Chrom ist ein in der Erde weit verbreitetes, in vielen Mineralen vorkommendes Element, das für Mensch und Tier lebensnotwendig ist. Es existiert in mehreren Oxidationsstufen, doch nur die drei- und sechswertigen Verbindungen sind im Boden stabil. Unbelastete Böden haben Chromgehalte zwischen 5 und 100 mg/kg. Der regionale Clarke des Erzgebirges beträgt 52 mg/kg (Totalgehalte). Chrom wird über die Metallurgie und Cr-verarbeitenden Industrien (Farben, Legierungen, Katalysatoren, Beizen, Poliermittel, Bauindustrie) anthropogen in die Umweltmedien eingetragen. In den Böden kann es durch Düngung (Cr im Thomasphosphat) und Klärschlammaufbringung noch zu einer zusätzlichen Belastung mit Chrom kommen. Die regional unterschiedliche Verteilung des Chroms in den sächsischen Böden resultiert aus der geogenen Spezialisierung der Substrate. Bei der Bodenbildung kommt es i. d. R. zu keiner größeren An- bzw. Abreicherung von Chrom. Die Gehalte der Böden liegen in etwa in der Höhe der Ausgangsgesteine. In den nördlichen bzw. nordwestlichen Landesteilen dominieren in den Böden über weitgehend sandigen Lockergesteinen niedrige Chromgehalte unter 20 mg/kg. Die Böden über sauren Magmatiten und Metamorphiten sowie über den Sandsteinen der Elbtalkreide und den Granodioriten der Lausitz liegen ebenfalls im unteren Gehaltsbereich. Über den stärker lössbeeinflussten Lockersedimenten, den Rotliegend-Sedimenten sowie den Tonschiefern, Phylliten, Glimmerschiefern und Paragneisen des Erzgebirges steigen die Chromgehalte in den Böden auf etwa 30 - 40 mg/kg an. Die höchsten Gehalte ( 100 mg/kg) treten in Sachsen punktuell über basischen Vulkaniten (Basalte, Serpentinite, Gabbros), über den größere Flächen bildenden Diabasen des Vogtlandes und lokal über Cr-haltigen Mineralisationen und Verwitterungsbildungen auf (Ni-Hydrosilikate bei St. Egidien). Serpentinite z. B. können bis zu 2000 mg/kg Chrom (Totalgehalte) enthalten. In den Auenböden treten deutliche Beziehungen zwischen den Chromgehalten und den Gesteinen der jeweiligen Einzugsgebiete auf. Die Auenböden der Weißen Elster, der Mulde und der Elbe (Einzugsgebiet Erzgebirge /Vogtland) führen mittlere bis leicht erhöhte Gehalte. Die Gehalte in den Flussauen der Lausitz sind dagegen deutlich niedriger. Infolge der unterschiedlichen Bindungsformen des Chroms in den Primärsubstraten ist die Umrechnung von Cr-Totalgehalten in Cr-Königswassergehalte (KW) äußerst problematisch. Praktische Erfahrungen bei den Bodenuntersuchungen zeigen, dass die KW-Gehalte von basischen bis ultrabasischen Magmatiten und Metamorphiten gegenüber den Totalgehalten bis zu ca. 50 % niedriger sind. Die geochemische Spezialisierung der basischen Substrate tritt deshalb im Kartenbild nur in abgeschwächter Form in Erscheinung. Die in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgelegten Prüfwerte für den Wirkungspfad Boden-Mensch (KW-Gehalte) werden in Sachsen nur punktuell über den o. g. basischen und ultrabasischen Gesteinen überschritten. Im Vogtland kommt es über den Diabasen z. T. flächenhaft zur Überschreitung der Cr-Vorsorgewerte, wobei auf Grund der natürlichen Bindungsform aber keine verstärkte Freisetzung im Boden zu erwarten ist.
Die ESK-SiC GmbH aus Frechen ist Hersteller von Siliciumcarbid (SiC) mit einer Jahresproduktionskapazität von etwa 30.000 Tonnen. SiC ist besonders hart und hitzeresistent und wird deswegen z.B. in der Schleifmittel- und Feuerfestindustrie verwendet, kann aber auch in keramischen Spezialanwendungen und im Solar- und Elektronikbereich zum Einsatz kommen. Roh-Siliciumcarbid wird konventionell über den Acheson-Prozess hergestellt. Hierfür werden Quarzsand und Petrolkoks in stöchiometrischen Mengen vermischt und mittels eines elektrischen Stroms auf über 2000 Grad Celsius erhitzt. Das macht den Prozess energieintensiv, und es entstehen eine Reihe von Schadstoffen (v.a. Staub, CO und Schwefelverbindungen). Pro Tonne SiC summieren sich die CO 2 -Emissionen insgesamt auf rund 4,2 Tonnen CO 2 . Beim Acheson-Verfahren entsteht SiC in verschiedenen Qualitätsstufen. Nur rund 55 Prozent des Roh-SiC ist von hoher Qualität. Von besonderer Bedeutung für technische Anwendungen ist jedoch qualitativ hochwertiges SiC mit hohem SiC-Gehalt (>98 Gewichtsprozent). Diese Qualität wird durch verschiedene Veredlungsschritte aus Roh-SiC hergestellt. Bei der Veredelung fallen rund 10-15 Prozent Aufbereitungsnebenanfälle an, die eine minderwertige Qualität aufweisen und als Zuschlagsstoff in der Metallurgie verwendet werden. Hierbei handelt es sich um ein klassisches Downcycling. Die ESK-SiC GmbH setzt in diesem Vorhaben das innovative RECOSIC-Verfahren ein, mit dem SiC-Abfälle zu SiC mit hoher Produktqualitäten recycelt werden sollen. Dabei sollen praktisch keine Abfallstoffe anfallen. Die SiC-Abfälle verfügen meist über kleine Korngrößen und enthalten unterschiedliche Verunreinigungen. Für eine hohe Produktqualität, die sich für technologisch anspruchsvolle Anwendungen eignet, müssen die Verunreinigungen entfernt, und zudem muss eine Kornvergrößerung erreicht werden. Vor dem Recycling wird das Ausgangsmaterial chargenweise untersucht, um die wichtigsten chemischen Parameter wie Si- und C- Gehalt und Fremdmetalle zu bestimmen. Anschließend wird das Material gemahlen und homogenisiert. Beim RECOSIC-Verfahren ist es durch Zugabe stöchiometrischer Mengen der Reaktionsedukte (SiO 2 oder Koks) möglich, den gewünschten SiC-Gehalt im Produkt einzustellen. Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung unter Schutzatmosphäre. Dabei kommt es zu einem Kristallwachstum und zu einer Vergrößerung der SiC-Partikel. Gleichzeitig segregieren sich Verunreinigungen an den Korngrenzen und Oberflächen und können in der Nachbehandlung mechanisch oder chemisch leicht entfernt werden. Über Druck, Temperatur und Atmosphäre können die gewünschten Zieleigenschaften eingestellt werden. Während mit dem Acheson Verfahren rund 4,2 Tonnen CO 2 pro Tonne SiC entstehen, entstehen mit dem neuen RECOSIC-Verfahren 0,75 Tonnen CO 2 , das entspricht einer Einsparung an CO 2 -Emissionen von 82 Prozent. Diese Bilanz verbessert sich erheblich, wenn man berücksichtigt, dass beim konventionellen Acheson Verfahren nur eine Ausbeute von etwa 55 Prozent an hochwertigen Siliciumcarbid erreicht wird. Für eine Tonne HQ-SiC müssen rund 1,8 Tonnen SiC über das Acheson-Verfahren hergestellt werden, währenddessen im RECOSIC Verfahren nahezu ausschließlich hochwertiges SiC entsteht. Im Acheson-Prozess werden pro Tonne SiC 1,5 Tonnen Quarzsand und 0,9 Tonnen Petrolkoks benötigt. Diese benötigten Rohstoffe entfallen beim RECOSIC-Verfahren fast vollständig. Weiterhin sind die Emissionen von Staub, Schwefelverbindungen und CO deutlich geringer. Das Verfahren hat Modellcharakter für andere Unternehmen der Branche. Grundsätzlich können Nebenanfälle aus der SiC-Veredelung und SiC-Abfälle aus allen Anlagen der Industrie als Ausgangsmaterial verwendet werden. In Deutschland gibt es mehrere SiC verarbeitende Betriebe, deren Abfälle verwertet werden können und die Kapazität für das Recycling aufbauen könnten. Weiterhin ist das Verfahren, mit technischen Anpassungen, auch auf andere Keramikprodukte ausweitbar, was das Verbreitungspotential erheblich vergrößert. Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: ESK-SIC GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend
Bergbauliche Hinterlassenschaften mit erhöhter natürlicher Radioaktivität Überreste aus dem Bergbau und der Erzverarbeitung können natürliche radioaktive Anteile enthalten und bei ihrer Freisetzung Mensch und Umwelt unerwünscht beeinflussen. In Sachsen, Thüringen und Sachsen-Anhalt betrifft dies die Rückstände des mittelalterlichen Bergbaus und insbesondere des Uranerzbergbaus. Die bergbaulichen Hinterlassenschaften wurden in einem großen Projekt untersucht und die Folgen der Umweltradioaktivität eingeschätzt. Da die abgebauten Erze häufig eine hohe Uranmineralisation aufwiesen, liegen in den Rückständen des Bergbaus (Berge- oder Haldenmaterial) und besonders in den Aufbereitungsrückständen (zum Beispiel Tailings, Schlacken) so hohe Gehalte an Radionukliden der Uran -Radium-Zerfallsreihe vor, dass diese Hinterlassenschaften aus der Sicht des Strahlenschutzes beachtet werden müssen. Äußere und innere Strahlenbelastung Die wichtigsten Expositionspfade, durch die die Bevölkerung in den Bergbaugebieten eine Strahlenbelastung erfahren kann, sind: die äußere Strahlenbelastung durch Gammastrahlung beim Aufenthalt auf bergbaulich beeinflussten Flächen (Materialablagerungen) oder in unmittelbarer Nähe von Bergbauanlagen (Halden und so weiter) und die innere Strahlenbelastung durch Ingestion (Nahrungsaufnahme) von Trinkwasser sowie von landwirtschaftlich oder gärtnerisch erzeugten Produkten und Pilzen, Ingestion von kontaminiertem Staub und Boden durch spielende Kinder, Inhalation (Einatmen) von kontaminiertem Staub und Inhalation von Radon . Für die Strahlenbelastung der Bevölkerung ist dabei von besonderer Bedeutung, dass Rückstände des Bergbaus und der Erzaufbereitung (zum Beispiel Haldenmaterialien, Schlacken) häufig zur Geländeauffüllung, zum Straßenbau, aber auch zum Hausbau verwendet wurde. Regionale Schwerpunkte Infolge der geologischen Bedingungen liegt der Schwerpunkt der bergbaulichen Hinterlassenschaften mit erhöhter natürlicher Radioaktivität in Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen, da dort der Bergbau und die Gewinnung von Silber, Zinn, Kupfer und anderen Metallen seit dem Mittelalter ein bedeutender Wirtschaftsfaktor war. Nach dem Zweiten Weltkrieg kam die Urangewinnung durch die SAG/SDAG (Sowjetische Aktiengesellschaft/Sowjetisch-Deutsche Aktiengesellschaft) Wismut hinzu, die zeitweise weltweit an dritter Stelle lag. Altlastenkataster Von 1991 bis 1999 hat das BfS das Projekt "Radiologische Erfassung, Untersuchung und Bewertung bergbaulicher Altlasten (Altlastenkataster)" durchgeführt und folgte damit dem damaligen gesetzlichen Auftrag zur Ermittlung der aus bergbaulicher Tätigkeit in Gegenwart natürlicher Radioaktivität stammenden Umweltradioaktivität in den neuen Bundesländern. Wie die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Ergebnisse des Projektes "Altlastenkataster" zeigen, wurden in den Ländern Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen infolge des Bergbaus insgesamt zirka 20 Millionen Kubikmeter Schlacken, zirka 130 Millionen Kubikmeter Haldenmaterial und zirka 30 Millionen Kubikmeter Aufbereitungsrückstände auf Hinterlassenschaften abgelagert, die als "radiologisch relevant" bewertet werden müssen. Überblick über Anzahl und Fläche der bergbaulichen Hinterlassenschaften in Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen und die Menge der abgelagerten Rückstände Parameter Klasse A1 "radiologisch nicht relevant" und "uneingeschränkt nutzbar" Klasse A2 "radiologisch nicht relevant" und "weiter zu beobachten" Klasse B "radiologisch relevant" Anzahl der Hinterlassenschaften 437 2.553 820 Fläche in Hektar 289 255 2.280 Volumen in Millionen Kubikmeter 24 5,7 184 Die Identifikation der radiologisch relevanten Flächen und Hinterlassenschaften ist jedoch nicht gleichbedeutend mit einem Entscheid über die Notwendigkeit von Sanierungsmaßnahmen, da derartige Entscheidungen nur auf der Grundlage von fall- und standortspezifischen Untersuchungen getroffen werden können. Für die alten Bundesländer liegen keine Untersuchungen in vergleichbarer Qualität wie das "Altlastenkataster" vor. Repräsentative Erhebungen, die zur Bewertung der radiologischen Bedeutung bergbaulicher Hinterlassenschaften herangezogen werden können, gibt es für Bayern, Baden-Württemberg und Niedersachsen. Wie eine Abschätzung des BfS gezeigt hat, dürften in den alten Bundesländern nur etwa eine Million Kubikmeter radiologisch relevante Rückstände des Bergbaus lagern. Einige dieser Hinterlassenschaften wurden in der Vergangenheit bereits untersucht und zum Teil saniert. Stand: 20.03.2025
Ausgehend von der Analyse bestehender oekologischer Bewertungsverfahren und der Modellbildung mittels Fuzzy Logic wird ein fuzzybasiertes Modell zur Oekobilanzierung entwickelt. Durch die Nutzung fuzzybasierter Methoden koennen die in einer Datenlage vorhandenen Vagheiten beruecksichtigt und nur verbal verfuegbare Aussagen direkt in den Modellansatz integriert werden. Durch Auswertung der im Modell entwickelten Kennzahlen wird die Bewertung des Bilanzergebnisses und die Ermittlung der fuer die Bilanz wesentlichen Einflussgroessen ermoeglicht. Mittels theoretischer Ueberlegungen und exemplarischer Anwendungen fuer ausgewaehlte Prozesse der Gussteilfertigung wird gezeigt, dass die Erstellung von Oekobilanzen mit dem entwickelten Modell sinnvoll und gegenueber herkoemmlichen Methoden vorteilhaft ist. In den Modellrechnungen erfolgt ein Vergleich von Sandformverfahren in unterschiedlichen Umweltkategorien und fuer verschiedene Bilanzrahmen. Die erzielten Ergebnisse verdeutlichen, dass durch das fuzzybasierte Modell die oekologischen Aspekte der betrachteten Prozesse plausibel wiedergegeben werden und das Modell insbesondere eine bessere Interpretation und objektivere Bewertung des Bilanzergebnisses ermoeglicht.
Das Verfahren erlaubt die nahezu abfallfreie Regeneration des Chromsaeurebades. Die Verunreinigungen koennen in Form wiederverwertbarer Metalle aus dem laufenden Verchromungsprozess ausgeschleust werden. Die Regeneration der Chrombaeder basiert auf der kathodischen Abscheidung der Stoerionen (Eisen) bei gleichzeitiger Reoxidation der Chrom(III)- Ionen. Die Regenerationsanlage ist als Zweikammerelektrolysezelle ausgelegt. Anoden- und Kathodenraum werden durch eine Membran auf Teflonbasis getrennt, die nur Kationen passieren laesst. Das zu reinigende Chrombad wird in die Anodenkammer eingebracht. Im elektrischen Feld wandern die verunreinigenden Metallionen durch die Membran und werden an der Kathode als wiederverwertbares Metall abgeschieden. Gleichzeitig werden die Chrom(III)- Ionen im Anodenraum zur Chromsaeure reoxidiert.
In vorangegangenen Untersuchungen an hochstickstofflegierten martensitischen Stählen mit (Masseprozent) 15 Cr und 1 Mo wurde eine deutliche Zunahme der Nahordnung und Restaustenitstabilität gefunden, wenn 0.6 C gegen 0.6 N und besonders wenn gegen (0.3 C 0.3 N) ausgetauscht wird. Die starke Nahordnung durch (C N) überrascht, weil C allein die Bildung von Clustern unterstützt. Dieser unerwartete (C N)Effekt ist von Bedeutung für austenitische Stähle, z.B. zur Erhöhung der Austenitstabilität in nichtmagnetisierbaren oder Tieftemperaturanwendungen bzw. zur Einsparung von Legierungselementen. Der letztere Fall wird ausgewählt, um daran die metallphysikalischen Ursachen zu studieren und einen kostengünstigen, korrosionsträgen Austenit für den Verschleißschutz zu entwickeln, der z.Zt. noch fehlt. Das Projekt soll in Zusammenarbeit mit dem Institut für Metallphysik in Kiev durchgeführt werden.
Dieses Verbundvorhaben adressiert den wachsenden Bedarf nach einer CO2-neutralen Fertigung insbesondere in den für Deutschland wirtschaftlich wichtigen Sektoren Maschinenbau, Metallerzeugung und -bearbeitung und der Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen. Dieses Vorhaben leistet einen erheblichen Beitrag dazu, in dem es den Energiebedarf und die kältemittelinduzierten CO2-Emissionen zur Maschinenkühlung deutlich verringert. Dazu sollen besonders kompakte, leistungsoptimierte Kälteaggregate mit einem CO2-neutralen, natürlichen Kältemittel entwickelt werden und die bauliche und digitale Integration des Kälteaggregats in das Gesamtsystem einer Werkzeugmaschine und deren Fertigungsplanung mit deutlich optimierter vorausschauender Regelung und Wartungsfreundlichkeit umgesetzt werden.
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| Type | Count |
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| Chemische Verbindung | 1 |
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