Fjerning av tungmetaller i flygeaske

Transkript

1 "Fra avfall til råvare" Fjerning av tungmetaller i flygeaske Per Bakke, OiW Process AS Årsmøtekonferansen 17. april 2018

2 NORSEP selskap og prosjekt F&U og konsulenttjenester i prosessteknologi Utvikler verdensledende teknologi for vannrensing Etablert ansatte (PhD, MSc, BSc) med svært forskjellig bakgrunn, lokalisert i Porsgrunn og Molde Eiere: Gründerne 80% AF Gruppen 20% TUF IN OiW Process AS Norsep AS Partner I HNWI med indistribakgrunn EGE

3 Håndtering av farlig avfall i Norge 2018 muligheter for å flytte grensene for Sirkulær Økonomi? Store mengder farlig avfall deponeres > tonn flygeaske (FA) fra hele Norden blandes med forurenset svovelsyre og danner gips Tungmetaller i FA og syre stabiliseres i gipsen slik at risiko for framtidig utlekking blir minimal en miljømessig suksesshistorie Eksisterende deponi fylles opp State-of-the-art løsninger fra 1990-tallet kan utfordres? Verdifulle materialer i avfallsstrømmene går til spille Potensiale for ny teknologi som flytter grensene for sirkulær økonomi og reduserer behovet for deponi Utvinning av metall (Zn) fra flygeaske i drift i Sveits Utviklingsprosjekter i Sverige og Danmark Aktiviteter bl.a. også i Japan. Sources: Vurdering av deponeringskapasitet for farlig avfall, Miljødirektoratet 2015; ; Avfall Norge, Potensialet for økt materialgjenvinning av farlig avfall i Norge, Rapport nr.: 02/2017, ; ; JP (A), 2005 (Dowa Mining); JP (A), 2007; Mitsui Mining;

4 Flygeaske inneholder ikke-fornybare ressurser verden kan gå tom for i neste generasjon Zinc Estimerte reserver i tradisjonelle forekomster ~220 mill tonn Årlig forbruk 13.1 mill tonn (gjennomsnitt ) Resirkulering ca. 31% ~25 år igjen På tross av dette er Zn ikke på EU s liste over Critical Raw Materials. Sources:

5 Analyser av flygeaske (FA) Prøve fra Haraldrud, Oslo Sources: SINTEF Molab, Basiskarakterisering av flyveaske. Rapport 64910,

6 Flygeaske løses delvis i sterke syrer ved økende ph felles metaller i løsning ut som hydroksider Løselighet av metallhydroksid øker med økende ph. De fleste metallhydroksid har minimal løselighet ved ph i området Sources: M.S. Oncel, J. Env. Chem. Eng., 2013, pp ; K.Karlfeldt Fedje, Metals in MSWI fly ash problems or opportunities?, PhD thesis, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden, 2010

7 Hydroksider felles ut; klorider forblir i løsning Hydroxides Chlorides Metaller i løsning kan gå over til uløselige hydroksider ved tilsats av alkaliske materialer som f.eks. CaO eller Ca(OH) 2, Mg(OH) 2, NaOH, og NH 4 OH: Klorider forblir stort sett i løsning Me (OH) - = Me(OH) 2 Sources: J.F. Blais et al., Practice Periodical of Hazardous, Toxic and Radioactive Waste Mgmt, ASCE, July 2008, pp ;

8 Flygeaske Saltsyre NORSEP -prosessen Base Saltsyre lokalt fra scrubbere, evt. tilsatt «vrak-syre» fra annen industri Base fra industrielle avfallsstrømmer Minimalt behov for «jomfruelig» råmateriale R1 S1 R2 S2 Vannrensing/ polering Rent vann til utslipp F1 Uoppløst flygeaske F2 Metallprodukter Salt Avsalting NORSEP fokuserer ikke på avsalting nå Videre bearbeiding/salg Videre bearbeiding/salg Videre bearbeiding/salg

9 Størrelsesfordelinger (Malvern) uoppløst og original flygeaske Partiklene i aske uoppløst etter leaching er 4-5 ganger mindre enn original FA D10: 15 -> 3mm D50: 74 ->14mm D90: 191 -> 41mm

10 Leaching, HCl, C 0 =1M Syre med lav ph løser opp flere komponenter i flygeaska, og ph øker Ved litt høyere ph er det fortsatt betydelige mengder som løses, samtidig som enkelte hydroksider starter å felle ut Over en viss ph dominerer utfellingsprosessene For alle elementer avtar andel oppløst ved økende ph Omtrent 75% Zn løses selv ved ph = 2.5 Cd løses nær 100% også ved relativ høy ph (>3) Pb og Cu løses <50% Flere elementer blir undersøkt.

11 Utfelling vs. ph: Zn, Pb Cd, Cu mg/m 3 Zn Cd Pb Cu

12 Utfelling vs. ph andre elementer

13 Anriking ved utflelling og vasking ph(a) < ph(b) < ph(c) Tørt materiale* med Cl Tørt materiale Cl-fritt (estimater) * Tørking ved 105 o C. Klorider i løsning felles ut under tørking og forurenser overflatene.

14 Polishing of NORSEP wastewater using different adsorbents (A-F) Removal relative to concentration after precipitation Removal relative to concentration after precipitation Different adsorbents (E and F) can selectively decrease the metal contents significantly Additional removal of >90% have been demonstrated for Pb and Zn, approx. 80% for Cr and Cu, and 50-70% for Co and As Adsorption of Co, Sb and Mo is limited for the adsorbents tested. Different adsorbents (A, B, C and D) can selectively decrease the metal contents significantly From the solution with ph adjusted to level b, additional removal of 70-90% have been demonstrated for Co and Zn, and above 50% for As, Pb and V Ba, Cd, Mn, Ni and Sb exhibit limited response to adsorption, at least for the adsorbents A-D tested.

15 Videre i fase 2 av NORSEPprosjektet Lab-aktiviteter Verifisere enhetsprosesser skape interesse Input til design av pilot Framstille prøvemateriale for utstyrsvalg Pilot - forberedelse Lokalisering i F-parken på Herøya Utstyrsleverandører identifisert Oppstart sommeren 2018 EU-søknad for fase 3 Profesjonell assistanse fra IXION Utarbeide og sende inn søknad mai 2018

16 Planer for fase 3 NORSEP-anlegg - eksempel Bygge et industrielt pilotanlegg (kompaktanlegg) i forbindelse med et forbrenningsanlegg Retrofit Norsep-anlegg på installeres på Haraldrud juli 2021 Utvikle konseptet for kompaktanlegg slik at hensiktsmessig design og lokalisering i hvert tilfelle kan gjøres ut fra optimale logistikk- og transportløsninger for de viktigste materialstrømmene (FA, syre/prosessvann, base, uoppløst FA, metallkonsentrat) Regional Hub I samarbeid med sluttbrukere utvikle prosesser for framstilling av kommersielt attraktive produkter fra materialstrømmene fra NORSEP-prosessen. Minst mulig volum til deponi. Demonstrere at det kan framstilles produkter fra en kombinasjon av flere avfallsstrømmer, og ved minimal bruk av «jomfruelige» råmaterialer og energi.

17 NORSEP eksempel på kompaktanlegg L2 L1 Acid Retrofit Nybygg

18 Ca. 90 mill tonn avfall forbrennes i Europa i dag. Dette gir ca. 2 mill tonn flygeaske Potensialet er omtrent det dobbelte.

19 Urban Mining fra flygeaske blir konkurransedyktig? Gruveprosjekter i forekomster med 4% Zn-innhold vurderes igangsatt Metallkonsentrater fra NORSEP-prosessen vil kunne designes til å ha et Zn-innhold i området 20-50% tonn flygeaske, som i utgangspunktet inneholder tonn Zn, kan representere verdier for >70 mill Sources: ;

20 NORSEP produkter fra avfallsstrømmer NORSEP framstiller produkter fra en kombinasjon av flere avfallsstrømmer, og ved minimal bruk av «jomfruelige» råmaterialer I tråd med FNs bærekraftmål flyttes grensene for sirkulær økonomi, utnyttelsen av ikke-fornybare ressurser forbedres, og behov for deponi reduseres.