Ein Schritt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft: Reststücke aus Marmorsteinbrüchen als Zuschlagsstoffe für die Verhüttung von Eisen

Die Eisenerzpellets werden benötigt, um die Verhüttung im Hochofen möglichst effektiv zu machen.

Aus Brasilien kommt ein Verfahren, bei dem anstelle von Kalkstein Abfall aus der Marmorgewinnung verwendet wird

Kalkstein ist ein wichtiger Stoff für die Herstellung von Eisen und Stahl. Er wird in Steinbrüchen gewonnen – heutzutage stellt sich die Frage, ob man an seiner Stelle nicht ein anderes Kalzitgestein verwenden könnte, das in anderen Industrieprozessen ohnehin anfällt und das man nicht extra abbauen müsste.

Man wird dabei nicht gleich an Marmor denken, denn das Material hat einen besonderen Ruf und auch einen besonderen Preis, jedoch fallen in seinen Steinbrüchen große Mengen an Bruchstücken an, die meist auf die Deponie wandern.

Schließlich beträgt die Verwertung des im Steinbruch gewonnenen Marmors zu Naturwerkstein im Durchschnitt nur 20%.

Marmorabfall also als Ersatz für den Kalkstein in der Eisenverhüttung, lautet die Idee – wo aber gibt es, nahe beieinander liegend, eine Eisenindustrie und eine Natursteinbranche mit Marmorgewinnung?

Die Antwort auf die Frage kommt jetzt aus Brasilien, nämlich aus dem Bundesstaat Espírito Santo im Süden des Landes. Im Gebiet um die Stadt Anchieta verarbeitet der multinationale Konzern Samarco Mineração heimisches Eisenerz zu Roheisen und Stahl und setzt dabei auch Kalkstein aus der Umgebung ein.

In der Gegend in etwa 60 km Entfernung von den Hüttenanlagen gibt es aber auch Brüche, in denen Natursteinfirmen Marmor abbauen. Die Menge an Marmor-Reststücken, die dabei abfällt, entsprich zwar bei weitem nicht den Dimensionen, in denen Kalk für die Verhüttung benötigt wird – aber die Ausgangsfrage war ja zunächst auch nur, ob man prinzipiell den Kalkstein durch ein anderes Kalzitgestein ersetzen kann.

Es geht um einen Schritt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft, wo aus Reststoffen aus dem einen Prozess neue Stoffe für einen anderen Prozess werden.

Ein Teil des Forschungsteams von Samarco.

Die alte Idee kam voran, als vor 5 Jahren Vertreter des regionalen Natursteinverbands Sindirochas die Hüttenwerke besuchten und dort mit den Eisenkochern zusammentrafen. Anschließend stellte Samarco das Forschungsprojekt auf die Beine. Tales Machado, damals Präsident von Sindirochas, jetzt Präsident des brasilienweiten Verbands Centrorochas, war damals mit dabei.

Nach vielen Materialanalysen, Berechnungen und Besuchen in Marmorbrüchen hat Samarco nun ein Verfahren für die innovative Verwendung von Marmorabfall entwickelt und zum Patent angemeldet.

Seit der Zulassung im Oktober 2022 sind 21.000 t an Marmorresten als Zuschlagsstoffe in der Eisenproduktion verwendet worden.

Im Detail geht es um die Herstellung von Eisenpellets. Das Erz muss in dieser Form vorliegen, damit man es im Hochofen optimal schmelzen und sich verflüssigen kann.

Die Pellets werden in einem dem Hochofen vorgelagerten Prozess hergestellt – dafür kann nun der Marmorabfall statt des bisherigen Kalksteins verwendet werden.

Derzeit werden schon 30% der Pellets mit Marmorzuschlag hergestellt.

Auch danach im Hochofen selbst oder beim folgenden Schritt der Umwandlung des Roheisens zu Stahl kann der Marmorabfall die Rolle des Kalksteins beziehungsweise Branntkalks übernehmen: er löst chemische Prozesse aus, mit denen die für die Verhütung notwendige Temperatur gesenkt wird.

Wichtig ist er auch, da er Verunreinigungen aus dem Erz zieht und in die Schlacke überführt. Solche Verunreinigungen sind zum Beispiel Schwefel oder Phosphor, von denen schon kleine Mengen dafür sorgen, dass das Eisen nicht mehr für eine Verwendung taugt.

Zahlreiche Herausforderungen musste Samarco bewältigen, damit auch Marmor in den Öfen die gewünschte Rolle spielen kann. Auf Nachfrage nennt uns der Konzern ein paar Details: „Der Gehalt an CaO muss zwischen 49 und 55 % liegen, bei MgO und SiO2 dürfen es 0 bis 5% sein.“

Samarco Mineração (portugiesisch)

Centrorochas (portugiesisch)

Fotos: Samarco

Steinmehl für Keramik oder für Ziegelsteine

Seit längerem laufen in Brasilien und auch anderswo Versuche, Steinmehl vom Zersägen der Naturstein-Rohblöcke für die Herstellung von Keramik oder Ziegelsteinen zu verwenden. Es geht darum, den bisher benötigten Ton zu ersetzen. Das Thema wird aktuell auch ökonomisch immer interessanter.

Forschungen aus Brasilien (portugiesisch 1, 2)

(11.08.2023)