Cu- och Zn-former i bottenaskor från avfallsförbränning

Transkript

1 Cu- och Zn-former i bottenaskor från avfallsförbränning Charlotta Tiberg, SGI Carin Sjöstedt, SLU Karin Karlfeldt-Fedje, Renova Anette Hälldal, Vattenfall

2 Syfte Att identifiera huvudsakliga zink- och kopparformer i bottenaskor från avfallsförbränning genom direkta mätningar med röngtenabsorptionsspektroskopi (XAS). Testa XAS för att identifiera och om möjligt kvantifiera tungmetallers förekomstformer.

3 Varför? Formerna av zink och koppar har betydelse för klassning av askor som avfall. Vilka former finns? Vad kan man utesluta? Liknar askor från olika anläggningar varandra Allmänintresse för askproducenter. Askor från flera olika anläggningar behövdes.

4 Askor Sex askor från olika anläggningar för förbränning av hushållsavfall ingick. Totalhalter av olika ämnen i askorna. Prov Zn Cu Fe Al Si ph mg/kg TS G-A, slaggrus ,4 G-B, slaggrus ,0 G-C, slaggrus ,4 FB-D, fluidbädd G-E, slaggrus ,8 G-F, slaggrus ,4 Ungefärligt innehåll (vikt-%) 0,4-0,6 % 0,3-0,7 % 9-10 % (5 %) 4-7 % % (26 %)

5 Röntgenabsorptionsspektroskopi, X-ray absorption spectroscopy (XAS)

6 X-ray absorption spectroscopy (XAS)

7 SSRL- Stanford Synchrotron Radiation Lightsource

8 Synkrotron Elektroner accelereras till nära ljusets hastighet. Avger energi i form av strålning (röntgen). Experimentstationer runt ringen, tex för XAS. Schéma de principe du synchrotron, Synchrotron le Solei

9 XAS - X-ray absorption spectroscopy, Röntgenabsorptionsspektroskopi Använder att olika grundämnen absorberar energi (röntgenstrålning) av olika, väl definierade, våglängder.

10 XAS - X-ray absorption spectroscopy, Röntgenabsorptionsspektroskopi Mäter på ett ämne i taget. Bestrålar sitt prov med ett energiintervall som omfattar absorptionsenergin för ämnet. Mäter energin för och efter provet. Får ett spektrum som man kan tolka. Strålning in Prov Strålning ut

11 XAS spektrum EXAFS är delen bakom absorptionskanten Klipper ut och bearbetar för att få tydligare spektrum

12 85 χ(k)*k 3 Cinder 1_1 30 EXAFS-analys 75 Cinder 1_3 25 Cinder 1_1 65 Cinder 2_1 Cinder 1_3 Genom jämförelse med referensspektra Genom att göra en modell som ger ett liknande spektrum Cinder 2_3 Haematite Cinder 2_1 Cinder 2_3 25 Magnetite 10 Haematite 15 Goethite 5 Magnetite 5 Ferrihydrite -5 k/å Ferrihydrite R(Å) Tiberg et al., 2017

13 Resultat

14 Koppar Cu-metall Cu2O Inte uppenbart lika någon referens. Kopparspektra för askor är lika. Ett slaggrus och fluidbäddsaskan avviker lite. k 3 EXAFS CuO Cu(OH)2 CuCr2O4 Cu-fulvosyra Cu-ferrihydrit G-B G-F G-C G-E G-A FB-D G-E_osort k (Å -1 )

15 Zink Inte uppenbart lika någon referens. Zinkspektra ser liknande ut. Aska lakad vid ph 6,5 avviker.

16 Slutsatser om koppar Slutsatser om zink Större mängder CuCl eller CuS kan uteslutas. CuO och Cu-metall i alla askorna. Cu-metall % av Cu, mer i FBaskan och en av rosteraskorna. Faser som kan finnas i mindre mängd är bland annat Cu(OH) 2 och Cu 2 O samt Cu adsorberat till ytor på järn(hydr)oxider och organiskt material. Större mängder Zn-metall, ZnCl, ZnS eller ZnCO 3 kan uteslutas. Zn troligen % som zinkoxid (ZnO) i rosteraskor, mindre i FB-aska, max 15 %. Övriga möjliga faser: willemit, hemimorfit, gahnit, olika former av Zn(OH) 2, franklinit (endast lite), samt Zn adsorberat till järn(hydr)oxid. Lakning vid ph 6,5 löser upp mineral (troligen ZnO).

17 XRD-mätningar Kan identifiera kristallina huvudmineral, detektionsgräns runt 4%. Huvudfaser: Kvarts Medelhöga halter: Fältspater (Muskovit) Låga halter: Kalcit, Magnetit, Hematit, Ca-Mg-silikat Spårhalter: Muskovit Signifikant amorf andel

18 Vidare möjligheter med XAS-teknik Motsvarande mätningar kan göras för andra metaller (till exempel bly) XAS-mätningar (bulk) i kombination med andra analyser ger ytterligare information XRD, röntgendiffraktion ger huvudsakliga kristallina former (har vi redan gjort) XAS-mätningar på askor som lakats vid olika ph Färre former kvar lättare att identifiera Räkna på mineral som kan vara övermättade Mikro-XRF och mikro-exafs XRF ger en karta över ämnen i provet EXAFS i mikroskala färre former per mätning SEM-EDS, elektronmikroskopi med identifiering av grundämnen Bilder av mineralkorn och vilka ämnen de består av.

19 Rapport och vetenskaplig artikel Publicerats av Energiforsk och Avfall Sverige. Vetenskaplig artikel skriver vi på nu.

20 Tack!