DE3821242A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufarbeitung metallbelasteter abfallschlaemme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Aufarbeitung metallbelasteter Abfallschlämme, wie sie in der Industrie, beispielsweise der Elektronik­ und Galvano-Industrie oder aber in Kläranlagen anfallen. Das Verfahren eignet sich weiterhin für die Aufarbei­ tung von Erdreich, welches durch Unfälle metallbelastet worden ist.

Die Entsorgung derartiger Abfallstoffe stellt ein großes Problem dar, weil diese Abfallstoffe in relativ großen Volumina anfallen und wegen ihrer auf den Metallgehalt zurückzuführenden Giftigkeit nur auf Sondermülldeponien gelagert werden können.

Die noch vor einigen Jahren übliche Verwendung von bei­ spielsweise Klärschlamm als Düngemittel auf Feldern hat sich als äußerst gefährlich erwiesen, weil die mit dem Klärschlamm auf die Felder aufgebrachten Metalle von den Pflanzen aufgenommen werden und so in die mensch­ liche Nahrungskette gelangen.

Die Entsorgung auf Sondermülldeponien ist andererseits wegen der beschränkten Kapazität dieser Sondermülldepo­ nien nicht in ausreichendem Maße möglich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufarbeitung metall­ belasteter Abfallstoffe zu schaffen, mit denen einmal die Metalle als wertvolle Rohstoffe aus diesen Abfall­ stoffen zurückgewonnen werden können, zum anderen aber auch die Abfallstoffe selbst in eine ungefährliche Form gebracht werden, so daß sie entweder auf normalen Depo­ nien gelagert oder aber auch als ungefährliche Düngemit­ tel in der Landwirtschaft eingesetzt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Ver­ fahren zur Entfernung von Metallen aus metallbelasteten Abfallschlämmen aus Industrie, Kläranlagen oder derglei­ chen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schlämme mit einem Lösungsmittel für die Metalle behandelt, die so erhaltene Lösung von den ungelösten Feststoffen ab­ getrennt und auf die Metalle aufgearbeitet wird und die verbleibenden Feststoffe als ungefährliche Abfallstoffe gelagert oder als Düngemittel eingesetzt werden.

Ein solches Verfahren läßt sich dabei chargenweise oder aber auch kontinuierlich durchführen.

Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Lösungs­ mittel hängt weitgehend von den zu lösenden Metallen ab.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine wäßrige Lösung aus Ammoniumchlorid und Natriumsulfat erwiesen, mit der die Schlämme behandelt werden. Eine solche Lösung nimmt eine ganze Reihe von Metallen aus derartigen Abfall­ schlämmen auf und gestattet die Wiedergewinnung dieser Metalle über Ionenaustauscher oder aber durch elektro­ lytische Verfahren, wie es beispielsweise in der eige­ nen älteren Patentanmeldung P. . . beschrieben ist.

Es hat sich dabei als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn die aufzuarbeitenden metallhaltigen Schlämme im Gegenstrom mit dem Lösungsmittel behandelt werden.

Die von den Feststoffen abgetrennte Lösung wird dabei zweckmäßig in einem Ionenaustauschverfahren von den Me­ tallen befreit und erneut zur Behandlung neuer Schlämme eingesetzt.

Um eine bessere und schnellere Lösung der in den Schläm­ men enthaltenen Metalle zu erreichen hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn der vorgenannten Ammoniumchlo­ rid- und Natriumsulfatlösung Wasserstoffperoxid zugesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Schlammbehandlung und die Aufarbeitung und Rückgewinnung des Lösungsmittels kann zweckmäßig kontinuierlich durchgeführt werden. Je nach der Art des aus den Schlämmen zu gewinnenden Metal­ les wird man dabei die Behandlungsdauer und auch die Be­ handlungstemperatur wählen. Eine Erhöhung der Temperatur verkürzt üblicherweise die für die Auflösung der Metalle erforderliche Zeit und damit das erfindungsgemäße Ver­ fahren.

Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entwickelte Vorrichtung besteht aus einer Mischvorrich­ tung für den zu bearbeitenden Schlamm mit dem Lösungs­ mittel, einer Verweilzone, die ausreichend bemessen ist, um eine genügend lange Einwirkung des Lösungsmittels auf den Schlamm zu gestatten, sowie einer sich daran an­ schließenden Abtrenneinrichtung für das metallbeladene Lösungsmittel von dem unlöslichen Anteil und gegebenen­ falls einer Trockenvorrichtung für den unlöslichen An­ teil.

Gegebenenfalls kann weiterhin zur Abtrennung des gelö­ sten Metalles von dem Lösungsmittel eine spezielle Ab­ trennvorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise aus einem Ionenaustauscher, einer Elektrolyseeinrichtung oder dergleichen besteht.

Es hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn die Misch­ vorrichtung für das Mischen des zu bearbeitenden Schlam­ mes mit dem Lösungsmittel aus einem rotierenden Behälter besteht, der auf der Innenwandung sogenannte Hubflügel aufweist, mit denen der Schlamm jeweils bei der Rotation des Behälters angehoben und durch das Lösungsmittel be­ wegt wird.

Zweckmäßigerweise besteht der Behälter aus einer langge­ streckten rotierenden Trommel mit an einem Ende vorge­ sehener Eingabeöffnung für den Schlamm und am anderen Ende vorgesehener Austragsöffnung für den unlöslichen Anteil. In dieser Trommel sind dabei zweckmäßig die Hub­ flügel so angeordnet, daß sie einerseits den eingebrach­ ten aufzuarbeitenden Schlamm immer in der Lösung bewegen, zum anderen aber auch eine ständige Bewegung des Schlam­ mes durch diese Trommel zur Austragöffnung bewirken.

Es hat sich dabei als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn diese rotierende Trommel zur Austragöffnung hin anstei­ gend angeordnet ist.

Das hat zur Folge, daß der Flüssigkeitsspiegel des Lö­ sungsmittels nicht bis ganz zur Austragöffnung reicht und in diesem Bereich sich das unlösliche Material von der Lösung trennt.

Zweckmäßigerweise ist im Bereich der Austragöffnung ein die Trommelwandung umgebender Filterboden vorgesehen, auf dem das zur Austragöffnung transportierte unlösliche Material von der Lösung getrennt wird.

Das solchermaßen abgetrennte unlösliche Material wird über eine entsprechende Fördervorrichtung abtransportiert, gegebenenfalls getrocknet und entweder auf normale Depo­ nien gebracht oder aber in der Landwirtschaft als Dünge­ mittel eingesetzt, wobei das aus dem Lösungsmittel stam­ mende Ammoniumsulfat ebenfalls als vorteilhaftes Dünge­ mittel Anwendung findet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei zweckmäßig so ausgebildet, daß das metallbeladene Lösungsmittel kontinuierlich abgezogen, über einen Ionenaustauscher geleitet und dann wieder in die rotierende Trommel zu­ rückgeführt wird.

Zur Erzielung einer Gegenstromextraktion hat es sich da­ bei als zweckmäßig erwiesen, die Zugabeöffnung des rege­ nerierten Lösungsmittels im Bereich der Austragöffnung für das unlösliche Material und die Entnahmeöffnung für die metallbeladene Lösung im Bereich der Schlammzugabe­ öffnung vorzusehen.

Auf diese Weise wird das aus der Trommel ausgetragene unlösliche Material mit dem frisch regenerierten Lösungs­ mittel beispielsweise durch Besprühen auf dem Filterbo­ den nochmals gewaschen, so daß auch letzte Reste des metallhaltigen Lösungsmittels daraus entfernt werden.

Da für die Auflösung der Metallkomponente im aufzuar­ beitendem Schlamm die Temperatur der Lösung von wesent­ licher Bedeutung ist, hat es sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung als zweckmäßig erwiesen, im Kreislauf des Lösungs­ mittels eine Heizvorrichtung vorzusehen.

Durch diese Heizvorrichtung kann die Temperatur zwischen Raum­ temperatur und Siedepunkt des Lösungsmittels, also in der Regel 100°C, variiert werden.

Eine solche Heizvorrichtung kann dabei zweckmäßig aus einem geeigneten Wärmeaustauscher bestehen, der in üb­ licher Weise betrieben wird.

Eine andere relativ einfache Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischvorrichtung aus einem statio­ nären, geneigt angeordneten Behälter besteht, auf dessen Boden eine rotierende Transportschnecke für den Schlamm­ transport von der Zugabeöffnung zur Austrittsöffnung am höhergelegenen, mit einem Siebboden versehenen Ende des Behälters vorgesehen ist. Diese Transportschnecke bewirkt gleichzeitig auch eine ständige Bewegung des aufzuarbeitenden Schlammes und dessen Kontakt mit dem Lösungsmittel.

Anhand der in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die erfindungsge­ mäße Vorrichtung zur Entfernung von Metallen aus metall­ belasteten Abfallschlämmen im einzelnen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine mit rotierender Trommel arbeitende er­ findungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 2 eine mit stationärer Trommel und darin ange­ ordneter Transportschnecke arbeitende Vor­ richtung.

Fig. 3 eine spezielle Ausführungsform der Erfindung, bei der in einer stationären Trommel exzen­ trisch eine rotierende Mischtrommel angeord­ net ist und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 3.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Trommel 1 um ihre Längsachse rotierend in einer gewissen Neigung angeordnet in der Weise, daß der Flüssigkeits­ spiegel des Lösungsmittels im Inneren der Trommel gerade bis knapp unter die Austragöffnung reicht. Im Inneren der Trommel 1 sind sogenannte Hubflügel 2 angeordnet, die bei Rotation der Trommel 1 bewirken, daß einmal der über die Beschickungsöffnung 3 eingefüllte Schlamm stän­ dig mit dem in der Trommel vorgesehenen Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird und andererseits der unlösliche Anteil zur Austragöffnung 4 transportiert wird. Das Ende der Trommel 1 im Bereich der Austragöffnung 4 ist mit einem konzentrisch zur Trommelachse angeordneten Sieb­ boden 5 versehen, über den das nicht-lösliche Material aus der Trommel austritt und in einen Transportwagen 6 fällt. Auf seinem Weg in den Transportwagen 6 über den Siebboden 5 wird das unlösliche Material mit der Sprüh­ vorrichtung 7 mit frisch-regeneriertem Lösungsmittel be­ sprüht und auf diese Weise nochmals von metallhaltigem Lösungsmittel befreit.

Die Entnahme des mit Metall beladenen Lösungsmittels er­ folgt zweckmäßig über die Beschickungsöffnung 3, und von dort wird das Lösungsmittel über einen nicht dargestell­ ten Ionenaustauscher geschickt, um dann erneut über die Sprühvorrichtung 7 der Trommel zugeführt zu werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Mischtrommel 8 stationär angeordnet und sie weist eine von einem Motor 9 angeordnete Förderschnecke 10 auf, die auf ihrem Boden angeordnet ist und einmal den über die Einfüllöffnung 11 eingeführten Schlamm ständig mit dem im Trommelinneren vorhandenen Lösungsmittel 12 in Kon­ takt bringt und die andererseits das nicht gelöste Mate­ rial zur Austragöffnung transportiert, wo dasselbe über einen Siebboden 13 austritt und in einen Transportwagen 14 fällt.

Auf dem Siebboden 13 kann das nicht gelöste Material zweckmäßig von einer Sprühvorrichtung 15 mit frisch rege­ neriertem Lösungsmittel besprüht und somit von dem gege­ benenfalls noch anhaftenden metallbeladenen Lösungsmit­ tel befreit werden.

Die Regenerierung des am Beschickungsende abgezogenen metallbeladenen Lösungsmittels erfolgt ebenfalls zweck­ mäßig über einen Ionenaustauscher 28 und von dort wird das frisch regenerierte Lösungsmittel dann über die Sprüh­ vorrichtung 15 der Trommel wieder zugeführt, wobei es ge­ gebenenfalls in der Heizeinrichtung 27 noch erhitzt wird. Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten speziellen Ausführungsform ist in einem entsprechend dimensionier­ ten Rohr 16 exzentrisch eine über einen Motor 17 antreib­ bare Mischtrommel 18 vorgesehen, die mit einer Beschik­ kungsöffnung 19 für den aufzuarbeitenden Schlamm und einer Austrittsöffnung 20 für das unlösliche Material versehen ist.

Das aus der Trommel austretende unlösliche Material wird über eine Förderschnecke 21 abtransportiert. Das zum Lösen der Metalle verwendete Lösungsmittel wird über die Pumpe 22 umgepumpt und gegebenenfalls nach Regene­ rierung in einem Ionenaustauscher über die Beschickungs­ öffnung 19 der Trommel 18 wieder zugeführt.

Die Trommel 18 ist in ihrer ganzen Länge mit Rippen 23 versehen. Die Trommel 18 dreht sich dabei auf den Rollen­ lagern 24, wobei die Drehzahl des Antriebsmotors 17 re­ gelbar ist. Die durch die Trommel 18 hindurchgeförderte Menge an aufzuarbeitendem metallhaltigem Schlamm hängt ab von der Drehzahl der Trommel 18, der Zahl der Rippen 23 und der Neigung des Gesamtsystems, die über die ver­ stellbaren Füße 25 und 26 geändert und den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann.

Wenn in der erfindungsgemäßen Vorrichtung fast vollstän­ dig lösbare metallhaltige Schlämme aufgearbeitet werden, dann verwendet man zweckmäßig Aluminiumchlorid-Natriumsul­ fatlösungen. Nicht lösbare Reststoffe, die über die För­ derschnecke 21 abtransportiert werden, werden dann in Sondermülldeponien gelagert.

Handelt es sich andererseits um die Aufarbeitung von Klärschlamm oder metallbelastetes Erdreich, so wird man zweckmäßig Ammoniumsulfatlösungen einsetzen. Für den Fall, daß einige in den Schlämmen bzw. im Erdreich ent­ haltenen Metalle nicht ohne weiteres aufgelöst werden, genügt eine kleine Menge Wasserstoffperoxid, um auch diese Materialien in Lösung zu bringen. Das als Wasch­ mittel verwendete Ammoniumsulfat führt zu einem im wesent­ lichen metallfreien Klärschlammrückstand bzw. zu einem metallfreien Erdreich. Beim Verlassen der Reinigungsge­ räte über eine Bandfilterpresse oder einen Hydrozyklon wird das Material so weit wie möglich getrocknet, um dann zusammen mit einem gewissen Anteil an Ammoniumsul­ fat als Düngemittel wieder in der Landwirtschaft eingesetzt zu werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung wird somit auf recht einfache und kontinuierlich durch­ zuführende Weise eine Aufarbeitung von metallbelasteten Abfallstoffen möglich, die bisher nur in ihrer volumi­ nösen Form in Sondermülldeponien untergebracht werden konnten.

Claims (18)

1. Verfahren zur Entfernung von Metallen aus me­ tallbelasteten Abfallschlämmen aus Industrie, Kläranlagen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlämme mit einem Lösungsmittel für die Metalle behandelt, die so erhaltene Lösung von den ungelösten Feststoffen abgetrennt und auf die Metalle aufgearbeitet wird und die ver­ bleibenden Feststoffe als ungefährliche Abfall­ stoffe gelagert oder als Düngemittel eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlämme mit einer wäßrigen Lösung aus Ammoniumchlorid und Natriumsulfat behandelt und die von den verbleibenden Feststoffen befreite Lösung auf die Metalle aufgearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlämme im Gegenstrom mit dem Lösungs­ mittel behandelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Feststoffen abgetrennte Lösung im Ionenaustauschverfahren von den Metallen be­ freit und erneut zur Behandlung neuer Schlämme eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Lösung aus Ammoniumchlorid und Natriumsulfat Wasserstoffperoxid zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren der Schlammbehandlung und die Aufarbeitung und Rückgewinnung des Lösungsmit­ tels kontinuierlich durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Schlämme mit dem Lö­ sungsmittel bei erhöhter Temperatur durchge­ führt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Mischvorrichtung für den zu bearbeitenden Schlamm mit dem Lösungsmittel, eine Verweilzone, eine sich daran anschließende Abtrenneinrich­ tung für das metallbeladene Lösungsmittel von dem unlöslichen Anteil und gegebenenfalls eine Trockenvorrichtung für den unlöslichen Anteil.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung aus einem rotierenden Behälter (1) mit auf der Innenwandung angeord­ neten Hubflügeln (2) für den Schlamm besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus einer langgestreckten rotierenden Trommel mit an einem Ende vorge­ sehener Eingabeöffnung (3) für den Schlamm und am anderen Ende vorgesehener Austragsöffnung (4) für den unlöslichen Anteil besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubflügel (2) so geformt sind, daß sie eine kontinuierliche Bewegung des Schlammes zur Austragsöffnung (4) bewirken.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Trommel (1) zur Austragsöff­ nung (4) hin ansteigend angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austragsöffnung (4) ein Fil­ terboden (5) vorgesehen ist, auf dem das zur Austragsöffnung (4) transportierte unlösliche Material von der Lösung getrennt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das metallbeladene Lösungsmittel kontinu­ ierlich abgezogen, über einen Ionenaustauscher (28) geleitet und dann wieder in die Mischtrom­ mel (1, 8) zurückgeführt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des regenerierten Lösungsmittels im Bereich der Austragsöffnung (4) für das un­ lösliche Material und die Entnahmeöffnung für die metallbeladene Lösung im Bereich der Schlamm­ zugabeöffnung (3) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabeöffnung für das regenerierte Lö­ sungsmittel als auf den Filterboden (5) gerich­ tete Sprühvorrichtung (7) ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf des Lösungsmittels eine Heiz­ vorrichtung (27) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung aus einem stationären, geneigt angeordneten langgestreckten Behälter (8) besteht, auf dessen Boden eine rotierende Transportschnecke (10) für den Schlammtransport von der Zugabeöffnung (11) zur Austragsöffnung (4) am höhergelegenen mit einem Siebboden (13) versehenen Ende des Behälters (8) vorgesehen ist.