Die Herstellung und Verarbeitung von Eisen und Stahl ist eine genau aufeinander abgestimmte ressourcenintensive Prozesskette. Dabei spielen Stoffumwandlungen durch chemisch-metallurgische Reaktionen unter Einsatz fester und flüssiger Betriebsmittel eine wichtige Rolle für Ressourceneffizienz, Anlagenleistung und Produktqualität. In den einzelnen Prozessschritten werden in der Regel flüssige und feste Haupt- und Nebenprodukte, Reststoffe und Prozessgase gebildet. Bei ihren Bestrebungen den Ressourcenverbrauch bei der Produktion zu verringern und die Wertschöpfung auch aus ihren flüssigen und festen Nebenprodukten, Reststoffen und Prozessgasen zu steigern, wird die Stahlindustrie durch das BFI und dessen branchenübergreifende Sichtweise  unterstützt. Das BFI befasst sich deshalb mit der Entwicklung und Umsetzung von neuen Verfahren, Komponenten und Betriebsweisen für ressourceneffizientere Stoffumwandlungen sowie für die alternative Nutzung fester und flüssiger Nebenprodukte, Reststoffe und Prozessgase. Dabei liegen die Schwerpunkte in folgenden Bereichen:

Analytik und Flow Sheet-Modeling

Die gezielte Rückgewinnung von Wertstoffen aus Reststoffen sowie die Steigerung der Materialeffizienz erfordern eine genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Stoffeigenschaften. Das BFI verfügt über ein Labor, in dem mit modernster Messtechnik alle relevanten Stoffgrößen für flüssige und feste Medien mit Bezug zur Herstellung und Verarbeitung von Stahl ermittelt werden. Prognosen zum Ressourcenbedarf sowie zur Optimierung des produktspezifischen Ressourcenverbrauchs werden mittels Flow Sheet-Modeling sowie Bilanzierungen erstellt.

Abtrennung und Rückgewinnung von Wertstoffen

Mit Hilfe magnetischer Trennverfahren wurde im BFI Stahlwerksschlacke in eine Phosphorreiche Fraktion für den Düngemittelsektor und eine Eisen-reiche Fraktion zur Rückführung in metallurgische Prozesse fraktioniert. Zur Laugung der Schlacken werden u.a. Verfahren auf Basis von Ultraschall eingesetzt mit denen der Übergang der Wertstoffe in die flüssige Phase beschleunigt wird.

Eine vom BFI entwickelte Magnetabscheidung zur Abtrennung magnetisierbarer Partikel und Wertstoffe aus flüssigen Medien wie Kühlwasser, Emulsionen, Öle, Polymer-Abschreckbäder wird sehr erfolgreich eingesetzt und aktuell in ein Produkt überführt.

BFI entwickelte in Kooperation mit Partnern der Stahlindustrie ein patentiertes Verfahren für das chemische Recycling von Wertstoffen wie Titancarbid aus der Hartmetallverarbeitung. Die Titancarbide mit einem Wert von bis 30.000€/t werden so nahezu rückstandsfrei zu recyceln und in den Fertigungsprozess zurückgeführt. Eine Übertragung des Rückgewinnungsverfahrens auf Wolframkarbide ist in der Entwicklung.

Für die Rückgewinnung von Wertstoffen aus Prozessbändern der Stahlproduktion wie zinn- oder zinkhaltigen Spülwässern oder wertmetallhaltigen Phosphatierbädern setzt das BFI angepasste Membranverfahren ein und passt sie an die Randbedingungen der Branche an.

Die Verwertung von Reststoffen erfordert in der Regel eine vorgeschaltete Aufbereitung, in der die Materialeigenschaften durch z.B. Trocknung, Agglomeration oder Laugung für den Verwertungsprozess eingestellt werden. Das BFI verfügt über diverse Technikumsanlagen zur Aufbereitung (Pelletier- und Granuliereinrichtungen, Brikettpressen….)

Die anschließende Verwertung wird in bestehenden Betriebsanlagen sowie in eigens konzipierten Pilot- und

Demonstrationsanlagen erprobt und optimiert. Als Beispiel sei die Rückgewinnung aus zinkhaltigen Stäuben durch Schmelzbadinjektion genannt.

Im Bereich der CO2-Minderung befasst sich das BFI mit Wasserstofftechnologien sowie biologischen und chemischen Verfahren zur Verwertung von Prozessgasen. Hierbei werden auch branchenübergreifende Lösungen betrachtet.

Bei der Behandlung flüssiger Medien wie Kühl- und Gaswaschwasser sowie den jeweiligen Prozesswässern stellt die Kreislaufführung den wesentlichen Ansatz dar. Zur Erreichung werden Behandlungsverfahren neu oder weiterentwickelt so das gelöste  Salze wie Chlorid, Sulfat oder Nitrat abgetrennt bzw. andere Komponenten wie Cyanid oder Organik umgewandelt werden.

Neben den gelösten Stoffen erfolgt die Abtrennung der partikulären Stoffe aus flüssigen Medien wie Säuren, Emulsionen, Spül-und Waschwässer sowie Kühlwässer zu deren Kreislaufführung. In Abhängigkeit der Anforderung wird das jeweilige Trennverfahren ausgewählt und angepasst – zur Demonstration verfügt das BFI über mobile Versuchsanlagen, die unter betrieblichen Randbedingungen eingesetzt werden.