Pilotstudie zum Einsatz der Flüssig-/Flüssig-Extraktion zur optimierten Zinkrückgewinnung aus den Filtraten der sauren Flugascheextraktion in KVA und elektrolytische Rückgewinnung von spezial high grade Zink (Zinkrecycling aus EFA Phase 3)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 240.31.07

Schlüsselwörter (Deutsch)

Zinkrecycling, Elektrofilterasche, Zinkrückgewinnung,  KEBAG Zuchwil

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Rückstände der Rauchgasreinigung von Kehrrichtverbrennungsanlagen stellen aufgrund ihres hohen organischen und anorganischen Schadstoffgehalts einen toxischen Reststoff dar, der einer gezielten Entsorgung/Verwertung zugeführt werden muss. Ein ökologisch und ökonomisch sinnvoller Weg zur Verwertung dieser Reststoffe ist die saure Flugaschenextraktion mit anschliessender selektiver Schwermetallaufkonzentrierung und Rückgewinnung. Vor allem Zink, das in den Flugaschen mengenmässig am häufigsten vertreten ist, ermöglicht eine wirtschaftlich rentable Rückgewinnung. Im Rahmen der Projekte UTF 005.01.98 und UTF 0118.10.04 "Zinkrecycling aus Elektrofilterasche, Phasen 1 und 2" wurden das selektive Anreicherungsverfahren für Metalle (SAM-Verfahren) zur Produktion einer schwefelsauren Zinksulfatlösung aus den Extrakten der sauren Flugaschenextraktion und die elektrolytische Zinkgewinnung aus dem SAM-Metallkonzentrat entwickelt und in der KVA Niederurnen erfolgreich erprobt. Das so gewonnene Zink genügt mit einem Reinheitsgrad von 99.98% jedoch nicht den Anforderungen der schweizerischen Galvanik- und Feuerverzinkungsindustrie und muss zur weiteren Aufbereitung nach Deutschland transportiert werden.

Im vorliegenden Projekt soll das Verfahren deshalb zum neuen SAM-liquid-Verfahren weiterentwickelt werden. Dieses Verfahren, das auf der Flüssig-/Flüssig-Extraktion von Zink basiert, soll eine Zinkreinheit von 99.995% erreichen und deutlich reduzierte Investitions- und Betriebskosten und eine höhere Wertschöpfung durch die direkte Verwertung des Zinkmetalls innerhalb der Schweiz ermöglichen.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

- Verfahrenstechnische Weiterentwicklung des SAM-Verfahrens zum SAM-liquid-Verfahren unter besonderer Berücksichtigung der Verfahrensstufen der Filtratnachbehandlung, der hydrometallurgischen Zinkextraktion und der anschliessenden Elektrolyse. Das damit zurückgewonnene Zink soll einen Reinheitsgrad von mindestens 99.995% erreichen.

- Erprobung der technischen Machbarkeit des SAM-liquid-Verfahrens in einer Pilotanlage im grosstechnischen Massstab in der KVA Zuchwil.

Projektziele (Deutsch)

Im Rahmen dieses Projektes soll das SAM-Verfahren im Hinblick auf eine grosstechnische Anwendung im Zusammenhang mit der elektrolytischen Zinkproduktion zum SAM-liquid-Verfahren weiterentwickelt und in einer Pilotanlage in der KEBAG Zuchwil erprobt werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die technische Machbarkeit der Rückgewinnung von SHG Zink aus Filtraten der sauren Flugaschenextraktion mittels Mischer-Scheider-Technologie konnte im Rahmen der Pilotierungsversuche an der KEBAG Zuchwil erfolgreich gezeigt werden.
In einer Filtratvorbehandlung wurde der Restfeststoffgehalt auf < 10 mg/L und die Eisenkonzentration durch oxidative Ausfällung mit Wasserstoffperoxid auf < 0.5 mg/L reduziert. In der nachfolgenden Zink-Solventextraktion konnte Zink mit einem hochselektiven Komplexbildner aus der Filtratphase in die Solventphase überführt werden. Im Filtrat lag der durchschnittliche Zinkgehalt bei 3 – 4 g/L. Der mittlere Restgehalt des im Filtrat verbleibenden Zinks betrug 20 mg/L. Somit konnte durch die Solventextraktion eine Zinkausbeute von >99% erreicht werden.
Aus der mit Zink beladenen Solventphase wurde Zink durch die Regeneration mit verdünnter Schwefelsäure als sogenannte Monometalllösung (schwefelsaure Zinksulfatlösung) in aufkonzentrierter, reiner Form (140 g/L Zn) zurück gewonnen. Aus dieser Monometalllösung wurde Zink als Zinkblech in einer rotierenden Elektrolysezelle kontinuierlich abgeschieden. Im Elektrolyseprozess war die Stromausbeute >90% bei einem mittleren Energieverbrauch von 5-6 kWh pro kg Kathodenzink.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Mit dem erfolgreichen Abschluss der Pilotierungsarbeiten konnte die technische sowie kommerzielle Machbarkeit der Zinkrückgewinnung aus den Flugaschen der thermischen Abfallbehandlung bestens gezeigt werden. Eine grosstechnische Integration in den Prozess bestehender oder neuer Anlagen ist somit jederzeit möglich. Die Investitionskosten amortisieren sich innerhalb weniger Jahre durch die signifikanten Einsparungen im Reststoffsegment der KVA sowie durch die Vermarktung des zurück gewonnenen Zinks. Eine erste industrielle Umsetzung ist für 2009 geplant.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Weitere Optimierungsarbeiten im Bereich der Metallrückgewinnung aus den Flugaschen der thermischen Abfallbehandlung sollen die Vorabtrennung von Cadmium, Nickel, Kupfer und Blei ermöglichen. Nach der anschliessenden Zinkrückgewinnung werden diese Schwermetalle separat verwertet bzw. als Reinstmetall verkauft. Die anschliessende Abwasserbehandlung der KVA wird dadurch weitestgehend schwermetallfrei, da die TVA-relevanten Metalle bereits abgetrennt wurden. Der resultierende Hydroxidschlamm besteht nun mehrheitlich aus ökologisch unbedenklichen Verbindungen wie Gips und Alkali- / Erdalkalifrachten. Durch diese Weiterentwicklung ist eine Reduktion des Hydroxidschlammes von 75 – 85% gegenüber der konventionellen Betriebsweise möglich. Dieses Verfahren bietet sich somit für alle KVA’s mit saurer Ascheextraktion zur ökologischen und ökonomischen Effizienzsteigerung an.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Es gibt zur Zeit keine Publikationen.