Britt-Marie Steenari, Chalmers - Avfall Sverige
Britt-Marie Steenari, Chalmers - Avfall Sverige
Britt-Marie Steenari, Chalmers - Avfall Sverige
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Metallåtervinning från avfallsaska<br />
<strong>Britt</strong>-<strong>Marie</strong> <strong>Steenari</strong><br />
Fredrik Björefors <br />
Linköpings Universitet Uppsala Universitet <strong>Avfall</strong> <strong>Sverige</strong>
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Bakgrund till projektet<br />
<strong>Avfall</strong>saska produceras i allt större mängder <br />
Deponering kostar och är för vissa askor ett problem på grund av<br />
lakbarhet för metaller <br />
Eftersom askan innehåller metaller i relativt höga halter är den<br />
egentligen en resurs <br />
Varför inte försöka nyttiggöra denna resurs genom att återvinna<br />
metallerna?
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Askor och metoder<br />
Tekniska verken Linköping bottenaska och flygaska<br />
Plus två flygaskor från roster och fluidbäddpannor <br />
Linköpings Universitet <br />
• Upplösningsförsök för flygaska <br />
• Elektrolys för att återvinna metaller ur<br />
lakvätskan <br />
• Optimering av elektrodmaterial och<br />
elektrodkonstruktion <br />
<strong>Chalmers</strong> Industriell Materialåtervinning <br />
• Elementanalys <br />
• Partikelstorleksfördelning <br />
• Lakning vid olika pH <br />
• Vätskeextraktion av Cu och Zn från<br />
lakvätskor<br />
• Askornas stabilitet före och efter<br />
lakning <br />
• Mineralanalys på aska före och efter<br />
syralakning <br />
Bästa kombination av vätskeextraktion och elektrolys
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Flödesschema<br />
för koppar- <br />
återvinning från<br />
aska <br />
Ash leaching <br />
NH4NO3 or HNO3 <br />
24 hours, L/S=5 <br />
Cu extrac*on <br />
A/O=1, 1 stage <br />
Ash leachate, pH=2 <br />
~20 mmol Cu/L <br />
Spent organic <br />
17w/w% LIX 860N-‐I <br />
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Återvinning av koppar från avfallsflygaska med lakning och<br />
vätskeextraktion.<br />
Ett tidigare doktorandarbete på <strong>Chalmers</strong><br />
Ash 1 Ash 2 Ash 3 Ash 4 Ash 5 <br />
Ammonium nitrate leaching followed by solvent extraction with<br />
LIX 860N-I <br />
Recovered amount of total % <br />
78 69 95 72 51 <br />
Acid leaching followed by solvent extraction with LIX 860N-I <br />
Recovered amount of total % <br />
89 40 100 100 52 <br />
Nästan allt utlakat kan separeras ut i extraktionen.<br />
Flaskhalsen är lakningssteget där vissa kopparföreningar<br />
(bl.a. silikat) inte lakas ut.
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Sur lakning <br />
För utlakning av Cu, Fe och Zn har<br />
• temperaturen ingen betydelse <br />
• tiden ingen klar betydelse <br />
• mängden vätska kan ha betydelse <br />
• pH har stor betydelse <br />
• Cu och Zn bundet i silikater är svårare att laka ut än andra<br />
föreningar <br />
• Mellan 50 och 100% av Zn lakas ut från olika askor vid pH 2 <br />
• Lakvätskan innehåller många andra metaller
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Återvinning av Zn via<br />
vätskeextraktion <br />
• Zn i sur lakvätska separeras ut i vätskeextraktion med<br />
ligand<br />
• Extraktionsligand Cyanex 272 <br />
valdes efter litteraturen och test <br />
• Ett problem är att den extraherar Fe 3+ också <br />
• Man kan separera Zn och Fe i nästa steg – strippingen med<br />
svavelsyra
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Utlakning av Zn och Fe som är den viktigaste konkurrenten<br />
om liganden in Zn-extraktionen <br />
%<br />
Utlakat <br />
60,00 <br />
50,00 <br />
40,00 <br />
30,00 <br />
20,00 <br />
10,00 <br />
Bottenaska <br />
0,00 <br />
0 2 4 6 <br />
pH <br />
Fe <br />
Zn <br />
%<br />
Utlakat <br />
60 <br />
50 <br />
40 <br />
30 <br />
20 <br />
10 <br />
Flygaska <br />
0 <br />
0 2 4 6 <br />
pH <br />
Fe <br />
Zn <br />
Bottenaska <br />
Flygaska <br />
120 <br />
120 <br />
100 <br />
100 <br />
%<br />
extraherat <br />
80 <br />
60 <br />
40 <br />
20 <br />
C-272 20% %E Fe<br />
C-272 20% %E Zn <br />
%<br />
extraherat <br />
80 <br />
60 <br />
40 <br />
20 <br />
C-272 30% %E-Fe <br />
C-272 30% %E-Zn <br />
0 <br />
0 2 4 6 <br />
0 <br />
0 2 4 6 <br />
Start pH <br />
start pH
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Bästa metoden för Zn återvinning hittills är att laka<br />
vid pH 2 och extrahera vid pH 4-5 <br />
Bottenaska <br />
Flygaska <br />
Zn tot (mg/kg aska) 3800 17100 <br />
Utbyte (%) 47 42 <br />
Utbyte (mg/kg aska) 1800 7200 <br />
Optimering av metoden behövs, främst på<br />
utlakningen som bara gav ca 50% utbyte
Mineralogi<br />
<strong>Chalmers</strong> University of Technology
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Metallspeciering Cu, Zn m.fl <br />
• Enligt EXAFS-analys föreligger Zn som silikat, aluminat,<br />
ferrit, hydroxy-karbonat och klorid i flygaska <br />
• Cu finns som metall, oxid (Cu 2 O och CuO), sulfat, silikat,<br />
hydroxid och karbonat i flygaska <br />
• Fe finns som metall och oxider där Fe har oxidationstal II<br />
och III <br />
• Pb finns bara med oxidationstal II <br />
• Vi saknar XAS data för Zn och Cu i Linköpingsaskorna
Vision: <br />
Metallerna ska bort med <br />
ström och spänning! <br />
<strong>Avfall</strong> <strong>Sverige</strong>, Lund, 25 maj 2011
Elektrokemi: <br />
Elektrod <br />
+ <br />
- <br />
$#!<br />
"#!<br />
-‐ 0.70 V, Cu-‐lösn. <br />
-‐1.1 V, flygaska <br />
%#! &#!<br />
!
Aska pH 3, 2 timmar, -‐0.70 <br />
V <br />
Kvar efteråt:<br />
koppar <br />
zink <br />
6 % <br />
98 % <br />
Zn Cd Pb Cu Hg <br />
-‐ 1,0 <br />
+ 0,5 <br />
E/V (vs. <br />
Ag/AgCl)
Effektivare uppställning <br />
Maximera area/volym! <br />
1 liter (minimal dödvolym)
Hur lång tid tar det? <br />
Koncentration koppar:
Återvinningsprocess <br />
Upplösning<br />
Metallextraktion<br />
’Ren’ aska
Hur kan detta drivas vidare? <br />
Pilotskala: <br />
Forskning: <br />
Ekonomiskt lönsamt? <br />
Tillräcklig miljövinst? <br />
Avnämare? <br />
Anslag från Formas <br />
5.8 MSEK, 2011-‐2014
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Vad händer härnäst?<br />
• Försök att förbättra utlakningen <br />
• Undersökning av vilka andra metaller som lakas ut i<br />
mätbara mängder. I princip hela periodiska systemet verkar<br />
finnas i lakvätskan <br />
• Extraktionsförsök i mini-pilotanläggning för<br />
vätskeextraktion av Cu och Zn <br />
• Utvärdering av laktest före och efter syralakning –<br />
deponikriterierna <br />
• Koppla vätskeextraktion och elektrolys
<strong>Chalmers</strong> University of Technology<br />
Tack till <br />
• <strong>Avfall</strong> <strong>Sverige</strong> <br />
• Formas <br />
• STEM <br />
• Värmeforsk <br />
• Adlerbertska<br />
forskningsstiftelsen <br />
• Richters stiftelse <br />
• Maxlab <br />
• Alla pannägare som bidrar<br />
med askprov <br />
• Christian Ulrich <br />
• Sofia Norman (exjobb) <br />
• Daniel Hedberg<br />
• Irene Gustafsson (exjobb) <br />
• Emil Johansson (exjobb) <br />
• Khurram Shazad (exjobb) <br />
• Fil dr. Karin Karlfeldt Fedje <br />
• Dr. Katarina Norén and dr. Stefan<br />
Carlson, Maxlab <br />
• Prof. Ingmar Persson, SLU
Change language