Entwicklung einer Entscheidungshilfe zur Beurteilung und Auswahl technischer Eisensorten

Projektlaufzeit: 10/2006 – 07/2011

Projektziel:
Ziel des Projektes war die Entwicklung einer schnellen Methode zur Beurteilung der Eignung verschiedener Eisensorten und Herstellerchargen für den Einsatz in reaktiven Wänden bei der In Situ Sanierung von LCKW - Grundwasserschäden.

Projektergebnisse:
Zunächst wurden Materialuntersuchungen an in Deutschland (Responge®, Gotthard-Maier Eisen, Würth-Eisen) und den USA (Conelly-, Peerless-Eisen) in Reaktiven Wänden eingesetzten Eisenwerkstoffen durchgeführt. Darauf basierend konnte eine schnelle (vierstufige) Methode zur Auswahl technischer Eisensorten für den Einsatz in passiven Reaktionswänden zur Sanierung von Grundwasserschäden durch LCKW abgeleitet werden. Die Materialauswahl basierte vor allem auf der Analytik von korrosionsfördernden und –inhibierenden Legierungsbestandteilen in den potentiell zum Einsatz kommenden Eisenwerkstoffen sowie auf der Durchführung von Batch-Versuchen zur Ableitung von Aussagen über die Reaktivität des Werkstoffes.
Die Batch-Versuche zeigten, dass keine statistisch signifikanten Zusammenhänge zwischen der ermittelten Werkstoffzusammensetzung technischer Eisenwerkstoffe und den PCE-Abbauraten (PCE…Perchlorethylen) auf Grund der Multikausalität des PCE-Abbaus bestehen.
Dennoch sind folgende Schlussfolgerungen zulässig:

• Es gibt sowohl die PCE-Abbaureaktion (=Korrosionsreaktion) fördernde wie inhibierende Legierungskomponenten. Förderlich wirken sich vor allem Schwefelspezies (Fe-S, MnNi-S, FeS2) und oxidierte Eisenspezies aus. Inhibierend sind hohe Gehalte an Stahlveredlern wie Chrom und Wolfram sowie Stickstoff und Silizium. Indifferent verhalten sich die Elemente Kohlenstoff, Phosphor, Calcium, Magnesium, Titan, Kupfer, Cobalt, Vanadium und Niobium.
• Positive Wirkung auf die PCE-Abbaureaktion besitzen die Schwefel- und oxidierten Eisenspezies sowohl jeweils für sich genommen als auch in Kombination. Bei einer Auswahl, von zum Einsatz in Reaktiven Wänden vorgesehenen Eisenwerkstoffen, ist demzufolge die Aufmerksamkeit insbesondere auf Schwefel, Nickel und Sauerstoff zu richten.
• Eine zu hohe Korrosionsbeständigkeit wie auch eine zu hohe Korrosionsanfälligkeit des Werkstoffes im wässrigen Medium wirken sich nachteilig auf den Abbauprozess aus. Eine zu hohe Korrosionsbeständigkeit wirkt stark inhibierend auf den PCE-Abbau. Ist andererseits die Korrosionsanfälligkeit zu hoch, führt dies zu einer raschen Blockierung der reaktiven Kathoden-bereiche durch die Bildung von Oberflächenablagerungen. Daher sollte ein Mindestanteil von Stahlveredlern wie Nickel und ggf. Kupfer in den technischen Eisensorten vorliegen.
• Der Analysenumfang der zur Auswahl stehenden Werkstoffe sollte die Elemente Stickstoff, Silizium, Chrom, Wolfram, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Schwefel und Sauerstoff enthalten. Es sollten sowohl die chemische wie auch die EDX-Analytik (EDX…Energiedispersive Röntgenspektroskopie) zum Einsatz kommen.

Säulenversuche mit C-14-PCE zur Bilanzierung der Abbaureaktion führten u. a. zu folgenden Ergebnissen:

• Der PCE-Abbau war an den poröseren Eisenwerkstoffen mit ihrer größeren spezifischen Oberfläche (Responge®, Gotthard-Maier Eisen) höher als an den weniger porösen Werkstoffen (Würth-Eisen).
• Der PCE-Rückhalt an Gotthard-Maier Eisen betrug 95 % und an Responge® ca. 70 %.
• Die Abbauprodukte wurden überwiegend (zu 20-75 %) an der Materialoberfläche adsorbiert.
• Der Anteil der bereits bei 150 °C desorbierbaren Stoffe war bei Gotthard-Maier Eisen jedoch höher als bei Responge®.