TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - Chemische Charakterisierung von P-Recyclaten N2 - Zukünftig werden vermehrt P-Recyclate auf den Düngemittelmarkt kommen. Diese müssen ausreichend charakterisiert werden, um Sicherheit und Wirksamkeit beurteilen zu können. Mit dem Vortrag wurde der wissenschaftliche Beirat für Düngungsfragen des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft beraten. T2 - Fachgespräch Recycling-Phosphate als Düngemittel für die Landwirtschaft CY - Bonn, Germany DA - 14.02.2018 KW - P-Recyclate KW - Sekundärrohstoffe PY - 2018 AN - OPUS4-44178 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Steckenmesser, D. A1 - Vogel, Christian A1 - Böhm, L. A1 - Heyde, B. A1 - Adam, Christian T1 - Fate of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in sewage sludge carbonisates and ashes – A risk assessment to a thermochemical phosphorus-recycling process JF - Waste Management N2 - In the near future, phosphorus (P) recycling will gain importance in terms of decreasing primary resources. Sewage sludge (SSL) is an adequate secondary P-resource for P-fertilizer production but it is also a sink for heavy metals and organic pollutants. The present study is an investigation on thermochemical P-recycling of SSL. Various temperatures and amendments were tested regarding their performance to remove heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and simultaneous increase of the plant-availability of P. The investigations were carried out on two types of SSL originating from wastewater treatment plants with chemical P-precipitation and enhanced biological P-removal, respectively. The results show that thermochemical treatment with chlorine donors is suitable to remove the majority of heavy metals and that a combination of a gaseous chlorine donor (HCl) and sodium additives leads to both high heavy metal removal and high plant availability of P. Furthermore, plant experiments Show that almost all investigated thermochemical treatments can significantly reduce the bioavailability and plant uptake of heavy metals. Furthermore, PAHs are secondarily formed during low-temperature treatments (400–500 ° ), but can be significantly reduced by using sodium carbonate as an additive. KW - Fertilzer KW - Pollutant KW - Phosphorus PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.06.027 SN - 0956-053X VL - 78 SP - 576 EP - 587 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam AN - OPUS4-45341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Huber, F. A1 - Herzel, Hannes A1 - Adam, Christian A1 - Mallow, O. A1 - Blasenbauer, D. A1 - Fellner, J. T1 - Combined disc pelletisation and thermal treatment of MSWI fly ash JF - Waste Management N2 - An environmentally friendly and cost efficient way for the management of municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash represents its thermal co-treatment together with combustible waste. However, the safe introduction and storage of MSWI fly ash in the waste bunker is challenging and associated with severe problems (e.g. dust emissions, generation of undefined lumps and heat in case of moistened MSWI fly ash). Therefore, the aim of this study is to investigate the suitability of pelletisation as a pretreatment of MSWI fly ash. In particular, MSWI fly ash was characterised after sampling, pelletisation and thermal treatment and the transfer of constituents to secondary fly ash and flue gas was investigated. For this purpose, MSWI fly ash pellets with a water content of about 0.15 kg/kg and a diameter of about 8 mm have been produced by disc pelletiser and treated in an electrically heated pilot-scale rotary kiln at different temperatures, ranging from 450°C to 1050°C. The total contents of selected elements in the MSWI fly ash before and after thermal treatment and in the generated secondary fly ash have been analysed in order to understand the fate of each element. Furthermore, leachable contents of selected elements and total content of persistent organic pollutants of the thermally treated MSWI fly ash were determined. Due to the low total content of Hg (0.7 mg/kg) and the low leachate content of Pb (<0.36 mg/kg), even at the lowest treatment temperature of 450°C, thermally treated MSWI fly ash pellets can be classified as nonhazardous waste. However, temperatures of at least 650°C are necessary to decrease the toxic equivalency of PCDD/F and DL-PCB. The removal of toxic heavy metals like Cd and Pb is significantly improved at temperatures of 850°C, 950°C or even 1050°C. The observed metal removal led to relatively high contents of e.g. Cu (up to 11,000 mg/kg), Pb (up to 91,000 mg/kg) and Zn (up to 21,000 mg/kg) in the secondary fly ash. This metal enriched secondary fly ash might represent a potential raw material for metal recovery (e.g. via acidic leaching). Due to the high content of total dissolved solids observed in the leachate of thermally treated MSWI fly ash pellets, a wet extraction procedure is suggested to enable its safe disposal at non-hazardous waste landfills. KW - MSWI fly ash KW - Thermal treatment PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.12.020 SN - 0956-053X VL - 73 SP - 381 EP - 391 PB - Elsevier Ltd. CY - Rotterdam AN - OPUS4-44481 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Schraut, Katharina A1 - Adam, Christian ED - Thiel, S. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Friedrich, B. ED - Pretz, T. ED - Quicker, P. ED - Senk, D. G. ED - Wortruba, H. T1 - Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken und deren Verwertung als Klinkermaterial T1 - Post-treatment of steelmaking slags and their utilisation as cement clinker T2 - Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 5 N2 - Steelmaking slags produced using the Linz-Donawitz method (LD slags) are widely used as building and construction materials in road, earth and water works. Because the legal conditions become more and more re-strictive , this application is uncertain in the future. LD slags contain high amounts of mineral bound iron (in form of Fe2O3), which must be considered as a waste of resources. Except for the Iron the chemical composition is quite similar to that of Portland cement clinker. However, due to the high content of Fe2O3 the mineralogical composition differs significantly, resulting in a low hydraulic reactivity. A post-treatment of the liquid LD slag in an electric arc furnace under reducing conditions enables the reduction of the iron compounds to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. The remaining solidified mineral fraction mainly contains typical crystalline phases of cement clinker in similar ratios: Alite (Ca3SiO5; > 60%) as main phase, Belite (Ca2SiO4, 10%), Tricalciumaluminate (Ca3Al2O6; 5%) and Brownmillerite (Ca2(Al,Fe)2O5, 1%) as secondary phases. Alite, which usually decomposes to Belite and free lime under slow cooling conditions, is stabilized in the Fe-reduced slag probably by integration of foreign ions into the lattice and is stable even if the slag is cooled down very slowly. Furthermore, the particularly large Alite crystals do not exhibit the typical decomposition edge of Belite and lime, found in Alite from ordinary ce-ment clinker. Technological tests for building materials show a high hydraulic reactivity and a compressive strength after 28 days comparable or even slightly higher to reference cement. Nevertheless, because of the increasing viscosity with decreasing Fe2O3 content, the treatment requires a temperature higher than the slag decanted from the LD converter. Furthermore, during the reduction of the bound Iron huge amounts of carbon monoxide are released, resulting in foaming of the slag. Both aspects make it difficult to manage the process. In addition, for economic reasons the treatment has to be carried out immediately after casting the slag from the LD converter to avoid the solidification, which is a logistical challenge for most steel plants. Otherwise the separation of the mineral bound iron as metallic phase and the utilisation of the mineral fraction as cement clinker will both save resources and lower the global CO2-output. For these reasons further initiatives should be considered in the medium term. N2 - LD-Schlacken weisen eine große chemische Ähnlichkeit zu Protlandzementklinker auf. Sie enthalten jedoch noch bis zu 30% Eisen, das mineralisch in oxidischer Form gebunden vorliegt. Dadurch kann sich bei der Erstarrung die wichtigste Klinkerphase "Alit" nicht ausbilden. Durch eine reduzierende Schmelzbehandlung der Schlacke kann des mineralisch gebundene Eisen als Metall separiert werden. Dadurch wird auch die Mineralogie der Schlacke so verändert, dass auch sie nun praktisch einem Portlandzementklinker entspricht. Entsprechende Versuche wurden am kleintechnischen Lichtbogenofen der BAM durchgeführt. Es werden Ergebnisse vorgestellt und auf Grenzen und Möglichkeiten eines derartigen Prozesses im Hinblick auf eine industrielle Umsetzung eingegangen. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 11.06.2018 KW - Zementklinker KW - Stahlwerksschlacke KW - LD-Schlacke KW - Lichtbogenofen KW - Alit PY - 2018 SN - 978-3-944310-41-1 VL - 5 SP - 282 EP - 296 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-45199 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Adam, Christian A1 - Krüger, Oliver ED - IWA Publishing, T1 - Wastewater as a resource: From rare earth metals to phosphorus T2 - Phosphorus: Polluter and Resource of the Future N2 - Wastewater contains a diverse array of organic and inorganic compounds and its complex composition strongly depends on the location and the connected dischargers. However, municipal wastewater as a carrier of feces and urine generally contains considerable amounts of the main nutrients nitrogen and phosphorus. The latter is in the focus of the discussions about the recovery potential of wastewater due to the relatively high mass flows of phosphorus in wastewater and the finite nature and decreasing quality of phosphate rock reserves. But due to the presence of the whole periodic table of elements, wastewater might contain further valuable components of interest for recovery including those defined as critical raw materials by the European Commission. Phosphorus and most of the other critical raw materials are fixed in the sewage sludge and after incineration in the sewage sludge ash (SSA). This is accompanied by high concentration factors from wastewater via sludge to ash. However, the mass fractions of the majority of elements in sewage sludge are comparable to those of the earth crust, indicating no relative enrichment. Nevertheless, enrichment factors of 100 or higher are given for phosphorus, copper, zinc, cadmium, silver, tin, lead and the platinum group elements indicating an anthropogenic input. An economic value of sewage sludge was estimated to $460,-/t calculated on the basis of the respective market prices for high purity elements – a theoretical value. A German survey of sewage sludge ashes showed that the mass fractions and the mass flows of most of the elements present in SSA are probably too low for an economic recovery. In most cases the mass flows are rather small compared to the imports and the chemical forms are not suitable for recovery. An exception is phosphorus that is present in high mass fractions up to 13% and that bears a high substitution potential. If the application of P-recovery technologies lead to a further concentration of valuable elements e.g. as by-products in side streams of the process, it would probably make also the recovery of other elements of economic interest. KW - Wastewater KW - Sewage sludge PY - 2018 SN - 978-1-78040-835-4 SN - 978-1-78040-836-1 SN - 978-1-78040-954-2 DO - https://doi.org/10.2166/9781780408361 SP - 241 EP - 252 PB - IWA Publishing CY - London AN - OPUS4-45679 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weimann, Karin A1 - Adam, Christian ED - Martins, I. M. ED - Ulsen, C. ED - Villagran, Y. T1 - Advantages of recycling gypsum plasterboards T2 - Progress of Recycling in the Built Environment N2 - Advantages of recycling gypsum plaster boards During the last decades the material composition of buildings has become increasingly diverse. However, largely sorted material flows are needed for generating high quality secondary building materials. The use of secondary building materials can meet the requirements of sustainability in several ways: the extended time availability of primary raw materials and, thereby, the preservation of natural resources as well as the conservation of landfill sites. Recycling of gypsum (calcium sulfate) can be a good example for the environmental benefits of closed-loop recycling. The content of sulfates in other secondary building materials, in particular in recycled concrete aggregates, should be minimized for quality reasons. In contrast, separated gypsum can also be used in gypsum production if the high quality requirements for the recycled gypsum are met. Since almost all processing steps in the recycling process are associated with environmental impacts, an environmental evaluation of the use of recycled gypsum as a substitute in gypsum production has to be carefully conducted. This paper focusses on the techniques for generating recycled gypsum from gypsum plasterboards, the related quality requirements and a comprehensive environmental evaluation of the complete process. T2 - IV International Conference Progress of Recycling in the Built Environment CY - Lisbon, Portugal DA - 11.10.2018 KW - Environmental evaluation KW - Gypsum KW - CDW processing PY - 2018 SN - 978-2-35158-208-4 VL - PRO 124 SP - 243 EP - 250 PB - Rilem publications S.A.R.L. CY - Paris AN - OPUS4-48078 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weimann, Karin A1 - Adam, Christian T1 - Advantages of recycling gypsum plasterboards N2 - During the last decades the material composition of buildings has become increasingly diverse. However, largely sorted material flows are needed for generating high quality secondary building materials. The use of secondary building materials can meet the requirements of sustainability in several ways: the extended time availability of primary raw materials and, thereby, the preservation of natural resources as well as the conservation of landfill sites. Recycling of gypsum (calcium sulfate) can be a good example for the environmental benefits of closed-loop recycling. The content of sulfates in other secondary building materials, in particular in recycled concrete aggregates, should be minimized for quality reasons. In contrast, separated gypsum can also be used in gypsum production if the high quality requirements for the recycled gypsum are met. Since almost all processing steps in the recycling process are associated with environmental impacts, an environmental evaluation of the use of recycled gypsum as a substitute in gypsum production has to be carefully conducted. This paper focusses on the techniques for generating recycled gypsum from gypsum plasterboards, the related quality requirements and a comprehensive environmental evaluation of the complete process. T2 - IV International Conference Progress of Recycling in the Built Environment CY - Lisbon, Portugal DA - 11.10.2018 KW - Environmental evaluation KW - CDW processing KW - Gypsum PY - 2018 AN - OPUS4-48079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Hermann, P. A1 - Kästner, B. A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Hoehl, A. A1 - Ulm, G. A1 - Adam, Christian T1 - Air and chlorine gas corrosion of different silicon carbides analyzed by nano-Fourier-transform infrared (nano-FTIR) spectroscopy JF - Corrosion Science N2 - The present study shows the potential of high-resolution imaging and nano-Fourier-transform infrared (nano-FTIR) spectroscopy for corrosion science. The protective oxidation layers of different chlorine-gas treated silicon carbides (SiCs) were characterized with these techniques. A nitrified SiC showed the highest resistant strength against chlorine corrosion at 1000 °C compared to the other SiCs. Nano-FTIR spectroscopy with a lateral resolution below 40 nm detected differences in the crystallinity of the bulk-SiC and in the transitional region to the protective layer. Furthermore, high-resolution imaging provides deep insight in the interfacial layer between bulk-SiC and the protective oxidation layer on sub-micrometer scale. KW - Nano-Fourier-transform infrared spectroscopy KW - Scattering-type scanning near-field optical microscopy (s-SNOM) KW - Synchrotron radiation KW - Corrosion KW - Silicon carbide KW - Chlorine PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.corsci.2017.12.002 SN - 0010-938X VL - 131 SP - 324 EP - 329 PB - Elsevier AN - OPUS4-43648 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Rivard, C. A1 - Wilken, V. A1 - Muskolus, A. A1 - Adam, Christian T1 - Performance of secondary P-fertilizers in pot experiments analyzed by phosphorus X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy JF - Ambio N2 - A pot experiment was carried out with maize to determine the phosphorus (P) plant-availability of different secondary P-fertilizers derived from wastewater. We analyzed the respective soils by P K-edge X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy to determine the P chemical forms that were present and determine the transformation processes. Macro- and micro-XANES spectroscopy were used to determine the chemical state of the overall soil P and identify P compounds in P-rich spots. Mainly organic P and/or P adsorbed on organic matter or other substrates were detected in unfertilized and fertilized soils. In addition, there were indications for the formation of ammonium phosphates in some fertilized soils. However, this effect was not seen in the maize yield of all P-fertilizers. The observed reactions between phosphate from secondary P-fertilizers and cofertilized nitrogen compounds should be further investigated. Formation of highly plant-available compounds such as ammonium phosphates could make secondary P-fertilizers more competitive to commercial phosphate rock-based fertilizers with positive effects on resources conservation. KW - Phosphorus KW - Pot experiments KW - Secondary P-fertilizer KW - Sewage sludge ash KW - Soil KW - X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-433782 DO - https://doi.org/10.1007/s13280-017-0973-z SN - 0044-7447 VL - 47 IS - 1 SP - 62 EP - 72 PB - Springer AN - OPUS4-43378 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Adam, Christian T1 - Phosphor: Von der Rückgewinnung zum Recycling JF - Korrespondenz Abwasser N2 - Eine entscheidende Problematik nach Inkrafttreten der neuen Klärschlammverordnung ist, wie Phosphor nicht nur rückgewonnen, sondern in den Markt eingeschleust und letztlich auch in den Kreislauf zurückgeführt werden kann. Die Wege hierzu sind noch weitgehend ungeklärt. Die DWA-Arbeitsgruppe KEK- 1.1 hat aus diesem Grund einen Workshop durchgeführt, um rechtliche Anforderungen an Rezyklate, Aspekte der Rezyklatqualität und -beschaffenheit sowie den aktuellen Markt für Rezyklate zu diskutieren. Auf Basis dieses Workshops wurde ein Arbeitsbericht erstellt, der sich schwerpunktmäßig mit dem Einsatz von Rezyklaten zu Düngezwecken beschäftigt. Hierzu liegen bereits Erkenntnisse vor, und es sind bereits Praxisbeispiele in der Umsetzung. KW - Phosphor KW - Klärschlamm PY - 2018 DO - https://doi.org/10.3242/kae2018.08.005 SN - 1866-0029 VL - 65 IS - 8 SP - 710 EP - 717 PB - Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik (GFA) CY - Hennef AN - OPUS4-45661 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Herzel, Hannes A1 - Kugler, Stefan Anton A1 - Schaaf, T. A1 - Adam, Christian ED - Holm, O. ED - Thome-Kozmiensky, E. ED - Quicker, P. ED - Kopp-Assenmacher, S. T1 - Herstellung neuer Düngemittelausgangsstoffe durch thermochemische Behandlung von Klärschlammaschen T2 - Verwertung von Klärschlamm N2 - Klärschlammasche kann viel Phosphor enthalten (bis zu 12%). Aus diesem Grund ist diese Asche ein gutes Ausgangsmaterial für Phosphordünger. Aufgrund der geringen Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors in der Asche ist eine Aufbereitung notwendig. In diesem Buchbeitrag wird das thermochemische Verfahren AshDec vorgestellt, welches von dem Fachbereich 4.4 mit der Firma Outotec entwickelt worden ist. Es werden die Hintergründe diskutiert, die Phasenreaktionen bei diesem Prozess besprochen, Pflanzenversuche ausgewertet, verschiedene Extraktionen diskutiert und ein Konzept für eine mögliche Pilotanlage dargestellt. KW - Phosphor KW - Extraktionen KW - Alkalien KW - Thermochemisch PY - 2018 SN - 978-3-94431-043-5 SP - 495 EP - 512 PB - Thome-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-46603 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - Phosphorus recovery from wastewater - Developments and perspective in Germany N2 - A new sewage sludge ordinance was set in force in Germany in 2017 that makes phosphorus recovery from sewage sludge mandatory. The technological possibilities for P-recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ash were presented. T2 - International Workshop Nutrient Stewardship & Next-Generation Fertilisers CY - Heron Island, Australia DA - 15.12.2018 KW - Phosphorus recovery PY - 2018 AN - OPUS4-47110 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adam, Christian A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Schulenburg, F. A1 - Bartmann, U. A1 - Beckmann, T. A1 - Michalik, K. A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. T1 - Optimisation of a Pyrometallurgical Niobium and Tantalum Recyling Process with on-line-LIBS T2 - Proceedings / EMPRC 2018, European Mineral Processing & Recycling Congress N2 - Tantalum and niobium are essential for the development of electronics towards a more and more compact design, but without reducing their performance today. Especially in smart phones and tablets, tantalum and niobium capacitors with high charge densities have already become almost indispensable. However, tantalum as a critical raw material is still a problem for the sustainable production of electronics. Due to this fact, the existence of efficient recycling processes especially in Europe is becoming even more important nowadays. The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) is currently working on the optimisation of an existing pyrometallurgical tantalum recycling process. Optimisation of this industrial process is carried out in a small-scale electric arc furnace (480 kVA, capacity approx. 150 kg/h) at BAM using a new and innovative equipment for on-line analysis of high temperature processes. The aim of this project is to identify the best timing for an optimum slag tapping, when the slag is lower than minimum targeted tantalum concentration. Hence, LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) is used to identify the chemical composition of the slag layer and during slag tapping. The on-line-LIBS prototype of BAM enables an in-situ measurement of the element distribution in the melt after calibration on the slag system. First results of this joint research project will be presented including LIBS-measurements and thermodynamic and kinetic aspects of the process. T2 - European Mineral Processing & Recycling Congress (EMPRC 2018) CY - Essen, Germany DA - 25.06.2018 KW - Laser-induced breakdown spectroscopy KW - On-line analysis KW - Tantalum KW - Niobium KW - Pyrometallurgy PY - 2018 SN - 978-3-940276-84-1 SP - 347 EP - 362 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-47040 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Adam, Christian ED - Holm, O. ED - Thome-Kozmiensky, E. ED - Quicker, P. ED - Kopp-Assenmacher, S. T1 - Verwertung von Klärschlamm T2 - Verwertung von Klärschlamm N2 - Die natürlichen Nährstoffkreisläufe werden durch anthropogene Einflüsse, wie das Einbringen von Schadstoffen in nährstoffreiche Stoffströme, und die ungünstige lokale Verteilung der Nährstoffe (z.B. im Zuge der Intensivtierhaltung), erheblich gestört. Es sind lokale Unter- und Überversorgungen mit Nährstoffen zu beobachten. Gelangen die Nährstoffe in Gewässer, kommt es zum bekannten Phänomen der Eutrophierung. Hierbei ist der Nährstoff Phosphat meist der limitierende Faktor und es bestehen große Bestrebungen den anthropogenen Eintrag in Fließgewässer, Seen und Binnenmeere zu unterbinden. Der Schutz der Ostsee vor Nährstoffeinträgen ist beispielsweise ein sehr wichtiges Thema geworden und wird u.a. von der Baltic Sea Action Group verfolgt. Weitere Auswirkungen des bestehenden Systems sind Entzüge aus dem Nährstoffkreislauf, wie etwa bei der Deponierung phosphor- aber gleichzeitig auch schadstoffhaltiger Klärschlammaschen oder bei der Mitverbrennung von Klärschlamm in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zementwerken. Hier wird das Phosphat ebenfalls als Bestandteil von Aschen deponiert oder in Form von Baustoffen einer sinnvollen stofflichen Nutzung entzogen. Gegen diese Art des Verlusts von Phosphat aus dem Nährstoffkreislauf hat der Gesetzgeber mit der Novellierung der Klärschlammverordnung reagiert, die am 3. Oktober 2017 in Kraft getreten ist und u.a. Regelungen zur Rückgewinnung von Phosphat aus Klärschlamm und Klärschlammasche enthält. Klärschlämme aus kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen ab einer genehmigtenAusbaugröße von über 100.000 bzw. über 50.000 Einwohnerwerten (EW) dürfen nach einer Übergangsfrist ab dem 1. Januar 2029 bzw. 2032 nicht mehr in der Landwirtschaft oder im Landschaftsbau verwertet werden. Die Betreiber dieser Anlagen sind zur Rückgewinnung des im Schlamm enthaltenen Phosphors verpflichtet, wenn der Klärschlamm einen Phosphorgehalt von 20 g/kg Trockenrückstand (TR) oder mehr aufweist. Für Klärschlämme mit P-Gehalten > 40 g/kg TR reicht alternativ die Absenkung der P-Konzentration um 50 % aus. Die Rückgewinnung kann aus dem Schlamm oder aus der Verbrennungsasche des thermisch vorbehandelten Klärschlamms erfolgen. Aus der Asche müssen mindestens 80 % des Phosphoranteils zurückgewonnen werden. Anstelle einer Phosphorrückgewinnung aus Klärschlämmen aus kleineren und mittelgroßen Abwasserbehandlungsanlagen (bis 50.000 EW) können diese Schlämme auch weiterhin zu Düngezwecken auf Böden ausgebracht werden, sofern die Anforderungen und insbesondere die Grenzwerte der Klärschlammverordnung und des Düngerechts eingehalten werden. In der Abwasserreinigung wird der Makronährstoff Phosphor je nach Typ und Größe der Abwasserreinigungsanlage durch verschiedene Verfahren der Phosphatelimination weitgehend in die feste Phase, den Klärschlamm, überführt. Dies geschieht durch die Zugabe von Fällmitteln auf der Basis von Eisen- oder Aluminiumsalzen, oder durch das Verfahren der vermehrten biologischen Phosphorelimination (Bio-P). Das Phosphat liegt nun abhängig vom eingesetzten Verfahren als Bestandteil der gewachsenen Biomasse, als gefälltes Salz, adsorbiert an Eisen(oxi)hydroxiden oder im Falle der Bio-P Klärschlämme auch intrazellulär in Form von Polyphosphaten vor. Weitergehende Informationen hierzu sind im Beitrag von Kratz et al. Pflanzenverfügbarkeit und agronomische Effizienz von klärschlamm-basierten Phosphor (P) – Recyclingdüngern in diesem Buch zu finden. Die Bindungsformen unterscheiden sich demnach nach Art der eingesetzten Technologie der Phosphatelimination erheblich und haben einen entscheidenden Einfluss auf die verschiedenen Möglichkeiten der P-Extraktion und Rückgewinnung. KW - Abwasser KW - Phosphor KW - Klärschlamm KW - Klärschlammasche KW - Recycling PY - 2018 SN - 978-3-94431-043-5 SP - 165 EP - 186 PB - Thome-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-46549 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Kratz, S. A1 - Adam, Christian A1 - Vogel, Christian ED - Holm, O. ED - Thome-Kozmienski, E. ED - Quicker, P. ED - Kopp-Assenmacher, S. T1 - Pflanzenverfügbarkeit und agronomische Effizienz von klärschlammbasierten Phosphor (P)-Recyclingdüngern T2 - Verwertung von Klärschlamm N2 - Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise im Vegetationsversuch geprüft. Vegetationsversuche erlauben die Betrachtung unterschiedlicher Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -Aneignung ebenso wie die Berücksichtigung verschiedener Substrattypen und deren Eigenschaften hinsichtlich Nährstofffixierung und -freisetzung. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher herkömmlicherweise mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch im Rahmen der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um die Einhaltung düngemittelrechtlicher Vorgaben zu überprüfen. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist jedoch die Übertragung herkömmlicher Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind. KW - P-Recyclingdünger KW - Phosphat KW - DGT-Methode KW - Agronomische Effizienz PY - 2018 SN - 978-3-944310-43-5 SP - 391 EP - 408 PB - Thome-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-46551 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm N2 - Im Vortrag werden die relevanten Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm im Kontext Recht, Umweltwirkung, Ökonomie und Produktqualität vorgestellt. T2 - Berliner Klärschlammkonferenz CY - Berlin, Germany DA - 05.11.2018 KW - Phosphorrückgewinnung PY - 2018 AN - OPUS4-46535 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Quicker, P. T1 - Thermische Behandlung von CFK-Abfällen N2 - Carbonfaser verstärkte Kunststoffe (CFK) sind aus dem Leichtbau nicht mehr wegzudenken. Da die Produktion der Fasern viel Energie benötigt ist deren Recycling anzustreben. Durch Bearbeitung und Handling während des Recyclings verkürzen sich die Carbonfasern (CF) analog zur Papierfaser. Zu kurze Fasern können nicht mehr in eine Flächenstruktur eingebracht werden und müssen daher aus dem Kreislauf ausgeschleust und einer Verwertung zugeführt werden. Untersuchungen des Lehr- und Forschungsgebiets Technologie der Energierohstoffe (TEER) der RWTH Aachen University haben gezeigt, dass die Bedingungen für eine energetische Nutzung von CF-Abfällen in Abfallverbrennungsanlagen nicht geeignet sind. Zudem können CF Betriebsprobleme verursachen. Des Weiteren können bei einer unzureichenden thermischen Behandlung sogenannte WHO-Fasern entstehen, die als gesundheitsschädlich einzustufen sind. Eine Alternative können Hochtemperaturverfahren mit höheren Verweilzeiten sein. Es kommt die Herstellung von Calciumcarbid in Frage, bei der CF als Kohlenstoffträger und der Kunststoff als Energieträger genutzt werden. Eine weitere Verwertungsoption stellt die Stahlproduktionsroute dar. Erste Untersuchungen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und TEER am kleintechnischen Lichtbogen der BAM zeigen, dass CF-Abfälle potentiell als Reduktionsmittel und Energieträger eingesetzt werden können. T2 - 6. Forum Leichtbau Recycling und Ressourceneffizienz CY - Berlin, Germany DA - 13.09.2018 KW - Carbonfaser KW - CFK PY - 2018 AN - OPUS4-46074 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia A1 - Meng, Birgit A1 - Stephan, D. A. A1 - Adam, Christian T1 - Zementklinker durch Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken T2 - Schlacken-Symposium 2018: Ressourcenschonung durch Nutzung von Sekundärrohstoffen: Wann wird politische Forderung Realität? N2 - Die Klinkerphasenbildung durch Sinterung in Drehrohröfen bei der Herstellung von Portlandzementklinker (PZK) ist gründlich erforscht und optimiert. Im Hinblick auf mögliche ökonomische und ökologische Vorteile befassen sich aktuelle Forschungsvorhaben darüber hinaus mit der Herstellung von Klinkermineralen aus Stahlwerksschlacken, die eine vergleichbare chemische Zusammensetzung aufweisen. Neuste Untersuchungen zeigen, dass nach der reduzierenden Behandlung schmelzflüssiger Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken und Abscheidung des gebildeten metallischen Eisens eine mineralische Schlacke entsteht, die unabhängig von ihren Abkühlbedingungen ca. 50–60 Gew.% des wichtigsten Klinkerminerals Alit (C3S) enthält und eine hohe hydraulische Reaktivität aufweist. Die Stabilität des Alits auch nach langsamer Abkühlung deutet auf eine Stabilisierung des Minerals durch Nebenelemente aus den LD-Schlacken hin. Ein sinkender Anteil an LD-Schlacke durch Zusatz synthetischer Schlackemischung, die sich hinsichtlich ihrer Hauptkomponenten wie eine ausreduzierte LD-Schlacke zusammensetzt, führt zu einem Rückgang des Alitgehaltes und dem Zerfall der Schlacke beim Erstarren. T2 - 5. Schlacken-Symposium CY - Meitingen, Germany DA - 25.10.2018 KW - LD-Schlacke KW - Zement KW - Tricalciumsilikat PY - 2018 SP - 219 EP - 229 PB - Max Aicher Unternehmensgruppe AN - OPUS4-46412 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - Phosphorus Recovery from Waste Streams N2 - Phosphate rock is a non renewable resource and should be replaced by secondary raw materials due to different reason. The potential for P-recovery from waste streams is shown as well as technologies for recovery. T2 - Advanced Recycling Technologies CY - Berlin, Germany DA - 04.12.2018 KW - Phopshorus recovery PY - 2018 AN - OPUS4-46941 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - P-recovery technologies - developments and perspective in germany N2 - Technologies for P-recovery from wastewater, sewage sludge and sewage sludge ashes were presented and discussed. T2 - InPhos Workshop II Sustainable Phosphorus Management CY - Berlin, Germany DA - 05.12.2018 KW - Phosphorus recovery PY - 2018 AN - OPUS4-46942 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia A1 - Meng, Birgit A1 - Stephan, D. A1 - Kargl, F. A1 - Adam, Christian T1 - Formation and chemical stabilisation of tricalcium-silicate during solidification from the melt of post-treated metallurgical slags T2 - Proceedings of the 15th International Congress on the Chemistry of Cement N2 - Tricalcium-silicate (C3S) or Alite is the most important mineral in Portland cement. Since pure tricalcium-silicate is only stable above temperatures of 1250 °C, its decomposition has to be prevented technically by fast cooling after the sintering process. At room temperature, the decomposition velocity is very slow so that metastable tricalcium-silicate is obtained. Although the mechanisms of clinker phase formation during burning process of Portland cement in a rotary kiln were solved and improved over the years, in view of possible economic and ecological benefits current projects aim to produce clinker phases from metallurgical slags. Recent studies discovered that the mineral phase which remained after a reducing treatment and separation of formed metallic iron from molten Linz-Donawitz (LD-) slags contained about 60 wt.% Alite despite it was cooled slowly. Because the results could be verified using slags from different origins and varying cooling velocities a chemical stabilisation of the Alite can be assumed. First tests in mortars indicate that workability, hardening and solid state properties are comparable with an ordinary Portland cement. An application of the observed phenomenon in cement production requires enhanced knowledge about formation and stabilisation conditions of Alite during crystallisation from melts in contrast to the sintering reactions in conventional Portland cement production. Therefore, this study focuses on the stabilisation mechanisms of Alite in consolidating melts. Samples from different melting experiments are analysed to determine stabilising factors. T2 - 15th International Congress on the Chemistry of Cement CY - Prag, Czech Republic DA - 16.09.2019 KW - Tricalcium-silicate KW - Portland Cement KW - Alite KW - Steelmaking slag PY - 2019 SP - Paper 492, 1 EP - 10 AN - OPUS4-49050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sichler, Theresa A1 - Adam, Christian A1 - Montag, D. A1 - Ehm, J. A1 - Barjenbruch, M. A1 - Pinnekamp, J. ED - Holm, O. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Quicker, P. ED - Kopp-Assenmacher, S. T1 - Auswirkungen der novellierten AbfKlärV auf die Kreislaufführung von Pflanzennährstoffen T2 - Verwertung von Klärschlamm 2 N2 - Because of the longstanding oversupply of nutrients in Germany, waste and fertilization legislation has been amended in 2017. As the new laws do still not meet the European nitrate ordinance, fertilization laws must be tightened again. In consequence, there is a rising competition for land between sewage sludge and organic fertilizers. Furthermore, the new sewage sludge ordinance (AbfKlärV) contains stricter thresholds and a ban on agricultural sewage sludge utilization for WWTPs > 50,000 p.e. from 2029. WWTPs which do not use their sludge for agriculture have to recover phosphorus from then on. However, sludges with less than 2% P content are not affected by that obligation. Every federal state of Germany must report amounts and quality of agricultural utilized sewage sludge yearly. An evaluation of raw data from 10 federal states shows that nearly 40% of both WWTPs and sewage sludge volume fall below the recovery limit of 2%. On the other hand, this means less than 30% of the P potential. In addition, there is no information whether the sludges fall reliably below the limit as required by the ordinance. This project aims to investigate this reliability by regarding the variations in the P content of sewage sludge. For this reason, samples will be taken monthly at 10 representative WWTPs over a year. Whereas phosphorus will still mostly be subject of recovery other nutrients are not affected by this. As a result, large amounts of N, K, Mg and Ca will be increasingly removed from the cycle. In 2017, WWTPs > 50,000 p.e. accounted for 30-60% of the nutrient potentials. These potentials will probably get lost to a large extent due to the fertilization ban. Many small WWTPs are also currently changing their utilization strategy from agriculture to incineration to ensure a safe disposal in future. Therefore, we can expect that even larger amounts of nutrients apart from phosphorus will be discharged from the circular economy. In comparison to the domestic sales volume of mineral fertilizers these other nutrients do only account for a very small fraction. A recovery could nevertheless replace parts of the mineral fertilizers, thus reducing environmental impacts. Energy consumption for technical nitrogen fixation is high and nutrient cycles are strongly anthropogenic influenced with diverse consequences such as eutrophication, acidification and endangered groundwater resources. Sewage sludge contains several micronutrients next to the macronutrients P, N, K, Mg, Ca and S. Because of lacking information on the actual German need for micronutrients contents and freights cannot evaluated. Moreover, former sewage sludge fertilization was probably not needs-based. It is therefore not possible to estimate a true loss in micronutrients due to the amended sewage sludge ordinance. N2 - Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ist in der Bundesrepublik Deutschland seit Jahren rückläufig, hatte im Jahr 2017 jedoch noch einen Anteil von rund 18 % [20]. Diese Art der Verwertung wird kontrovers diskutiert, da der Klärschlamm im Rahmen der Abwasserreinigung eine Schadstoffsenke darstellt. In vergangenen Jahrzehnten wurden insbesondere die hohen Gehalte an Schwermetallen im Klärschlamm als kritisch für eine landwirtschaftliche Verwertung eingestuft. Diese Belastung konnte allerdings durch Absenkung der Einträge von Schmermetallen in das Abwasser signifikant gesenkt werden. Neben Schwermetallen kamen jedoch auch organische Schadstoffe wie Pharmazeutika, Kosmetika und Haushaltschemikalien in den Fokus der Diskussion über den Einsatz von Klärschlamm auf Agrarflächen. Heute geraten zunehmend weitere Inhaltsstoffe in den Fokus, deren Auswirkungen noch nicht abschließend geklärt sind, weshalb eine einheitliche Bewertung über Grenzwerte nicht darstellbar ist. Beispiele für diese neuen Stoffgruppen sind Mikroplastik, Nanopartikel, Antibiotikaresistenzen und persistente organische Spurenstoffe. Neben den angesprochenen Risiken gibt es in Deutschland Regionen mit einem stark erhöhten Nährstoffüberschuss. In der Kritik steht vor allem eine nicht ordnungsgemäße Düngung mit Stickstoff, welche mit Nitratauswaschungen in das Grundwasser einhergeht. Um diese Grundwasserbelastung zu verhindern wurde u.a. das Düngerecht erneut verschärft, was die Flächenkonkurrenz zwischen Klärschlamm und Wirtschaftsdünger weiter vergrößern wird. Auf Druck der EU-Kommission stehen zudem weitere Anpassungen im Düngerecht bevor, da die beschlossenen Änderungen aus Kommissionssicht nicht ausreichen, um die Nitratrichtlinie einzuhalten. Vor dem Hintergrund der angeführten Probleme wurde im Koalitionsvertrag der 18. Legislaturperiode (2013) festgeschrieben, „die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken [zu] beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurück[zu]gewinnen“ [5]. Die novellierte AbfKlärV beinhaltet allerdings kein grundsätzliches Aufbringungsverbot und eine Rückgewinnungspflicht besteht lediglich für den Nährstoff Phosphor. Es ist davon auszugehen, dass sich die neuen Regelungen im Düngerecht und der Klärschlammverordnung massiv auf die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm und damit auf die Kreislaufwirtschaft verschiedener Nährstoffe auswirken werden. Zur Ermittlung dieser Auswirkungen wird seit Oktober 2018 im Auftrag des Umweltbundesamtes das REFOPLAN-Projekt „extraWERT“ (FKZ 3718 26 330 0) von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Kooperation mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen durchgeführt. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse dieses Projekts vorgestellt. T2 - Klärschlammkonferenz CY - Berlin, Germany DA - 04.11.2019 KW - Klärschlammdüngung KW - Landwirtschaft KW - Makronährstoffe PY - 2019 SN - 978-3-944310-49-7 VL - 2 SP - 362 EP - 374 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag CY - Neuruppin AN - OPUS4-49603 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - What is in your opinion the fertiliser of the future? N2 - Conventional fertilisers have their disadvantages as nutrient release is not synchronised with the demand of plants. Several approaches of "next generation fertilisers" are aiming at controlled nutrient release. Recycling fertilisers are often not soluble in water but fully plant available. They are suitable raw materials for the production of new types of controlled release fertilisers. T2 - CLOOP-Workshop "What is in your opinion the fertiliser of the future?" CY - Berlin, Germany DA - 22.10.2019 KW - Controlled release fertilisers KW - Recycling fertilisers PY - 2019 AN - OPUS4-49554 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Weimann, Karin T1 - Verwertung carbonfaserhaltiger Reststoffe in der Pyrometallurgie N2 - Carbonfasern sind äußerst stabil und werden auch in Anlagen zur Verbrennung von Sondermüll kaum zerstört. Beim Handling carbonfaserhaltiger Abfälle können Gesundheitsrisken auftreten (Abgabe von WHO-Fasern). Es werden Methoden der Verwertung carbonfaserhaltiger Reststoffe in der Pyrometallurgie diskutiert. T2 - UBA Fachaustausch: Aufbereitung und Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle CY - Dessau, Germany DA - 19.09.2019 KW - Carbonfasern KW - Pyrometallurgie PY - 2019 AN - OPUS4-49555 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kratz, S. A1 - Vogel, Christian A1 - Adam, Christian T1 - Agronomic performance of P recycling fertilizers and methods to predict it: a review JF - Nutrient Cycling in Agroecosystems N2 - Phosphorus (P) is an essential element for all life forms, and P-availability thus an important driver of a functioning agriculture. However, phosphate rock resources for P-fertilizer production are only available in a few countries. Therefore, P-recovery from waste materials has become of increasing interest during the last decade and has been investigated worldwide. In order to characterize potential novel P-fertilizers made from recycled materials, a large array of P-compound characterizations, chemical extractions and growth experiments were performed. This review bundles the work carried out in that field over the last years. Overall, P-fertilizers from recycled materials show a broad range of P-compounds with very different chemical structure and solubility. Growth experiments performed to assess their fertilizing effects display high variations for most of the products. While these experiments have demonstrated that some fertilizers made of recycled materials may reach P effects in the same order of magnitude as water-soluble phosphate rock-based fertilizers, an important limitation in their interpretation is the fact that they often vary considerably in their experimental design. The existing data show clearly that standardization of growth experiments is urgently needed to achieve comparable results. Standard chemical extractants used to assess the chemical solubility of P-fertilizers were found to be of limited reliability for predicting plant P uptake. Therefore, alternative methods such as sequential fractionation, or the extraction of incubated soil/fertilizer mixtures with standard soil extractants or with P sink methods should be tested more intensively in the future to provide alternative options to predict the P-availability of fertilizers from recycled materials. KW - Recycling fertilizer KW - Phosphorus KW - Chemical extraction methods KW - Agronomic performance KW - Incubated soil/fertilizer mixtures KW - P sink method KW - Diffusive gradients in thin films (DGT) PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1007/s10705-019-10010-7 SN - 1385-1314 SN - 1573-0867 VL - 115 IS - 1 SP - 1 EP - 39 PB - Springer AN - OPUS4-48713 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hamann, Christopher A1 - Adam, Christian A1 - Stolle, Dirk A1 - Spanka, M. A1 - Auer, G. T1 - Thermochemical treatment of waste products from iron and steel production T2 - Proceedings, European Metallurgical Conference 2019 N2 - Blast furnace (BF) sludge and electric arc furnace (EAF) dust are typical wastes that incur from iron and steel production. In addition to iron, calcium, carbon, and silicon they usually contain high concentrations of heavy metals such as zinc, lead, and cadmium that are potentially hazardous to the environment, rendering disposal in landfills ecologically problematic and costly. Consequently, pyrometallurgical, hydrometallurgical, and hybrid methods for selective elimination of non-ferrous heavy metals from BF sludge and EAF dust have been conceived, of which only the carbothermic reduction route taken in the so-called Waelz rotary kiln process has been proven to be economically successful. However, this process has several drawbacks regarding efficiency of heavy-metal removal and recovery of iron, and it does not allow processing of BF sludge. In this study, we investigated the efficiency and feasibility of selective chlorination and evaporation of non-ferrous heavy metals, particularly zinc and lead, in both BF sludge and EAF dust as an alternative, thermochemical processing route. To this end, hydrochloric acid and iron(II) chloride solution have been used as chlorinating agents, and the process of heavy-metal chlorination and evaporation has been investigated under inert operating conditions, at variable chlorine concentrations, and at temperatures between 500 and 1200 °C. High zinc and lead removal efficiencies of > 99.5 % were achieved with both chlorinating agents, but iron(II) chloride turned out to be overall more efficient for removal of zinc and lead from BF sludge and EAF dust. Interestingly, and in contrast to previous studies, the iron was completely retained in the processed solid residue, therefore rendering the processed residues virtually zinc- and lead-free raw materials that may either be used internally (e.g., feeding processed BF sludge and EAF dust back into the respective furnaces) or externally (e.g., for cement production). T2 - European Metallurgical Conference 2019 CY - Düsseldorf, Germany DA - 23.06.2019 KW - Blast furnace sludge KW - Electric arc furnace dust KW - Recycling KW - Selective chlorination KW - Zinc PY - 2019 SN - 978-3-940276-89-6 VL - 3 SP - 1267 EP - 1282 PB - GDMB CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-48362 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adam, Christian A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Beckmann, T. A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. T1 - Influence of carbon feeding on a pyrometallurgical tantalum and niobium recycling process and the formation of carbides T2 - Proceedings / EMC 2019, European Metallurgical Conference N2 - An existing pyrometallurgical process for tantalum and niobium recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, was investigated. Series of melting experiments were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to study how the amount, the grain size and the way of feeding affect the activity of carbon as a reducing agent. During the pyrometallurgical treatment refractory metals such as tantalum and niobium are reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The cooled down slag and metal phase were analysed to investigate thermodynamic and kinetic conditions of the carbide formation. FACT Sage simulations were also used to investigate the material system in state of thermodynamic equilibrium. Results show that mass transfer and kinetics may play an important role if compared to equilibrium analyses using FACT Sage. T2 - Euopean Metallurgical Conference (EMC) 2019 CY - Düsseldorf, Germany DA - 23.06.2019 KW - Pyrometallurgy KW - Tantalum KW - Carbide formation KW - Reduction process KW - Carbon feeding PY - 2019 SN - 978-3-940276-87-2 VL - 1 SP - 371 EP - 386 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-48363 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adam, Christian A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Beckmann, T. A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. ED - Thiel, S. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Pretz, T. ED - Senk, D. G. ED - Wotruba, H. T1 - Tantal-Rückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen T2 - Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 6 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. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Zinnschlacke KW - Tantal KW - Recycling KW - Pyrometallurgie KW - Lichtbogenofen PY - 2019 SN - 978-3-944310-47-3 VL - 6 SP - 378 EP - 393 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-48357 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - Phosphorus recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ashes N2 - A lecture was given about the technical possibilities of phosphorus recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ashes. The specific situation of Europe and Germany was explained in the context of raw materials dependencies and the legal framework. T2 - Lecture at University of Sao Paulo, Brasil CY - Berlin, Germany and Sao Paulo, Brasil DA - 11.11.2019 KW - Phosphorus recovery KW - Recycling fertilisers KW - Sewage sludge ordinance PY - 2019 N1 - Vorlesung über Adobe Connect an der University of Sao Paulo, Brasilien AN - OPUS4-49590 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maresca, A. A1 - Krüger, O. A1 - Herzel, Hannes A1 - Adam, Christian A1 - Kalbe, Ute A1 - Astrup, T. F. T1 - Influence of wood ash pre-treatment on leaching behaviour, liming and fertilising potential JF - Waste Management N2 - In Denmark, increasing amounts of woody biomass are being used for the production of renewable energy, resulting in more wood ashes being generated. While these materials have been mainly landfilled, wood ashes may also be utilised for fertilizing and liming purposes on top of soils. Pre-treatments involving hardening or granulation may be carried out prior to soil application. In this study, two Danish wood ash samples were hardened and/or granulated. Lab-hardening induced rapid changes in the shape of the acid neutralisation capacity curve of the ashes. Up-flow column tests, assuming local equilibrium conditions, were employed to investigate the leaching from pre-treated ashes. Granules and loose ashes demonstrated similar leaching behaviours, indicating that similar geochemical processes were governing their leaching. In comparison with untreated fresh ashes, the hardened ashes demonstrated reduced leaching of Ca, Ba, Pb and Zn with concentration levels generally below or close to the analytical limits of quantification; to the contrary, the leaching of As, P, Sb, Si, V and Mg was enhanced in the hardened ashes. The release of alkalinity was reduced by hardening. In general, all granules were barely breakable by finger-pinching and they could withstand one month of continuous leaching, preserving their overall shape. The solubility of phosphorous in neutral ammonium citrate indicated that about 30–51% of the total P content in the ash samples was released, suggesting that the ashes could be potentially valuable as P-fertiliser if applied onto soil. KW - Wood ash KW - Phoshpor availability KW - Leaching KW - Forest soils PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.11.003 SN - 0956-053X VL - 83 SP - 113 EP - 122 PB - Elsevier AN - OPUS4-46583 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Auer, G. A1 - Spanka, M. A1 - Hamann, Christopher A1 - Adam, Christian T1 - Thermal zinc extraction from steel mill dust JF - World of Metallurgy – Erzmetall N2 - Treatment and reusing of hazardous wastes have become significant issues of modern societies. Blast furnace sludge (BFS) and electric arc furnace dust (EAFD) are such typical wastes, because they usually contain high amounts of undesirable elements such as zinc (Zn) and lead (Pb). These elements can cause operational problems in reusing of BFS and EAFD. In this study, the Ferro Duo GmbH and the Federal Institute for Materials Research and Testing have investigated a novel approach for eliminating and/or recovering Zn and Pb from both wastes. Applied was a selective chlorination and volatilization of Zn and Pb as chlorides at temperatures between 500 °C and 1100 °C. Both product obtained, Zn and Pb in the form of ZnCl2 and PbCl2 and the purified solid mineral compound are attractive materials for further use. Hydrochloric acid and iron(II) chloride were used as chlorination agents. Exceptionally high Zn and Pb removal efficiencies of >99.5 % could be achieved with both chlorination agents, whereby iron(II) chloride exhibited better performance. KW - Blast furnace sludge KW - Chlorination KW - Electric arc furnace dust KW - Lead KW - Zinc KW - Thermochemical treatment PY - 2019 SN - 1613-2394 VL - 72 IS - 1 SP - 27 EP - 31 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-47288 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Hamann, Christopher A1 - Spanka, M. A1 - Stolle, Dirk A1 - Adam, Christian A1 - Auer, G. ED - Thiel, S. ED - Holm, O. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Goldmann, D. ED - Friedrich, B. T1 - Rückgewinnung von Zink aus Stahlwerksstäuben durch gemeinsame Behandlung mit chloridhaltigen Reststoffen T2 - Recycling und Rohstoffe N2 - Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung eines neuen chemischen Verfahrens, das in einem Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Ferro Duo GmbH entwickelt wird. Mit dem entwickelten Verfahren soll es ermöglicht werden, schwermetallhaltige Filterstäube und -schlämme wie Gichtgasschlämme oder Elektroofenstäube, die als Abfälle während der Produktion von Roheisen und Rohstahl anfallen und die derzeit größtenteils deponiert werden, zu recyceln und die darin enthaltenen Wertstoffe (v.a. Eisen, Kohlenstoff und Zink) wieder in den Rohstoffkreislauf zurückzugeben. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der Chlorierung der in den Filterstäuben und -schlämmen enthaltenen Schwermetalloxide nach Zugabe eines flüssigen Chlordonators wie Eisen(II)-chlorid-Lösung oder Salzsäure. Die so chlorierten Schwermetalloxide werden bei Temperaturen zwischen 650 und 1100 °C in Form von Schwermetallchloriden verdampft und so selektiv vom behandelten Feststoff separiert. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Gehalte an Schwermetallen wie Zink, Blei und Cadmium um bis zu 99,7% reduziert werden können und die thermochemisch behandelten Filterstäube und -schlämme durch das Verfahren in sekundäre, im Wesentlichen aus Eisenoxiden bestehenden Rohstoffe für die Roheisenproduktion umgewandelt werden können. Da die chlorhaltigen Lösungen selbst Abfallstoffe aus anderen Industriezweigen sind (z.B. aus der Titandioxidproduktion oder der Stahlbeize), vereint das hier entwickelte Verfahren auf elegante Weise zwei Abfallstoffströme und wandelt diese in sekundäre Rohstoffe – einem mineralischen Rohstoff für die Roheisenproduktion sowie Zinkchlorid – um. KW - Zink KW - Recycling KW - Gichtgasschlamm KW - Elektroofenstaub KW - Ressourcenrückgewinnung PY - 2019 SN - 978-3-944310-46-6 VL - Band 12 SP - 593 EP - 605 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-47527 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schliephake, H. A1 - Adam, Christian T1 - CFK-Abfälle als Primärkohleersatz Im Lichtbogenofen bei der Stahlerzeugung N2 - CFK-Abfälle werden trotz der bestehenden Verfahren zur Rückgewinnung der Carbonfasern zukünftig vermehrt anfallen. Für diese Abfälle wird nach technischen Lösungen der energetischen oder stofflichen Verwertung gesucht. Eine Möglichkeit ist die Nutzung der CFK-Abfälle als Primärkohleersatz im Lichtbogenofen bei der Stahlherstellung. T2 - 3. Fachtagung Composite Recycling & LCA CY - Stuttgart, Germany DA - 20.02.2019 KW - Carbonfaser KW - CFK PY - 2019 AN - OPUS4-47438 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Sekine, R. A1 - Steckenmesser, D. A1 - Lombi, E. A1 - Herzel, Hannes A1 - Zuin, L. A1 - Wang, D. A1 - Felix, R. A1 - Adam, Christian T1 - Combining diffusive gradients in thin films (DGT) and spectroscopic techniques for the determination of phosphorus species in soils JF - Analytica Chimica Acta N2 - A wide range of methods are used to estimate the plant-availability of soil phosphorus (P). Published research has shown that the diffusive gradients in thin films (DGT) technique has a superior correlation to plant-available P in soils compared to standard chemical extraction tests. In order to identify the plantavailable soil P species, we combined DGT with infrared and P K- and L2,3-edge X-ray adsorption near edge structure (XANES) spectroscopy. This was achieved by spectroscopically investigating the dried binding layer of DGT devices after soil deployment. All three spectroscopic methods were able to distinguish between different kinds of phosphates (poly-, trimeta-, pyro- and orthophosphate) on the DGT binding layer. However, infrared spectroscopy was most sensitive to distinguish between different types of adsorbed inorganic and organic phosphates. Furthermore, intermediates of the time-resolved hydrolysis of trimetaphosphate in soil could be analyzed. KW - Phosphorus plant-availability KW - X-ray adsorption near-edge structure (XANES) spectroscopy KW - Infrared spectroscopy KW - Diffusive gradients in thin films (DGT) PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.01.037 SN - 0003-2670 VL - 1057 SP - 80 EP - 87 PB - Elsevier AN - OPUS4-47471 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kratz, S. A1 - Adam, Christian A1 - Vogel, Christian T1 - Düngewirkung von P-Rezyklaten JF - ReSource N2 - Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise in Vegetationsversuchen geprüft. Diese erlauben die es, unterschiedliche Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -aneignung zu betrachten und verschiedene Substrattypen und deren Eigenschaften im Hinblick auf Nährstofffixierung und -freisetzung zu berücksichtigen. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher in der Regel mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch bei der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um zu überprüfen, ob die düngemittelrechtlichen Vorgaben eingehalten werden. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist es jedoch schwierig, herkömmliche Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm zu übertragen. Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind. KW - Abwasser KW - Agronomische Effizienz KW - Chemische Löslichkeit KW - Düngemittel KW - Extraktion KW - Klärschlamm KW - Pflanzenverfügbarkeit KW - Pflanzenwurzel KW - Phosphat KW - Phosphor KW - P-Recyclingdünger KW - Relative agronomische Effizienz (RAE) KW - Struvit KW - Vegetationsversuche PY - 2019 VL - 32 IS - 1 SP - 14 EP - 21 PB - Rhombos-Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-47941 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Adam, Christian T1 - Breites Leistungsspektrum - Für die Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm stehen aus technischer und ökonomischer Sicht verschiedene Verfahren zur Verfügung JF - ReSource N2 - Die P-Rückgewinnung aus Teilströmen mit erhöhten P-Gehalten kann direkt in den Kläranlagenbetrieb integriert werden und führt dort in vielen Fällen zu betrieblichen und ökonomischen Vorteilen. Sie ist in der Regel auf Bio-P-Kläranlagen beschränkt, da hier die anaerobe P-Rücklösung initiiert und genutzt werden kann. Durch die reine P-Rücklösung durch Schaffung anaerober Bedingungen ist allerdings das Potential der Rückgewinnung auf 5 bis 15 Prozent der Zulauffracht limitiert. Die meisten Kläranlagen in Deutschland werden mit einer chemischen Phosphor-Fällung betrieben. Diese Anlagen können aus dem Klärschlamm Phosphat in ausreichend hoher Konzentration nur zurückgewinnen, indem zusätzlich anorganische Säuren wie Schwefelsäure zugeführt werden oder ein Aufschluss mit flüssigem Kohlendioxid stattfindet. Es wird angenommen, dass sich mit diesen Verfahren mehr als 50 Prozent der Zulauffracht einer Kläranlage zurückgewinnen lassen. Der Aufschluss von Klärschlamm mit Schwefelsäure geht aber mit vergleichsweise hohen Umweltwirkungen sowie mit höheren Kosten im Vergleich zu anderen Phosphor-Rückgewinnungsverfahren einher. Ein sehr hohes Potential der Rückgewinnung von Phosphor (P) ist bei allen Verfahren gegeben, die als Rohstoff die Asche aus der Monoverbrennung verwerten. Der Aufschluss mit anorganischen Säuren ermöglicht die sichere Phosphor-Rückgewinnung von mehr als 80% Prozent des Kläranlagenzulaufs. Die Verfahren sind zum Teil großtechnisch umgesetzt oder es befinden sich großtechnische Anlagen im Bau. Auch thermochemische Verfahren wurden entwickelt und deren Einsatzbereitschaft im großtechnischen Maßstab erfolgreich demonstriert. In dem nachfolgenden Beitrag werden unterschiedliche praxiserprobte Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten vorgestellt. KW - Abwasserreinigung KW - Bio-P-Kläranlage KW - Elimination KW - Fällmittel KW - Kläranlage KW - Klärschlamm KW - Klärschlammasche KW - Klärschlammverordnung KW - Monoverbrennung KW - Permeat KW - Phosphat KW - Phosphor KW - Phosphorrückgewinnung KW - Retentat KW - Struvit KW - Zentrat PY - 2019 VL - 32 IS - 1 SP - 4 EP - 13 PB - Rhombos-Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-47942 LA - deu 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 -