TY - JOUR A1 - Herzel, Hannes A1 - Dombinov, V. A1 - Vogel, Christian A1 - Willbold, S. A1 - Levandowski, G. V. A1 - Meiller, M. A1 - Müller, F. A1 - Zang, J. W. A1 - da Fonseca-Zang, W. A. A1 - Jablonowski, N. D. A1 - Schrey, S. D. A1 - Adam, Christian T1 - Soybean Fertilized by P-Phases from Bagasse-Based Materials: P-Extraction Procedures, Diffusive Gradients in Thin Films (DGT), and X-ray Diffraction Analysis (XRD) JF - agronomy N2 - The Brazilian sugarcane industry produced around 173 million tons (Mt) of bagasse in 2018. Bagasse is a by-product of juice extraction for ethanol and sugar production and is combusted in order to generate power, producing up to 10 Mt of ash per year. This ash contains various concentrations of plant nutrients, which allow the ash to be used as a crop fertilizer. However, the concentration and extractability of phosphorus (P), an essential plant nutrient, are low in bagasse ash. To increase the P content, we co-gasified and co-combusted bagasse with P-rich chicken manure. The resulting ash was thermochemically post-treated with alkali additives (Na2SO4 and K2SO4) to increase the availability of P to plants. We aimed to: (i) investigate the effect of thermochemical post-treatment of co-gasification residue and co-combustion ash on P availability to soybeans, (ii) explore the potential of chemical extraction methods (citric acid, neutral ammonium citrate, formic acid, and Mehlich-I) and diffusive gradients in thin films (DGT) to predict the availability of P to soybeans, and (iii) identify the responsible P-phases using X-ray diffraction . We evaluated P availability to soybeans growing in Brazilian Oxisol soil in two independent greenhouse pot experiments. The positive effect of thermochemical treatment on P availability from gasification residue was confirmed through the observation of increased P uptake and biomass in soybean plants. These findings were confirmed by chemical extraction methods and DGT. The gasification residue contained whitlockite as its main P-bearing phase. Thermochemical post-treatment converted whitlockite into highly soluble CaNaPO4. In contrast, co-combustion ash already contained highly soluble Ca(Na,K)PO4 as its main P-bearing phase, making thermochemical post-treatment unnecessary for increasing P availability. In conclusion, increased extractability and availability of P for soybeans were closely connected to the formation of calcium alkali phosphate. Our findings indicate that this combined methodology allows for the prediction of P-fertilization effects of ash. KW - Sugar cane bagasse KW - Chicken manure ash KW - Thermochemical treatment KW - Nutrient KW - Plant availability PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509735 DO - https://doi.org/10.3390/agronomy10060895 VL - 10 SP - 895 EP - 6 PB - MDPI AN - OPUS4-50973 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Wiesler, F. A1 - Hund-Rinke, K. A1 - George, E. A1 - Greef, J.-M. A1 - Holz, F. A1 - Hölze, L.E. A1 - Hülsbergen, K.-J. A1 - Martin, S. A1 - Severin, K. A1 - Spielvogel, S. A1 - Geiger, P. A1 - Nawotke, C. A1 - Kehlenbeck, H. A1 - Schenkel, H. A1 - Adam, Christian A1 - Bloem, E. A1 - Frank, D. A1 - Goldbach, H.E. A1 - Heene, M. A1 - Kratz, S. A1 - Kruse, A. A1 - Möller, K. A1 - Pinnekamp, J. A1 - Schoumans, O.F. A1 - Vogel, Christian A1 - Wulf, S. T1 - Recyclingphosphate in der Düngung – Nutzen und Grenzen N2 - Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert. KW - Phosphor KW - Düngemittel KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT) PY - 2020 SP - 1 EP - 19 PB - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) CY - Berlin AN - OPUS4-51011 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Hoffmann, Marie A1 - Krüger, O. A1 - Murzin, V. A1 - Caliebe, W. A1 - Adam, Christian T1 - Chromium (VI) in phosphorus fertilizers determined with the diffusive gradients in thin-films (DGT) technique JF - Environmental Science and Pollution Research N2 - Phosphorus (P) fertilizers from secondary resources became increasingly important in the last years. However, these novel P-fertilizers can also contain toxic pollutants such as chromium in its hexavalent state (Cr(VI)). This hazardous form of chromium is therefore regulated with low limit values for agricultural products even though the correct determination of Cr(VI) in these fertilizers may be hampered by redox processes, leading to false results. Thus, we applied the novel diffusive gradients in thin-films (DGT) technique for Cr(VI) in fertilizers and compared the results with the standard wet chemical extraction method (German norm DIN EN 15192) and Cr K-edge X-ray Absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy. We determined an overall good correlation between the wet chemical extraction and the DGT method. DGT was very sensitive and for most tested materials selective for the analysis of Cr(VI) in P-fertilizers. However, hardly soluble Cr(VI) compounds cannot be detected with the DGT method since only mobile Cr(VI) is analyzed. Furthermore, Cr K-edge XANES spectroscopy showed that the DGT binding layer also adsorbs small amounts of mobile Cr(III) so that Cr(VI) values are overestimated. Since certain types of the P fertilizers contain mobile Cr(III) or partly immobile Cr(VI), it is necessary to optimize the DGT binding layers to avoid aforementioned over- or underestimation. Furthermore, our investigations showed that the Cr K-edge XANES spectroscopy technique is unsuitable to determine small amounts of Cr(VI) in fertilizers (below approx. 1% of Cr(VI) in relation to total Cr). KW - Phosphorus fertilizer KW - Sewage sludge ash KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT) KW - Chemical extraction KW - XANES spectroscopy PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509578 DO - https://doi.org/10.1007/s11356-020-08761-w SN - 0944-1344 VL - 27 SP - 24320 EP - 24328 PB - Springer AN - OPUS4-50957 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Sekine, R. A1 - Huang, J. A1 - Steckenmesser, D. A1 - Steffens, D. A1 - Huthwelker, T. A1 - Borca, C. A1 - Pradas del Real, A. A1 - Castillo-Michel, H. A1 - Adam, Christian T1 - Effects of a nitrification inhibitor on nitrogen species in the soil and the yield and phosphorus uptake of maize JF - Science of the total environment N2 - Phosphorus (P) resource availability is declining and the efficiency of applied nutrients in agricultural soils is becoming increasingly important. This is especially true for P fertilizers from recycled materials, which often have low plant availability. Specific co-fertilization with ammoniumcan enhance P plant availability in soils amended with these P fertilizers, and thus the yield of plants. To investigate this effect, we performed a pot experiment with maize in slightly acidic soil (pH 6.9) with one water-soluble (triple superphosphate [TSP]) and two water-insoluble (sewage sludge-based and hyperphosphate [Hyp]) P fertilizers and anammoniumsulfate nitrate with or without a nitrification inhibitor (NI). The dry matter yield of maize was significantly increased by the NI with the Hyp (from 14.7 to 21.5 g/pot) and TSP (from 40.0 to 45.4 g/pot) treatments. Furthermore, P uptake was slightly increased in all three P treatments with the NI, but not significantly. Olsen-P extraction and P K-edge micro-X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy showed that apatite-P of the water insoluble P fertilizers mobilized during the plant growth period. In addition, novel nitrogen (N) K-edge micro-XANES spectroscopy and the Mogilevkina method showed that the application of an NI increased the fixation of ammonium in detectable hot spots in the soil. Thus, the delay in the nitrification process by the NI and the possible slow-release of temporarily fixed ammoniumin the soil resulted in a high amount of plant available Ammonium in the soil solution. This development probably decreases the rhizosphere pH due to release of H+ by plants during ammoniumuptake, whichmobilizes phosphorus in the amended soil and increases the dry matter yield of maize. This is especially important for water-insoluble apatite-based P fertilizers (conventional and recycled), which tend to have poor plant availability. KW - Fertilzer KW - Phosphorus recovery KW - Ammonium KW - Nitrification inhibitor KW - XANES spectroscopy KW - Diffusive gradients in thin films (DGT) PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136895 SN - 1879-1026 VL - 715 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-50477 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Hoffmann, Marie A1 - Taube, Mareike A1 - Krüger, O. A1 - Baran, R. A1 - Adam, Christian T1 - Uranium and thorium species in phosphate rock and sewage sludge ash based phosphorus fertilizers JF - Journal of Hazardous Materials N2 - Phosphorus (P) is an essential element for all forms of life and is thus often applied as phosphate rock-based P-fertilizers in agriculture to enable continuous farming. However, these P-fertilizers contain also hazardous uranium (U) and thorium (Th), up to 660 and 220 mg/kg, respectively. On the contrary, novel P-fertilizers made from sewage sludge (ash) contain only low mass fractions of U and Th. In addition to the total amount of U and Th in P-fertilizers, their mobility and bioavailability is important, which depends to a large extent on their chemical state, especially oxidation state and chemical bonding. Thus, we analyzed their chemical state in various P-fertilizers by U and Th L3-edge HERFD-XANES spectroscopy. Phosphate rocks and sewage sludge-based P-fertilizers contain mainly U(IV) compounds which have only a low bioavailability. In contrast, acidic treatment of phosphate rock to produce super phosphates lead to an oxidation to U(VI) compounds (including formation of uranium phosphates) with a strongly increased bioavailability. On the contrary, all analyzed P-fertilizers contain Th in form of strongly insoluble phosphates and oxides with a low bioavailability. Additionally performed water extractions and Diffusive Gradients in Thin-films (DGT) experiments support these findings. KW - Phosphorus fertilizer KW - Sewage sludge KW - X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy KW - Diffusive Gradients in Thin-films (DGT) KW - Extraction PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121100 SN - 0304-3894 VL - 382 SP - 121100, 1 EP - 6 AN - OPUS4-48872 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Smol, M. A1 - Adam, Christian A1 - Kugler, Stefan T1 - Analiza możliwości wykorzystania w Polsce popiołów ze spalania komunalnych osadów ściekowych na cele nawozowe T1 - Use of municipal sewage sludge ash for fertilizing purposes. An analysis of possibilities in Poland JF - Przemysł Chemiczny N2 - Popioły pochodzące z instalacji do spalania komunalnych osadów ściekowych, znajdującej się na terytorium Polski, poddano procesom termochemicznego przekształcania, dzięki czemu otrzymano produkty nawozowe spełniające kryteria dopuszczające je do obrotu jako nawozy mineralne. Ponadto dokonano analizy możliwości wykorzystania popiołów na cele nawozowe zgodnie z obecnie przyjętymi dokumentami strategicznymi i planistycznymi dotyczącymi gospodarki odpadami na poziomie krajowym i europejskim. N2 - Ashes from thermal transformation of municipal sewage sludge were thermochem. modified at 1000°C in the presence of NaHCO3 and sewage sludge to obtain CaNaPO4 and reduce the content of heavy metals in the produced fertilizer. Its bioavailability was more than 99% higher than that of raw ashes (50%). The nutrient content was 13.56 % Ca, 6.33% P, 4.36% K and 5.0% Fe. The content of heavy metals in fertilizer products met the std. requirements and was exceeded only in the case of Pb (278.3 mg/kg d.m.). KW - Ashes KW - Waste KW - Phosphorus KW - Recovery KW - Fertilizer PY - 2020 DO - https://doi.org/10.15199/62.2020.8.14 VL - 99 IS - 8 SP - 1186 EP - 1191 AN - OPUS4-51267 LA - pol AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Adam, Christian A1 - Feldmann, Ines A1 - Ostermann, Markus A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. T1 - Tantalrecycling aus pyrometallurgischen Rückständen JF - World of Metallurgy – ERZMETALL N2 - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung eines bestehenden pyrometallurgischen Prozesses zur Rückgewinnung von Tantal und Niob aus metallurgischen Reststoffen mit vorwiegend niedriger Wertstoffkonzentration. Zur näheren Erforschung der im vorliegenden Stoffsystem ablaufenden Reduktionsprozesse wurden in einem Elektrolichtbogenofen Schmelzversuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Als Reduktionsmittel diente Koks, welcher mithilfe einer Argon-gespülten Eisenlanze in die flüssige mineralische Schmelze eingebracht wurde. Während der Reduktionsbehandlung werden Refraktärmetalle wie Tantal und Niob in ihre Carbide überführt und anschließend in der erschmolzenen eisenbasierten Metallphase am Boden des Reaktors angereichert. Neben Tantal und Niob gelangt auch ein Teil des im Einsatzmaterial enthaltenen Titans als unerwünschtes Begleitelement in die Metallphase. Sein Großteil verbleibt jedoch als Oxid in der Schlacke und wird dort hauptsächlich im Mineral Perowskit (CaTiO3) gebunden. Die erstarrten Schlackeproben wurden mit verschiedenen Methoden wie Röntgenfluoreszensanalyse, Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht, um die Bildung tantalhaltiger Mineralphasen zu verschiedenen Stadien des Reduktionsprozesses zu verfolgen. Die hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass weniger die durch das Einblasen von Koks verursachte Reduktionsreaktion, sondern das Absinken der tantalreichen Eisentröpfchen in der flüssigen mineralischen Schmelze, gefolgt von ihrer Anreicherung in die Metallphase, für die Kinetik ausschlaggebend ist. N2 - An existing pyrometallurgical process for tantalum and niobium recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, was investigated. Melting experiments were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to study the material system during the reduction process caused by blowing coke into the liquid mineral melt. During the pyrometallurgical treatment refractory metals such as tantalum and niobium are converted into their carbides and enriched in the molten iron-based metal phase. Titanium is also enriched in the metal phase as an unwanted accompanying element, but most of it remains in oxidic form in the slag and is mainly bound in the mineral perovskite. Cooled down slag samples were analysed using XRF, XRD, SEM and EDX to investigate the formation of mineral phases rich in tantalum during various stages of the reduction process. The results show that the settling of the tantalum-rich iron droplets in the molten slag into the metal phase May play a greater role for the kinetics than the actual reduction reaction caused by blowing in coke. KW - Tantal KW - Recycling KW - Reduktionsprozess KW - Perowskit KW - Elektrolichtbogenofen PY - 2020 SN - 1613-2394 VL - 73 IS - 4 SP - 196 EP - 205 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-51064 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Smol, M. A1 - Adam, Christian A1 - Kugler, Stefan T1 - Inventory of Polish municipal sewage sludge ash (SSA) – Mass flows, chemical composition, and phosphorus recovery potential JF - Journal of Waste Management N2 - This paper presents an inventory of sewage sludge ashes (SSA) generated in the mono-incineration plants for municipal sewage sludge in Poland. This research focused on the detailed study of mass flows, chemical composition, and phosphorus recovery potential. There are currently 11 sludge mono-incineration plants operated with a total capacity of 160,300 Mg dry weight (d.w.) of sludge annually. Recently, a significant increase in the amount of SSA generated in these plants has been observed, reaching 26,756 Mg in 2018. Chemical composition of SSA showed significant amounts of the main nutrients: calcium (~14%), phosphorus (~13%), magnesium (~3%), and potassium (~1%). Additional main elements were iron (~14.5%), silicon (~13%), and aluminium (~6%). The main trace elements in the SSA were zinc (~3750 mg/kg) and copper (~899 mg/kg). Pollutants, according to fertilizer regulations of different countries, present in Polish SSA were chromium(~703 mg/kg), nickel (~260 mg/kg), lead (~94 mg/kg), and Cadmium (~9 mg/kg). The radionuclides, uranium, and thorium often present in higher amounts in commercial phosphate rock-based fertilizers, were only detected in SSA t low levels of 4–9 mg/kg and 2–3 mg/kg, respectively. Theoretical phosphorus recovery potential from the SSA (from plants in Cracow, Lodz, Gdansk, Gdynia, Szczecin, and Kielce) was estimated at 1613.8 Mg, of which 33.9% is bioavailable. Currently, in Poland, the recommended approach is the production of fertilizers as a result of the extraction of phosphorus from the SSA with its use in the production of secondary mineral fertilizers. Further research in this area is required considering Polish conditions and legislation. KW - Municipal sewage sludge KW - Sewage sludge ash (SSA) KW - Phosphorus KW - Recovery potential PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.07.042 VL - 116 SP - 31 EP - 39 PB - Elsevier Ltd AN - OPUS4-51093 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Adam, Christian T1 - Phosphatdüngemittel aus Klärschlammaschen JF - Technik in Bayern N2 - Das Element Phosphor ist für alle Lebewesen essenziell und wird beispielsweise von Pflanzen in Form von Phosphaten aufgenommen. In der landwirtschaftlichen Produktion werden dem Boden die Phosphate durch Wachstum und Ernte der Pflanzen entzogen und müssen ihm in Form von Phosphatdüngemitteln wieder zugeführt werden, um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern. Rohphosphat stellt die Grundlage unserer derzeitigen Phosphatdüngemittel dar, ist aber gleichzeitig ein endlicher Rohstoff. Des Weiteren sind insbesondere sedimentäre Rohphosphate oftmals mit erheblichen Konzentrationen toxischer Schadstoffe wie Cadmium, Uran und Thorium belastet. Eine Kreislaufführung des Phosphats sollte erfolgen, um natürliche Rohstoffvorkommen zu schonen und den Eintrag von Schadstoffen auf unsere Böden zu unterbinden. KW - Phosphat KW - Recyclingdüngemittel PY - 2020 SN - 1610-6563 IS - 3 SP - 14 EP - 15 PB - MuP Verlag GmbH CY - München AN - OPUS4-50792 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Smol, M. A1 - Adam, Christian A1 - Kugler, Stefan T1 - Thermochemical Treatment of Sewage Sludge Ash (SSA)—Potential and Perspective in Poland JF - Energies N2 - Phosphorus (P) recovery from sewage sludge ash (SSA) is one of the most promising approaches of phosphate rock substitution in mineral fertilizers and might be a sustainable way to secure supply of this raw material in the future. In the current investigation, the process of thermochemical treatment of SSA was applied to SSA coming from selected mono-incineration plants of municipal sewage sludge in Poland (Cracow, Gdansk, Gdynia, Lodz, Kielce and Szczecin). The Polish SSA was thermochemically converted in the presence of sodium (Na) additives and a reducing agent (dried sewage sludge) to obtain secondary raw materials for the production of marketable P fertilizers. The process had a positive impact on the bioavailability of phosphorus and reduced the content of heavy metals in the obtained products. The P solubility in neutral Ammonium citrate, an indicator of its bioavailability, was significantly raised from 19.7–45.7% in the raw ashes and 76.5–100% in the thermochemically treated SSA. The content of nutrients in the recyclates was in the range of 15.7–19.2% P2O5, 10.8–14.2% CaO, 3.5–5.4% Na2O, 2.6–3.6% MgO and 0.9–1.3% K2O. The produced fertilizer raw materials meet the Polish norms for trace elements covered by the legislation: the content of lead was in the range 10.2–73.1 mg/kg, arsenic 4.8–22.7 mg/kg, Cadmium 0.9–2.8 mg/kg and mercury <0.05 mg/kg. Thus, these products could be potentially directly used for fertilizer production. This work also includes an analysis of the possibilities of using ashes for fertilizer purposes in Poland, based on the assumptions indicated in the adopted strategic and planning documents regarding waste management and fertilizer production. KW - Sewage Sludge Ashes KW - Critical raw materials KW - Phosphorus KW - Fertilizer KW - Sewage Sludge PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-514468 DO - https://doi.org/10.3390/en13205461 VL - 13 IS - 20 SP - 5461 AN - OPUS4-51446 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Smol, M. A1 - Adam, Christian A1 - Krüger, O. T1 - Use of nutrients from wastewater for the fertilizer industry - approaches towards the implementation of the circular economy (CE) JF - Desalination and Water Treatment N2 - More sustainable waste management practices are an important element in the Transformation towards a circular economy (CE). Activities in this area should be dedicated to all groups of waste, including those generated in the water and sewage sector. This paper presents the characteristics of sewage sludge ash (SSA) coming from Polish municipal waste incineration plants. Due to the high content of nutrients such as phosphorus (8.01% P2O5), calcium (5.11% CaO) and magnesium (2.75% MgO), the analyzed SSA may constitute a valuable source of raw materials for the fertilizer industry. Despite the good fertilizing properties of the SSA, in some cases the presence of heavy metals such as cadmium (0.74–1.4 mg/kg dry matter), lead (49.8–99 mg/kg dry matter), mercury (3.93 mg/kg dry matter) and arsenic (4.23–4.43 mg/kg dry matter) and poor bioavailability of P from SSA disqualifies this waste from direct use as a fertilizer. Therefore, it is necessary to look for methods that will allow the municipal SSA to be processed, for example, technologies for the extraction of phosphorus and the production of phosphate fertilizer. This way of SSA management is in the line with the CE assumptions, in which waste becomes a valuable source of secondary raw materials. Fertilizer produced from waste meeting quality, safety and labelling requirements and limits of organic, microbiological and physical contaminants will be able to be traded freely within the European Union (EU) and receive the CE marking. The idea of use of SSA for fertilizer purposes is consistent not only with the objectives of the CE but also with the Polish National Waste Management Plan 2022 and the Municipal Sewage Sludge Strategy 2019–2022, which emphasizes the necessity to maximize the use of biogenic substances contained in wastewater. Therefore, sustainable management of SSA, in particular its storage in a way enabling the recovery of phosphorus, should be promoted. KW - Wastewater KW - Circular economy KW - Fertilizer KW - Sewage sludge KW - Phosphorus PY - 2020 DO - https://doi.org/10.5004/dwt.2020.25113 VL - 1 SP - 1 EP - 9 PB - Desalination Publications CY - Hopkinton, MA 01748, USA AN - OPUS4-50646 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adam, Christian A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Beckmann, T. A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. ED - Reiser, B. T1 - Recycling von metallurgischen Rückständen - Schmelzversuche zeigen, wie die Tantalrückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen optimiert werden kann JF - ReSource N2 - Since the recycling of tantalum bearing post-consumer waste is practically not existent, metallurgical residues are the most important feed for the tantalum recycling. Most tin ores naturally contain significant quantities of refractory metals. During the smelting process in primary tin production these elements are enriched in the slag phase. This slag is a highly valuable raw material for tantalum production due to its considerable concentration of tantalum and its functioning as an additional slag former in further pyrometallurgical treatment. In this paper the first process stage of an existing pyrometallurgical process for tantalum recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, is discussed. Smelting trials were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to analyse the effect of feeding on the activity of carbon as a reducing agent. Therefore, blowing petroleum coke through an iron lance and the manual adding of coke into the melting bath were tested. During the pyrometallurgical treatment elements with a high affinity to carbon were reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The objective of the process was to reduce the oxidic tantalum completely and to enrich it into the metal phase. Furthermore, the transfer of unwanted elements such as titanium into the metal phase was aimed to be avoided. Spoon test specimens were taken from the liquid mineral melt to follow the evolution of the reduction process. The cooled down solidified melting bath was investigated by using the XRD and EDX method to characterise the slag system and to identify relevant mineral phases. N2 - Da das Recycling von tantalhaltigen Post-Consumer-Abfällen praktisch nicht existiert, stellen metallurgische Reststoffe eine äußerst wichtige Rohstoffquelle für das Tantalrecycling dar. Die meisten Zinnerze enthalten von Natur aus erhebliche Mengen an Refraktärmetallen. Diese Elemente werden in den Schlacken der pyrometallurgischen Primärzinngewinnung angereichert. Aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Wertstoffkonzentration und ihrer Funktion als zusätzlicher Schlackenbildner stellen diese Schlacken einen wertvollen Rohstoff für die Verhüttung tantalhaltiger Reststoffe dar. In der vorliegenden Arbeit wird ein existierendes Verfahren zur Tantalrückgewinnung diskutiert, dem hauptsächlich pyrometallurgische Rückstände geringer Wertstoffkonzentration als Einsatzstoff dienen. Mit Hilfe des Verfahrens sollte dasoxidisch vorliegende Tantal vollständig reduziert und in der Metallphase angereichert werden. Weiterhin sollte vermieden werden, dass unerwünschte Elemente wie Titan in die Metallphase überführt werden. Ziel der Untersuchung war es, die ablaufenden Reduktionsprozesse besser zu verstehen, um so Ansätze für die Prozessoptimierung identifizieren zu können. KW - Lichtbogenofen KW - Pyrometallurgie KW - Recycling KW - Tantal KW - Zinnschlacke PY - 2020 SN - 0934-3482 VL - 33 SP - 10 EP - 17 PB - Rhombos-Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-50656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Smol, M. A1 - Adam, Christian A1 - Preisner, M. T1 - Circular economy model framework in the European water and wastewater sector JF - Journal of Material Cycles and Waste Management N2 - One of the key elements in the transformation towards a circular economy (CE) is providing more sustainable practices for resources and waste management. Improvement actions focused on transformation towards a CE should be targeted at all groups of materials and waste. As water is essential for human survival and well-being and plays a significant role in sustainable development (SD), the actions related to the reuse of water and the recovery of raw materials from wastewater and other water-based waste should be taken. The paper presents a proposition for a new CE model framework in the water and wastewater sector, which includes the six following actions: reduction—prevent wastewater generation in the first place by the reduction of water usage and pollution reduction at source; reclamation (removal)—an application of effective Technologies for the removal of pollutants from water and wastewater; reuse—reuse of wastewater as an alternative source of water supply (non-potable usage), recycling—recovery of water from wastewater for potable usage; recovery—recovery of resources such as nutrients and energy from water-based waste, and rethink—rethinking how to use resources to create a sustainable economy, which is `free` of waste and emissions. The novelty of the proposed CE model framework is that it presents possible ways of implementing CE principles in the water and wastewater sector, with a strong emphasis not only technological but also organisational and societal changes. Application of the proposed model may help to further transform the European economy to the CE model. Moreover, the indicated model can be significant tool supporting an assessment of local or regional progress towards CE in the water and wastewater sector and further environmental management and planning. KW - Circular economy KW - Phosphorus recovery KW - Waste water PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1007/s10163-019-00960-z SP - 1 EP - 16 PB - Springer AN - OPUS4-50441 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Herzel, Hannes A1 - Grevel, K.-D. A1 - Emmerling, Franziska A1 - Dachs, E. A1 - Benisek, A. A1 - Adam, Christian A1 - Majzlan, J. T1 - Thermodynamic properties of calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 JF - Journal of Materials Science N2 - Calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 are main constituents of bioceramics and thermochemically produced phosphorus fertilizers because of their bioavailability. Sparse thermodynamic data are available for the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4. In this work, the missing data were determined for the low-temperature phase modifications of the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4 and three intermediate Ca(Na,K)PO4 compositions. Standard enthalpy of formation ranges from - 2018.3 ± 2.2 kJ mol-1 to - 2030.5 ± 2.1 kJ mol-1 and standard entropy from 137.2 ± 1.0 J mol-1 K-1 to 148.6 ± 1.0 J mol-1 K-1 from sodium endmember b-CaNaPO4 to potassium endmember b0-CaKPO4. Thermodynamic functions are calculated up to 1400 K for endmembers and the sodium-rich intermediate phase b-Ca(Na0.93K0.07)PO4. Functions above 640 K are extrapolated because of the phase transition from low- to high-temperature phase. Impurities in the synthesized intermediate phases c-Ca(Na0.4K0.6)PO4 and c-Ca Na0.35K0.65)PO4 and one additional phase transition around 500 K impeded the determination of high-temperature thermodynamic functions. In general, data for phase transition temperatures agree with the previously reported phase diagrams. KW - Formation enthalpy KW - Heat capacity KW - Phase transformation KW - Bioceramics KW - Phosphorus fertilizer KW - Entropy PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-507640 DO - https://doi.org/10.1007/s10853-020-04615-5 VL - 55 SP - 8477 EP - 8490 PB - Springer AN - OPUS4-50764 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Herzel, Hannes T1 - Phosphorus recovery in Germany – recent developments N2 - The recent developments of phosphorus recovery in Germany were presented. The funding program RePhoR was introduced with focus on the demonstration project R-Rhenania that is coordinated by BAM. T2 - Green Deal 2020 conference CY - Online-Meeting DA - 14.12.2020 KW - Phopshorus recovery KW - Waste water treatment KW - Recycling fertiliser PY - 2020 AN - OPUS4-51837 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Herzel, Hannes T1 - Modifiziertes Rhenania Phosphat auf Klärschlammasche für Bayern N2 - Es wurde das Projekt R-Rhenania MODIFIZIERTES RHENANIA PHOSPHAT AUS KLÄRSCHLAMMASCHE FÜR BAYERN mit seinen Inhalten und der Projektstruktur vorgestellt. T2 - 6. P-Rück-Kongress: Phosphor - ein kritischer Rohstoff mit Zukunft CY - Online meeting DA - 25.11.2020 KW - Phosphorrückgewinnung KW - Klärschlammasche PY - 2020 AN - OPUS4-51667 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Schraut, Katharina A1 - Weingart, Eric A1 - Hamann, C. T1 - Technische Möglichkeiten der Abfallvermeidung in der Stahlproduktion T2 - Recy & DepoTech 2020 N2 - Bei der Stahlproduktion fallen verfahrensbedingt große Mengen an Nebenprodukten und Abfällen wie Stahlwerksschlacken, Filterstäube und Gichtgasschlämme an. Hohe Anteile dieser Stoffströme werden aufgrund ihrer Zusammensetzung immer noch deponiert, obwohl sie ein hohes Wertstoffpotential aufweisen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Verfahren untersucht und entwickelt, welche eine Verwertung und Kreislaufführung dieser Materialströme ermöglichen. Aus sogenannten Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken können durch carbothermische Nachbehandlung Roheisen und ein dem Portlandzementklinker (PZK) ähnliches Bindemittel erzeugt werden. Aus Elektroofenstäuben und Gichtgasschlämmen kann Zink gewonnen und die Anteile an Eisen und Kohlenstoff in den Stahlproduktionsprozess zurückgeführt werden. Durch diese technischen Maßnahmen kann es gelingen die Deponierung von Abfällen der Stahlproduktion zukünftig deutlich zu reduzieren. T2 - Recy&Depotech 2020 CY - Online meeting DA - 18.11.2020 KW - Stahlwerksschlacke KW - Filterstaub KW - Gichtgasschlamm PY - 2020 SP - 1 EP - 9 PB - Montanuniversität Leoben CY - 8700 Leoben, Österreich AN - OPUS4-51605 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Schraut, Katharina A1 - Weingart, Eric A1 - Hamann, C. T1 - Technische Möglichkeiten der Abfallvermeidung in der Stahlproduktion N2 - Bei der Stahlproduktion fallen verfahrensbedingt große Mengen an Nebenprodukten und Abfällen wie Stahlwerksschlacken, Filterstäube und Gichtgasschlämme an. Hohe Anteile dieser Stoffströme werden aufgrund ihrer Zusammensetzung immer noch deponiert, obwohl sie ein hohes Wertstoffpotential aufweisen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Verfahren untersucht und entwickelt, welche eine Verwertung und Kreislaufführung dieser Materialströme ermöglichen. Aus sogenannten Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken können durch carbothermische Nachbehandlung Roheisen und ein dem Portlandzementklinker (PZK) ähnliches Bindemittel erzeugt werden. Aus Elektroofenstäuben und Gichtgasschlämmen kann Zink gewonnen und die Anteile an Eisen und Kohlenstoff in den Stahlproduktionsprozess zurückgeführt werden. Durch diese technischen Maßnahmen kann es gelingen die Deponierung von Abfällen der Stahlproduktion zukünftig deutlich zu reduzieren. T2 - Recy&Depotech 2020 CY - Online meeting DA - 18.11.2020 KW - Stalwerksschlacke KW - Gichtgasschlamm KW - Filterstaub PY - 2020 AN - OPUS4-51607 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Herzel, Hannes T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenania Phosphat aus Klärschlammasche für Bayern N2 - In Bayern wird Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserreinigung weitgehend verbrannt. Monoverbrennungsanlagen - ausschließlich für kommunalen Klärschlamm - gibt es in Altenstadt, München, Gendorf, Straubing, Neu-Ulm und zukünftig auch in Augsburg. Die Anlage in Altenstadt verbrennt jährlich ca. 55.000 t Klärschlamm-Trockensubstanz und produziert dabei rund 15.000 t phosphatreiche Aschen. Die Asche aus Altenstadt wird zurzeit überwiegend direkt landwirtschaftlich genutzt. Aufgrund der niedrigen Schadstoffgehalte ist diese Nutzung nach den düngemittelrechtlichen Regelungen gesetzlich zulässig. Um der Intention der neuen Düngeverordnung (26. Mai 2017) nach hocheffizienten, d.h. gut pflanzenverfügbaren Düngemitteln zu entsprechen, ist eine Aufbereitung der Klärschlammasche geplant. Im Rahmen des R-Rhenania Projektes errichten der Betreiber der Klärschlammverbrennungsanlage Altenstadt in Bayern Emter GmbH - und der Düngemittelhersteller sePura GmbH gemeinsam eine AshDec®-Demonstrationsanlage, die im Jahr 2023 den Betrieb aufnehmen soll. Das angewandte AshDec®-Verfahren schließt die Phosphate in der Klärschlammasche thermisch im Drehrohrofen auf und macht diese für Pflanzen vollständig verfügbar. Gleichzeitig werden Schadstoffe wie Arsen, Blei und Cadmium entfernt. Den thermischen Aufschluss kennt man bereits vom erfolgreichen, aber nicht mehr produzierten Düngemittel „Rhenania-Phosphat“, das auf der Basis von Rohphosphaten hergestellt wurde. Die geplante Anlage wird neben den Aschen aus Altenstadt zusätzlich die Aschen aus weiteren bayerischen Verbrennungsanlagen verwerten und für eine Kapazität von 30.000 Jahrestonnen Asche ausgelegt sein. Der Projektpartner sePura plant den produzierten Dünger vollständig in Bayern zu verwerten. Dies verringert die Umweltbelastung durch lange Transportwege und fördert die Regionalität des Vorhabens. T2 - RePhoR Auftaktveranstaltung CY - Online meeting DA - 03.11.2020 KW - Klärschlammasche PY - 2020 AN - OPUS4-51608 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -