Zinkrecycling aus Hydroxidschlämmen (SwissZink – Zentrale Metallrückgewinnung aus KVA-Hydoxidschlämmen)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 494.24.14

Schlüsselwörter (Deutsch)

SwissZink, Zentrale Metallrückgewinnung, KVA, Hydoxidschlämmen, Zinkrecycling, Filteraschen, saure Flugaschenwäsche, FLUWA, Schliessung von Stoffkreisläufen, FLUREC, Zink

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In der Schweiz werden an den 30 Kehrichtsverbrennungsanlagen (KVA) derzeit drei Verfahren zur Behandlung der anfallenden Filteraschen angewendet: a) Verfestigung mit Zement und Deponierung im Inland, b) Export in eine Untertagedeponie und c) saure Flugaschenwäsche. Eine Metallrückgewinnung ist nur bei der sauren Filter- und Flugaschenwäsche (FLUWA-Verfahren) möglich. Das FLUWA-Verfahren wird in elf KVA angewendet. Eine KVA ist zusätzlich mit dem neuen FLUREC-Verfahren ausgerüstet, bei dem mehrere Wertmetalle, insbesondere Zink, selektiv zurückgewonnen werden. Beim FLUWA-Verfahren fällt ein stark zinkhaltiger Hydroxidschlamm an, der im Ausland aufbereitet und schliesslich das metallische Zink zurückgewonnen wird. Mit dem Ziel der Schliessung von Stoffkreisläufen erachtet der Bund die Rückgewinnung von Metallen, insbesondere von Zink, aus den Filteraschen als sinnvoll. Die Aufbereitung von Filteraschen nach dem FLUWA- und FLUREC-Verfahren führt zu deutlichen ökologischen Vorteilen (Reduktion der Umweltbelastungspunkte und des CO₂-Footprints) gegenüber der Deponierung.

Wenn alle Schweizer KVA, gemäss den Vorgaben der Totalrevision der Technischen Verordnung über Abfälle (TVA), eine Filteraschenaufbereitung mittels FLUWA oder einem analogen Verfahren betreiben, steigt die anfallende Hydroxidschlammmenge und somit das Wertstoffpotential auf ca. 4000 t Zink pro Jahr. Dies entspricht einem Substitutionspotential von ca. 30-35 % der jährlich importierten Zinkmenge. Die Verhüttung der Hydroxidschlämme im Ausland stellt für die Schweizer KVA neben der hohen finanziellen Belastung auch ein ökologisches sowie Reputationsrisiko dar, da die exakten Verwertungswege im Ausland oft nur schwer nachzuvollziehen bzw. zu kontrollieren sind. Neben Transportemissionen fallen bei der Verhüttung zudem Schadstoffemissionen an die nicht den Schweizerischen Regelungen unterstehen. Um die Hydroxidschlämme nachhaltig aufzubereiten, sind deshalb eine Metallrückgewinnung und das Schliessen der Stoffkreisläufe innerhalb der Schweiz anzustreben.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde die Rückgewinnung der Metalle des KVA-Hydroxidschlammes untersucht. Die Kombination aus dezentralem FLUWA-Betrieb und einer oder zwei zentralen Standorte an denen Zink in hochreiner Form sowie Blei, Kupfer, Cadmium und Gips aus dem dezentral anfallenden Hydroxidschlamm zurückgewonnen werden, scheint das effizienteste realisierbare System zu sein.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1     Alle in der Schweiz vorhandenen FLUWA-Anlagen werden beprobt und die Zusammensetzung der Hydroxidschlämme charakterisiert. Bei den KVA ohne FLUWA-Anlagen werden Filteraschen beprobt und analysiert. Anhand der Ergebnisse wird das effektive Zinkpotential für die Dimensionierung einer zentralen Anlage geschätzt. (Meilenstein 1)

2     Evaluation der technischen Machbarkeit im Rahmen einer Konzept- und Machbarkeitsstudie mit dem Anlagenbauer Técnicas Reunidas. Die Investitions- und Betriebsmittelkosten sowie Massenbilanzen und Layoutangaben zur Anlagengrösse für die Extraktion und nachfolgende Aufkonzentrierung und Reinigung des finalen Zinkproduktes liegen vor.

3     Berechnung der Wirtschaftlichkeit und Erstellung eines Konzeptes für die Realisierung der Anlage aufgrund der Ergebnisse aus 2. (Meilenstein 2)

4     Ökologische Beurteilung der erarbeiteten Varianten für die zentrale Hydroxidschlammaufbereitung nach Umweltbelastungspunkten und CO₂-Footprint.

5     Erstellung eines Betreiber-Kostenmodells für die regionalen Anlagen, welches mit einem transparenten Berechnungssystem die individuelle Abrechnung mit den einzelnen KVA ermöglicht und Identifizierung der Partner und deren Rollen für den Aufbau einer Betreibergesellschaft, die die Ergebnisse dieses Projektes im industriellen Massstab umsetzt.

6     Entwicklung von Szenarien für Stoffströme, Umweltauswirkung und Kosten, welche die Mehrheit der schweizerischen KVA in eine inländische Elektrofilterasche- und Hydroxidschlammaufbereitung integrieren. Auf dieser Basis kann eine Standortevaluation gemacht werden. Die Wirtschaftlichkeit und die Umweltauswirkungen werden für die einzelnen KVA in einem dynamischen Modell abgebildet.

7     Auf Basis der Ergebnisse von 1 bis 6 wird ein fertiges Konzept erstellt, welches einem zukünftigen Betreiber übergeben werden kann. (Meilenstein 3)

8     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 7

9     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

10   Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Ziel dieses Projektes ist es, die Machbarkeit der ökologisch und ökonomisch nachhaltigen Aufbereitung der zinkhaltigen KVA-Hydroxidschlämme mit anschliessender Metallrückgewinnung in einer zentralen Schweizer Anwendung umzusetzen. Die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sollen auf Basis einer Grossanlage erarbeitet werden, so dass eine konsolidierte Trägerschaft dieses Projekt anschliessend ausführen kann.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Mit dem Inkrafttreten der neuen Verordnung über die Vermeidung und Entsorgung von Abfällen (VVEA 2016) gilt für alle Kehrichtverwertungsanlagen (KVA) ab dem 1. Januar 2021 die Pflicht zur Metallrückgewinnung aus den anfallenden Filteraschen. Mit dem neu entwickelten SwissZinc-Verfahren kann diese Vorgabe bestens erfüllt werden. In einer ersten Stufe werden die Metalle aus der Filterasche mit der sauren Flugaschenwäsche am Standort der KVAs in einen metallhaltigen Hydroxidschlamm überführt. Dieser Schlamm ist das Ausgangsmaterial für die nachfolgende, zentrale Metallrückgewinnung. Dies erfolgt unter anderem durch den Einsatz der hydrometallurgischen Verfahren Solventextraktion und Elektrolyse. Zink, das den metallischen Hauptbestandteil dieser Schlämme ausmacht, kann daraus zu >98% als special high grade Zink (Reinheit > 99.995%) zurück gewonnen und vermarktet werden. Neben Zink werden die Metalle Blei, Kupfer und Cadmium ebenfalls rezykliert. Das Verfahren erreicht gegenüber dem heutigen Stand der Technik zur Verwertung der Hydroxidschlämme eine deutlich bessere ökologische Gesamtleistung zu vergleichbaren Kosten. 

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

s. unter weiteres Vorgehen, Zukunftsperspektiven

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die grosstechnische Umsetzung des Verfahrens ist als Branchenlösung aller KVAs vorgesehen. Bisher haben sich 26 KVAs bereit erklärt, dieses Projekt weiter finanziell zu unterstützen und dem Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen (VBSA) den Auftrag erteilt, die SwissZinc AG zu gründen und somit weitere Engineeringarbeiten gemeinsam mit den bisherigen Projektpartnern ZAR und Técnicas Reunidas SA durchzuführen. In dieser nächsten Projektphase soll vor allem die ökonomische Machbarkeit der Umsetzung am Standort der KEBAG in Zuchwil detailliert geprüft werden. Mit den bis Ende 2017 vorliegenden detaillierten Unterlagen soll 2018 ein Realisierungsentscheid mit allen beteiligten KVAs getroffen werden können. Bei einem positiven Entscheid kann anschliessend mit der Umsetzung begonnen werden.