Metallåtervinning från avfallsaska

Transkript

1 Metallåtervinning från avfallsaska Britt-Marie Steenari Fredrik Björefors Linköpings Universitet Uppsala Universitet Avfall Sverige

2 Bakgrund till projektet Avfallsaska produceras i allt större mängder Deponering kostar och är för vissa askor ett problem på grund av lakbarhet för metaller Eftersom askan innehåller metaller i relativt höga halter är den egentligen en resurs Varför inte försöka nyttiggöra denna resurs genom att återvinna metallerna?

3 Askor och metoder Tekniska verken Linköping bottenaska och flygaska Plus två flygaskor från roster och fluidbäddpannor Linköpings Universitet Upplösningsförsök för flygaska Elektrolys för att återvinna metaller ur lakvätskan Optimering av elektrodmaterial och elektrodkonstruktion Chalmers Industriell Materialåtervinning Elementanalys Partikelstorleksfördelning Lakning vid olika ph Vätskeextraktion av Cu och Zn från lakvätskor Askornas stabilitet före och efter lakning Mineralanalys på aska före och efter syralakning Bästa kombination av vätskeextraktion och elektrolys

4 Flödesschema för koppar- återvinning från aska Ash leaching NH4NO3 or HNO3 24 hours, L/S=5 Cu extrac*on A/O=1, 1 stage Ash leachate, ph=2 ~20 mmol Cu/L Spent organic 17w/w% LIX 860N- I <1 mmol Cu/kg Loaded organic ~20 mmol Cu/kg <1 mmol/kg Ca, K, Mg, Na, Zn Cu stripping A/O=1, 1 stage Spent electrolyte Pregnant electrolyte ~19 mmol Cu/L 2 M H2SO4 Cu electrowinning Cu metal

5 Återvinning av koppar från avfallsflygaska med lakning och vätskeextraktion. Ett tidigare doktorandarbete på Chalmers Ash 1 Ash 2 Ash 3 Ash 4 Ash 5 Ammonium nitrate leaching followed by solvent extraction with LIX 860N-I Recovered amount of total % Acid leaching followed by solvent extraction with LIX 860N-I Recovered amount of total % Nästan allt utlakat kan separeras ut i extraktionen. Flaskhalsen är lakningssteget där vissa kopparföreningar (bl.a. silikat) inte lakas ut.

6 Sur lakning För utlakning av Cu, Fe och Zn har temperaturen ingen betydelse tiden ingen klar betydelse mängden vätska kan ha betydelse ph har stor betydelse Cu och Zn bundet i silikater är svårare att laka ut än andra föreningar Mellan 50 och 100% av Zn lakas ut från olika askor vid ph 2 Lakvätskan innehåller många andra metaller

7 Återvinning av Zn via vätskeextraktion Zn i sur lakvätska separeras ut i vätskeextraktion med ligand Extraktionsligand Cyanex 272 valdes efter litteraturen och test Ett problem är att den extraherar Fe 3+ också Man kan separera Zn och Fe i nästa steg strippingen med svavelsyra

8 Utlakning av Zn och Fe som är den viktigaste konkurrenten om liganden in Zn-extraktionen % Utlakat 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 Bottenaska 0, ph Fe Zn % Utlakat Flygaska ph Fe Zn Bottenaska Flygaska % extraherat C % %E Fe C % %E Zn % extraherat C % %E-Fe C % %E-Zn Start ph start ph

9 Bästa metoden för Zn återvinning hittills är att laka vid ph 2 och extrahera vid ph 4-5 Bottenaska Flygaska Zn tot (mg/kg aska) Utbyte (%) Utbyte (mg/kg aska) Optimering av metoden behövs, främst på utlakningen som bara gav ca 50% utbyte

10 Mineralogi Chalmers University of Technology

11 Metallspeciering Cu, Zn m.fl Enligt EXAFS-analys föreligger Zn som silikat, aluminat, ferrit, hydroxy-karbonat och klorid i flygaska Cu finns som metall, oxid (Cu 2 O och CuO), sulfat, silikat, hydroxid och karbonat i flygaska Fe finns som metall och oxider där Fe har oxidationstal II och III Pb finns bara med oxidationstal II Vi saknar XAS data för Zn och Cu i Linköpingsaskorna

12 Vision: Metallerna ska bort med ström och spänning! Avfall Sverige, Lund, 25 maj 2011

13 Elektrokemi: Elektrod + - $#! "#! V, Cu- lösn V, flygaska %#! &#!!

14 Aska ph 3, 2 timmar, V Kvar efteråt: koppar zink 6 % 98 % Zn Cd Pb Cu Hg - 1,0 + 0,5 E/V (vs. Ag/AgCl)

15 Effektivare uppställning Maximera area/volym! 1 liter (minimal dödvolym)

16 Hur lång tid tar det? Koncentration koppar:

17 Återvinningsprocess Upplösning Metallextraktion Ren aska

18 Hur kan detta drivas vidare? Pilotskala: Forskning: Ekonomiskt lönsamt? Tillräcklig miljövinst? Avnämare? Anslag från Formas 5.8 MSEK,

19 Vad händer härnäst? Försök att förbättra utlakningen Undersökning av vilka andra metaller som lakas ut i mätbara mängder. I princip hela periodiska systemet verkar finnas i lakvätskan Extraktionsförsök i mini-pilotanläggning för vätskeextraktion av Cu och Zn Utvärdering av laktest före och efter syralakning deponikriterierna Koppla vätskeextraktion och elektrolys

20 Tack till Avfall Sverige Formas STEM Värmeforsk Adlerbertska forskningsstiftelsen Richters stiftelse Maxlab Alla pannägare som bidrar med askprov Christian Ulrich Sofia Norman (exjobb) Daniel Hedberg Irene Gustafsson (exjobb) Emil Johansson (exjobb) Khurram Shazad (exjobb) Fil dr. Karin Karlfeldt Fedje Dr. Katarina Norén and dr. Stefan Carlson, Maxlab Prof. Ingmar Persson, SLU