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Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren Teilprojekt A: Projektkoordination und physikalische-chemische Verfahren (2021)
Holm, Olaf ; Franz-Georg, Simon
Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) mit ihrem Fachbereich 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien hat für das Verbundvorhaben „ATR - Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren“ die Gesamtkoordination übernommen. Bei insgesamt neun Projektpartnern fiel folgerichtig ein nicht unwesentlicher Aufwand für Verwaltungsaufgaben an. Insbesondere die Verzögerungen bei dem Bau der großtechnischen Anlagen im Teilprojekt B (ausführlich erläutert im Bericht für das Gesamtvorhaben) resultierten in einer Vielzahl von Folgeaufgaben. Wissenschaftlich verfahrenstechnisches Ziel des Teilprojektes A bei der BAM war die Rückgewinnung von Metallen und metallischer Verbindungen aus speziellen, bereits teilaufbereiteten Fraktionen von Aschen aus der Hausmüllverbrennung (HMVA). Ausgangsmaterial sollten Fraktionen sein, die im Rahmen des Projektes vom Projektpartner TARTECH eco industries AG bereitgestellt werden sollten. Eigens und im Rahmen des Projektes entwickelte Hochgeschwindigkeits-Rotations- Beschleuniger sollten die mineralischen Oberflächenverkrustungen abschlagen, die einzelnen Bestandteile trennen und so eine effizientere Sortierung mit Anschlussverfahren ermöglichen. Die Verfahren, die bei der BAM dafür zum Einsatz kamen, waren im Wesentlichen Flotation und Dichtesortierung mittels eines Zentrifugalsortierers. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf der Rückgewinnung bzw. Anreicherung von Kupfer und Kupferverbindungen.
ATR Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren (2021)
Holm, Olaf
Ziel des Vorhabens war die Steigerung der Rückgewinnung von Metallen aus Aschen und Schlacken durch Aufschluss aus den mineralischen Verbunden. Durch das innovative Prallzerkleinerungsverfahren (Hochgeschwindigkeits-Rotations-Beschleuniger) des Projektpartners TARTECH, sollten die Verunreinigungen an den metallischen Anteilen praktisch vollständig abgeschlagen werden. Diese Aufbereitungstechnik sollte im Rahmen des Projektes so verfeinert und angepasst werden, dass metallische Partikel von 0,5 bis 5 mm aufgeschlossen werden, damit sie anschließend über Wirbelstromscheider in elementarer Form abgetrennt werden können.
Searching for biological feedstock material: 3D printing of wood particles from house borer and drywood termite frass (2021)
Plarre, Rudy ; Zocca, Andrea ; Spitzer, Andrea ; Benemann, Sigrid ; Grbushina, Anna ; Li, Y. ; Waske, Anja ; Funk, Alexander ; Wilgig, Janka ; Günster, Jens
Frass (fine powdery refuse or fragile perforated wood produced by the activity of boring insects) of larvae of the European house borer (EHB) and of drywood termites was tested as a natural and novel feedstock for 3D-printing of wood-based materials. Small particles produced by the drywood termite Incisitermes marginipennis and the EHB Hylotrupes bajulus during feeding in construction timber, were used. Frass is a powdery material of particularly consistent quality that is essentially biologically processed wood mixed with debris of wood and faeces. The filigree-like particles flow easily permitting the build-up of woodbased structures in a layer wise fashion using the Binder Jetting printing process. The Quality of powders produced by different insect species was compared along with the processing steps and properties of the printed parts. Drywood termite frass with a Hausner Ratio HR = 1.1 with ρBulk = 0.67 g/cm3 and ρTap = 0.74 g/cm3 was perfectly suited to deposition of uniformly packed layers in 3D printing. We suggest that a variety of naturally available feedstocks could be used in environmentally responsible approaches to scientific material sciences/additive manufacturing.
Summenparameter in der PFAS-Analytik - CIC & HR-GFMAS Methodenvergleich (2021)
Roesch, Philipp
Gastvortrag auf der 43. Sitzung des Fachbeirates Bodenuntersuchungen über Summenparameter in der PFAS-Analytik und den CIC & HR-GFMAS Methodenvergleich.
Facility for production of ambient-like model aerosols (PALMA) inthe laboratory: application in the intercomparison of automated PMmonitors with the reference gravimetric method (2021)
Horender, S. ; Auderset, K. ; Quincey, P. ; Seeger, Stefan ; Skov, S. N. ; Dierschel, K. ; Smith, T. O.M. ; Williams, K. ; Aegerter, C. C. ; Kalbermatter, D. M. ; Gaie-Levrel, F. ; Vasilatou, K.
A new facility has been developed which allows for a stable and reproducible production of ambient-like model aerosols (PALMA) in the laboratory. The set-up consists of multiple aerosol generators, a custom-made flow tube homogeniser, isokinetic sampling probes, and a system to control aerosol temperature and humidity. Model aerosols containing elemental carbon, secondary organic matter from the ozonolysis of α-pinene, inorganic salts such as ammonium sulfate and ammonium nitrate, mineral dust particles,and water were generated under different environmental conditions and at different number and mass concentrations. The aerosol physical and chemical properties were characterised with an array of experimental methods, including scanning mobility particle sizing, ion chromatography, total reflection X-ray fluorescence spectroscopy and thermo-optical analysis. The facility is very versatile and can find applications in the calibration and performance characterisation of aerosol instruments monitoring ambient air. In this study, we performed, as proof of concept, an intercomparison of three different commercial PM (particulate matter) monitors (TEOM1405, DustTrak DRX 8533 and Fidas Frog) with the gravimetric reference method under three simulated environmental scenarios. The results are presented and compared to previous field studies. We believe that the laboratory-based method for simulating ambient aerosols presented here could provide in the future a useful alternative to time-consuming and expensive field campaigns, which are often required for instrument certification and calibration.
Investigation of scandium in bauxite residues of different origin (2021)
Gentzmann, Marie ; Schraut, Katharina ; Vogel, Christian ; Gäbler, H.-E. ; Huthwelker, T. ; Adam, Christian
This paper focuses on the scandium speciation in bauxite residues of different origin. Insights into mineralchemical similarities and differences of these materials will be presented and links to their natural geological background discussed. The presented research should provide fundamental knowledge for the future development of efficient and viable technologies for Sc-recovery from bauxite residues derived from different bauxites and accumulating at different localities. In total, five bauxite residues were investigated which originated from Greece, Germany, Hungary and Russia (North Ural & North Timan) using a combination of different analytical tools. Those included: laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry, X-ray absorption near Edge structure (XANES) spectroscopy, μ-Raman spectroscopy as well as scanning electron microscopy and electron microprobe analyses. X-ray fluorescence and inductively coupled plasma mass spectrometry were used to determine the overall chemical composition. The investigated samples were found to exhibit a relatively homogenous distribution of Sc between the larger mineral particles and the fine-grained matrix except for Al-phases like diaspore, boehmite and gibbsite. These phases were found to be particularly low in Sc. The only sample where Sc mass fractions in Al-phases exceeded 50 mg/kg was the Russian sample from North Ural. Fe-phases such as goethite, hematite and chamosite (for Russian samples) were more enriched in Sc than the Al-phases. In fact, in Greek samples goethite showed a higher capacity to incorporate or adsorb Sc than hematite. Accessory minerals like zircon, rutile/anatase and ilmenite were found to incorporate higher mass fractions of Sc (>150 mg/kg), however, those minerals are only present in small amounts and do not represent major host phases for Sc. In Russian samples from North Ural an additional Ca–Mg rich phase was found to contain significant mass fractions of Sc (>500 mg/kg). μ-XANES spectroscopy was able to show that Sc in bauxite residue occurs adsorbed onto mineral surfaces as well as incorporated into the crystal lattice of certain Fe-phases. According to our observations the bauxite type, i.e. karstic or lateritic, the atmospheric conditions during bauxitization, i.e. oxidizing or reducing, and consequently the dominant Sc-bearing species in the primary Bauxite influence the occurrence of Sc in bauxite residues. In karstic bauxites, underlying carbonate rocks can work as a pH-barrier and stabilize Sc. This prevents the Sc from being mobilized and removed during bauxitization. Hence, karstic bauxites are more prone to show a Sc enrichment than lateritic bauxites. Reducing conditions during bauxitization support the incorporation of Sc into clay minerals such as chamosite, which can dissolve and reprecipitate during Bayer processing causing Sc to be redistributed and primarily adsorb onto mineral surfaces in the bauxite residue. Oxidizing conditions support the incorporation of Sc into the crystal lattice of Fe-oxides and hydroxides, which are not affected in the Bayer process. The genetic history of the bauxite is therefore the major influential factor for the Sc occurrence in bauxite residues.
Prevalent Synergy and Antagonism Among Antibiotics and Biocides in Pseudomonas aeruginosa (2021)
Franziska, Pietsch ; Nordholt, Niclas ; Heidrich, Gabriele ; Schreiber, Frank
Antimicrobials can exert specific physiological effects when used in combination that are different from those when applied alone. While combination effects have been extensively mapped for antibiotic-antibiotic combinations, the combination effects of antibiotics with antimicrobials used as biocides or antiseptics have not been systematically investigated. Here, we investigated the effects of combinations of antibiotics (meropenem, gentamicin, and ciprofloxacin) and substances used as biocides or antiseptics [octenidine, benzalkonium chloride, cetrimonium bromide, chlorhexidine, Povidone-iodine, silver nitrate (AgNO3), and Ag-nanoparticles] on the planktonic growth rate of Pseudomonas aeruginosa. Combination effects were investigated in growth experiments in microtiter plates at different concentrations and the Bliss interaction scores were calculated. Among the 21 screened combinations, we find prevalent combination effects with synergy occurring six times and antagonism occurring 10 times. The effects are specific to the antibiotic-biocide combination with meropenem showing a tendency for antagonism with biocides (6 of 7), while gentamicin has a tendency for synergy (5 of 7). In conclusion, antibiotics and biocides or antiseptics exert physiological combination effects on the pathogen P. aeruginosa. These effects have consequences for the efficacy of both types of substances and potentially for the selection of antimicrobial resistant strains in clinical applications with combined exposure (e.g., wound care and coated biomaterials).
Environmental impact of geosynthetics in coastal protection (2021)
Scholz, Philipp ; Putna-Nimane, I. ; Barda, I. ; Liepina-Leimane, I. ; Strode, E. ; Kileso, A. ; Esiukova, E. ; Chubarenko, B. ; Purina, I. ; Simon, Franz-Georg
Geosynthetic materials are applied in measures for coastal protection. Weathering or any damage of constructions, as shown by a field study in Kaliningrad Oblast (Russia), could lead to the littering of the beach or the sea (marine littering) and the discharge of possibly harmful additives into the marine environment. The ageing behavior of a widely used geotextile made of polypropylene was studied by artificial accelerated ageing in water-filled autoclaves at temperatures of 30 to 80 °C and pressures of 10 to 50 bar. Tensile strength tests were used to evaluate the progress of ageing, concluding that temperature rather than pressure was the main factor influencing the ageing of geotextiles. Using a modified Arrhenius equation, it was possible to calculate the half-life for the loss of 50% of the strain, which corresponds to approximately 330 years. Dynamic surface leaching and ecotoxicological tests were performed to determine the possible release of contaminants. No harmful effects on the test organisms were observed.
Special issue: Measurement of the environmental impact of materials (2021)
Throughout their life cycle—from production, via usage, through to disposal—materials and products interact with the environment (water, soil, air). At the same time, they are exposed to environmental influences and, through their emissions, have an impact on the environment, people, and health. Accelerated experimental testing processes can be used to predict the long-term environmental consequences of innovative products before these actually enter the environment. The aim of this Special Issue of the journal Materials is to publish original research and review articles as well as short communications tackling the problem of reliable environmental measurement methods and reporting exemplary case studies.
Monitoringprogramm zur Verwertung von Bodenmaterial gemäß §§ 6-8 Novelle BBodSchV (2020)
Kalbe, Ute ; Schatten, René ; Szuppa, Tony
Mit der Novellierung der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) (am 6.11.2020 im Bundesratsverfahren beschlossen) werden Regelungen zum Auf- und Einbringen von Bodenmaterial außerhalb der durchwurzelbaren Bodenschicht aufgenommen (sogenannte Verfüllungen). Ziel des Vorhabens war es, durch die Auswertung vorhandener und durchzuführender Untersuchungen eine Einstufung von Bodenmaterialien (jährlich fallen weit über 100 Mio. Tonnen davon an) für bestimmte Verwertungswege vornehmen zu können. Es sollte herausgefunden werden, ob Veränderungen hinsichtlich des Verwertungspotentials nachgewiesen werden können. Basis für die Durchführung und Bewertung waren die neuen Regelungen (hier insbesondere die Untersuchung mit einem Wasser/Feststoffverhältnis von 2:1, neue nationale und europäische Elutions- und Untersuchungsverfahren) der novellierten BBodSchV. Der Fokus lag dabei auf den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) sowie ausgewählte anorganische Stoffe (Schwermetalle und Anionen) unter der Berücksichtigung unterschiedlicher Bodenmaterialien zur Verwertung. Dabei handelte es sich um: - Böden aus urban geprägten Gebieten, - Oberböden aus dem Straßenrandbereich in Form von Bankettschälgut, - Baggergut aus Gewässern mit Verdacht auf eine Kontamination, - Bergematerial (Mischung von Abraum- und Bodenmaterial), - Auenböden mit vermuteten Verunreinigungen aus Industrie und Gewerbe. Anhand der vorgelegten Ergebnisse kann nun eine Versachlichung der Diskussion um Ressorcenschutz vs. Schadlosigkeit der Verwertung erfolgen. Sie zeigen für die untersuchten Stoffe, dass bei einer Einführung der §§ 6-8 Novelle BBodSchV mit einer Erhöhung der Verwertungsquote für Bodenmaterial gerechnet werden kann. Eine Erhöhung des Deponievolumens ist somit nicht zu befürchten. Neben den ermittelten Daten konnten Grundlagen für die Überarbeitung verschiedener DIN-Normen für Bodenuntersuchungen erarbeitet werden.
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