorus recycling from sewage sludge will be obligatory in Germany from 2029. Phosphorus content determination in sewage sludge is crucial to assess the prescribed recycling rates. Currently, German law regards sample preparation using aqua regia digestion in a microwave or under reflux conditions as well as instrumental phosphorus determination by ICP-OES, ICP-MS, or photometric determination with ammonium molybdate as equivalent. However, it is questionable whether these methods are indeed equivalent regarding phosphorus quantification in sludges near the limit of 20 g/kg for mandatory recycling. To answer this question, 15 sewage sludges of 11 different wastewater treatment plants were investigated with all permitted method (digestion and measurement) combinations. Moreover, one sewage sludge was also examined in an interlaboratory comparison (ILC) with 28 participants. This study shows that the above-mentioned methods differ in some cases significantly but across all method combinations and sludges, phosphorus recovery was between 80 and 121% after normalization to the grand mean (average of 15 sludges between 85 and 111%). The ILC and the examination of 15 sludges produced largely similar results. There is a tendency to higher phosphorus recovery after microwave digestion compared to reflux digestion and ICP-OES measurements determine higher phosphorus contents than ICP-MS and photometric phosphorus determination. As a result, the authors recommend ICP-OES determination of phosphorus in sewage sludge after microwave digestion.
KW - Sewage sludge
KW - ICP-OES
KW - Phosphous recovery
KW - ICP-MS
KW - Photometric P determination
KW - Interlaboratory comparison
PY - 2022
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-558869
DO - https://doi.org/10.1186/s12302-022-00677-1
VL - 34
IS - 99
SP - 1
EP - 14
PB - Springer
AN - OPUS4-55886
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Sichler, Theresa
A1 - Adam, Christian
A1 - Montag, D.
A1 - Ehm, J.
A1 - Barjenbruch, M.
A1 - Pinnekamp, J.
T1 - Phosphorrückgewinnung - Ergebnisse des Projekts extraWERT
N2 - Es wurden erste Ergebnisse des Projekts extraWERT vorgestellt. Im Projekt werden monatlich Klärschlammproben von 10 kommunalen Kläranlagen untersucht, deren P-Gehalt im Grenzbereich der AbfKlärV liegt zwischen 1,7 und 2,3%. Die ersten Ergebnisse lagen zu fünf Kläranlagen vor, es wurden Daten zum TS-Gehalt, zur oTS und zu den Nährstoffgehalten präsentiert.
T2 - DWA-Netzwerktag des Nord-Ost
CY - Berlin, Germany
DA - 22.01.2020
KW - Klärschlamm
KW - AbfKlärV
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Nährstoffe
PY - 2020
AN - OPUS4-50300
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphor: Von der Rückgewinnung zum Recycling
N2 - Eine entscheidende Problematik nach Inkrafttreten der neuen
Klärschlammverordnung ist, wie Phosphor nicht nur rückgewonnen,
sondern in den Markt eingeschleust und letztlich auch
in den Kreislauf zurückgeführt werden kann. Die Wege hierzu
sind noch weitgehend ungeklärt. Die DWA-Arbeitsgruppe KEK-
1.1 hat aus diesem Grund einen Workshop durchgeführt, um
rechtliche Anforderungen an Rezyklate, Aspekte der Rezyklatqualität
und -beschaffenheit sowie den aktuellen Markt für Rezyklate
zu diskutieren. Auf Basis dieses Workshops wurde ein
Arbeitsbericht erstellt, der sich schwerpunktmäßig mit dem Einsatz
von Rezyklaten zu Düngezwecken beschäftigt. Hierzu liegen
bereits Erkenntnisse vor, und es sind bereits Praxisbeispiele in
der Umsetzung.
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
PY - 2018
DO - https://doi.org/10.3242/kae2018.08.005
SN - 1866-0029
VL - 65
IS - 8
SP - 710
EP - 717
PB - Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik (GFA)
CY - Hennef
AN - OPUS4-45661
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphatdüngemittel aus Klärschlammaschen
N2 - Das Element Phosphor ist für alle Lebewesen essenziell und wird beispielsweise von Pflanzen in Form von Phosphaten aufgenommen.
In der landwirtschaftlichen Produktion werden dem Boden die Phosphate durch Wachstum und Ernte der Pflanzen entzogen und müssen ihm in Form von Phosphatdüngemitteln wieder zugeführt werden, um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern. Rohphosphat stellt die Grundlage unserer derzeitigen Phosphatdüngemittel dar, ist aber gleichzeitig ein endlicher Rohstoff.
Des Weiteren sind insbesondere sedimentäre Rohphosphate oftmals mit erheblichen Konzentrationen toxischer Schadstoffe wie Cadmium, Uran und Thorium belastet. Eine Kreislaufführung des Phosphats sollte erfolgen, um natürliche Rohstoffvorkommen zu schonen und den Eintrag von Schadstoffen auf unsere Böden zu unterbinden.
KW - Phosphat
KW - Recyclingdüngemittel
PY - 2020
SN - 1610-6563
IS - 3
SP - 14
EP - 15
PB - MuP Verlag GmbH
CY - München
AN - OPUS4-50792
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - THES
A1 - Herzel, Hannes
T1 - Phase reaction during thermochemical treatment of sewage sludge and biomass ashes with alkali compounds to increase nutrient plant availability
N2 - Das Element Phosphor ist für Pflanzen, Tiere und Menschen essenziell. Um die Phosphorversorgung für Pflanzen in der Landwirtschaft zu gewährleisten, werden Phosphordünger eingesetzt. Die Nährstoffe werden hauptsächlich durch Wirtschaftsdünger (Gülle, Jauche, Stallmist) zurückgeführt. Zusätzlich werden in der konventionellen Landwirtschaft mineralische Phosphordünger eingesetzt, die vorwiegend aus dem fossilen Rohstoff Phosphorit gewonnen werden. Um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren, sollen nährstoffhaltige Rest- und Abfallstoffe zur Phosphordünger aufbereitet werden. In Abwasserkläranlagen fällt phosphorreicher Klärschlamm als Abfallstoff an. Der größte Anteil des Klärschlammes wird in Steinkohlekraftwerken, Zementwerken oder in Monoklärschlammverbrennungsanlagen verbrannt. Die Klärschlammaschen aus den Monoverbrennungsanlagen enthalten bis zu 12 Gew.-% Phosphor und sind daher für die Düngerherstellung geeignet.
Ein geeignetes Verfahren zur Aufbereitung der Klärschlammaschen ist die thermochemische Behandlung im Drehrohrofen. Mit dem sogenannten AshDec®-Prozess, kann ein Phosphordünger hergestellt werden. Aktuell wird eine großtechnische Anlage in Altenstadt (Bayern) geplant, die im Jahr 2023 den Betrieb aufnehmen soll. Der zentrale Bestandteil ist die Phasenumwandlung von schlecht pflanzenverfügbaren Phosphaten in der Klärschlammasche (vorwiegend das Calciumphosphat Whitlockit und Aluminiumphosphat) zu gut pflanzenverfügbaren Calciumalkaliphosphaten im Produkt. Um dies zu erzielen, werden die Aschen mit Natrium- und/oder Kalium-Verbindungen gemischt und einer thermochemischen Behandlung bei 800-1000 °C zugeführt. Um die Pflanzenverfügbarkeit und Düngewirkung von Phosphaten abschätzen zu können, ist die chemische Extraktionsmethode mit neutraler Ammoniumcitratlösung geeignet.
In der Dissertation werden die (Phosphor-)Phasenreaktionen und die Prozessbedingungen des thermochemischen Verfahrens untersucht, um das Verfahren gezielt zu modifizieren und die Wirtschaftlichkeit zu steigern. Die Zielphasen der thermochemischen Behandlung sind die Calciumalkaliphosphate CaNaPO4 und CaKPO4, und deren Mischphasen Ca(Na,K)PO4, welche in der Publikation 3.1 synthetisiert wurden. Für diese Calciumalkaliphosphate wurden die thermodynamischen Daten der Standardbildungsenthalpie, Standardentropie, Wärmekapazität und die Wärmemenge der Phasenumwandlung bestimmt (Publikation 3.1).
Bei der thermochemischen Behandlung von Klärschlammaschen wurden als Additive Natrium- und Kaliumsulfat bei verschiedenen Temperaturen getestet. Der Einsatz von Kaliumadditiven ist erwünscht, um den Marktwert des Produktes durch die Produktion eines Phosphor-Kalium-Düngers zu erhöhen. Zusätzlich wird eine möglichst geringe Prozesstemperatur angestrebt, bei der die erwünschten Calciumalkaliphosphate gebildet werden.
In den Publikationen 3.2 und 3.3 wird gezeigt, dass für Klärschlammaschen eine komplette Phasenumwandlung zu Calciumnatriumphosphaten ab 875 °C in Laborversuchen (Korundtiegel) mit dem Additiv Natriumsulfat erzielt werden kann. Der Einsatz von Kaliumsulfat erforderte notwendige Reaktionstemperaturen von über 1100 °C. Diese
unterschiedlichen Reaktionstemperaturen hängen mit den Schmelzpunkten von Natriumsulfat (890 °C) und Kaliumsulfat (1070 °C) zusammen. Um Kaliumsulfat in den Prozess bei niedrigen Temperaturen zu integrieren, wurden Natriumsulfat und Kaliumsulfat vor der Behandlung gemischt. Dies führte zu einer Schmelzpunkterniedrigung und resultierte in Reaktionstemperaturen zwischen 900 °C bis 1000 °C für die untersuchten Mischungen von Natrium- und Kaliumsulfat (Publikation 3.3).
Die Zusammensetzung der Calciumalkaliphosphate Ca(Na,K)PO4 war anders als erwartet. Bei der Phasenanalytik stellte sich heraus, dass bei geringem und mittlerem Anteil von Kaliumsulfat im Alkali-Additiv nur Calciumnatriumphosphate mit sehr geringen Kaliumgehalten gebildet wurden. Erst bei einem hohen Anteil von Kaliumsulfat in der Mischung der Alkalisulfate konnten kaliumhaltige Calciumalkaliphosphate nachgewiesen werden (u.a. (Ca0.9Mg0.1)(Na0.6K0.4)PO4). Dieser geringere Einbau von Kalium in die Calciumalkaliphosphate hängt mit den zusätzlich stattfindenden Reaktionen zwischen den Alkalien und den Silikaten zusammen. Es ist bekannt, dass die zugegebenen Alkalisulfate zuerst mit Silikaten und anschließend mit den Phosphaten reagieren. Silikate bauen bevorzugt Kalium ein, deswegen konnten erst kaliumhaltige Phosphate gebildet werden, wenn die Reaktion mit den Silikaten abgeschlossen war. Dies führte zu einem geringeren Kaliumanteil in den gebildeten Phosphaten im Vergleich zum Kaliumanteil der verwendeten Alkaliadditive. Das in Silikaten gebundene Kalium ist wahrscheinlich schlecht für die Pflanzen verfügbar. Dies könnte den Einsatz der produzierten Phosphor-Kalium-Dünger einschränken. Der bevorzugte Kaliumeinbau in Silikaten konnte auch in Kalkulationen mit den thermodynamischen Daten aus der Publikation 3.1 gezeigt werden.
Mittels Phasenanalytik vor und nach der chemischen Extraktion, konnte die Zugehörigkeit zu verschiedenen Modifikationen der Calciumalkaliphosphaten sicher bestimmt werden und eine ungefähre Zusammensetzung dieser Calciumalkaliphosphate abgeschätzt werden. So konnte nachgewiesen werden, dass die Modifikation vom CaNaPO4 ungefähr 10 % Magnesium einbauen kann. Wenn mehr Magnesium eingebaut wird, bildet sich die Phase (Ca,Mg)NaPO4, die eine vergleichbare Struktur wie die bekannte Phase (Ca0.72Mg0.28)NaPO4 aufweist. Dieses magnesiumreiche Calciumnatriumphosphat entstand vermutlich, wenn entweder erhöhte Anteile an Kalium eingebaut wurden (Ca0.8Mg0.2)(Na0.85K0.15)PO4 (Publikation 3.3) oder die Phasenumwandlung vom Calciumphosphat Whitlockit zum Calciumalkaliphosphat CaNaPO4 noch nicht abgeschlossen war (Publikation 3.2). Wenn mehr Kalium eingebaut wird, dann entsteht eine Phase (u.a. (Ca0.9Mg0.1)(Na0.6K0.4)PO4) ähnlich zu den Mischphasen aus der Publikation 3.1.
In den Publikationen 3.4 und 3.5 wurden keine Klärschlammaschen untersucht, sondern Biokohlen aus Modellklärschlämmen (Publikation 3.5) und Biomasseaschen (Publikation 3.4) aus der Vergasung oder Verbrennung einer Mischung aus Zuckerrohrbagasse und Hühnertrockenkot. Die thermochemischen Produkte der Biokohlen bzw. Biomasseaschen enthielten das gewünschte CaNaPO4 und hatten eine hohe Düngewirkung in Pflanzenwachstumsversuchen mit Sojapflanzen bzw. Gräsern.
KW - AshDec
KW - Recycling fertilizer
KW - Calcium alkali phosphate
PY - 2020
SP - 1
EP - 186
CY - Jena
AN - OPUS4-54724
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Kratz, S.
A1 - Bloem, E.
A1 - Adam, Christian
A1 - Vogel, Christian
T1 - Pflanzenverfügbarkeit und agronomischen Effizienz von klärschlammbasierten Phosphor(P)-Recyclingdüngern
N2 - Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise im Vegetationsversuch geprüft. Vegetationsversuche erlauben die Betrachtung unterschiedlicher Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -aneignung ebenso wie die Berücksichtigung verschiedener Substrattypen und deren Eigenschaften hinsichtlich Nährstofffixierung und –freisetzung. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher herkömmlicherweise mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch im Rahmen der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um die Einhaltung düngemittelrechtlicher Vorgaben zu überprüfen. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist jedoch die Übertragung herkömmlicher Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm mit einigen Schwierigkeiten verbunden, Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind.
T2 - Berliner Klärschlammkonferenz
CY - Berlin, Germany
DA - 05.11.2018
KW - Düngemittel
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
PY - 2018
AN - OPUS4-46503
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -