Miljøprojekt Nr. 1184 – Oparbejdning af aske fra forgasning af CCA-imprægneret træ

Oparbejdning af aske fra forgasning af CCA-imprægneret træ

4 Konklusioner

4.1 Hovedkonklusion
4.2 Delkonklusioner

4.1 Hovedkonklusion

Som et samlet resultat af undersøgelserne kan vi konkludere, at det er muligt at behandle og oparbejde aske fra forgasning af trykimprægneret træ ved en varm alkalisk proces efterfulgt af vandige ekstraktioner, udvaskninger og fældninger. Ved processen kan man oparbejde både kobber, chrom og arsen til produkter, der kan genanvendes. Af økonomiske og politiske hensyn har vi dog valgt:

at separere og udfælde arsen som et stabilt fast affald, der kan deponeres i saltminer i Tyskland
at omdanne chrom til et brugbart produkt – f.eks. chromsulfat
at oprense det kobberholdige restsedimentet, så det kan anvendes til omsmeltning på metalværker i Tyskland

Undersøgelserne har dog også afdækket en række tekniske problemer, der kræver et forholdsvis kompliceret anlæg for at gennemføre processen i fuld skala med en behandlingskapacitet på 500 tons aske pr. år. Det medfører blandt andet, at både investering og driftsudgifter bliver relativ høje. De direkte driftsudgifter excl. afskrivning og forrentning af investeringen er kalkuleret til ca. 9.000 kr pr. ton aske.

Undersøgelsen omfatter også test af en syre ekstraktion af asken, men denne proces blev opgivet til fordel for den varme alkaliske ekstraktion, da de indledende forsøg viste, at det ikke var muligt at opnå en tilstrækkelig effektiv ekstraktion af metallerne fra asken. Det var specielt problematisk at få ekstraheret chrom fra asken.

4.2 Delkonklusioner

4.2.1 Kemiske analyser

Det viste sig undervejs, at det var meget problematisk at få ”korrekte” analyseresultater på de faste prøver (aske, ovnsediment og kobbersediment). Flere metoder blev anvendt:

Direkte analyse af fast stof ved røntgenfluorescens teknik
Oplukning med salpetersyre (+ brintperoxid) og analyse ved AAS
Oplukning i flussyre og analyse ved ICP

Ved røntgen analysen opnås tilsyneladende alt for store analyseværdier for chrom, mens kobber og arsen bestemmelser kun er lidt højere, end hvad der opnås med andre analysemetoder. Oplukning med salpetersyre (eventuelt tilsat lidt brintperoxid) og efterfølgende AAS-analyse giver tilsyneladende alt for lavt chromindhold, mens genfinding af arsen og kobber er bedre. Ved grundig oplukning med salpetersyre og brintperoxid er genfindingen af chrom dog noget bedre. Kun ved oplukning i flussyre og efterfølgende ICP-analyser har vi fået tilfredsstillende resultater for chrom, og denne metode må anbefales fremover til analyse denne type faste stoffer.

De fejlbehæftede analyseresultater har kostet en del ekstra forsøg, indtil vi fandt frem til at uforklarlige massebalancer i et vist omfang skyldtes fejlbehæftede analyseresultater.

4.2.2 Ovnprocessen

Specielt pilotforsøgene afslørede, at der skulle foretages en effektiv forbehandling (sigtning og formaling) af asken, før man kunne blande asken med kemikalier og sætte det i ovnen.

Selve ovnprocessen bør vare 60 minutter ved 800 °C. Kortere såvel som længere opholdstid kan give et sediment, som ikke kan ekstraheres tilstrækkelig godt. For kort opholdstid vil specielt medføre for lav chromekstraktion.

Valg af digelmateriale spiller en særlig rolle ved processen. Ved laboratorieforsøgene hos ERG er anvendt en lille nikkeldigel, men da den gradvis går i opløsning er det ikke nogen brugbar praktisk løsning, da det vil tilføre ovnsedimentet en del nikkelforurening. Ved laboratorieforsøg hos Kommunekemi er anvendt porcelænsskåle, men de reagerer tilsyneladende med vores kemikalieblanding, hvorved nogle af metallerne optages af porcelænet og derved forsvinder fra vores forsøg (massebalancen stemmer ikke). Ved pilotforsøgene er anvendt en speciel varme- og kemikaliebestandig keramisk digel, som ifølge indledende reaktionstest er nogenlunde bestandig over for kemikalieblandingen.

Vi nåede efterhånden frem til, at en fuldskala løsning skal benytte en slags stålbakker med indlæg af fibermåtte, der kasseres efter brug. Bakken skal have lav fyldhøjde, så aske-kemikalie blandingen hurtig bliver gennemvarm, når den sættes i ovnen.

4.2.3 Ekstraktion

Ekstraktion bør i praksis foregå med vaskevand fra en tidligere ekstraktionsproces. Det er vigtigt af sedimentet fra ovnen først findeles for at opnå den bedste mulige ekstraktion. Efter ekstraktionen vaskes med postevand, hvorefter sediment isoleres og afvandes i et vacuum filter eller en filterpresse. Ved pilotforsøgene viste filterpressen sig at være meget velegnet, men i et storskala anlæg bør filterpressen være en såkaldt membran filterpresse, der er særlig velegnet til vask af filterkagen.

4.2.4 Arsenfældning

Ved laboratorieforsøgene blev arsen fældet med svovlbrinte ved lav pH, og overskydende svovlbrinte blev absorberet på kobberscrap. Denne teknik blev også først testet i pilotanlægget, idet svovlbrinten her blev fjernet i en scrubber. Processen var dog ikke særlig effektiv og store mængder svovlbrinte gik tabt, og der var voldsomme korrosionsproblemer i reaktoren.

Derfor blev reaktoren ombygget til en lukket reaktor med recirkulation af svovlbrinteholdig luft, hvilket samtidig gav omrøring i reaktoren. Samtidig blev den først anvendte glaselektrode erstattet med en pH-elektrode, der kunne klare den stærke flussyreholdige opløsning. Der var ingen udsugning af svovlbrinteholdig luft fra reaktoren, der blev drevet med et lille overtryk, idet afgangsrøret var lukket med en vandlås. Med disse ændringer gik forsøget meget bedre. Det blev konstateret, at reduktion af chrom(VI) til chrom(III) skete før dosering af svovlbrinte, og det er derfor vores plan, at processen fremover skal benytte natriumsulfid i stedet for svovlbrinte som sulfidkilde, da det er både billigere og lettere at styre.

Arsenbundfaldet skal sluttelig afvandes i en filterpresse, hvorefter filterkagerne skal tørres. Disse to rutinemæssige processer blev dog ikke afprøvet, da der ikke var bundfald nok til rådighed.

4.2.5 Chromfældning

Chrom fældes i filtrat og vaskevand fra arsen separationen. Processen forløbet ukompliceret ved fældning med natronlud ved pH = 8,5 og efterfølgende flokkulering med polymer og sedimentation.

Chromhydroxid skal efterfølgende afvandes i en filterpresse og genopløses i svovlsyre, men disse to processer blev ikke afprøvet, da der ikke var nok chromhydroxid til rådighed. Processerne er dog standard processer, der ikke forventes at give problemer at gennemføre.

4.2.6 Fluoridfældning

Filtrat og vaskevand fra separation af chrom indeholder store mængder fluorid. Dette fluorid fældes som calciumfluorid ved tilsætning af læsket kalk til pH = ca. 11. Fældningen var lige så effektiv som forventet, og resultatet viste, at man kunne undgå først at fjerne sulfat, da der var en meget begrænset udfældning af gips. Det er en simplifikation af processen i forhold til vore forventninger.

Calciumfluorid skal efter fældningen afvandes i en filterpresse og tørres, før det kan genanvendes i ovnprocessen. Der var dog ikke nok bundfald, så vi kunne få afprøvet disse rutinemæssige processer i pilotskala.