Ein mehrstufiges hydrometallurgisches Behandlungsverfahren, das bis zu 70 % des Zinks aus Elektrolichtbogenofenstaub (EAFD) extrahieren kann, wurde von Forschern der Universidad de Sevilla entwickelt und validiert. Dies geht aus einer im April 2026 im Journal of Sustainable Metallurgy veröffentlichten Studie hervor. Die Ergebnisse haben unmittelbare Auswirkungen auf die sekundäre Zinkversorgungskette zu einem Zeitpunkt, an dem die Elektrolichtbogenofen-Stahlherstellung ihren globalen Fußabdruck rapide ausbaut.
EAFD gehört zu den zinkreichsten industriellen Reststoffen, die in großem Maßstab verfügbar sind. Für jede Tonne Stahl, die im EAF-Verfahren produziert wird, entstehen laut den in der Studie zitierten Daten rund 20 Kilogramm Staub. Da die weltweite Stahlproduktion im Jahr 2023 laut World Steel Association 1.892 Millionen Tonnen erreichte, stellen die jährlich anfallenden EAFD-Mengen eine bedeutende potenzielle Quelle für sekundäres Zink dar.
Das Elektrolichtbogenofen-Verfahren ist derzeit für 30 % der weltweiten Stahlproduktion verantwortlich und dürfte aufgrund seines geringeren CO2-Fußabdrucks im Vergleich zur traditionellen Hochofen-Sauerstoffkonverter-Route weiter wachsen. Die in der Studie verwendeten EAFD-Proben, die von Siderúrgica Sevillana S.A. in Spanien bereitgestellt wurden, wiesen einen durchschnittlichen Zinkgehalt von rund 24 Gewichtsprozent auf, was die Bedeutung des Materials als sekundärer Zinkrohstoff unterstreicht. Trotz dieses Potenzials sind die Recyclingquoten für EAFD nach wie vor niedrig.
Laut den von den Autoren zitierten Schätzungen wurden auf Basis einer Erhebung aus dem Jahr 2009 lediglich 2,5 Millionen Tonnen von insgesamt 6 Millionen Tonnen weltweit erzeugtem EAFD recycelt. Der Rest wurde historisch gesehen nach einer Stabilisierungsbehandlung in Industriedeponien verbracht, eine Praxis, die weltweit zunehmend strengeren regulatorischen Einschränkungen unterliegt. Die Lücke zwischen Erzeugungs- und Recyclingmengen stellt eine erhebliche ungenutzte Ressource für die Zinkindustrie dar, insbesondere da der primäre Zinkbergbau anhaltenden Einschränkungen ausgesetzt ist.
Das von Teresa Miranda, Nieves Iglesias-González und Pablo Ramírez vom Fachbereich Chemieingenieurwesen der Universidad de Sevilla entwickelte Verfahren läuft in sequenziellen Schritten ab, die darauf ausgelegt sind, die Zinkausbeute zu maximieren und gleichzeitig eine hohe Selektivität gegenüber der Eisenauflösung beizubehalten. Im ersten Schritt wird der EAFD bei einem kontrollierten pH-Wert von 10 gewaschen, um Chloride zu entfernen, die sonst die nachgelagerte Zinkgewinnung durch Elektrolyse beeinträchtigen und bei einer Rückführung des Materials in den Ofen Dioxinemissionen erzeugen könnten. Dieser Waschschritt erfordert 27 Gramm Schwefelsäure pro Kilogramm verarbeitetem EAFD.
Der gewaschene Rückstand wird anschließend einer selektiven sauren Laugung mit Schwefelsäure bei einem pH-Wert von 1,5 und 25 Grad Celsius unterzogen, wobei 500 Gramm Schwefelsäure pro Kilogramm EAFD verbraucht werden. Unter diesen Bedingungen erzielte das Verfahren Zinkextraktionsausbeuten von bis zu 70 %, was mit den Ergebnissen anderer Forschungsgruppen beim Einsatz von Schwefelsäurelaugung übereinstimmt, während die Eisenauflösung bei 8,9 % gehalten wurde und das Eisen konzentriert im festen Rückstand verblieb, der potenziell in der Stahlherstellung wiederverwendet werden kann. Die Autoren weisen darauf hin, dass die verbleibenden 30 % des nicht extrahierten Zinks größtenteils mit Franklinit verbunden sind, einem Zinkeisen-Oxidmineral, dessen komplexe kristallographische Struktur milden sauren Laugungsbedingungen widersteht.
Die Forscher heben hervor, dass hydrometallurgische Ansätze wie dieser im Vergleich zu pyrometallurgischen Alternativen wie dem Wälzofenverfahren, das derzeit die dominierende industrielle Technologie zur EAFD-Behandlung darstellt, geringere Investitions- und Betriebskosten aufweisen, da der Energieverbrauch reduziert ist. Die Studie liefert keine expliziten Kostenschätzungen oder Scale-up-Daten, doch die Autoren beschreiben das Verfahren als kompatibel mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft und weisen darauf hin, dass das in der zinkhaltigen Laugelösung gewonnene Zink durch selektive Fällung als Zinkoxid verwertet werden kann, das anschließend wieder aufgelöst wird, um kommerzielle Derivate wie basisches Zinkcarbonat oder elektrolytisches Zink herzustellen. Ergänzend zum Zinkgewinnungsverfahren enthält der nach der Säurelaugung verbleibende eisenreiche feste Rückstand auch Blei in Form von Anglesit, das entfernt werden muss, bevor der Rückstand sicher in den Elektrolichtbogenofen zurückgeführt werden kann.
Die Forscher begegneten dieser Herausforderung durch einen Solelaugungsschritt mit Natriumchloridlösungen und erzielten unter optimalen Bedingungen von 20 Grad Celsius, 100 Gramm pro Liter Natriumchlorid und pH 3 Bleiextraktionsraten von über 90 %. Das gelöste Blei wird anschließend vollständig durch Fällung mit Natriumcarbonat zurückgewonnen, wobei unlösliche Carbonatverbindungen entstehen, während die Solelösung im Prozess recycelt wird. Der daraus resultierende eisenreiche Feststoff, der 42,5 Gewichtsprozent Eisen und nur 0,13 Gewichtsprozent Restblei enthält, ist dann für die Rückführung in den Elektrolichtbogenofen geeignet.
Dieser integrierte Bleimanagementschritt wird von den Autoren als wichtiger Enabler für die vollständige Verwertung von EAFD dargestellt und nicht als primärer Schwerpunkt der Arbeit. Die im Band 12 des Journal of Sustainable Metallurgy mit DOI 10.1007/s40831-026-01491-2 veröffentlichte Studie wurde mit von Siderúrgica Sevillana S.A. gelieferten EAFD-Proben durchgeführt und erhielt Open-Access-Förderung von der Universidad de Sevilla und CBUA. Die Autoren erklären keine Interessenkonflikte.
Die Forschung stellt eine neuartige Anwendung etablierter hydrometallurgischer Trennverfahren auf eine anhaltende Herausforderung bei der EAFD-Verarbeitung dar, nämlich die Entfernung der Anglesitphase, die sich nach der Säurelaugung bildet und die Wiederverwendung von Laugungsrückständen in der Stahlherstellung traditionell eingeschränkt hat.
Quelle: idus.us.es