Eisenerz

Eisenerz
Eisenerz

Eisen und Stahl sind aus unserem modernen Leben nicht wegzudenken. Die Nutzung von nahezu überall häufig vorhandenen Eisenerzen zur Gewinnung von Eisen reicht schon bis ins 3. vorchristliche Jahrtausend zurück, erst mit der Erfindung der ersten Härtungsmethoden zu Stahl im ersten Jahrtausend vor Christus wurde das an sich relativ weiche Roheisen erst einigermaßen sinnvoll nutzbar – und begann sehr schnell seinen Siegeszug gegen die bis dorthin verwendeten Waffen aus Bronze. Der Krieg ist eben immer die Mutter aller Dinge. Vor der Entdeckung der terrestrischen Eisenerze verwendete man übrigens Eisen aus Meteoriten („Himmels-Eisen“).

Terrestrische Eisenerze sind Gemenge aus eisenhaltigen Verbindungen (bei heute abgebautem Eisenerz aus den Lagerstätten meist Eisenoxide oder Eisenkarbonate, in der Fachsprache „Eisenerzminerale“) mit Gesteinen, die sonst kein oder nur sehr wenig Eisen enthalten. Schwefel-Eisen-Verbindungen (etwa bei Pyrit) im Gestein kommen in einigen wenigen Lagerstätten auch vor. 

Bei den Eisenerz-Mineralen gibt es drei Hauptverbindungen, die sich besonders oft finden: 

  • Magnetit (Fe3O4)
  • Hämatit (Fe2O3) und 
  • Siderit (FeCO3)

Magnetit und Hämatit haben mit rund 70 % den höchsten Eisengehalt, Siderit liegt nur bei etwas weniger als 50 %. 

Entstehungswege von Eisenerz

Die Entstehung von Eisenerz findet überwiegend auf magmatischem Weg statt: mit vielen Metallen angereicherte Lava dringt bis tief in die Erdkruste ein, bei der Abkühlung erfolgt dann die Auskristallisation der eisenhaltigen Verbindungen. Auf diese Weise entstehen verschieden umfangreiche Eisenerzlagerstätten, umgeben von sogenanntem Ganggestein (nicht eisenhaltige Gesteinsschichten). 

Eine weitere Möglichkeit ist die Umlagerung von Schmelzgesteinen, wobei das Gestein durch Schmelzen zunächst aufgelöst und dann an einem anderen Ort wieder abgelagert wird. 

Sehr kleine und unbedeutende Vorkommen entstanden auch durch die Aktivität von eisenoxidierenden Bakterien in der noch sauerstofffreien Periode der Erdgeschichte. Die Ablagerungen von ausgefälltem Eisen bilden heute die sogenannten Bändererze (rot-graue Schichten). 

Durch die Verfestigung von tonigen oder torfigen und stark eisenhaltigen Böden im Lauf der Erdgeschichte entstanden sogenannte Raseneisenerze, die in einigen Gegenden auch Bohnerze oder Doggererze (z. B. auf der schwäbischen Alb) genannt werden. Raseneisenerze bildeten aber nur in der allerfrühesten Zeit der Erzgewinnung überhaupt abbauwürdige Lagerstätten. 

Bedeutende Lagerstätten weltweit

Die größten Vorkommen weltweit finden sich in Australien, China, Brasilien und Indien. Diese vier Länder produzieren auch fast 85 % des weltweit insgesamt geförderten Eisens. 

Innerhalb Europas spielen auch Abbaugebiete in Schweden, der Ukraine und in Russland eine relativ wichtige Rolle, erreichen aber bei Weitem nicht das Niveau der vier größten Länder. Wegen der günstigen Fördermöglichkeiten für relativ hochwertiges Eisen haben die meisten europäischen Länder ihre eigene Förderung heute eingestellt, da die gewonnen Erze preislich nicht konkurrieren könnten. 

Weiter abgebaut wird immer noch am steirischen Erzberg, dem größten Tagebau in Mitteleuropa. Nahe der Stadt Eisenerz – der Name ist hier Programm – in der Steiermark werden seit dem 11. Jahrhundert Eisenerze abgebaut, bis heute stellt das die wichtigste wirtschaftliche Grundlage der gesamten Region Eisenwurzen dar. Eisen veränderte und bestimmte in vielen Jahrhunderten hier praktisch alles, das ist in weiten Teilen bis heute so geblieben. Die Erzvorkommen enthalten hier überwiegend Siderit, die Eisenerze vom Erzberg haben also einen geringeren Eisengehalt als bei anderen Lagerstätten weltweit. 

Der Bedarf an Roh-Eisen hat weltweit in den letzten Jahren – ebenso wie die Förderung von Eisenerz weltweit – stark zugenommen. Experten schätzen daher, dass bei weiter steigendem Bedarf die heute weltweit auf rund 170 Milliarden Tonnen geschätzten Vorkommen möglicherweise in naher Zukunft weitgehend erschöpft sein könnten. Bereits 2019 war der Preis für die Tonne Eisenerz um 66 % gestiegen, nachdem mehrere Bergwerke in Brasilien, dem Haupt-Abbauland, geschlossen wurden. Der größte Teil des weltweiten Abbaus beschränkt sich auf nur zwei Länder – Brasilien und Australien. Die bald rund 2 Milliarden Tonnen pro Jahr erreichende Stahlproduktion kann nur zu einem sehr geringen Teil auf Recycling bauen – große Mengen an Eisenerze sind für die Produktion trotz allem nötig. 

Weiterverarbeitung von Eisenerz 

Um die Transportkosten zu senken, wird das gewonnene Eisenerz zumeist noch vor Ort vom Ganggestein getrennt. Das geschieht allerdings nicht vollständig, sondern nur zum größten Teil. 

Das übriggebliebene Eisenerz wird dann schrittweise mit Backenbrechern oder in speziellen Mühlen zerkleinert („aufgeschlossen“). Über verschiedene Verfahren wird das zerkleinerte Gestein dann nach seinem Eisengehalt sortiert. Dadurch entsteht ein gewissermaßen „konzentriertes“ Eisenerz mit einem durchgehend sehr hohen Eisengehalt, dass dann im letzten Schritt zu sogenannten Eisenerz-Pellets weiterverarbeitet wird. Diese kugelförmigen Pellets mit rund 1 – 2 cm Durchmesser enthalten etwa 70 % Eisen und stellen das Ausgangsmaterial für den Hochofen dar. 

Mit dem Transport zum Hochofen beginnt dann die sogenannte Verhüttung – also die eigentliche Eisengewinnung. Der sogenannte Möller, das Eisenerz und einige Zuschlagstoffe (Quarzsand und Kalk), wird am Ofenkopf zugeführt. Die Zusatzstoffe dienen dazu, die unerwünschten Bestandteile bei der Verhüttung zu binden und abzuführen. Als Brennmittel dient Koks, zur Verbrennung nötiger Sauerstoff wird über spezielle Düsen mit Druck zugeführt (fachsprachlich „Heißwind“). 

Ist das Roheisen verhüttet müssen Phosphor und Schwefel entfernt werden, auch ein Teil des enthaltenen Kohlenstoffs wird dabei mit entfernt. Diesen Vorgang nennt man „Frischen“. Das bei der Verbrennung entstehende Gichtgas wird einerseits als Heizgas genutzt, stellt andererseits aber auch eine Quelle zur Stromerzeugung über die Erzeugung von Prozessdampf und die Einleitung in Dampfturbinen dar. In den meisten Fällen wird Gichtgas aber genutzt, um die Kompressoren anzutreiben, die den Heißwind in den Hochofen drücken. 

Das sehr giftige Gichtgas (hoher Kohlenmonoxidgehalt) kann durch den Einsatz von Biotechnologie auch für die Gewinnung von Ethanol (Alkohol, wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie und insbesondere auch Energieträger) in einem Bioreaktor genutzt werden. Dadurch können aufwendige chemische Herstellungsprozesse und die Vergärung von Biomasse zukünftig eventuell eingeschränkt werden. Aktuell wird ein solcher Bioreaktor aber nur vom Unternehmen LanzaTech an insgesamt fünf Standorten (zwei in China, einer in Taiwan, einer in Neuseeland) betrieben, nur eine der Anlagen in China läuft dabei kommerziell. 

Fazit

Eisen hat die Welt verändert. Nachdem die Verhüttung und die Härtung zu Stahl erst einmal erfunden war, verdrängten Eisen und Stahl relativ schnell viele andere Metalle aus ihren bis dahin angestammten Bereichen. In den letzten Jahrzehnten steigt der Eisenverbrauch zunehmend an, die weltweit relativ großen Vorkommen könnten daher möglicherweise schon in naher Zukunft vollständig erschöpft sein. Unsere Erde hat uns mit riesigen Mengen an Eisenerz ausgestattet – wir haben sie zu einem sehr großen Teil heute bereits aufgebraucht. Wirkliche Lösungen für diese Problematik gibt es bislang noch nicht. 

Auch für die Eisengewinnung selbst sind Veränderungen nötig, da ein Verheizen von Kohleprodukten (Koks) für die Eisenverhüttung aufgrund der klimatechnischen Problematik sicherlich kein Weg für die Zukunft ist. Hier ist mit Wasserstoff als alternativem Brennstoff aber immerhin eine einigermaßen brauchbare Lösung vorhanden, die auch mit heutiger Technik bereits praktikabel umsetzbar wäre, entsprechende Investitionen vorausgesetzt.

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