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Säuren und Metalloxide werden im Reaktor wiedergewonnen © Andritz
Säuren und Metalloxide werden im Reaktor wiedergewonnen © Andritz

Kooperationsmeldung

Stahlerzeugung ohne Nitrat-Belastung für die Umwelt

22.02.2016

Die Herstellung von Edelstahl ist mit dem Einsatz von hoch giftigen Säuren verbunden. Deren Abfallprodukte wie Fluoride werden üblicherweise neutralisiert und als Schlamm deponiert, während Nitrate letztlich im Grundwasser landen. Ein für den Staatspreis Innovation nominiertes, kombiniertes Verfahren des steirischen Maschinenbauers Andritz verspricht, Säuren und gelöste Metalle für die Stahlproduktion zurückzugewinnen und den Nitratausstoß auf null zu reduzieren.

"Während der Stahlherstellung entsteht eine Oxidschicht auf der Oberfläche, die man Zunder nennt. Um diesen Zunder zu entfernen, braucht man sehr aggressive Säuren wie Flusssäure und Salpetersäure", erklärte Luis Coronado, Director Regeneration Systems Engineering bei Andritz, im Gespräch mit APA-Science den Beizprozess. Erst dadurch erhält man den glänzenden, rostfreien Edelstahl, wie man ihn im Haushalt kennt.

Bewährtes System "Pyromars"

Um die Säuren in der Beizsektion wiederzugewinnen, hat Andritz bereits vor gut 20 Jahren das Sprühröstverfahren PYROMARS (PYROlytical Mixed Acid Recovery System) entwickelt. Dabei wird der gelöste Zunder - bestehend aus Flusssäure, Salpetersäure und gelösten Metallen - in einen Reaktor gesprüht. Bei mehreren hundert Grad verdampfen die Flüssigkeiten. Vereinfacht gesagt kommen am Ende oben die Säuren heraus und unten Metalloxide.

Die Säuren werden so fast zur Gänze wiedergewonnen und in den Produktionskreislauf rückgeführt, Flusssäure zu 99 Prozent, Salpetersäure zwischen 70 und 80 Prozent. Der Rest der Salpetersäure wird zu harmlosem Stickstoff reduziert, der in die Luft abgegeben wird. "Das wichtige dabei: Es landet nicht im Grundwasser", ergänzt Coronado. Denn Nitrate, die in die Umwelt gelangen, sorgen in der Landwirtschaft für Überdüngung und im menschlichen Körper werden sie zu schädlichen Nitriten umgewandelt.

Die gelösten Metalle reagieren im Reaktor bei hoher Temperatur zu Metalloxiden. "Dieses Oxid hat eine Zusammensetzung, die quasi ident ist mit dem Stahlband das vorher gebeizt wurde", so Coronado. Das wegen seines Nickelgehalts durchaus wertvolle Metalloxid kommt wieder in die Schmelze und wird erneut für die Stahlerzeugung verwendet.

ZEMAP regeneriert Säuren aus Spülwasser

Nach dem Beizvorgang wird der Stahl mit hochreinem Wasser abgespült. Das dabei entstehende "Spülwasser" - mittelgroße Stahlwerke produzieren davon gut und gerne 10.000 Liter pro Stunde - ist eine Mischung aus Wasser und Säuren. Bisher gab es kein Verfahren, um dieses Gemisch zu regenerieren. Nach ungefähr fünf Jahren Forschung und Entwicklung in Wien und intensiver Erprobung in einer Pilotanlage in China konnte Andritz schließlich 2014 mit der ZEMAP-Technologie (Zero Effluent Mixed Acid Pickling) einen Durchbruch vermelden.

"Die neue Technologie behandelt das Abwasser aus der Spülsektion, sie funktioniert aber nur gemeinsam mit der bewährten Technologie", erklärt Coronado das Zusammenspiel mit PYROMARS: Zunächst wird das Spülwasser mit Ammoniak neutralisiert und die resultierenden Ammonfluoride, Ammonnitrate und Metalle in einer vierstufigen Vakuumverdampfung eingedickt. Dabei wird das Wasser von den Salzen getrennt. Das Wasser entweicht in Form von Wasserdampf und die aufkonzentrierte Flüssigkeit kommt wieder in die Pyromars-Anlage, wo die Säuren für die Beizsektion wiedergewonnen werden. Auch das aufbereitete hochreine Wasser kann in der Spülsektion wieder eingesetzt und so der Wasserverbrauch minimiert werden.

"Das heißt, es sind wirklich getrennte Technologien, die aber miteinander arbeiten. Und mit beiden Technologien können wir den Nitratausstoß in die Umwelt auf Null reduzieren. Das ist der Riesenvorteil dieser Kombination", betont der Experte. Bisher ist PYROMARS in ca. 20 Stahlwerken weltweit in Betrieb, nicht aber in Österreich, weil die Technologie nur für größere Stahlwerke geeignet ist.

Kostensenkung um sieben Mio. Euro

Laut Andritz kann ein mittelgroßes Stahlwerk seine jährlichen Kosten für Abbeize- und Spülwasserbehandlung um etwa sieben Millionen Euro senken. Die Investition von je nach Größe ca. acht bis zwölf Mio. Euro soll sich so nach zwei bis drei Jahren amortisieren. Die Premiere für beide Technologien im industriellen Einsatz wird in Taiwan erfolgen. Das "weltweit erste Edelstahlwerk ohne aufwendige biologische Behandlung und mit 100-prozentig nitratfreiem Abwasser" soll diesen Sommer in Betrieb gehen.

Service: APA-Science stellt allwöchentlich jeweils eines der sechs nominierten Unternehmen für den vom Wissenschafts-, Forschungs-, und Wirtschaftsministerium vergebenen Staatspreis Innovation vor, der am 29. März von Wissenschaftsminister Reinhold Mitterlehner in Wien verliehen wird: http://science.apa.at/kooperation/Staatspreis

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