4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung
Filtern
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (44)
- Vortrag (26)
- Beitrag zu einem Tagungsband (14)
- Buchkapitel (5)
- Forschungsbericht (1)
Schlagworte
- Klärschlamm (10)
- Phosphor (10)
- Phosphorus (9)
- Phosphorus recovery (9)
- Phosphorrückgewinnung (7)
- Recycling (7)
- Sewage sludge (7)
- Klärschlammasche (5)
- Wastewater (5)
- Fertilizer (4)
- Klärschlammverordnung (4)
- Phosphat (4)
- Stahlwerksschlacke (4)
- Zement (4)
- Diffusive gradients in thin films (DGT) (3)
- Electric arc furnace dust (3)
- Environmental evaluation (3)
- Gichtgasschlamm (3)
- Lichtbogenofen (3)
- Phosphorus fertilizer (3)
- Pyrometallurgie (3)
- Sewage sludge ash (3)
- Tantal (3)
- X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy (3)
- XANES spectroscopy (3)
- Zinc (3)
- Abwasser (2)
- Agronomische Effizienz (2)
- Blast furnace sludge (2)
- CDW processing (2)
- CFK (2)
- Carbonfaser (2)
- Circular economy (2)
- Diffusive Gradients in thin films (DGT) (2)
- Düngemittel (2)
- Dünger (2)
- Fertilzer (2)
- Filterstaub (2)
- Gypsum (2)
- LD-Schlacke (2)
- Leaching (2)
- Monoverbrennung (2)
- P-Recyclingdünger (2)
- Phopshorus recovery (2)
- Pyrometallurgy (2)
- Recovery (2)
- Recycling fertiliser (2)
- Recycling fertilisers (2)
- Recycling fertilizer (2)
- Rotschlamm (2)
- Scandium (2)
- Sekundärrohstoffe (2)
- Selective chlorination (2)
- Struvit (2)
- Struvite (2)
- Tantalum (2)
- Thermochemical treatment (2)
- X-ray diffraction (2)
- Zementersatz (2)
- Zinnschlacke (2)
- Abwasserbehandlung (1)
- Abwasserreinigung (1)
- Aerodynamic levitation (1)
- Agronomic performance (1)
- Alit (1)
- Alite (1)
- Alkalien (1)
- Ammonium (1)
- AshDec (1)
- Ashes (1)
- BOFS (1)
- Bauxite Residue (1)
- Bauxite residue (1)
- Bio-P-Kläranlage (1)
- Bioceramics (1)
- Blast-furnace sludge (1)
- Building and Construction (1)
- CaNaPO4 (1)
- Calcium alkali phosphate (1)
- Calcium silicate (1)
- Carbide formation (1)
- Carbon feeding (1)
- Carbonfasern (1)
- Chemical extraction (1)
- Chemical extraction methods (1)
- Chemische Löslichkeit (1)
- Chicken manure ash (1)
- Chlorination (1)
- Chlorine (1)
- Combustion and gasification (1)
- Controlled release fertilisers (1)
- Corrosion (1)
- Critical raw materials (1)
- Crystalline phase identification (1)
- DGT-Methode (1)
- Design of experiments (1)
- Diffusive Gradients in Thin-films (DGT) (1)
- Elektrolichtbogenofen (1)
- Elektroofenstaub (1)
- Elimination (1)
- Entropy (1)
- Extraction (1)
- Extraktion (1)
- Extraktionen (1)
- Forest soils (1)
- Formation enthalpy (1)
- Fällmittel (1)
- General Materials Science (1)
- Gypsum plasterboards (1)
- Gypsum waste (1)
- Hazardous waste (1)
- Hazenite (1)
- Heat capacity (1)
- Heavy metal removal (1)
- Hydration products (1)
- Hydrogen (1)
- ICP-MS (1)
- ICP-OES (1)
- In situ synchrotron x-ray diffraction (1)
- Incubated soil/fertilizer mixtures (1)
- Infrared spectroscopy (1)
- Interlaboratory comparison (1)
- Klimaneutralität (1)
- Kläranlage (1)
- Klärschlammdüngung (1)
- Landwirtschaft (1)
- Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung (1)
- Laser-induced breakdown spectroscopy (1)
- Lead (1)
- MSWI fly ash (1)
- Makronährstoffe (1)
- Multidisciplinary (1)
- Municipal sewage sludge (1)
- Nano-Fourier-transform infrared spectroscopy (1)
- Niobium (1)
- Nitrification inhibitor (1)
- Nutrient (1)
- Nährstoffe (1)
- On-line analysis (1)
- Oxide melts (1)
- P sink method (1)
- P speciation (1)
- P-Recyclate (1)
- P-Rückgewinnung (1)
- P-efficiency (1)
- Permeat (1)
- Perowskit (1)
- Pflanzenverfügbarkeit (1)
- Pflanzenwurzel (1)
- Phase formation (1)
- Phase transformation (1)
- Phoshpor availability (1)
- Phosphate dynamics (1)
- Phosphate extractability and availability (1)
- Phosphor-Rückgewinnung (1)
- Phosphorus availability (1)
- Phosphorus elimination (1)
- Phosphorus plant-availability (1)
- Phosphous recovery (1)
- Photometric P determination (1)
- Plant availability (1)
- Plasma (1)
- Pollutant (1)
- Portland Cement (1)
- Pot experiments (1)
- Process upscaling (1)
- Raman spectroscopy (1)
- Recovery potential (1)
- Recycled gypsum (1)
- Recycled sources (1)
- Recyclingdüngemittel (1)
- Red Mud (1)
- Red mud (1)
- Reduction (1)
- Reduction process (1)
- Reduktionsprozess (1)
- Relative agronomische Effizienz (RAE) (1)
- Resource Recovery (1)
- Ressourcenrückgewinnung (1)
- Retentat (1)
- Rhenanite (1)
- Ringversuch P-Gehalt in Klärschlamm (1)
- Rückgewinnung (1)
- Sc recovery (1)
- Scattering-type scanning near-field optical microscopy (s-SNOM) (1)
- Schlacke (1)
- Secondary P-fertilizer (1)
- Sekundärrohstoff (1)
- Selective Chlorination (1)
- Sewage Sludge (1)
- Sewage Sludge Ashes (1)
- Sewage sludge ash (SSA) (1)
- Sewage sludge disposal (1)
- Sewage sludge ordinance (1)
- Silicate (1)
- Silicon carbide (1)
- Soil (1)
- Stalwerksschlacke (1)
- Steelmaking slag (1)
- Sugar cane bagasse (1)
- Synchrotron radiation (1)
- Thermal analysis (1)
- Thermal treatment (1)
- Thermochemisch (1)
- Thermochemische Prozesse (1)
- Tricalcium-silicate (1)
- Tricalciumsilikat (1)
- Vegetationsversuche (1)
- Wasserstoffplasma (1)
- Waste (1)
- Waste water (1)
- Waste water treatment (1)
- Wood ash (1)
- X-ray adsorption near-edge structure (XANES) spectroscopy (1)
- X-ray diffraction (XRD) (1)
- XANES (1)
- Zementklinker (1)
- Zentrat (1)
- Zinc chloride (1)
- Zink (1)
- microspectroscopy (1)
- soil (1)
- thermochemische Behandlung (1)
- x-ray diffraction (1)
Organisationseinheit der BAM
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (90) (entfernen)
Paper des Monats
- ja (3)
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.