Innovatives hydrometallurgischen Verfahren zur Zinkextraktion aus Reststoffen, insbesondere der Stahlindustrie, zur Unterstützung des Übergangs zu einer Kreislaufwirtschaft

Kurzbeschreibung

Die DK Zinc Recycling GmbH ist eine neu gegründete GmbH mit Sitz in Duisburg, die ein 86-prozentiges Tochterunternehmen der Hargreaves services Plc ist - ein börsennotiertes Unternehmen mit ca. 1.400 Beschäftigten, das Dienstleistungen für den Umwelt-, Industrie- und Immobiliensektor erbringt. Durch das Vorhaben sollen 15 Arbeitsplätze neu geschaffen werden.  

Im Zuge der Dekarbonisierung der Stahlindustrie wird die klassische Hochofenroute zukünftig durch die Kombination aus Direktreduktion und Elektrolichtbogenofen (DRI/EAF-Route) abgelöst. Diese Umstellung führt prozessbedingt zum Anfall von deutlich größeren Mengen an Stahlwerksstäuben mit einem Zinkgehalt zwischen 5 bis 15 Prozent. Bisher können diese Stäube im klassischen Recyclingprozess, dem Wälzofenprozess, nicht wirtschaftlich recycelt werden, da dieses Verfahren erst ab Zinkgehalten von ca. 20 Prozent ökonomisch zu betreiben ist. Der am Standort bestehende „DK-Prozess“ kann wiederum nur Staubgemische mit einem Zinkanteil von ca. 3 Prozent verwerten.

Mit einem innovativen Verfahren sollen nunmehr auch Stäube mit einem Zinkgehalt zwischen 5 bis 15 Prozent wirtschaftlich weiterverwertet werden können. Ziel ist, diesen Stoffstrom nicht mehr zu deponieren bzw. als Zuschlagstoff der Zementindustrie anzudienen, sondern die darin enthaltenen Metalle wie Eisen und Zink dem Wertstoffkreislauf wieder zuzuführen. Die Stäube sollen über eine mehrstufige, hydrometallurgische Zinkextraktion vollständig recycelt werden. Das Zink wird mithilfe von alkalischen Extraktionen und sauren Extraktionen aus den Vorstoffen gelöst. Anschließend erfolgen mehrere Reinigungsschritte, um Nebenkomponenten wie Eisen, Mangan, Nickel oder Kupfer abzutrennen. Dazu wird das zinkhaltige Filtrat aus den Extraktionsstufen zunächst oxidiert, um Eisen und Mangan auszufällen und anschließend über einen Aktivkohlefilter abzutrennen. Das Filtrat wird dann durch eine Zementation mit metallischem Zink von allen edleren Metallen befreit. Die ausgefällten Metalle werden abfiltriert und können dem klassischen DK-Prozess zugeführt werden. Das Lösemittel wird verdampft und kann nach der Rekondensation erneut für die Extraktionsschritte eingesetzt werden. Ein Teil des Extraktionsmittels wird zu Gips umgesetzt. Der so hergestellte Gips kann als weiteres Nebenprodukt verkauft werden. Durch das Abtrennen des Lösemittels fällt Zinkhydroxysulfat aus, welches abfiltriert, getrocknet und abschließend in einem erdgasbefeuerten Drehrohrofen kalziniert wird. Dabei entsteht als Hauptprodukt ein hochreines Zinkoxid („white seal“). Es entsteht zudem schwefeldioxidhaltiges Abgas, welches in einer Abgasreinigung zu Natriumhydrogensulfit überführt wird und ebenfalls vermarktet werden kann.

Die Umweltentlastung liegt im hochwertigen Recycling von zinkhaltigen Stäuben, die bisher nicht wirtschaftlich verwertet werden können.
Bezogen auf die angestrebte Produktionsmenge von 5.300 Tonnen Zinkoxid pro Jahr ergäbe dies eine Einsparung von 2,5 Tonnen CO₂ pro Tonne Zinkoxid bzw. 13.250 Tonnen CO₂ pro Jahr. Damit wird der CO₂-Fußabdruck um etwa 60 Prozent gegenüber der Primärerzeugung von Zinkoxid reduziert. Neben dem CO₂-Fußabdruck kommt auch noch der Verzicht auf Bergbau-Kapazitäten zum Tragen, da durch dieses Vorhaben auf die Förderung und Bearbeitung von etwa 40.000 Tonnen Zinkerz verzichtet werden kann, was mit der Reduzierung entsprechender Umweltbelastungen im Zinkbergbau einher geht.

Der Modellcharakter ist gegeben. Durch Lizenzvergaben könnten ähnliche Anlagen dezentral und klimafreundlich errichtet werden, beispielsweise in unmittelbarer Nähe eines Stahlwerks. Daraus ergibt sich in Europa ein Potenzial von etwa 10–20 Nachahmern.