Zur Lösung der Aufgabe werden bekannte metallurgische Verfahrenstechniken eingesetzt, die beim Betrieb von Kupolöfen, Sauerstoff-Kupolöfen, Schacht-Schmelzvergasern, Hochtemperatur-Sauerstoff Schmelzvergasern oder ähnlichen metallurgischen Aggregaten zur Anwendung kommen (Gießerei Lexikon 1997, Schiele & Schön, 17. Auflage, S.582–583, 748 – 757).

Die zur Phosphor-Rückgewinnung vorgesehenen organischen und anorganischen Abfallstoffe werden in bekannter Form aufbereitet und unter Zugabe von Kalk oder anderen CaO-haltigen Stoffen zu einer flüssigen Schlacke geschmolzen. Dabei wird das CaO/SiO₂-Verhältnis der Schlacke auf einen Wert größer 1,05 eingestellt. Der erforderliche SiO₂-Gehalt der Schlacke von mindestens 10 % wird bei Bedarf durch Zugabe von Sand und/oder Sihaltigen Zuschlagstoffen gesichert.

Die Abfallstoffe werden zusammen mit Koks in das metallurgische Aggregat chargiert. Der Koks kann teilweise oder vollständig durch Holzkohle oder andere kohlenstoffhaltige Stoffe ersetzt werden. Durch den Einsatz von Heißwind, sauerstoffangereichertem Heißwind und/oder technisch reinem Sauerstoff werden bei der Reaktion mit dem eingebrachten Kohlenstoff Temperaturen bis zu 2000 °C erreicht. Durch Kohlenstoffüberschuss wird die von metallurgischen Schachtöfen bekannte reduzierende Gaszusammensetzung eingestellt. Die Einsatzstoffe werden somit unter reduzierenden Bedingungen geschmolzen, d.h. Metalloxide werden weitgehend reduziert, wobei sich die hochschmelzenden Schwermetalle (z.B. Fe, Cu, Cr, Ni) vollständig oder überwiegend als Legierungsbestandteile einer Metalllegierung wiederfinden, die sich aus den in den Einsatzstoffen enthaltenen Metallen bildet und somit als Schwermetallsenke fungiert. Giftiges Chrom 6 wird beispielsweise bis zu metallischem Chrom reduziert und somit unschädlich gemacht.

Bei niedrigen Temperaturen schmelzende Metalle (z.B. Zink, Cd, Hg) verdampfen, bzw. ihre Oxide werden reduziert und die dann vorliegenden metallischen Phasen verdampfen. Die Metalldämpfe werden mit dem Rohgas ausgetragen und mit bekannten Verfahren abgetrennt. Die restlichen, in der Schlacke verbleibenden Oxide sind eluatsicher in der glasig erstarrten Schlackenmatrix eingebunden. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die mit den Abfallstoffen eingebrachten anorganischen Schadstoffe zerstört werden.

Die mit den Abfallstoffen eingebrachten pathogenen Keime und organischen Schadstoffe werden durch das reduzierende Schmelzen bei Temperaturen bis zu 2000 °C ebenfalls zerstört.

Die flüssige Schlacke trennt sich von der flüssigen Metalllegierung auf Grund der bestehenden Dichteunterschiede. Die Schlacke wird nass oder trocken granuliert oder in Schlackenbetten oder -pfannen zur Erstarrung gebracht. Die Schlacke wird nach ihrer Erstarrung gemahlen. Hierzu werden beispielsweise Kugelmühlen eingesetzt, um durch Feinstaufmahlung eine hohe Pflanzenverfügbarkeit der in der Schlacke enthaltenen Kalkphosphate zu erreichen.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zusammen mit den phosphorhaltigen Abfallstoffen noch Eisen oder eisenhaltige Abfälle eingeschmolzen werden. Die Dosierung der Eisenzusätze erfolgt dabei in Abhängigkeit von den in den phosphorhaltigen Abfällen enthaltenen hochschmelzenden Schwermetallen mit dem Ziel, eine Metalllegierung zu erzeugen, deren Eisengehalt den flüssigen Zustand der metallischen Phase bei Abstichtemperaturen von 1350 bis 1500 °C sichert.

Beim reduzierenden Schmelzen von phosphorhaltigen Abfällen kann das Reduktionsmittel Koks auch teilweise oder vollständig durch Holzkohle ersetzt werden. Als weitere Ersatzreduktionsmittel stehen Holz oder C-haltige Abfallstoffe, wie Altholz, zur Verfügung.

Sägespäne, Kleie, Melasse oder andere feinkörnige, breiige oder flüssige Kohlenstoffträger dienen ebenfalls als Ersatzreduktionsmittel, indem sie den phosphorhaltigen Abfallstoffen zugemischt werden. Beispielsweise wird stichfester Klärschlamm (30 % Trockensubstanz) mit 4 % Branntkalk, 6 % Zement und 10 % Sägespänen durch Aufbaugranulierung pelletiert, so dass der in den Sägespänen enthaltene Kohlenstoff in engem Kontakt mit den mineralischen Bestandteilen des Klärschlamms als Reduktionsmittel wirkt und die Reduktionswirkung des bereits in der Klärschlammsubstanz enthaltenen Kohlenstoffs wirkungsvoll unterstützen kann.

Schließlich werden auch feste, flüssige und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe als Ersatzreduktionsmittel eingesetzt. Sie werden zusammen mit dem Heißwind oder anderen Sauerstoffträgern in die Hochtemperaturzone des metallurgischen Aggregates eingebracht.

Die aus dem metallurgischen Aggregat abgestochene flüssige Schlacke kann auch zusammen mit der flüssigen Metalllegierung im Sauerstoffkonverter oxidierend behandelt werden. Unter Kalkzugabe wird dabei eine Kalk-Phosphatschlacke erzeugt, die der früher im Thomaskonvertererzeugten Schlacke ähnelt, die als Düngemittel verkauft wurde (Thomasmehl und Hüttenkalk. Hütte. Verlag W. Ernst & Sohn, 5. Aufl., Berlin 1961, S. 588–589).

Durch Zugabe in den Sauerstoffkonverter können auch weitere phosphorhaltige Abfallstoffe und/oder Rohstoffe, wie P-Erze oder phosphorhaltige Zwischenprodukte, unter oxidierenden Bedingungen geschmolzen werden, um den Phosphorgehalt der Schlacke zu erhöhen.

Auch bei reduzierend erschmolzenen Schlacken kann der Phosphorgehalt durch die Zugabe von phosphorhaltigen Erzen oder anderen phosphorhaltigen Rohstoffen oder Zwischenprodukten erhöht werde. Sie werden stückig zusammen mit den übrigen Einsatzstoffen zugegeben oder feingemahlen in die Hochtemperaturzone des metallurgischen Aggregates eingedüst.

Zur Erhöhung des Phosphorgehaltes der erzeugten Schlacke eignet sich auch die Zugabe von phosphorhaltigen Erzen oder anderen phosphorhaltigen Rohstoffen oder Zwischenprodukten in die Abstichpfanne.

Das Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung aus organischen und anorganischen Abfallstoffen wird nachfolgend an einem Beispiel erläutert.

Ein Schacht-Schmelzvergaser mit einer Durchsatzleistung von 15 000 t/a wird mit Klärschlammpellets beschickt, die durch Aufbaugranulierung aus stichfestem Klärschlamm (30 % Trockensubstanz) unter Zusatz von Kalk und Zement hergestellt werden. Die ausgelagerten Pellets besitzen eine Restfeuchte von 20 %. Die chargenweise Beschickung setzt sich aus den Einsatzstoffen, ausgelagerte Pellets (2 t/h) und Koks (0,13 t/h) zusammen. Der Schacht-Schmelzvergaser wird mit Heißwind unter Sauerstoffzusatz betrieben.

Durch Schmelzvergasung entstehen 330 kg/h Schlacke und 34 kg/h Metalllegierung. Schlacke und Metalllegierung werden getrennt abgestochen. Die Schlacke wird trocken granuliert und nach Erkalten in einer Kugelmühle staubfein gemahlen. Das Schlackenmehl stellt einen Langzeitdünger auf der Basis von Kalkphosphaten mit Spurenelementen dar. Die Metalllegierung erstarrt in einer Pfanne und kann je nach chemischer Zusammensetzung im Schrotthandel oder direkt in der Metallindustrie abgesetzt werden.