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01-02 | 2017

Special

Special Ressourceneffizienz Für deponierten Gießerei-Restsand kann es in Zukunft Recyclinglösungen in der Baustoffherstellung geben. Verwertung von Gießerei-Restsand als Recycling-Produkt Durch Produktionsvorgänge in der Gießereiindustrie fallen belastete Gießerei-Restsande (GRS) an. Die Kosten für deren Entsorgung sind in den vergangenen Jahren stark gestiegen, so dass die Wiederverwertung in den Fokus rückt. Während die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des GRS im Hinblick auf die Verwendung als Baustoff gut sind, steht die Umsetzung aufgrund einer möglichen Gefährdung des Bodens und des Grundwassers durch gelöste Schadstoffe vor Herausforderungen. Um das Lösungsverhalten des Materials zu untersuchen, wurde in der Studie „Untersuchung von Gießereialtsanden zur Wiederverwendung im Straßenbau“ ein Trogversuch mit gebundenem GRS durchgeführt. In Deutschland fallen in der Gießereiindustrie etwa 460 000 t Gießerei- Restsand pro Jahr an, der in der Regel bentonitgebunden und durch den Produktionsprozess mit Schwermetallen, Säuren und Glanzkohlenstoffbildnern belastet ist [1]. Laut §3 Abs. 23 der Ersatzbaustoffverordnung handelt es sich um einen rieselfähigen Sand [2], der nach der Abfallverzeichnis-Verordnung [3] als Abfall eingestuft wird und entsprechend entsorgt werden muss. Die Entsorgung dieses auch als Waste Foundry Sand [4] bezeichneten Abfalls stellt die Gießereien vor entsprechende Herausforderungen, da die Ausschussmengen stetig zunehmen. Gleichzeitig reduziert sich die Zahl der Deponieplätze, und die Kosten für die Entsorgung in Deutschland steigen überproportional an. Im Zeitraum von 2011 bis 2013 ist eine Preissteigerung von 20 bis 100 % zu verzeichnen [5]. Alternative Entsorgungswege, die vor allem die Wiederverwertung des Sandes als Recycling-Produkt betreffen, sind daher notwendig. §3 der Ersatzbaustoffverordnung erlaubt, dass der GRS unter der Erfüllung bestimmter Auflagen wiederverwendet werden darf. So könnte dieser zum Beispiel im Straßenbau eingesetzt werden, da er durch die Zugabe von Zement als Bindemittel sehr kompakt wird und bei Frost-Tau-Wechselversuchen sogar bessere Ergebnisse hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit erzielt hat als reiner Quarzsand [6 bis 8]. Dies bestätigen Untersuchungen [9], bei denen die Druck-, Zug-, und Biegefestigkeit mit steigendem Anteil an Recyclingmaterial und der Testdauer zunehmen. Bei der Herstellung von Fertigbeton mit Einsatz der Gießereirückstände konnten keine Beeinträchtigung der mechanischen sowie mikrostrukturellen Bedingungen festgestellt werden [10]. Weitere Möglichkeiten würden sich im Rahmen von Maßnahmen zur Bodenverbesserung, bei Flüssigverfüllungen sowie dem Bau von Dämmen, Wällen oder Bewehrungen ergeben. Eine derartige Wiederverwertung ist vielversprechend, so dass den GRS in Zukunft eine bedeutende Rolle als Zusatzstoff in baulichen Produkten zugesprochen wird [7; 8]. Während die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials im Hinblick auf die Verwendung als Baustoff eher positiv zu bewerten sind [11], ist die Belastung mit Schadstoffen, deren Anteil je nach vorheriger Verwendung in den verschiedenen Gießereien sehr unterschiedlich sein kann [9; 11; 12], als 16 UmweltMagazin Januar - Februar 2017

Ressourceneffizienz Special problematisch einzustufen. Hauptsächlich werden zwei Typen von GRS mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften unterschieden: Beim Typ I, der vorrangig in der Stahlindustrie eingesetzt wird, handelt es sich um einen durch kohlenstoffhaltige Beimengungen dunklen, tongebundenen Stoff, der einen Quarzsand- von 85 bis 95 % sowie einen Bentonit-Ton-Anteil von 4 bis 10 % aufweist. Der Typ II ist ein heller, chemisch gebundener Sand, der aus 93 bis 99 % Quarzsand und 1 bis 3 % unterschiedlichen chemischen Bindemitteln besteht. Meistens handelt es sich dabei um phenolische Ure - thangruppen, Epoxidharze oder Natriumsilikat [11]. Oftmals werden auch Mischsysteme aus beiden Typen verwendet [12]. Bevor GRS im Straßenbau verwendet werden kann, muss geklärt werden, ob die enthaltenen Stoffe etwa durch Niederschlagswasser mobilisiert werden und somit möglicherweise in die Umwelt gelangen können. Es gibt zwar Informationen zu den chemischen Bestandteilen verschiedener GRS-Typen [6; 11; 13; 14], aber abgesicherte Informationen über das Lösungsverhalten beim Straßenbau sind kaum vorhanden [12]. Zwar liegen sowohl Lysimeter- als auch Feldversuche zur Auswaschungsneigung des lockeren, ungebundenen Materials unterschiedlicher Herkunft vor [15], doch entscheidend ist, wie sich die Auswaschungsneigung verhält, nachdem der lockere GRS für den Einsatz im Straßenbau mit beispielsweise Zement verfestigt wurde. Ziel dieser Studie ist daher zum einen den lockeren GRS aus den drei Gießereien, der Fritz Winter Eisengießerei GmbH & Co. KG, Stadtallendorf, der Buderus Guss GmbH, Breidenbach, und der Weso-Aurorahütte GmbH, Gladenbach, hinsichtlich der gesetzlich definierten chemischen Belastungswerte nach der Mitteilung der Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (Laga) 20 zu untersuchen und zum anderen das mit Zement verfestigte Material der Weso- Aurorahütte, so wie er im Straßenbau eingesetzt werden könnte, auf dessen Auswaschungsverhalten zu testen. In einem ersten Schritt wird die grundsätzliche Eignung des lockeren GRS für die spätere Verwendung im Straßenbau nach den Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen und Abfällen nach der Laga-Mitteilung überprüft. Im Hinblick auf die spätere Nutzung als alternativen Straßenbaustoff wird der Bodenschutz überprüft [16]. Daher werden im zweiten Schritt der nachfolgenden Überprüfung des mit Zement gebundenen GRS die Prüfwerte der Bundesbodenschutzverordnung Anhang 2 herangezogen. Dabei stellt die Einbauklasse Z2 die Obergrenze der zulässigen Belastung dar. Methoden Herstellung des Probekörpers Die physikalischen Eigenschaften des lockeren Sandes werden zum einen mit einer Korngrößenanalyse nach DIN 18123 und zum anderen mit einem Proctorversuch nach DIN 18127 untersucht, um ideale Bedingungen für die nachfolgende Herstellung des Probekörpers gewährleisten zu können. Beides erfolgte im Labor der Leonhard Weiss GmbH & Co. KG., Satteldorf. Anschließend werden drei Probekörper aus jeweils einem Drittel einer identischen GRS-Probe der Weso-Aurorahütte unter Zugabe des Bindemittels HeidelbergCement CEM III/A 42,5N hergestellt. Der Bindemittelanteil beträgt im ersten, zweiten und dritten Probekörper 1, 3 und 5 % (Bild 1). Chemische Laboranalytik des GRS Für die Beurteilung der chemischen Eigenschaften des von den Gießereien ausgesonderten lockeren Sandes werden Analyseergebnisse aus betriebseigenen Untersuchungen zur Verfügung gestellt (Tabelle 1). Diese basieren auf einer unterschiedlichen Anzahl von Proben aus verschiedenen Produktionsphasen und können hinsichtlich der rechtlichen Vorgaben der Laga EW 98 bewertet werden. In Tabelle 1 sind aufgrund gesetzlicher Vorgaben nicht alle Tabelle 1: Auswertung nach Laga M20. Zuordnungswerte Feststoff EOX Mineralölkohlenwasserstoffe (H18) PAK (Summe nach EPA) Cadmium Chrom Kupfer Nickel Zink Blei Einheit mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Zuordnungs wert Z 2 3 150 20 5 600 300 300 500 100 20.4.‘15 < 1 60 4,8 < 0,2 5 6 < 3 17 4 20.4.‘15 < 1 80 2,2 < 0,2 40 59 12 62 21 Analytik I 20.4.‘15 < 1 50 1,3 < 0,2 9 13 < 3 16 3 20.4.‘15 < 1 50 2,4 < 0,2 12 18 5 57 5 20.4.‘15 < 1 50 0,13 < 0,2 10 9 4 4 < 3 5.5.‘15 < 1 50 0,13 < 0,2 7 10 < 3 12 < 3 Q4 ‘12 n.b. 29 0,08 n.n. 6,4 4,2 2,7 18 n.n. Q2 ‘13 n.b. 52 n.n. n.n. 4,8 1,2 2,4 17 n.n. Q4 ‘13 n.b. 88 3,26 n.n. 20 18 9,2 28 n.n. Analytik II Q1 ‘14 n.b. 37 0,95 n.n. 4,7 4,2 2,5 16 n.n. Q3 ‘14 n.b. n.n. 0,73 n.n. 6,7 6,4 3,2 20 n.n. Q4 ‘14 n.b. 90 4,05 n.n. 53 9,2 2,7 18 n.n. 2014 n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. Analytik III 2015 n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. BTEX LHKW PCB Zuordnungswerte Eluat pH-Wert Leitfähigkeit Fluorid DOC Ammonium- Stickstoff Phenolindex Arsen Blei Cadmium Chrom (ges.) Kupfer Nickel Zink mg/kg mg/kg mg/kg Einheit µS/cm µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l - - - Zuordnungs wert Z 2 5,5-12 1 000 1 000 250 000 1 000 1 000 60 200 10 150 300 150 600 0,73 n.n. n.n. 9,8 340 n.b. n.b. n.b. 70 < 7 < 9 < 0,5 < 5 < 5 < 5 < 50 0,03 n.n. n.n. 9 220 n.b. n.b. n.b. 30 < 7 < 9 < 0,5 < 5 < 5 < 5 < 50 0,06 n.n. n.n. 8,7 100 n.b. n.b. n.b. 20 < 7 < 9 < 0,5 < 5 < 5 < 5 < 50 0,07 n.n. n.n. 9,6 270 n.b. n.b. n.b. 40 < 7 < 9 < 0,5 < 5 < 5 < 5 < 50 n.n. n.n. n.n. 6,7 20 n.b. n.b. n.b. 13 < 7 < 9 < 0,5 < 5 < 5 < 5 < 50 0,04 n.n. n.n. 7,6 70 n.b. n.b. n.b. < 10 < 7 < 9 < 0,5 < 5 < 5 < 5 < 50 9,48 n.b. 930 1 800 n.b. 70 8,2 n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. 9,95 n.b. 700 2 200 n.b. 10 32 15 n.n. n.n. n.n. n.n. 33 10,03 n.b. 200 7 400 n.b. 60 10 n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. 10,1 n.b. n.n. 18 500 n.b. 180 23 n.b. n.n. n.n. n.n. n.n. 37 10,2 n.b. 730 8 500 n.b. 15 15 n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. 9,91 n.b. 1 100 23 000 n.b. 190 12 n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. 37 9,85 n.b. n.n. 1 500 n.b. 20 5 n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. 10,1 358 1 800 11 300 310 14 28 n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. UmweltMagazin Januar - Februar 2017 17

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