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Organisationseinheit der BAM
In den Rückständen thermischer Verfahren sind bedingt durch den Verbrennungsprozess Metalle sowohl in elementarer wie auch in chemisch gebundener Form enthalten. Früher wurde Eisenschrott vor allem deshalb mit Magneten abgetrennt, weil sonst die Verwertung als Baustoff erschwert war. Nichteisen-Metalle, bei Rostasche aus einer Müllverbrennungsanlage (MVA) sind dies hauptsächlich Kupfer und Aluminium, können mit der Wirbelstromtechnik abgetrennt werden. Auf diese Weise sinken auch die Gehalte an umweltrelevanten Schwermetallen. Allerdings werden die kleinen Korngrößen und die chemische gebundenen Metallen (z.B. Oxide oder Carbonate) bisher in der Aufbereitung nicht erfasst. Der Beitrag befasst sich mit den verfahrenstechnischen Potenzialen zur Erhöhung der Metallausbeute.
In Germany, the direct material input (DMI) was 1727 million tons in the year 2014. This figure would be even higher by more than 14 % if no secondary materials were already used in industrial production. For example, production of secondary Cu is advantageous due to lower energy consumption and conservation of scarce natural resources. The presentation will discuss pathways to increase the use of secondary raw materials to foster a circular economy with a focus on waste treatment processes.
Raw material supply is essential for all industrial activities. The use of secondary raw material gains more importance since ore grade in primary production is decreasing. Meanwhile urban stock contains considerable amounts of various elements. Photovoltaic (PV) generating systems are part of the urban stock and recycling technologies for PV thin film modules with CdTe as semiconductor are needed because cadmium could cause hazardous environmental impact and tellurium is a scarce element where future supply might be constrained. The paper describes a sequence of mechanical processing techniques for end-of-life PV thin film modules consisting of sandblasting and flotation. Separation of the semiconductor material from the glass surface was possible, however, enrichment and yield of valuables in the flotation step were non-satisfying. Nevertheless, recovery of valuable metals from urban stock is a viable method for the extension of the availability of limited natural resources.
In den Rückständen thermischer Verfahren sind als Folge des Verbrennungsprozesses Metalle sowohl in elementarer wie auch in chemisch gebundener Form enthalten. Früher wurde Eisenschrott vor allem deshalb mit Magneten abgetrennt, weil sonst die Verwertung als Baustoff erschwert war. Nichteisen-Metalle – bei Rostasche aus einer Müllverbrennungsanlage (MVA) sind dies hauptsächlich Kupfer und Aluminium – können mit der Wirbelstromtechnik abgetrennt werden. Auf diese Weise sinken auch die Gehalte an umweltrelevanten Schwermetallen. Allerdings werden die kleinen Korngrößen und die chemisch gebundenen Metallen (etwa Oxide oder Carbonate) bisher in der Aufbereitung nicht erfasst. Im vorliegenden Beitrag werden die verfahrenstechnische Potenziale aufgezeigt, mit denen die Metallausbeute erhöht werden kann.
Direct and indirect effects (DIERec) of the recovery of secondary resources are in the range of 500 million tons per year in Germany; energy savings are 1.4 million TJ. These savings are between 10 and 20% of the total. The effects of materials recovery exceed those of energy recovery by far except for secondary plastic material, where DIERec from energy recovery is higher by factor of 2.7. Untapped potential for the recovery of secondary resources exists in the fine fraction of bottom ash from municipal solid waste incineration, mainly Cu and precious metals, and in urban mining.
Antimon (Sb) wird industriell vorwiegend als Flammschutzmittel in Kunststoffen verwendet. Am Ende des Lebenszyklus landet etwa die Hälfte des produzierten Sb, vorwiegend über entsprechend dotierte Kunststoffe, in Haus- und vor allem Industrieabfällen und in der Folge auch in relevanten Mengen in Rostaschen aus der Verbrennung dieser Abfälle.
Zwar werden in den Produkten Sb-Verbindungen in der Oxidationsstufe 3 eingesetzt, in den Aschen liegt Sb jedoch wegen der leichten Oxidierbarkeit überwiegend in der Oxidationsstufe 5 als Oxyanion vor (Sb(OH)6- oder Sb2O74-). Die Freisetzung beim Kontakt mit Wasser ist zunächst gering, weil die Antimonate schwerlösliche Verbindungen mit Ca2+ bilden. Durch die Carbonatisierung der Aschen während der vorgeschalteten Lagerung sinkt der pH-Wert im Eluat. Die Konzentration von Ca im Eluat nimmt mit fortschreitender Elutionsdauer ab, wodurch sich das Lösungsgleichgewicht verschiebt und Antimonate gelöst werden können. Dieses Verhalten wird durch einen Langzeitversuch mit Lysimetern bestätigt. Experimentelle Daten aus unterschiedlichen Elutionstests wurden mit dem Solver-Modul in MS Excel gefittet. Daraus ergibt sich Ca(Sb(OH)6)2xCa0.78(OH)1.56 als mögliche Verbindung für in Rostaschen enthaltenes Ca-Antimonat.
Laut Entwurf der MantelVO ist für Sb in Rostaschen eine Regulierung vorgesehen. Die darin vorgesehenen Grenzwerte könnten ein Problem für Rostaschen darstellen und gefährden die Verwertung der mineralischen Fraktion. In den meisten Bundesländern geschieht der Vollzug derzeit nach dem LAGA Merkblatt M20. Die darin festgelegten Parameter zur Bewertung berücksichtigen im Prinzip nur eine Richtung, bei der sich die Materialeigenschaften im Zuge der Alterung von Rostaschen verbessern. Dieser Zusammenhang ist bei Sb nicht gegeben, was bei der Beurteilung des Gefahrenpotentials aber Berücksichtigung finden sollte. Das entgegengesetzte Verhalten von Sb stellt Aufbereiter und Verwerter möglicherweise vor Probleme. Die Einführung einer Ersatzbaustoffverordnung im Rahmen der MantelVO soll bundeseinheitliche Rechtssicherheit bei der Verwertung von mineralischen Recyclingmaterialien schaffen. Damit würde dann auch eine Grundlage für Investitionen in verbesserte Aufbereitungsverfahren geschaffen werden. Da im Hinblick auf Sb aus dargestellten Zusammenhängen jedoch eher das Gegenteil zu befürchten ist, besteht Forschungsbedarf, um dieses Problem zu lösen.
Bottom ash from municipal solid waste incineration (MSWI) consists of elemental metals in considerable amounts. The fine fraction < 4 mm additionally contains chemically bound metals (oxides, carbonates, silicates). Separation prospects with techniques as in ore processing (flotation, density separation, bioleaching, hydrothermal solution) are discussed. During alteration after wet extraction mineral material with hydraulic properties form coatings on almost all particles of the bottom ash and complicate separation procedures. In addition bottom ash from MSWI is a heterogeneous material. For sufficient enrichment different concerted treatment steps seemed to be essential associated with an uncertainty of economic viability. The utilisation of metal compounds present in bottom ash as secondary raw material depends on the energy- and resource-efficiency of the enrichment processes. Therefore energy and material flow considerations are presented.
Bottom ash from municipal solid waste incineration (MSWI) consists of eiemental metals in considerable amounts. The fine fraction < 4 mm additionally contains chemically bound metals (oxides, carbonates, Silicates). Separation prospects with techniques as in ore processing (flotation, density separation, bioleaching, hydrothermal solution) are discussed. During alteration after wet extraction mineral material with hydraulic properties form coatings on almost all particles of the bottom ash and complicate separation procedures. ln addition bottom ash from MSWI is a heterogeneaus material. For sufficient enrichment different concerted treatment steps seemed to be essential associated with an uncertainty of economic viability. The utilisation of metal compounds present in bottom ash as secondary raw material depends on the energy- and resource-efficiency of the enrichment processes. Therefore energy and material flow considerations are presented.
Für die Herstellung von Kupfer aus Primär- und Sekundärressourcen wurde eine Exergieanalyse der Aufbereitungs- und Gewinnungsverfahren durchgeführt. Für die Stoffgemische Kupfererz, Kupferkonzentrat und Hausmüllverbrennungsasche wurden die Exergien tabellarisch berechnet. Die Exergieaufwände der technischen Prozesse zur Kupferherstellung wurden mit den thermodynamisch minimal notwendigen Aufwänden verglichen. Die Nutzung von Sekundärrohstoffen aus Abfällen ist über weite Bereiche vorteilhaft, insb. wenn das Kupfer bereits in der metallischen Form vorliegt.
The industrial sector of bottom ash (BA) treatment from municipal solid waste incineration (MSWI) in Germany is currently changing. In order to increase the recovery rates of metals or to achieve a higher quality of mineral aggregates derived from BA, new procedures have been either implemented to existing plants or completely new treatment plants have been built recently. Three treatment trains, which are designated as entire sequences of selected processing techniques of BA, are introduced and compared. One treatment train is mainly characterized by usage of a high speed rotation accelerator whereas another is operating completely without crushing. In the third treatment train the BA is processed wet directly after incineration. The consequences for recovered metal fractions and the constitution of remaining mineral aggregates are discussed in the context of legislative and economical frameworks. Today the recycling or disposal options of mineral residues still have a high influence on the configuration and the operation mode of the treatment trains of BA despite of the high value of recovered metals.