Recycling von Zink aus verzinktem Stahl

Stahl wird durch Verzinken effektiv und effizient vor Korrosion geschützt. Das allein ist schon ein wertvoller und entscheidender Beitrag, den Zink zum Schutz von Mensch, Klima und Ressourcen leistet. Aber was wird aus dem Zink, wenn der verzinkte Stahl eines Tages doch das Ende seiner Nutzungsphase erreicht hat und sozusagen ausrangiert und verschrottet wird? In Europa und ganz speziell in Deutschland sind die Kreisläufe für das Recycling von Zink und Stahl seit Langem etabliert und weitgehend geschlossen.

Stahl ist ein wichtiger Konstruktionswerkstoff – zum Beispiel für den Bau und Erhalt von Infrastruktur, im Bauwesen und Automobilbau sowie bei der Erzeugung und Weiterleitung erneuerbarer Energien. Damit Stahl über viele Jahre seine Funktion sicher und mit minimalem Wartungsaufwand erfüllt, muss er zuverlässig vor Korrosion geschützt werden. Über 50 Prozent der weltweiten Zinkproduktion werden für den Schutz von Stahl vor Korrosion durch Verzinken eingesetzt. Dabei kommen unterschiedliche Verzinkungstechniken zum Einsatz. Die Klassiker in den Bereichen Bau, Infrastruktur und Energie sind das Feuerverzinken (Stückverzinken) und das Thermische Spritzen mit Zink. Im Automobilbau wird bandverzinkter Stahl verarbeitet, kleinere Teile wie Radmuttern werden galvanisch verzinkt. Neue Legierungen erweitern das Anwendungsspektrum des Verzinkens derzeit unter anderem im Automobilbau. Durch alle Verfahren leistet Zink einen entscheidenden Beitrag dazu, dass der Stahl ressourceneffizient eingesetzt wird.

Schützt Zink Stahl nur einmal?

Für 2015 hat die Europäische Kommission neue Regelungen zur Kreislaufwirtschaft angekündigt. Schon jetzt ist abzusehen, dass Recycling noch wichtiger wird – und das gilt nicht nur für die EU-Kommission, sondern auch für Behörden, Verbraucher und die Industrie. Speziell in Europa geht es dabei sowohl um den effizienten und verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen als auch darum, durch Urban Mining Erze, die aus den unterschiedlichsten Regionen der Erde nach Europa gelangen, als Rohstoffquelle sinnvoll zu ergänzen.

Das funktioniert bei Zink schon sehr gut. Die Deutsche Rohstoffagentur schreibt dazu: „Das Zinkrecycling leistet einen wichtigen Beitrag für die Verfügbarkeit von Zink. […] Die Rückgewinnung von Zink ist in den alten Industrienationen wie Deutschland natürlich gewachsen und heutzutage stehen technisch ausgereifte Verfahren zur Schließung des Materialkreislaufs zur Verfügung. Hauptquellen für das Zinkrecycling sind Zinkbleche, verzinkter Stahl, Messing und Zinkdruckguss.“ Sowohl Zink als auch Stahl können aus verzinktem Stahl immer wieder recycelt werden, ohne dass ihre physikalischen oder chemischen Eigenschaften verloren gehen – Zink schützt Stahl also immer wieder wirkungsvoll vor Korrosion. Stahlschrott ist neben Eisenerz eine wichtige zusätzliche Rohstoffquelle für die Stahlerzeugung. Bei der Verarbeitung von Schrott wird nicht zwischen verzinktem und nichtverzinktem Schrott unterschieden. Die Verarbeitung von Stahlschrott erfolgt im Elektrolichtbogenofen (Electric Arc Furnace, EAF). Dem Stahl anhaftendes Zink verdampft, wird in der Gasphase oxidiert und im Filterstaub (EAF-Dust) abgeschieden.

Elektroofenstäube können zwischen 15 und 30 Prozent Zink als Zinkoxid enthalten. Je 100 Kilogramm Stahl fallen etwa 1,8 Kilogramm Elektroofenstaub an. Im Jahr 2012 waren es weltweit etwa 8,1 Millionen Tonnen. Davon wurden 3,3 Millionen Tonnen recycelt, 85 Prozent davon im Wälzprozess.

Beim Wälzprozess werden die zinkhaltigen Elektroofenstäube in Drehrohröfen pyrometallurgisch verarbeitet. Der Zinkinhalt wird dadurch auf über 60 Prozent angereichert, sodass nach einer weiteren Reinigungsstufe das sogenannte Wälzoxid gemeinsam mit Erzkonzentraten als Rohstoff zur Gewinnung metallischen Zinks eingesetzt werden kann. Weltweit werden über 50 Wälzanlagen betrieben. Alternative Verfahren konnten sich bislang nicht durchsetzen.

Rückgewinnung aus Elektroofenstäuben

In Europa wird durch eine strenge Gesetzgebung das Recycling von Wertinhalten in Reststoffen gefördert. Das führt zu einer hohen Recyclingquote zinkhaltiger Stahlwerkstäube von etwa 98 Prozent. Dadurch, dass aber nur etwa 20 Prozent der weltweit anfallenden Stahlwerkstäube in Europa erzeugt werden, findet umgerechnet etwa die Hälfte des globalen Zinkrecyclings aus Elek­troofenstäuben in Europa statt.

Der Erfolg des Zinkrecyclings aus Elektroofenstäuben der Stahlindustrie in Europa hängt also vor allem vom Recycling des Stahls am Ende seiner Nutzungsphase ab. Wie bei Metallen insgesamt bewirkt der hohe Preis des Stahls eine exzellente Rücklaufquote. Für Konstruktionsstahl im Bauwesen wird die Sammelrate mit 99 Prozent angegeben. Etwa elf Prozent davon werden einer direkten Wiederverwertung zugeführt, also in gleicher Funktion an anderer Stelle wieder genutzt. 89 Prozent des gesammelten Stahlschrotts werden einem Recycling zugeführt. Auch Stahl aus dem Automobilbau wird zu nahezu hundert Prozent recycelt – allerdings findet das Recycling in Europa gebauter und genutzter Autos nicht immer auch in Europa statt.

Wie sehen die Zukunftsaussichten aus?

Mit den neuen hoch- und höchstfesten Stahlsorten leistet Stahl seinen Beitrag zum aktuellen Thema „Leichtbau im Automobilsektor“. Klar, dass auch der Korrosionsschutz mitzieht: Seit 1999 forschen Experten der Zink- und Stahlindustrie im globalen Netzwerk der Galvanized Autobody Partnership (GAP). Mit den GAP-Projekten soll sichergestellt werden, dass für neue Stahlsorten immer die optimale Verzinkung zur Verfügung steht.

Mit weiterhin zunehmendem Einsatz verzinkten Stahls beim Auf- und Ausbau der Infrastruktur vor allem in den aufstrebenden Regionen der Welt wird sich auch der Anfall von Stahlschrott und damit der von zinkhaltigen Elektroofenstäuben zeitversetzt erhöhen. Gleiches gilt für die Zinkgewinnung aus verzinktem Stahlschrott. Aktuelle Studien gehen davon aus, dass die Anlagen zum Recycling von Zink aus Stahlwerksstäuben, die sich derzeit weltweit in Bau und Planung befinden, zu einer weiteren, deutlichen Steigerungen der Recyclingmengen führen werden. Fazit: Zink schützt Stahl über viele Jahre hinweg wartungsfrei vor Korrosion und leistet so einen wertvollen Beitrag zum effizienten Umgang mit Ressourcen. Sowohl Stahl als auch Zink werden nach Ablauf der Nutzungsphase recycelt. Dabei sind die Stoffkreisläufe für Stahl und Zink in Europa und speziell in Deutschland weitgehend geschlossen.


Ressourceneffizienz durch Feuerverzinken und Recycling

Das Feuerverzinken (Stückverzinken) schützt Stahl vor Korrosion:

  • Der durch Feuerverzinkung auf die Stahlgitter-Maste aufgebrachte Korrosionsschutz erhöht die Standzeit von Masten (zum Beispiel für Starkstromfreileitungen) im Schnitt von 30 auf über 50 Jahre. Dadurch werden Ressourcen eingespart und CO2-Emissionen vermieden (Einsparung: 20.000 Tonnen CO2 pro Jahr).
  • Eine Studie der TU Berlin ergab: An einem typischen Parkhaus, in dem rund 500 Tonnen Stahl verwendet werden, ergibt sich eine Ersparnis von 50 Tonnen CO2 für feuerverzinkten Stahl im Vergleich zu Farbbeschichtungen ohne darunter liegende Verzinkungsschicht. Das entspricht dem CO2-Verbrauch von 20.000 Litern Benzin.
  • Durch die Entwicklung von Zink-Aluminium-Legierungen können im Stückverzinkungsverfahren für spezielle Einsatzbereiche – wie zum Beispiel den Automobilbau – dünnere Verzinkungsschichten angeboten werden. Bei der sogenannten Dünnschichtverzinkung kann die Schichtdicke auf zehn bis 15 Mikrometer verringert und damit bis zu 80 Prozent Material gespart werden. Der Wälzprozess wird seit vielen Jahrzehnten als das Standardverfahren für das Recycling von Zink aus Stahlwerksstäuben eingesetzt. Immer wieder gelingt es, den Prozess noch effizienter zu gestalten.
  • Seit Einführung des Wälzverfahrens konnten allein in Deutschland schon über fünf Millionen Tonnen zinkhaltiger Reststoffe dem Recycling zugeführt werden.
  • Durch die Entwicklung und Einführung der SDHL-Technologie für das Wälzverfahren im Jahr 1999 konnten allein am Standort der Befesa Zinc Freiberg GmbH über 1,2 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden.

 

Gastbeitrag von: Dr.-Ing. Sabina Grund, Initiative Zink in der WirtschaftsVereinigung Metalle

Wälzrohr: Weltweit werden über 50 Wälzanlagen betrieben. Alternative Verfahren konnten sich bislang nicht durchsetzen (Foto: Befesa Steel Services GmbH)

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