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TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky
Reinigung von Abgasen
Dieses umfassende Lehr- und Praxishandbuch stellt die Abgasreinigung nach der thermischen Abfallbehandlung ausührlich dar, hebt deren Besonderheiten hervor und erläutert die Unterschiede zu Abgasreinigungssystemen nach der thermischen Behandlung anderer Brennstoffe.
Behandelt werden die Herkunft und Wirkung von verbrennungscharakteristischen Luftschadstoffen, deren Entstehungsme- chanismen im Verbrennungsprozess, Primär- und Sekundärmaßnahmen zu ihrer Reduzierung, Verfahren zur Emissionsmes- sung sowie Entsorgungsverfahren für Rückstände aus der Abgasreinigung. Insbesondere die Vor- und Nachteile von Verfahrensschritten und deren sinnvolle Kombination bei unterschiedlichen Randbedingungen werden herausgestellt.
Zudem enthält das Buch Informationen und Analysen zur Emissionssituation, zu Betriebsmittelverbräuchen und Rückstands- mengen sowie zur Kostenstruktur von thermischen Abfallbehandlungsanlagen in Abhängigkeit des eingesetzten Abgasreini- gungssystems. Darüber hinaus werden Informationen zu aktuellen rechtlichen, wissenschaftlichen und technologischen Entwicklungen und deren Einfluss auf die Abgasreinigung gegeben. Eine Auswertung des Status quo der Abgasreinigung nach der Abfallverbrennung in Deutschland, Ausführungsbeispiele zu den möglichen Aggregatekombinationen und typische Betriebswerte aus der Anlagenpraxis runden den Inhalt ab.
Damit ist das Werk zugleich ein Leitfaden zur Planung des für einen Standort und eine Abscheidungsaufgabe schlüssigen Gesamtkonzepts zur Abgasreinigung. Das Buch richtet sich an Studierende an Fach- und Hochschulen, an Entscheidungsträ- ger, Planer und die betriebliche Praxis, beispielsweise wenn der Neubau eines Systems oder die Implementierung von Optimierungsmaßnahmen durchgeführt werden soll.
Reinigung von Abgasen
– unter besonderer Berücksichtigung der thermischen Abfallbehandlung –
Autor: Margit Löschau Erschienen: 2014
ISBN: 978-3-944310-13-8 Hardcover: 476
Preis: 50,00 EUR
Transformationen unterhalb der Wolken
Emissionen Transmissionen Depositionen / Immissionen Ferntransport
Transformationen innerhalb der Wolken Ausregnung Nebelwirkung
Trockene Deposition
Nährstoff-f- auswaschung auswaschung
Oberflächen- abfluss abfluss
Ökonomische Bewertung des Zink-Recyclings aus Flugaschen von Abfallverbrennungsanlagen
Johann Fellner, Jakob Lederer und Amon Purgar
1. Einleitung ...376
2. Methodik ...377
3. Resultate ...379
3.1. Zinkflüsse durch europäische Abfallverbrennungsanlagen ...379
3.2. Ökonomische Bewertung der Zinkflüsse in Flugaschen ...381
4. Schlussfolgerungen ...384
5. Literatur ...385 In Europa werden derzeit knapp 80 Millionen Tonnen an Abfällen thermisch verwertet.
Die dabei anfallenden Verbrennungsrückstände enthalten zum Teil signifikante Mengen an Metallen. Während die Metallrückgewinnung aus Abfallverbrennungsschlacken durch Magnet- und Wirbelstromabscheider bereits nahezu flächendeckend in Europa angewandt wird, bestehen hinsichtlich des Metallrecyclings aus anfallenden Flugaschen nur vereinzelt Initiativen. Eine davon hat in den letzten Jahren zur Entwicklung eines großtechnischen Verfahrens zur Zinkrückgewinnung geführt (FLUREC-Verfahren).
Aktuell wird diese Methode, die auf einer nass-chemischen Metallextraktion basiert, in einer Schweizer Abfallverbrennungsanlage (MVA) angewandt. Im gegenständlichen Beitrag wird untersucht welchen Mengen an Zink aus europäischen MVAs unter Anwendung des Verfahrens zurück gewonnen werden könnten und mit welchen Produktionskosten für Zink dabei zu rechnen wäre. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass von den etwa 70.000 Tonnen an Zink im Abfallinput europäischer Abfall- verbrennungsanlagen etwas mehr als die Hälfte in Flugaschen (Kessel- und Filteraschen) transferiert wird. Unter der Annahme einer Anwendung des Verfahren ergeben sich je nach Abgasreinigungstechnologie und den dabei anfallenden Flugaschen spezifische Zinkrückgewinnungskosten zwischen 1,80 EUR/kg Zn und 80 EUR/kg Zn. Die ge- ringsten Rückgewinnungskosten ergeben sich für Filteraschen aus Anlagen mit einer nassen Abgasreinigung, während die höchsten Kosten für Flugaschen (Filter- und Kes- selaschen) aus Wirbelschichtanlagen. Neben der Abgasreinigungstechnologie sind für die spezifischen Zinkgewinnungskosten primär die derzeitigen Entsorgungskosten für Flugaschen von Bedeutung. Unter Berücksichtigung des Marktpreises für Zink (etwa 1,60 EUR/kg Zn) und des europäischen Anlagenparks (Abgasreinigungstechnologien) ergibt sich ein ökonomisch zumindest näherungsweise darstellbares Rückgewinnungs- potential für Zink aus Flugaschen von etwa 4.000 t/a. Damit könnte etwa 0,3 Prozent des europäischen Zink-Imports substituiert werden.
1. Einleitung
Im Jahr 2011 wurden innerhalb der Europäischen Union bereits 23 Prozent der anfallen- den Siedlungsabfälle thermisch verwertet. In Summe entspricht dies einer Abfallmenge von rund 80 Millionen Tonnen, die in Abfallverbrennungsanlagen verwertet wird. Der organische Anteil des Abfalls wird dabei unter Energiefreisetzung zu CO2 und H2O mineralisiert. Die anorganischen Abfallbestandteile führen zur Bildung fester Ver- brennungsrückstände. Dazu zählen Schlacken, Flugaschen (Kessel- und Filteraschen) und Filterkuchen. Ihre Mengen werden einerseits durch die Zusammensetzung der behandelten Abfälle und andererseits auch die angewandte Verbrennungstechnologie (Rostfeuerung vs. Wirbelschicht) bzw. Abgasreinigungstechnologie (nass, trocken oder halb-trocken) bestimmt. Letzteres spielt insbesondere eine entscheidende Rolle für die anfallenden Mengen an Flugaschen und Filterkuchen.
Während die Rückgewinnung von Eisen- und Nichteisenmetallen aus Abfallverbren- nungsschlacken durch Magnet- bzw. Wirbelstromabscheider in vielen europäischen Anlagen bereits etabliert ist und in einigen Ländern nahezu flächendeckend eingesetzt wird, bestehen hinsichtlich des Metallrecyclings aus anfallenden Flugaschen nur ver- einzelt Initiativen [15, 18, 19, 22].
Eine dieser Bestrebungen hat in den letzten Jahren zur Entwicklung eines großtech- nischen Verfahrens zur Zinkrückgewinnung geführt. Dieses sogenannte FLUREC- Verfahren wurde von Schlumberger et al. [22] entwickelt und wird aktuell an einer Schweizer Abfallverbrennungsanlage, der MVA Zuchwil, eingesetzt. Das FLUREC- Verfahren basiert darauf, dass mit der Säure aus der nassen Abgasreinigung die Schwermetalle aus der Flugasche extrahiert werden. Dies ermöglicht es einerseits, die von Schwermetallen befreite Flugasche obertägig (gemeinsam mit der Schlacke) und damit wesentlich günstiger zu deponieren und andererseits wertvolle Metalle zu- rückzugewinnen. Dazu werden die extrahierten Metalle in mehreren Schritten weiter aufgetrennt. Unter anderem entstehen bei der Auftrennung eine Zinksulfatlösung und ein konzentriertes Gemisch der weiteren Metalle (z.B. Blei, Kupfer und Cadmium). Das Metallkonzentrat kann an eine Bleihütte zur weiteren Aufarbeitung verkauft werden und aus der Zinksulfatlösung wird elektrolytisch das Zink als hochreines Metall (Reinheit über 99,99 Prozent) abgeschieden. Aktuell werden an der MVA Zuchwil jährlich knapp 300 Tonnen an reinem Zink aus Flugaschen gewonnen [17].
Im gegenständlichen Beitrag wird untersucht, welche Mengen an Zink aus den Flug- aschen sämtlicher europäischer Abfallverbrennungsanlagen, unter der Annahme einer flächendeckenden Anwendung des FLUREC-Verfahrens, zurückgewonnen werden könnten und mit welchen Produktionskosten für Zink dabei zu rechnen wäre. Dazu werden im Konkreten folgende Forschungsfragen beleuchtet:
• Welche Mengen an Siedlungsabfällen werden in Europa unter Anwendung welcher Verbrennungs- und Abgasreinigungstechnologien thermisch verwertet?
• Welche Mengen an Flugaschen (Filteraschen und Kesselaschen) und welche Ge- halte an Zink und anderen Schwermetallen sind bei den unterschiedlichen Tech- nologien zu erwarten?
• Welche Betriebskosten pro Tonne behandelter Flugasche sind bei Anwendung des Verfahrens zu erwarten?
• Wie hoch sind die spezifischen Zinkproduktionskosten bei Anwendung des Ver- fahrens unter der Annahme, dass die behandelte Flugasche als nicht gefährlicher Abfall obertägig deponiert werden darf?
2. Methodik
In einer ersten Phase wurden durch eine detaillierte Literaturanalyse (inklusive Anfra- gen an einzelne Abfallverbrennungsanlagenbetreiber) die Zinkflüsse durch europäische Abfallverbrennungsanlagen erhoben und ermittelt welche Mengen an Zink schluss- endlich in Flugaschen akkumulieren Im Konkreten wurden dazu
• die verbrannte Abfallmenge [7],
• die angewandte Abfallverbrennungstechnologien (unterschieden in Rostfeuerung, Drehrohr sowie Wirbelschicht) sowie Abgasreinigungstechnologien (unterschie- den in nass, trocken und halb-trocken),
• die anfallenden Mengen an Flugaschen in Abhängigkeit der Verbrennungs- und Abgasreinigungstechnologie [12, 13],
• sowie die Zinkgehalte in Flugaschen [1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 11, 14, 16, 20, 21, 24]
erhoben. Zur anschaulichen Darstellung der daraus ermittelten Zinkflüsse wurde die Methodik der Stoffflussanalyse nach Brunner und Rechberger [6] angewandt (Bild 2).
Bild 1:
Flussschema des Verfahrens
basierend auf: Bösch, M.E.; Vadenbo, C.;
Saner, D.; Huter, C.; Hellweg, S.: An LCA model for waste incineration enhanced with new technologies for metal recovery and application to the case of Switzerland. Waste Management 34, 378-389, 2014
In einem zweiten Schritt wurde angenommen, dass das FLUREC Verfahren auf die einzelnen Flugaschenströme angewandt wird um Zink zurückzugewinnen und da- durch gleichzeitig eine Schwermetallentfrachtung der Aschen durchzuführen, die deren anschließende obertägige Ablagerung auf Deponien für nicht gefährliche Abfälle ermöglicht. Die Anwendung des Verfahrens wurde dabei durch eine detaillierte Ge- genüberstellung von Kosten und Erlösen ökonomisch bewertet und daraus spezifische Produktionskosten für Zink cZn (in EUR/kg Zn) abgeleitet (Gleichung 1).
Auf der Erlösseite wurden neben dem Verkauf von metallischem Zink auch die eingesparten Kosten für eine Untertagedeponierung bzw. Stabilisierung der unbe- handelten Flugaschen berücksichtigt. Auf der Kostenseite hingegen wurden sämt- liche Betriebskosten mOPi. pOP
i
n i = 1
Σ
und Investitionskosten cINV des Verfahrens eingerechnet, ebenso wie die Deponierungskosten für die gewaschene und damit schwermetallentfrachtete Flugasche mDPj. cDP
j
m j = 1
Σ . Die Mengen an notwendigen Betriebsmitteln mOPi (Bild 1) für die Anwendung des Verfahrens wurden gemäß den Angaben von Bösch et. al. [4] abgeschätzt und mit entsprechenden Preisen versehen.
(1)
mOPi spezifischer Verbrauch von Betriebsmittel i (kg/t Flugasche) und Energie i (kWh/t Flugasche)
mDPi spezifische Menge des beim FLUREC-Verfahren anfallenden Rückstands i, den es zu deponieren gilt (kg Rückstand/t Flugasche)
mZn spezifische Menge an gewonnenem Zink (kg Zn/t Flugasche)
pOPi Preise für einzelne Betriebsmittel i (EUR/kg Betriebsmittel) und den Energieverbrauch i (EUR/kWh)
cZn spezifische Produktionskosten für Zink (EUR/kg Zn)
cDPj spezifische Deponierungskosten für anfallende Rückstände j des Verfahrens (EUR/kg Rückstand)
cINV spezifische Investitionskosten für das Verfahren (EUR/t Flugasche)
cCP spezifische Kosten für die Deponierung/Stabilisierung unbehandelter Flugaschen (EUR/t Flugasche)
Schlussendlich wurde durch einen Vergleich der ermittelten Zn Produktionskosten mit aktuellen Zinkpreisen am Rohstoffmarkt ermittelt, welche Flugaschenströme aus ökonomischer Sicht allenfalls für eine Zinkrückgewinnung in Frage kommen und welche Menge an Zink dabei potentiell rückgewonnen werde könnte.
Σ
mZn n
i = 1mOPi . pOP
i + Σ mDPj . cDP
j + CINV –CCP
m
cZn = j=1
3. Resultate
3.1. Zinkflüsse durch europäische Abfallverbrennungsanlagen
Gemäß den Angaben von CEWEP [7] wurden im Jahr 2011 in europäischen (EU-27 + Norwegen und Schweiz) Abfallverbrennungsanlagen 78 Millionen Tonnen an Sied- lungsabfällen thermisch verwertet. Dies entspricht etwa 90 Prozent der installierten Verbrennungskapazität, die im Jahre 2011 bei etwa 86 Millionen Tonnen lag. Von den 78 Millionen Tonnen an thermisch verwerteten Abfällen gelangten knapp 4,2 Milli- onen Tonnen in Wirbelschichtöfen (WSO). Die restliche Menge wurde in Rost- oder Drehrohrfeuerungsanlagen (RF) behandelt.
Basierend auf einer detaillierten Analyse [13] des existierenden Anlagenparks an Abfall- verbrennungsanlagen (Daten von 350 von insgesamt 470 Anlagen) kann gezeigt werden, dass etwa 45 Prozent aller MVAs mit einer nassen Abgasreinigung AGR ausgestattet sind, 29 Prozent mit halb-trockenen und 26 Prozent mit trockenen Reinigungssyste- men. Die Unterscheidung nach Verbrennungs- und Abgasreinigungstechnologien ist insofern von zentraler Bedeutung, da beide nicht nur die anfallende Menge an Flug- asche und deren Gehalt an Zink bestimmen, sondern auch den Bedarf bzw. das Vor- handensein von für das FLUREC-Verfahren notwendigen Betriebsmitteln (z.B. saures Waschwasser) oder auch die Kosten für die Deponierung unbehandelter Flugasche.
Flugaschen aus Wirbelschichtanlagen beispielsweise können üblicherweise auch ohne Behandlung/Stabilisierung auf Deponien für nichtgefährliche Abfälle deponiert werden (aufgrund der geringeren Gehalte an leichtlöslichen Salzen und Schwermetallen), während Flugaschen von Rost- oder Drehrohröfen generell als gefährlicher Abfall eingestuft werden und dementsprechend teurer zu entsorgen bzw. zu deponieren sind.
In Tabelle 1 findet sich eine detaillierte Zusammenstellung der anfallenden Mengen an Flugaschen und deren Zinkgehalte in Abhängigkeit der Abgasreinigungstechnologie.
Die dabei präsentierten Zahlen basieren auf Daten von mehr als fünfzig europäischen Abfallverbrennungsanlagen. Die Ergebnisse führen vor Augen, dass der Zinkgehalt in Flugaschen sehr stark von der Abgasreinigungstechnologie beeinflusst wird. Während bei Anlagen mit trockener oder halb-trockener Abgasreinigung der mittlere Zinkgehalt im Bereich von 11.000 mg Zn/kg Flugasche liegt, führen nasse Reinigungssysteme zu deutlich höheren Zinkgehalten (22.000 mg/kg Flugasche). Für den Fall, dass Filter- aschen getrennt von den Kesselaschen abgezogen werden, ergeben sich mittlere Zink- konzentrationen von über 40.000 mg Zn/kg Filterasche. Im Vergleich dazu liegen die Zinkkonzentrationen von Wirbelschichtflugaschen um eine Größenordnung darunter (2.000 bis 6.000 mg Zn/kg Flugasche).
Unter Berücksichtigung der in Tabelle 1 zusammengestellten Daten und den Trans- ferkoeffizienten von Zink in MVAs (zwischen 50 Prozent und 60 Prozent des Zinks im Abfallinput akkumuliert in den Flugaschen) ergibt sich ein mittlerer Zinkgehalt im Abfallinput europäischer Abfallverbrennungsanlagen von etwa 880±110 mg Zn/kg Abfall.
Diese Information zusammen mit den Angaben über die Mengen an thermischen behan- delten Abfällen ermöglicht die Erstellung des folgenden Stoffflussdiagramms (Bild 2).
Demgemäß gelangen 69±9 kt/a an Zn in europäische Abfallverbrennungsanlagen. Etwa 32,5±2,7 kt davon landen in Schlacken oder Wirbelschichtaschen mit Zn-Konzentration Tabelle 1: Statistische Analyse der in europäischen Abfallverbrennungsanlagen anfallenden Flug- aschen betreffend spezifische Anfallsmenge (kg Flugasche/Tonne Abfallinput) und Zink- konzentration (mg Zn/kg Flugasche) in Abhängigkeit der Abgasreinigungstechnologie spezifische Menge an Flugasche Zinkgehalt der Flugaschen
kg Flugasche/t Abfallinput mg Zn/kg Flugasche
Kessel- und Filterasche … Filterasche
Abgasreinigung Reinigungssysteme nasser
Reinigungs-
nass halb- trocken2) nasser halb- trockener2) systeme1) trocken2) trockener2)
Mittelwert 22 42 40 22,100 11,000 11,700 41,000
Median 22 40 39 19.100 9.700 10.800 42.700
10 % Quantil 14 30 30 14.000 6.700 7.600 20.900
90 % Quantil 30 53 54 35.700 15.600 18.500 59.600
Anzahl der ausgewerteten
MVAs 53 33 11 16 14 9 15
1) Anlagen mit separatem Abzug von Filter- und Kesselasche
2) im Fall von trockenen und halb-trockenen Abgasreinigungssystemen beinhalten die Flugaschen auch die eingebrachten Abgasreinigungsmittel
Bild 2: Zinkflüsse durch europäische Abfallverbrennungsanlagen (Angaben in 1.000 Tonnen pro Jahr) – SA Siedlungsabfall, RF Rostfeuerung, WSO Wirbelschichtöfen, RGR Abgas- reinigung
kleiner 6.000 mg/kg. Etwa 17±2,4 kt an Zink findet sich in MVA-Flugaschen wieder, die mit einer nassen Abgasreinigung ausgestattet sind (mittlere Zn-Konzentration im Bereich von 22.000 mg/kg Asche) und etwa dieselbe Menge (18,5±1,8 kt) akkumuliert in Flugaschen aus Anlagen mit trockener oder halb-trockener Abgasreinigung (mittlerer Zinkgehalt von 11.000 mg Zn/kg Asche).
3.2. Ökonomische Bewertung der Zinkflüsse in Flugaschen
Basierend auf den von Bösch et al. [4] publizierten Betriebsmittel- und Energiever- brauch des Verfahrens sowie den potentiellen Rückgewinnungsraten für Zink wurden für die einzelnen Aschenströme die spezifischen Zinkproduktionskosten ermittelt.
Tabelle 2: Ökonomische Bewertung der Zinkrückgewinnung aus MVA-Flugaschen (am Beispiel von Filteraschen aus Abfallverbrennungsanlagen mit nasser Abgasreinigung) unter Verwendung des FLUREC-Verfahrens
Spezifische Kosten Gesamte Kosten bzw.
Materialien und Energie (positive Werte) und Erlöse/Einsparungen Betriebsmittel (Inputs) (pro Tonne Flugasche) Erlöse/Einsparungen pro Tonne Flugasche und Outputs des
(negative Werte) (EUR/Tonne Flugasche) FLUREC-Verfahrens
Einheit Mittel- Stdab. Einheit Mittel- Stdab. Mittelwert EUR
wert wert
Angaben pro Tonne Flugasche kg 1.000 EUR/kg -0,22 0,02 -220 Zinkgehalt der Flugasche kg 41 1
HCl (30 %) der nassen AGR kg 550 100 EUR/kg 0 0 – Zusätzliches HCl (30 %) kg 40 20 EUR/kg 0,11 0,015 4,4
Schwefelsäure kg 15 1,5 EUR/kg 0,16 0,02 2,4
H2O2 (50 %) kg 65 15 EUR/kg 0,30 0,030 19,1 NaOH (50 %) kg 125 12,5 EUR/kg 0,11 0,015 13,9 Lösungs- und
Komplexierungsmittel kg 0,4 0,08 EUR/kg 0,4 0,1 0,2 Primäres Zinkpulver kg 5 0,8 EUR/kg 1,6 0,1 8,5
Branntkalk kg -200 20 EUR/kg 0,08 0,01 -16,0
Elektrischer Strom kWh 347 18 EUR/kWh 0,094 0,005 32,6 Spezifische Investitionskosten
des FLUREC Verfahrens EUR 180 20 180
Gewaschene Flugasche
(obertägige Deponierung*) kg 800 30 EUR/kg 0,045 0,005 36,0 Absorberharz
(Hg-Adsorption) kg 1 0,1 EUR/kg 18 2,8 18,4
Anfallender Schlamm
(wiederum der Verbren- kg 24 5 EUR/kg 0 0 –
nungsanlage zugeführt)
Konzentrat aus Pb, Cu u. Cd kg 9,2 1,5 EUR/kg -1,6 0,2 -14,8 Zink-Rückgewinnungsrate – 0,75 0,025
Notwendige Erlöse aus der Zinkgewinnung 64,70 EUR spezifische Zink-
kg 36,1 1,3 spezifische Zn-Produktions-
Produktion kosten [EUR/kg] 1,8±0,8
* auf Deponien für nicht gefährliche Abfälle
OutputsInputs
In Tabelle 2 findet sich eine Zusammenstellung der dazu verwendeten Eingangsdaten und Annahmen für die Zinkrückgewinnung aus Filteraschen von Anlagen mit nasser Abgasreinigung. Die Eingangsdaten und die entsprechenden Berechnungen für die anderen Flugaschenströme finden sich in [9] ebenso wie die Datenquellen zu den Angaben in Tabelle 2.
Die Resultate der ökonomischen Bewertung zeigen, dass selbst für Filteraschen von nassen Abgasreinigungsrückständen mit verhältnismäßig hohen mittleren Zinkge- halten von 41.000 mg Zn/kg Asche, die spezifischen Produktionskosten für Zink bei etwa 1,80±0,80 EUR/kg Zn liegen und damit geringfügig höher sind als der Markt-
Kosten (+)
Einsparungen/Erlöse (-) EUR
500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 -400 -500
elektr. Strom
Betriebsmittel (z.B. HCI, NaOH) Adsorberharz (Hg Adsorber) Deponierung der behandelten Asche Investitionskosten
Sekundäres Zink (Nettoproduktion) Erlöse Konzentrat - Einsparungen Branntkalk Vermiedene Entsorgungskosten für unbehandelte Asche
Bild 3: Spezifische Kosten (+) sowie spe- zifische Erlöse/Einsparungen (-) bei der Anwendung des FLUREC- Verfahrens auf Filteraschen aus Abfallverbrennungsanlagen mit nasser Abgasreinigung (mittlerer Zinkgehalt von 41.000 mg/kg Asche)
preis von Zink, der in den letzten fünf Jahren im Durchschnitt 1,60 EUR/kg Zink betrug. Die großen Unsicherheiten hinsichtlich der spezifischen Produk- tionskosten (±0,80 EUR/kg Zn), die sich aufgrund der zum Teil unsicheren Eingangsdaten ergeben (Tabelle 2), untermauern allerdings auch, dass unter bestimmten Umständen (Randbedin- gungen) eine Zinkrückgewinnung aus Flugaschen durchaus wirtschaftlich sein kann. In Bild 4 beispielsweise sind die spezifischen Produktionskosten für Zink in Abhängigkeit der aktuellen (alternati- ven) Entsorgungskosten für unbehandelte Flugasche (gefährlicher Abfall) dargestellt.
Dabei wird ersichtlich, dass bei alter- nativen Entsorgungskosten von größer 240 EUR/Tonne Flugasche eine Anwen- dung des Verfahrens zur Zink-Gewinnung jedenfalls wirtschaftlich wird. Neben den vermiedenen Entsorgungskosten sind für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung primär die spezifischen Investitionskosten des Verfahrens ausschlaggebend (zweit- größter Kosten/Erlös-Faktor in Bild 3).
Die Erlöse aus dem Zinkverkauf betragen in Summe weniger als zwanzig Prozent der gesamten Bruttoerlöse bzw. -einspa- rungen von etwa 300 EUR/t Flugasche.
Für die anderen Flugaschenströme ergeben sich deutlich höhere Rückgewinnungs- kosten für Zink (Bild 5). Werden Filter- und Kesselasche bei Anlagen mit nasser Abgasreinigung gemeinsam abgezogen und infolgedessen gemeinsam behandelt, liegen bei Anwendung der Technologie die spezifischen Kosten pro kg gewonnenem Zink bei etwa vier EUR. Diese steigen für Flugaschen aus Anlagen mit trockener oder halb-trockener Abgasreinigung auf über 18 EUR/kg Zn und für Flugaschen aus Wirbelschichtanlagen auf nahezu 80 EUR/kg Zn. Letzteres entspricht dem 50-fachen des aktuellen Marktpreises von Zn. Die deutlich höheren Kosten sind einerseits den geringeren Zinkgehalten geschuldet und andererseits der Tatsache, dass sofern das Verfahren bei Anlagen mit trockener Abgasreinigung angewandt werden soll, größere Mengen an HCl zugekauft werden muss. Des Weiteren entfallen bei Flugaschen aus Wirbelschichtanlagen die vermiedenen Kosten für die derzeitige Deponierung/Stabili- sierung, da diese zumeist ohne weitere Behandlung auf Deponien für nicht gefährliche Abfälle abgelagert werden können.
Bild 4: Zink-Produktionskosten des FLUREC-Verfahrens (für Filteraschen von MVAs mit nasser AGR) in Abhängigkeit der Deponierungs- bzw. Stabilisierungskosten unbehan- delter Flugasche (Datenpunkte ergeben sich durch die Monte-Carlo-Simulation, die im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsberechnungen durchgeführt wurde um den unsicheren Eingangsdaten Rechnung zu tragen)
spezifische Kosten für die Deponierung/Stabilisierung unbehandelter Flugasche EUR/t Flugasche
300
250
200
150
100
Marktpreis für Zink von 1,6 EUR/kg Zn
spezifische Produktionskosten für Zink EUR/kg Zink
-1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
4. Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse der durchgeführten Analyse zeigen, dass obwohl jährlich etwa 70.000 Tonnen an Zink über brennbare Abfälle in europäische Abfallverbrennungsanlagen gelangen und es eine praxiserprobte Technologie zur Rückgewinnung von Zink aus Verbrennungsrückständen (FLUREC-Verfahren) gibt, nur ein sehr kleiner Teil (etwa 4.000 t/a) tatsächlich als wirtschaftlich rückgewinnbar eingestuft werden kann. Der überwiegende Anteil befindet sich in Verbrennungsrückständen, die eine wirtschaftliche Zink-Rückgewinnung mit dem genannten Verfahren nicht zulassen. Ausschlaggebend für eine wirtschaftliche Zink-Rückgewinnung sind primär die eingesparten Deponie- rungs- bzw. Stabilisierungskosten der unbehandelten Aschen. Die Zinkkonzentration in den Flugaschen spielt dagegen nur eine untergeordnete Rolle.
Im Vergleich zum gesamten Zink-Import (1,3 Millionen t/a) in die EU [23] könnten selbst durch eine flächendeckende Anwendung des Verfahrens auf alle Abfallverbren- nungsanlagen mit nasser Abgasreinigung nur 0,9 Prozent des Imports oder 12.000 t/a substituiert werden.
Danksagung
Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen einer groß angelegten Forschungsinitiative zu anthropogenen Ressourcen (Christian Doppler Labor für Anthropogene Ressour- cen) erarbeitet. Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung dieser Forschungsinitiative durch das Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft sowie der Nationalstiftung für Forschung, Technologie und Entwicklung.
Bild 5: Mittlere Produktionskosten für Zink (in EUR/kg Zn) aus unterschiedlichen MVA- Flugaschen und deren Mengenpotentiale (in Tonnen Zn/a)
spezifische Produktionskosten EUR/kg Zn
100
10
10 10.000 20.000 30.000
Mengenpotential an Zn in MVA-Flugaschen der EU-27 t Zn/a Zink
Marktpreis 1,60 EUR/kg Zn Filter-
asche (nasse AGR)
Kessel- &
Filterasche (nasse AGR)
Flugasche (trockene AGR)
Wirbelschicht- flugaschen
5. Literatur
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Cement Concrete Res 34, 957-963, 2004
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Waste Management 34, 378-389, 2014
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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar
Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 2 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-21-3 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky
Copyright: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky Alle Rechte vorbehalten
Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2015
Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.
Erfassung und Layout: Ginette Teske, Sandra Peters, Janin Burbott, Claudia Naumann-Deppe, Anne Kuhlo
Druck: Mediengruppe Universal Grafische Betriebe München GmbH, München
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