EP3947321A1 - Fertiliser pellets consisting of secondary phosphate and depleted of heavy metals, and method for the production thereof - Google Patents

Fertiliser pellets consisting of secondary phosphate and depleted of heavy metals, and method for the production thereof

Info

Publication number
EP3947321A1
EP3947321A1 EP19835293.2A EP19835293A EP3947321A1 EP 3947321 A1 EP3947321 A1 EP 3947321A1 EP 19835293 A EP19835293 A EP 19835293A EP 3947321 A1 EP3947321 A1 EP 3947321A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
raw material
heavy metal
depleted
phosphate
precipitation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19835293.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Thoralf Hager
Matthias Hoger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pontes Pabuli GmbH
Original Assignee
Pontes Pabuli GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pontes Pabuli GmbH filed Critical Pontes Pabuli GmbH
Publication of EP3947321A1 publication Critical patent/EP3947321A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05BPHOSPHATIC FERTILISERS
    • C05B17/00Other phosphatic fertilisers, e.g. soft rock phosphates, bone meal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05BPHOSPHATIC FERTILISERS
    • C05B5/00Thomas phosphate; Other slag phosphates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05DINORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D9/00Other inorganic fertilisers

Definitions

  • Agricultural use removes mineral raw materials from the soil, such as compounds containing phosphorus, which have to be compensated for by adding mineral fertilizers.
  • the material and energetic use of biomass, such as from household waste or sewage sludge, is associated with a withdrawal of nutrients and considerable amounts of organic matter from the natural material cycles.
  • the preservation of the fertility of the soil through the use of artificial mineral fertilizers from fossil resources is to be assessed critically from an ecological point of view, on the one hand because of the environmentally destructive degradation and on the other hand because of the heavy metal input into the soil through mineral fertilizers.
  • Phosphorus is a limited raw material and its efficient use for fertile soil in the context of a growing world population is of great importance. From the point of view of sustainability, the closure of natural nutrient cycles is becoming more and more important and also offers a local source of raw materials that has so far only been used to a limited extent.
  • Organic residues such as sewage sludge, digestate or liquid manure, are in principle a cost-effective and sustainable alternative to mineral fertilizers and thus to close the nutrient cycle. Some of these organic residues are still applied directly to fields. For some time now, however, the acceptance of this recycling method has been decreasing progressively, since direct application leads to undesirable odor nuisance and the associated cycles are suspected of leading to an undesired concentration of certain pollutants, such as perfluorinated surfactants (PFT) and various heavy metals. Sewage sludge that has not been subjected to any hygienic treatment can also contain a large number of epidemic and phytosanitary pathogens such as bacteria, viruses, parasites and worm eggs. If the organic residues are to be recycled in agriculture, there is a fundamental risk that pathogens can reach humans and animals via food and feed and thus endanger them.
  • PFT perfluorinated surfactants
  • thermochemical, thermoelectric and wet-chemical approaches The processes for obtaining phosphate from sewage sludge ash can generally be subdivided into thermochemical, thermoelectric and wet-chemical approaches.
  • wet chemical process numerous different concepts are pursued, with a general distinction between processes in which the acid is only mixed with the ash and fertilizer is made from it, and processes in which phosphorus is extracted from the ash and thus brought into the liquid phase becomes.
  • the wet chemical processes in which basically only ash is mixed with acid, in particular earth-moist, in order to produce fertilizer from it, are economical.
  • the largely insoluble phosphate from phosphate-containing ashes is digested using mineral acid.
  • mineral acid Such a method is known from DE 10 2010 034 042 B4, for example.
  • the process produces a phosphate or multi-nutrient fertilizer by mixing ashes from sewage sludge mono-incineration with mineral acid with the addition of potassium and / or a nitrogen carrier.
  • the mineral acid breaks down the poorly soluble phosphate compounds in the sewage sludge ash.
  • the desired conversion reactions and granulation take place largely simultaneously. Mixing, reaction and granulation take place in a mixing apparatus.
  • Ploughshare mixers with a set of knives, a continuously operating continuous mixer or a twin-shaft paddle mixer are proposed for this purpose.
  • the resulting nutrient composition can be adapted to the needs of the soil and plants.
  • a method is known in which a suspension of at least one phosphate-containing secondary raw material and at least one mineral acid is first produced, then the poorly soluble phosphates of the phosphate-containing secondary raw material are at least partially dissolved in the suspension produced and / or in a water- and / or neutral ammonium citrate-soluble phosphate phase are converted and finally this suspension is fed to a granulation, the fertilizer granules being formed and the P205 content contained in the fertilizer granules being more than 75% neutral ammonium citrate-soluble.
  • this document describes the fact that by generating a raw material dispersion, the reaction, which sometimes occurs spontaneously and violently when the phosphate-containing secondary raw materials and the mineral acid are brought together, should be manageable, controllable and controllable by the process.
  • the suspensions produced in this process have a significantly higher proportion of water than in comparison to processes in which the phosphate-containing ones Secondary raw materials and diluted or undiluted mineral acid are mixed directly, quasi-moist, and optionally granulated (for example as described in DE 10 2010 034 042 B4). This higher proportion of water is intended to act as a buffer.
  • the suspension produced in this way is fed to a granulation, whereby the fertilizer granules are formed.
  • the heavy metals can be at least partially separated, but considerable process residues are created. All these processes have in common that by mixing the sewage sludge ash with mineral acid, depending on the type and concentration of the mineral acid and depending on the process management, a large part of the phosphate in the ash is dissolved, but a considerable proportion of undissolved components remains. Subsequently, in this process, the phosphate-containing solution is very expensive and processed further through very complex precipitation or extraction processes. In contrast, it is advantageous in this process that the phosphate-containing solution obtained is at least partially freed from heavy metals and these heavy metals are discharged from the process.
  • a method for the production of a phosphate-containing fertilizer from an ash or a char residue of a sludge from a waste water treatment or waste fermentation is known.
  • an ash or the charring residue is mixed with a mineral acid and the resulting suspension is incubated in a first vessel, then moist solids are separated from the suspension and the separated solids are replaced by further ash or further charring residue, the further ash is mixed or the further charring residue with the mineral acid remaining in the first vessel and incubation of the resulting suspension in the first vessel.
  • the separated solid is transferred to a second vessel and mixed there with a pH-neutral, basic or buffered aqueous liquid, then part of the liquid resulting from the mixing is separated from the second vessel, the heavy metal ions contained in it are separated from it and this liquid is transferred the second vessel returned.
  • ion exchangers activated carbon, Bacteria, fungi, algae, a biomass from bacteria, fungi or algae, the use of precipitants and / or a nanofilter and / or electrolytically proposed.
  • the disadvantage of this process is that the phosphate solubility of the ash is increased sufficiently in the first batch at best; with each subsequent batch, the solubility decreases until there is ultimately no change compared to the initial ash. This means that a suitable supply of nutrients for the plants cannot be given within one growth period.
  • ammonium-sulphate-containing solutions In addition to the recycling of phosphate-containing ashes, the recycling of ammonium-sulphate-containing solutions is also an economic problem. In principle, ammonium sulphate-containing solutions, such as those obtained in considerable quantities in waste gas scrubbers and especially in biogas plants, are untreated or conditioned and very suitable as fertilizers apply accordingly.
  • the prior art describes pedosphere-improving granules, which, however, often have a disadvantageous effect. Many of these known structures have a positive effect on plant growth, but this is associated with negative effects on microorganisms and microorganisms. It has been observed several times that granules of the prior art, for example, reduce the number of earthworms and that fewer nitrogen-assimilating microorganisms continue to occur in the soil. While in the past the reduction of such soil organisms was considered to be of little relevance, today we know that the organisms mentioned are central to the quality of soils. In particular, soils that are exposed to strongly changing weather conditions, such as high temperatures or heavy rain, require a healthy biomass, such as B. insects, nematodes or annelids, in order to ensure high yields in plants even under highly fluctuating weather conditions.
  • the invention is therefore based on the object of providing new, improved and heavy metal-depleted granules which optimize the pedosphere with regard to soil flora and fauna.
  • the soil flora mainly includes plant or non-animal organisms, such as Bacteria, ray fungi, fungi, algae and lichens.
  • the soil fauna is composed of animal protozoa and multicellular organisms, which are differentiated according to their size into microfauna ( ⁇ 0.2 mm; e.g. ciliates, flagellates, amoebas, small roundworms), mesofauna ( ⁇ 2 mm; e.g. springtails, rotifers , Mites), macrofauna (> 2 mm; e.g.
  • bristle worms woodlice, insects
  • megafauna > 20 mm; e.g. vertebrates such as voles, shrews, moles.
  • the optimization primarily affects the improved plant growth as well as the growth of bacteria, flagellates, nematodes, annelids or insects and others.
  • the present invention is also based on the object of providing an economical, ecological, flexible, simple and technically feasible method for the production of soil- and / or plant-specific, heavy metal-depleted fertilizers with exactly adjustable nutrient composition in granulate form.
  • the method according to the invention is intended to enable a wide variety of inorganic secondary phosphates to be processed efficiently and inexpensively, with soil- and plant-specific fertilizer compositions also being provided in a targeted manner, with a large part of the phosphate in the resulting fertilizer granules being in a form readily available to plants and at least part of the heavy metals being separated off is.
  • solutions containing ammonium sulfate should be inexpensive and technologically easy to integrate and use as a further nutrient.
  • a fertilizer is to be provided that can be used and / or used as a pedophore improver in agriculture, forestry or horticulture.
  • a heavy metal-depleted, pedoshare-improving granulate is provided that is produced using a method that comprises the following steps:
  • a raw material suspension is produced from at least one inorganic secondary phosphate (1) and at least one reactant.
  • the phosphate is converted from the inorganic secondary phosphate, which is insufficiently soluble in the inorganic secondary phosphate, that is to say is insufficiently available to plants.
  • the conversion of the phosphate takes place by reaction with a reaction agent with the aim of considerably improving the solubility and thus the availability of this phosphate to plants.
  • a reactant is to be understood as a substance, such as acid or alkali, which on the one hand dissolves at least part of the phosphate supplied by the inorganic secondary phosphate and / or reacts with it.
  • Reactants are for example
  • this reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant takes place in a raw material suspension.
  • the reaction that takes place in a raw material suspension can be controlled and monitored.
  • the liquid phase required to form the raw material suspension results either from the fact that the reaction agent is a solution or suspension or is added specifically in addition to the inorganic secondary phosphate and reactant, for example in the form of water.
  • the proportion of the liquid phase and the composition of the suspension are essential control variables for the desired reaction between inorganic secondary phosphate and reactant, and the resulting solubility of the converted phosphate as a reaction product can thus be adjusted.
  • the inorganic secondary phosphate contains heavy metals.
  • the reactant should also at least partially dissolve the heavy metals present in the inorganic secondary phosphate.
  • the type and concentration of the reactant and the amount of liquid phase can be used to set the rate of dissolution and the proportion of heavy metals dissolved.
  • Step b) calls for an incubation time, which means that the reaction agent is allowed to act on the inorganic secondary phosphate.
  • Targeted setting of this reaction time influences the progress and scope of the reaction. On the one hand, this enables the proportion of dissolved heavy metals to be controlled. On the other hand, the solubility of the resulting phosphate after the conversion can also be adjusted via the reaction time.
  • Step c) describes the electrochemical heavy metal depletion according to the invention directly in the raw material suspension produced.
  • Electrochemical heavy metal depletion is defined as the chemical separation reactions taking place with the participation of electrons that flow through an external conductor circuit.
  • the electrodes are the active components in the electrochemical reaction, on the surfaces of which the heavy metals attach or adhere. This means that the heavy metals dissolved in the previous steps by the reactant and thus present dissolved in the suspension are deposited on the electrode or adhere to it through an electrochemical process. Following this electrochemical process, the electrode with the heavy metal-containing adhesions is spatially separated from the suspension. This removes the heavy metals adhering to the electrode from the suspension.
  • the heavy metal-containing adhesions on the electrode are detached and a heavy metal-containing portion is discharged from the raw material suspension.
  • This electrochemical reaction assumes that the heavy metals are at least partially dissolved.
  • inorganic secondary phosphate are combined with the heavy metals and reactants contained therein, as a result of which the reaction according to the invention begins between the two components.
  • the reaction according to the invention begins between the two components.
  • the heavy metals contained in the inorganic secondary phosphate are at least partially dissolved.
  • the reactant thus has the additional function of at least partially dissolving heavy metals from the inorganic secondary phosphate.
  • the heavy metals are dissolved out of the inorganic secondary phosphate, which takes place as a function of the reaction kinetics.
  • the electrochemical heavy metal depletion can in principle begin with or during the production of the raw material suspension or afterwards, since then proportionally dissolved heavy metals are already present.
  • the electrochemical depletion process takes place parallel to the incubation time according to step b). Since the electrochemical reaction is also time-dependent, the incubation time can advantageously be used, which shortens the overall time of the process. The electrochemical reaction can also take place beyond the incubation period.
  • step c) can also take place after the incubation time according to step b), for example in a separate vessel or in a separate flow-through circuit.
  • step d) After the electrochemical depletion, granulation or extrusion takes place in step d) with the aim of forming heavy-metal-depleted, pedosphere-improving granules.
  • the type of granulation or extrusion depends on the technical requirements and, in particular, on the consistency and processing properties of the heavy metal-depleted raw material dispersion. Pumpable and sprayable heavy metal-depleted raw material dispersions can be processed, for example, by spray granulation.
  • the earth-moist, heavy-metal-depleted raw material dispersion thus formed can, for example, be processed by means of a granulating plate or an extruder.
  • the granules or extrudates formed by granulation and extrusion are often unsuitable for storage or direct use. Subsequent drying, for example, usually increases strength and storage stability. Defined grain fractions are often required for the application, which is achieved through appropriate fractionation.
  • Steps a) to d) can be implemented in batches and / or continuous processes, it being possible for buffer containers to be used between the process steps.
  • buffer containers To implement all or individual process steps, a single unit and / or, in particular to map larger production quantities, several identical or similar units can be used. Several units in one or more process steps can be connected in parallel and / or alternately.
  • the process steps are carried out batchwise and / or continuously, for example, continuously until the desired production amount is reached, i.e. steps a) to d) are repeated correspondingly often.
  • the method according to the invention provides an economical, ecological, flexible, simple and technically feasible method for the production of soil- and / or plant-specific, heavy metal-depleted fertilizers with precisely adjustable nutrient composition in granular form, which has numerous technological advantages over the prior art, such as:
  • the process design according to the invention solves the existing technical problems of the process in which ash is mixed with acid in a quasi-earth-moist manner in order to produce fertilizers therefrom, as are known, for example, from the publication DE 10 2010 034 042 B4.
  • the reaction between inorganic secondary phosphate and mineral acid (here reactant) can hardly be monitored and controlled. This means that the solubility and plant availability cannot be precisely adjusted.
  • the reaction superimposes the granulation process when the reaction is carried out, which is therefore hardly controllable.
  • Such processes are technically hardly controllable.
  • the resulting inferior product quality also fluctuates greatly.
  • the reaction in the raw material suspension makes the reaction controllable and controllable.
  • the process according to the invention results in a very well digested and therefore specifically plant-available phosphate fertilizer.
  • the phosphate from the inorganic secondary phosphate is broken down significantly less strongly by the process management and is thus made less readily and less specifically available to plants.
  • the method offers heavy metal depletion, the methods proposed there are not as practicable and not as cost-effective as in the method according to the invention with electrochemical heavy metal separation.
  • solubility of phosphate There are a number of different methods for determining the solubility of phosphate, which differ in the dissolution procedure and the dissolution medium (water, citric acid, neutral ammonium citrate, etc.). Correspondingly, different information on solubility results from the process.
  • solubilities of the various dissolution processes cannot be converted into one another in a generally valid way, for example with an approximately fixed factor. Nor does a trend have to be concurrent.
  • solubility with one dissolving medium and with different dissolving media, which vary considerably in tendency and relationship. For example, inferring that the solubility in water is neutral in terms of ammonium citrate solubility is not permitted.
  • a significant improvement in the solubility of the phosphate is achieved from the inorganic secondary phosphate.
  • This increase in the neutral ammonium citrate solubility based on the phosphate from the inorganic secondary phosphate alone is at least 20%, and a neutral ammonium citrate solubility of greater than 60% based on the phosphate content from the inorganic secondary phosphate is achieved.
  • the method according to the invention provides new, improved and heavy metal-depleted fertilizer granulates which optimize the pedosphere in terms of soil flora and fauna and are sustainable and environmentally friendly due to the heavy metal reduction.
  • the invention relates to a process for the production of these heavy metal-depleted, pedosphere-improving granulates, which comprises the process steps mentioned.
  • a precipitation and / or crystallization product from an ammonium- and sulfate-containing starting solution is provided, which is produced using a method which comprises the following steps:
  • the generated precipitation and / or crystallization products can be used in the process for the preparation of the heavy metal-depleted, pedophore-improving granules and / or used separately therefrom.
  • the invention relates to a method for the preparation of this precipitation and / or crystallization product, which comprises the process steps mentioned.
  • the invention relates to a combined method for the production of a precipitation and / or crystallization product according to the above-mentioned process steps with the method for the production of heavy metal-depleted, pedophore-improving granules according to the above-mentioned process steps.
  • a particular advantage of the proposed granules and the proposed method is that the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate supplied with the inorganic secondary phosphate is increased by reaction with the at least one reactant and the P205 content from the inorganic secondary phosphate in the fertilizer granules is more than 60% neutral ammonium citrate soluble is.
  • the term "P205 portion” preferably describes the portion of P205 in the fertilizer granulate.
  • the total amount of phosphorus (P) and heavy metals such as lead, cadmium, nickel are determined by means of inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP- OES) in accordance with DIN EN ISO 11885: 2009.
  • the sample to be determined is first digested with an aqua regia digestion in accordance with DIN EN 13346: 2001-04.
  • Different methods in particular different extraction methods, are known for determining the soluble phosphate content.
  • the availability of fertilizers is examined in the laboratory with different solvents and marked accordingly.
  • the most important solvents used are water, ammonium citrate, citric acid, formic acid and mineral acids.
  • the EU fertilizer regulation also standardizes various methods for determining the phosphate solubility of fertilizers to Different methods can be used for the origin and nature of the P fertilizer to be tested.
  • the extraction of the water-soluble phosphorus (P) takes place in accordance with DIN EN15958: 2011.
  • the phosphorus (P), which is soluble in neutral ammonium citrate, is extracted in accordance with DIN EN15957: 2011.
  • the 2% citric acid soluble phosphorus (P) is extracted in accordance with DIN EN15920: 2011.
  • the phosphate content (P) is then determined by means of inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES) in accordance with DIN EN ISO 11885: 2009.
  • ICP-OES inductively coupled plasma atomic emission spectrometry
  • the phosphorus content which is soluble in neutral ammonium citrate, can be used as an indication of the medium-term availability of fertilizer phosphorus to plants, i.e. H. over the period of about one crop rotation.
  • the immediately available P component of a fertilizer is described by its solubility in water. The higher the water-soluble P component, the faster or easier the availability of the fertilizer phosphorus for the plant. Stronger solvents such as citric or formic acid also dissolve P components that are only available to plants over the long term or only under certain site conditions such as low pH values.
  • the present invention fulfills the requirement for high neutral ammonium citrate-soluble phosphate proportions by using the proposed method fertilizer granulates with a particularly high neutral ammonium citrate-soluble P205 proportion of greater than 60%, preferably greater than 70%, particularly preferably greater than 80% of the total P205 proportion are provided in the fertilizer granulate.
  • fertilizers are substances or mixtures of substances that supplement or adjust the nutrient supply for the cultivated plants, in particular crops, in agriculture, forestry and horticulture, and they can optionally be combined with other materials and / or functionalized.
  • Both single nutrient fertilizers such as phosphate fertilizers and complex fertilizers are understood as fertilizers.
  • Fertilizers in granular form, i.e. Fertilizer granulate is a pile typically in an approximately spherical shape and sufficient inherent strength with an average granulate size of 0.5-10 mm, preferably 1-7 mm, very particularly preferably 2-5 mm.
  • examples of inorganic secondary phosphates are ash and / or slag from the mono- or co-incineration of sewage sludge, ash and / or slag from the incineration or co-incineration of animal excrement, animal meal, animal remains and carcasses or ashes / slag from the incineration of liquid manure and digestate as Single substance or mixtures thereof.
  • inorganic fertilizers as is characteristic of typical conventional fertilizers, an organic proportion of less than 3%, often less than 1 % required.
  • the inorganic secondary phosphate should initially make it possible in principle to produce such inorganic fertilizers.
  • Organic residues such as sewage sludge in particular, or liquid manure or digestate with a typical organic content of 40-90% (TS), are expressly excluded from the definition of inorganic secondary phosphate.
  • the phosphate present in these substances is in a different, more readily plant-available bond form than, for example, in cremation ashes. Sewage sludge has been used for fertilization for decades, as the phosphates are sufficiently available to plants there. The digestion (reaction with the reactant) required according to the invention to increase the phosphate solubility is not required for these substances.
  • the phosphorus compounds contained in the inorganic secondary phosphate are referred to here as phosphate, even if in their entirety this should not or not completely correspond to the type of binding of the phosphorus in individual cases.
  • a reactant is to be understood as meaning a substance or a mixture which on the one hand dissolves at least part of the phosphate supplied by the inorganic secondary phosphate and / or reacts with it and on the other hand at least some of the heavy metals from the inorganic Dissolves secondary phosphate.
  • Reactants are, for example, organic or inorganic acids or acid mixtures or bases or mixtures of different bases, in each case in undiluted or diluted form.
  • the sum of the liquid substances in a coherent system is defined as the liquid phase (also liquid phase).
  • the raw material suspension consists of a solid and a liquid phase.
  • the solid phase is the sum of the undissolved substances.
  • the liquid phase in a system can be formed from different liquid components.
  • liquid components can be supplied at least partially in the form of moisture, partially in a suspension or as a liquid via various substances or, for example, as water or at least partially in the reactant, for example liquid, in particular, dilute acids.
  • moisture corresponds in the sense of the invention to the physically bound water that adheres to the substance or mixture of substances.
  • moisture is also used synonymously with the term “moisture content”.
  • the moisture or the moisture content is gravimetric in the context of the present invention determined according to DIN 52183. In the gravimetric moisture determination, also known as the Darr method, the sample is first weighed and then dried to constant weight in a drying oven at 105 ° C. The free water contained in the sample escapes in context corresponds to the present invention of the moisture or the moisture content. Since the liquid phase can also contain dissolved components that remain as solids during drying, the percentage of the liquid phase is usually significantly higher than the moisture.
  • earth-moist defines a consistency.
  • a concrete with a stiff consistency with a water-cement value ⁇ 0.40 is generally referred to as earth-moist concrete.
  • an earth-moist raw material mixture is a consistency range of the raw material mixture comparable to a consistency
  • the consistency range according to the invention is limited by a relatively dry mixture, but with more than 5% moisture (based on the raw material mixture), which cannot be shaped by hand, i.e. does not yet disintegrate like powder
  • the range is limited by the fact that the raw material mixture can be balled and shaped in the hand (comparable to a snowball) and does not dissolve without the application of force (such as vibration).
  • a suspension (Latin suspendere, hang up ',' to let in suspension ') is a heterogeneous mixture of substances made up of a liquid and finely distributed solids (particles), whereby the particles in the liquid are at least partially and at least temporarily in suspension, even if a weaning behavior can set in.
  • the solids are "suspended" in the liquid phase.
  • the liquid referred to as moisture in the earth-moist and / or easily plastically malleable mixture is physically bound or adhered to the solid or is largely in the form of so-called pore water.
  • An earth-moist mixture can also be referred to as a dispersion. According to the definition here, dispersions contain at least one solid and at least one liquid phase. A suspension or an earth-moist mixture also apply here accordingly as a dispersion.
  • the raw material suspension in the proposed method is produced from at least one inorganic secondary phosphate and at least one reactant, the proportion of liquid phase being greater than 45% and the incubation time between inorganic secondary phosphate and reactant being between 1 and 300 minutes.
  • the raw material suspension that is used in the context of the proposed method has a significantly higher proportion of liquid phase than in comparison to conventional methods known from the prior art. It is known in the prior art that the phosphate ashes are mixed with mineral acid directly and moistly and at the same time granulated.
  • the production of a raw material suspension with a significantly higher proportion of liquid phase which is provided in the context of the proposed invention, therefore has considerable technical advantages. For example, when the phosphate-containing secondary raw materials are mixed with the mineral acid, the reactions, which often take place spontaneously and are sometimes very exothermic, can be monitored and controlled.
  • the higher proportion of the liquid phase according to the invention advantageously acts as a reaction buffer. A raw material suspension with a significantly higher proportion of the liquid phase is also significantly less sticky.
  • the raw material suspension produced contains a proportion of liquid phase of preferably greater than 45%.
  • reactions can occur depending on the type of composition and the chemical-physical parameters of the raw material suspension (such as pH value or temperature), which lead to an increase in viscosity, for example through a type of gelation. This is undesirable because it impairs the processability (such as stirring, pumping, etc.).
  • suitable additives such as dispersants.
  • the proportion of liquid phase in the raw material suspension is set to greater than 60%.
  • the raw material suspension after the incubation time provided according to the invention, preferably contains an undissolved solid phase, which is preferably also referred to as the undissolved solids content, of less than 40%.
  • the undissolved solid phase is to be understood as the total solids content in the raw material suspension, i.e. also any solid that may have formed through, for example, precipitation or crystallization in the raw material suspension. A particularly good and simple homogenization of the raw material suspension produced is possible in this solids content range.
  • the raw material suspension contains an undissolved solids content (solid phase) of less than 30% after the incubation time provided according to the invention. Under such conditions, the rate of dissolution is relatively high, as a result of which the necessary reaction time can advantageously be shortened.
  • the production of the raw material suspension can also advantageously solve the corrosion problems.
  • the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant can preferably take place in an acid-proof stirred tank with an acid-proof stirrer, after this reaction the majority of the free acid or alkali is used up and is therefore less harmful to the following system parts.
  • the pH of the raw material suspension produced can also be increased further if necessary after the reaction.
  • the pH should not exceed 3, very particularly preferably 2.
  • the heavy metals typically begin to precipitate, for example as hydroxides.
  • a complexing agent for example citric acid
  • the pH can be adjusted to up to 5, particularly preferably up to 4. In this way, for example, a further neutralization of the raw material suspension is achieved.
  • one or more liquid components can be added to the raw material suspension, for example water and / or liquid nutrient-containing solutions.
  • Nutrient-containing solutions preferably contain nutrients and / or trace substances that are contained in the proposed fertilizer granules.
  • a solution containing at least ammonium and sulfate is added.
  • the phosphate contained in the inorganic secondary phosphate is made available to plants as a nutrient in the method according to the invention.
  • a high phosphate nutrient content in the inorganic secondary phosphate is therefore particularly advantageous for the nutrient content of the fertilizers produced and increases the economic efficiency of the process. That in the inorganic Phosphate contained in secondary phosphate is used advantageously as a nutrient component in the fertilizer produced. High phosphate contents, especially in the case of inorganic secondary phosphate, are accordingly desirable here.
  • Inorganic secondary phosphates with greater than 10% P205, particularly preferably greater than 13% P205 and very particularly preferably greater than 16% P205, are therefore preferred.
  • P205 proportions of greater than 10% are preferred, particularly preferably greater than 13% and very particularly preferably greater than 16%. Therefore, preference is given to ashes and / or slag from the individual or combined thermal utilization (incineration) of sewage sludge, animal excrement, animal meal, animal remains and / or animal carcasses as individual substances or mixtures thereof as inorganic secondary phosphates with the typical P205 contents of over 10 % and above.
  • the inorganic secondary phosphate can contain other components. It is advantageous if further nutrient components are included, such as N, K, Mg or other trace nutrients.
  • the inorganic secondary phosphate (s) reacts with at least one reactant.
  • the solubility of the phosphate contained in the inorganic secondary phosphate is advantageously increased. Since there is also a heavy metal depletion, it is preferred in the context of the invention that the reactant is set up to also dissolve a portion of the heavy metals contained - preferably as high as possible.
  • the phosphate fraction present in the inorganic secondary phosphate typically has a relatively low solubility. Accordingly, substances such as sewage sludge ash are only suitable to a limited extent as fertilizers. Typically, these inorganic secondary phosphates show a water solubility of less than 30% and a neutral
  • Ammonium citrate solubility of less than 50%, preferably based in each case on the total phosphate content in the inorganic secondary phosphate.
  • this insufficiently soluble phosphate is converted into a more soluble and therefore more readily available to plants.
  • the conversion takes place by at least partial reaction of the inorganic secondary phosphate with at least one reactant.
  • the reactant is preferably set up to dissolve at least part of the phosphate contained in the inorganic secondary phosphate and / or to react with this in such a way or to convert the phosphate by reaction so that a phosphate that is more neutral-ammonium citrate-soluble is formed.
  • the phosphate which is preferably dissolved by the reactant, advantageously forms a more neutral-ammonium citrate-soluble phosphate than in the inorganic secondary phosphate.
  • the term "better neutral ammonium citrate solubility" in the context of the invention preferably means that the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate in the inorganic secondary phosphate is higher after the reaction with the reactant. An increase in the neutral ammonium citrate solubility of greater than 20% is preferred, especially an increase of greater than 50% is preferred.
  • a corresponding calculation example can look like this: the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate content from the untreated secondary phosphate from 50% is increased by 20% to 60% due to the reaction with the reactant
  • the proposed method differs from the state of the art in that the phosphate at least partially reacts and the solubility is increased.
  • the type and concentration of the reactant, the conduct of the reaction and the reaction time can influence the resulting neutral ammonium citrate solubility of the inorganic secondary phosphate.
  • the phosphate content from the inorganic secondary phosphate is then preferably present in the heavy metal-depleted phosphate produced Fertilizer granules have a neutral ammonium citrate solubility of greater than 60%, preferably greater than 70%, particularly preferably greater than 80%.
  • the preferred reaction or conversion of the phosphate and the preferred resulting neutral ammonium citrate solubility from the inorganic secondary phosphate advantageously result in a better availability of phosphate in plants and thus an improved fertilizing effect.
  • the solubility of the phosphate from the inorganic secondary phosphate is increased by the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant.
  • the solubility of phosphate in fertilizers is determined using different methods.
  • the P solubility is preferably determined by the type of P bond and the solution medium.
  • the way in which the reaction is carried out in process step a) can influence the binding of the P, that is to say the phosphate phases that form. This can be done, for example, by the type and concentration of the reagent, the reaction time and / or the process temperature.
  • the reaction is preferably controlled so that the phosphate content from the inorganic secondary phosphate then has a neutral ammonium citrate solubility of greater than 60% and a water solubility of less than 40% in the fertilizer granules produced.
  • the solubilities in this form, the effect is that the phosphate is actually sufficiently readily available to the plants in the field for about one growth period, but is not washed out during this time. Leaching can typically take place if there is very good water solubility, i.e. significantly higher, i.e. provided here.
  • a neutral ammonium citrate solubility of greater than 80% and a water solubility of less than 30% is set for the phosphate content from the inorganic secondary phosphate in the fertilizer granules produced.
  • a neutral ammonium citrate solubility of greater than 90% and a water solubility of less than 15% is set for the phosphate fraction from the inorganic secondary phosphate in the fertilizer granules produced. This ratio is particularly favorable for wheat plants.
  • the type and concentration of the reactant, the way the reaction is carried out and the reaction time can also influence the type and proportion of dissolved heavy metals. For example, a higher acid strength preferably results in a higher proportion of dissolved heavy metals. A higher proportion of dissolved heavy metals is preferred in this process step, since to a large extent only the proportions that are present in dissolved form can be proportionally separated off in the heavy metal depletion process.
  • sufficient acid is therefore added to the raw material suspension so that a pH value of less than 1 is established during the incubation time.
  • a significant proportion of heavy metals is already dissolved.
  • enough acid is added to the raw material suspension that a pH value of less than 0.5 is established during the incubation time.
  • the heavy metals arsenic and lead are almost completely dissolved. If the pH value is further reduced to less than 0.2 during the incubation time, as in a particularly preferred embodiment of the invention, other heavy metals also dissolve to a greater extent.
  • At least one reactant which contains at least one of the elements nitrogen (N), sulfur (S), potassium (K) and / or phosphorus (P) includes, for example, phosphorous acid (H3P03), phosphoric acid (H3P04), nitric acid (HN03), sulfuric acid (H2S04), sulphurous acid (H2S03) and / or potassium hydroxide (KOH).
  • additional nutrient components such as nitrogen, sulfur, potassium and / or phosphorus are introduced into the granulate.
  • the nutrient binding form of the nutrients contained in the reactant for example nitrogen and / or sulfur, can preferably be converted into a form suitable for the fertilizer.
  • the reactant is a dilute or undiluted phosphoric acid and / or a phosphorous acid or at least a dilute or undiluted acid mixture with a proportion of phosphoric acid and / or phosphorous acid contained.
  • the advantage here is that the phosphorus content in the raw material suspension and thus in the fertilizer produced from it is increased by the reaction agent.
  • the reactant advantageously not only provides a valuable nutrient component, but also favors the production of phosphate fertilizers in particular.
  • fertilizer granules with a total P205 content of greater than 35%, particularly preferably greater than 40% and a phosphate content of which is neutral ammonium citrate soluble of greater than 80%, particularly preferably greater than 90%, can be produced.
  • the total content of P205 is greater than 35%, particularly preferably greater than 40%.
  • the components of the raw material suspension can be brought together in any order.
  • the reactant reacts sufficiently with at least part of the phosphate supplied by the inorganic secondary phosphate.
  • the term "react adequately" in the context of the invention means that the desired improvement in the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate is achieved.
  • at least some of the heavy metals are preferably dissolved.
  • An incubation period in the sense of allowing the reaction agent to act is accordingly The incubation takes place over a period of time in the range from 1 to 300 minutes, preferably in the range from 5 to 100 minutes and particularly preferably in the range from 10 to 60 minutes, due to the order in which the components are brought together, the time sequence and the incubation time can, for example, have an influence on the reaction taking place and thus also on the proportion of dissolved heavy metals and the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate in the fertilizer granules produced.
  • the incubation time is therefore set between 10 and 60 minutes, in particular to increase the ammonium citrate solubility. In a particularly preferred embodiment of the invention, the incubation time is set to 10 to 30 minutes. High ammonium citrate solubilities can also be achieved here; the shorter incubation time advantageously allows the dimensions of the reaction vessels to be reduced so that process costs can be reduced accordingly.
  • the incubation time to achieve the desired solubilities also depends, for example, on the type of reagent used. Thus, strong acids such as concentrated mineral acids or strong bases such as concentrated NaOH typically result in an accelerated reaction and a shorter incubation time is required. If, however, weaker acids, such as organic acids such as citric or oxalic acid, If used, a longer incubation period is required. In a preferred embodiment of the invention, the incubation time is set in a range between 30 and 300 minutes.
  • the incubation time is set between 60 and 300 minutes.
  • a higher process temperature preferably increases the reaction rate between the inorganic secondary phosphate and the reactant and thus shortens the incubation time required.
  • the process temperature during the incubation of the inorganic secondary phosphate and the reactant is therefore set above 30.degree. C., particularly preferably above 40.degree. C. and very particularly preferably above 50.degree.
  • the envisaged separation of the reaction for at least a partial conversion of phosphate from the inorganic secondary phosphate from the granulation preferably solves the technical problem that the exothermic, sometimes spontaneous and violent reaction greatly hinders the granulation process.
  • the separation of the reaction from the granulation provided according to the invention is preferably to be understood in the technical sense in such a way that by far the largest proportion of the reaction takes place during the preparation of the raw material suspension and the subsequent incubation period. However, it can also be preferred that the reaction continues after the incubation period, but then with a significantly reduced intensity. By adhering to the incubation time provided according to the invention, the still existing intensity of the possible progress of the reaction is no longer a hindrance to the granulation process.
  • the process is preferably controlled such that more than 80% of the increase in neutral ammonium citrate solubility of the inorganic secondary phosphate achieved over the entire process is achieved by the end of the incubation period.
  • the phosphate from the inorganic secondary phosphate treated with the reactant shows this reaction product that has been stopped in this way already at least 80% of the neutral ammonium citrate solubility of a reaction product which is not stopped, but the entire process runs through until the final fertilizer granulate.
  • the inorganic secondary phosphate added to the raw material suspension different heavy metals are typically present in different concentrations. These heavy metals are at least partially dissolved by the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant.
  • the type and amount of dissolved heavy metals depends on the dissolution parameters used as described above. For reasons of sustainability, for example, it is advisable to discharge these heavy metals at least partially from the process and thus separate them from the fertilizers produced.
  • the heavy metals are at least partially separated off directly from the raw material suspension produced.
  • the heavy metals are to be separated, at least in part, directly from the raw material suspension produced, the difficulty arises that precipitation as hydroxides or sulfides alone is not effective is possible.
  • precipitation as hydroxides or sulfides alone is not effective is possible.
  • these pass from the liquid phase to the solid phase of the suspension and are thus still present in the suspension. It is true that the entire solid phase could now be separated off and discharged from the process, but in the method according to the invention the solid phase should be converted into the fertilizer granulate.
  • An electrochemical heavy metal depletion is defined by the fact that the chemical separation reactions take place with the participation of electrons that flow through an external conductor circuit.
  • a reaction partner in this electrochemical reaction is always an electrode that either accepts or releases electrons. This means that by supplying electrical energy, this chemical material conversion is carried out for the depletion of heavy metals.
  • electrochemical separation processes are to be understood as meaning all these processes which essentially cause the chemical and / or physical processes required for the cleaning operation through the action of an electrical current that is introduced into the raw material suspension to be treated via appropriately adapted electrodes.
  • the current is transported within an electrochemical reactor by ions in a mostly liquid electrolyte.
  • the raw material suspension with the dissolved components can be viewed here as an electrolyte.
  • the electrodes are basically the active components in such an electrochemical process.
  • the electrochemical reactions take place on their surfaces. In principle, they act as an electrocatalyst. They can simply consist of the catalytically active metal (full electrodes) or have a more complex structure, if z. B. acts as a substrate as a carrier of the usually expensive electrocatalyst.
  • Materials for the electrodes are, for example, metals and their alloys, carbon or graphite, electrically conductive polymers, metal oxides with a high electronic conductivity and semiconductors. Electrodes conduct the electric current and the charge carriers are electrons. They are also known as first class leaders. Depending on which electrochemical process takes place on the electrode, they are called anodes or cathodes.
  • the electrodes are the active components in the electrochemical reaction.
  • the electrochemical reactions take place on their surfaces and therefore the type and properties of the electrodes are selected according to the desired electrode reactions and the type of electrolyte.
  • the electrodes can have a wide variety of designs. For example, plate electrodes, porous electrodes, electrodes in the form of a network or so-called three-dimensional (3D) electrodes, which have a very large surface and from which to treating liquid are flowed through. Fills or porous bodies made of carbon or suitable metals can be used as 3D electrodes.
  • the device of the heavy metal depletion according to the invention can be designed, for example, as a fixed or fluidized bed cell.
  • basic reactor types are, for example, stationary stirred kettles, continuous stirred kettles, flow reactors or stirred kettle cascades.
  • the arrangement of the electrodes in relation to one another and any separators to be introduced for separating the reaction spaces are an important factor influencing the deposition process.
  • the separation system corresponds to a parallel plate reactor which is optionally equipped with separators (such as, for example, ion exchange membrane or ceramic diaphragm) for separating the reaction spaces and for preventing undesired side reactions.
  • the device for the electrochemical deposition largely corresponds to a reactor with a fixed bed cathode.
  • This embodiment offers the advantage of accommodating a large electrode area in a small space.
  • a so-called plug flow reactor can be used as the basic reactor type for continuous operation. This is ideally characterized by a uniform residence time (through-flow pipe), the conversion achieved depending on the length of the reaction space and there is no significant mixing along the flow path.
  • a cascade of homogeneously mixed stirred kettles can also be used as a reactor design, with conversion and residence time behavior converging for multi-stage cascades.
  • a so-called electrochemical metal deposition (galvanic deposition process) is used as the electrochemical process.
  • the dissolved metal ions such as heavy metal ions, are removed from raw material suspensions containing heavy metals by first converting them and depositing them on the cathode as metal and metal oxide, for example.
  • the electrolysis bath is the raw material suspension in which the heavy metals to be deposited are at least partially dissolved.
  • Electrodes which are connected to an external voltage source, are immersed in the electrolysis bath. When a direct current voltage is applied, one electrode becomes the cathode and the other becomes the anode.
  • the reaction parameters are set in such a way that the heavy metal cation is reduced at the cathode and is at least partially deposited thereon as metal or metal oxide, for example.
  • the processes taking place on the anode depend in principle on its nature. A distinction is made between soluble and insoluble or active anodes. In the case of soluble anodes, the metal of the anode can release electrons and go into solution as a positively charged ion. In a particularly preferred embodiment, an insoluble anode is used, with another oxidation process taking place to maintain the electrical circuit, for example by oxidizing the solvent, for example water, or the anions in solution.
  • Targeted setting of the electrochemical parameters such as the potential ranges for deposition (thermodynamic driving force), the achievable current densities (as an essential measure for, for example, the reaction speeds) and the selection of suitable electrodes for the deposition can influence the degree of deposition and the type of deposited elements be taken.
  • the heavy metals can be at least partially separated from the raw material suspension, for example by diverting the raw material suspension from the electrochemical reaction device or removing the cathodes after the at least partial deposition of the heavy metals on the cathode.
  • the departed Heavy metals can then be removed from the cathode, for example by flushing solutions or mechanical separation. A new cleaning process can then take place.
  • At least one complexing agent for example citric acid
  • the complexing agent serves, for example, to ensure that when the pH value increases, the dissolved heavy metals only precipitate at a higher pH value, that is to say that the precipitation range is shifted.
  • the pH range of the raw material solution can be raised, for example preferably in the range 2 to 7, and a higher proportion of heavy metals is dissolved than without a complexing agent. Raising the pH value range can promote electrochemical heavy metal depletion. For example, by increasing the pH from a very acidic range, for example in the range less than 2, it is possible to prevent the most formed metal from dissolving again.
  • the pH is set in the range 2 to 4. In this range, the dissolution of most metals can be prevented, but fewer means are required to raise the pH.
  • the electrochemical heavy metal depletion according to the invention takes place from the raw material suspension produced and can begin directly with or during the production of the raw material suspension or thereafter.
  • the electrochemical heavy metal depletion begins with the production of the raw material suspension or afterwards and runs at least temporarily in parallel during the incubation period and can go beyond the incubation period.
  • the advantage of this embodiment is that the electrochemical heavy metal depletion requires a sufficient reaction time and in this embodiment this reaction time for the electrochemical heavy metal depletion and the incubation time are at least temporarily coupled, which reduces the overall process time.
  • an incubation time is first awaited for the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reagent and then the electrochemical heavy metal depletion is carried out. The reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant can also continue during the heavy metal depletion.
  • the electrochemical heavy metal depletion according to the invention can be carried out either continuously and / or discontinuously and can be in one or more stages.
  • the type and amount of the separated heavy metals result from the set process parameters of the electrochemical heavy metal depletion.
  • arsenic, cadmium, lead and / or nickel for example, should often be deposited, the amount to be deposited depending on the concentration of the contamination. In a preferred embodiment, therefore, at least 20% arsenic, cadmium, lead and / or nickel, based on the initial concentration in the inorganic secondary phosphate, are deposited from the raw material suspension. In the technical sense, this can be done relatively easily and therefore inexpensively. In another preferred embodiment, at least 40% arsenic, cadmium, lead and / or nickel based on the initial concentration are separated off. The advantage of this embodiment is that, for example, inorganic secondary phosphates with a higher heavy metal concentration can be used.
  • the electrochemical separation process in addition to the at least partial separation of heavy metals according to the invention, also depletes other pollutants.
  • organic pollutants can be caused by a suitable Process management by electrochemical reactions, for example, are broken down into at least less harmful substances.
  • the electrochemical separation process can also be used for disinfection. This is advantageous, for example, if, for example, organic structural substances are added as a further component, for which disinfection is necessary.
  • the electrochemical heavy metal depletion according to the invention results in a heavy metal depleted raw material suspension according to the invention.
  • part of the liquid phase is separated from the heavy metal-depleted raw material suspension by solid / liquid separation prior to granulation or extrusion.
  • the liquid phase separated by the solid / liquid separation is also referred to below as (separated) process water.
  • the advantage of this embodiment is that the reaction between inorganic secondary phosphate and reactant can initially take place in a raw material suspension with a higher liquid phase content with the advantages described above, but this high liquid phase content is separated mechanically with significantly less energy and not thermally by drying.
  • simple and inexpensive granulation and extrusion technologies such as granulating plates or intensive mixers can be used.
  • the amount of liquid phase to be separated in this preferred embodiment is selected according to the requirements of the subsequent granulation / extrusion. For example, the type of granulation or extrusion required determines the proportion of liquid phase to be separated.
  • At least some of the dissolved components are precipitated and / or crystallized out of the liquid phase before the solid / liquid separation.
  • This has the advantage that the process water separated by the solid / liquid separation has fewer dissolved components. This is advantageous when the process water is returned to the freezing of the raw material suspension, since this results in lower cycle concentrations of these components. This also prevents the risk of encrustation of system parts and / or pipes.
  • Such at least partial precipitation and / or crystallization can be increased, for example, by increasing the pFI value, as a result of which dissolved components precipitate, for example, as flydroxides. However, this can also be done, for example, by adding further components which, in reaction with dissolved components, form solid reaction products.
  • so much liquid phase is separated off with the solid / liquid separation that the separated moist solid can be referred to as earth-moist or an earth-moist mixture.
  • An earth-moist mixture is not a suspension according to Definition here (since the solid components in the liquid phase are not finely distributed, at least temporarily, in suspension), but can also be referred to as dispersion or raw material dispersion, since at least one solid and at least one liquid phase are still present.
  • the humidity is at least 5% to less than 40%. In other words, it is preferred in the context of the invention that the humidity is in a range between 5 and 40%.
  • the non-separated liquid phase can also contain dissolved components which remain as a solid during drying
  • the percentage of the non-separated liquid phase in this preferred earth-moist mixture is in a range between 10 and 70%.
  • the advantage of such a proportion of moisture or non-separated liquid phase is that an earth-moist mixture can be granulated or extruded directly and a relatively little liquid phase, for example in particular water, has to be evaporated to produce the particularly dry, heavy metal-depleted fertilizer granulate. This saves considerable energy costs.
  • the humidity is 10% to less than 30%. In other words, it is preferred in the context of the invention that the humidity is in a range between 5 and 30%.
  • the advantage of this embodiment of the invention is that an earth-moist mixture with this moisture content can typically be granulated directly by means of a granulating plate.
  • the partial separation of the liquid phase in the context of the present invention can be carried out continuously and / or discontinuously in one or more steps, for example by filtration or centrifugation.
  • Filtration can be carried out discontinuously, for example by means of autopress, pressure suction filters, agitated pressure suction filters, suction suction filters, plate filters, (pressure) leaf filters, bag filters, candle filters, bag filters, sheet filters, filter presses, e.g. Frame filter presses, chamber filter presses, membrane filter presses; Plate filters and / or bulk filters or continuously, for example by means of crossflow filtration, shear gap filters, tubular rotor filters, belt filters, rotary pressure filters, drum filters, rotary vacuum filters, disc pressure filters and / or sliding belt presses, without being limited to them.
  • the centrifugation can be carried out continuously by, for example, sieve centrifuges, screw sieve centrifuges, impact ring centrifuges, sliding centrifuges, pusher centrifuges, vibrating centrifuges, tumbling centrifuges and / or solid bowl centrifuges, or discontinuously, for example by pendulum centrifuges, horizontal peeling centrifuges, inverted peeler centrifuges and / or bag centrifuges, pusher centrifuges.
  • the solid-liquid separation is carried out by means of filter presses, centrifuges or vacuum belt filters.
  • the liquid phase is partially separated off with a filter press, for example a membrane filter press, in combination with mechanical pressing with dry bals of the filter cake produced.
  • a gas is preferably fed to the pressing device, which is controlled in such a way that this gas flows through the filter cake (via the pore structure) and thereby carries along adhering liquid components and thus drives them out of the filter cake.
  • the gas can in this case preferably be compressed air generated from the ambient air, wherein this compressed air can also be supplied heated. The heating also produces a drying effect.
  • the advantage of this embodiment is that it allows lower residual moisture to be achieved.
  • the heavy metal-depleted raw material suspension can be conditioned, for example to improve or simplify filtration or sedimentation.
  • flocculants or agents for adjusting the viscosity can be added.
  • the separated liquid phase (separated process water) can be discharged from the process and, for example, disposed of as waste water or fed to another use, or it can be returned and / or used in the process according to the invention itself.
  • At least part of the separated process water is fed to the production of the raw material suspension.
  • This recirculated, separated process water can preferably completely or partially replace an adequate portion of the otherwise necessary liquid phase, in particular of added water.
  • the process water can be used again directly in the process and accordingly does not have to be disposed of.
  • the separated process water can still contain a proportion of the dissolved nutrient components, for example phosphate, which are thus returned to the process.
  • at least part of the reactant for the production of the raw material suspension is fed to this separated process water after the separation by the solid / liquid separation and before the production of the raw material suspension.
  • the separated process water contains such a proportion of dissolved components that may already partially precipitate or crystallize out during the return process and cause technical difficulties, for example due to deposits.
  • the reaction agent particularly preferably acids
  • precipitation or crystallization can at least be reduced.
  • At least part of the separated process water is fed to the granulation for conditioning the raw material dispersion and / or for forming the granules, for example by spraying onto the raw material dispersion on the granulating plate. Feeding of further components to the raw material suspension
  • Further components can be added to the raw material suspension / dispersion before, during or after the incubation period, before during or after the heavy metal depletion and / or before or during the granulation or extrusion.
  • Further components are generally those substances that can improve the process control and / or the properties of the fertilizer granulates, for example nutrient-containing components, dispersants and defoamers, structural substances, pH adjustment agents, urease inhibitors, ammonium stabilizers, humic acid, organic Acids and / or water.
  • nutrient-containing components are preferably substances that supply or supplement the nutrient supply for the cultivated plants in order to control or support the growth and development of the plants.
  • the nutrient-containing components include nitrogen (N), phosphate (P), potassium (K), magnesium (Mg), sulfur (S), essential trace elements individually or in combination.
  • N nitrogen
  • P phosphate
  • K potassium
  • Mg magnesium
  • S sulfur
  • essential trace elements individually or in combination.
  • the nutrient composition in the fertilizer granulate can be adapted particularly precisely to the needs of the soil and / or plants.
  • the typical fluctuation range of the composition of the inorganic secondary phosphate can be compensated for in order to ensure a uniform fertilizer quality.
  • additional phosphate carriers for example ammonium phosphate, potassium phosphate, crystallization products from phosphorus elimination, such as struvite, brushite or hydroxylapatite-like Ca-P phase, are added in such an amount that a fertilizer granulate with a total P205 Content of greater than 35%, particularly preferably greater than 40% and a neutral ammonium citrate-soluble phosphate fraction thereof of greater than 80%, particularly preferably greater than 90%.
  • crystallization products from phosphorus elimination such as struvite, brushite or hydroxylapatite-like Ca-P phase
  • crystallization products from phosphorus elimination are added in a range from 1 to 70%, based on the finished pedosphere-improving granules, so that nutrient granules with a Total P205 content of more than 15%, a neutral ammonium citrate-soluble phosphate content of more than 60% thereof and a water solubility of less than 30%, also based on the total P205 content.
  • crystallization products from phosphorus elimination in the range of 10 to 40%, based on the finished pedosphere-improving granules are added, nutrient granules with a total P205 content of greater than 15%, with a neutral ammonium citrate-soluble phosphate content thereof , based on total P205, of greater than 85% and a water-soluble phosphate content, based on total P205), of less than 20%, based on the composition of the nutrient granules.
  • One or more structural substance (s) can be used as further components, for example peat, humus, pyrolysis substrates from biomass, biochar from hydrothermal sources Carbonization (HTC), but also sewage sludge, digestate, liquid manure, animal excrement, animal and / or fish meal.
  • the term “digestate” describes in the context of the invention the liquid and / or solid residue that remains during the fermentation of biomass.
  • the term “liquid manure” preferably describes a mixture of manure and urine from farm animals in combination with Litter with changing water content.
  • the fertilizing effect can be adjusted and / or a soil-improving effect can be achieved when using the fertilizer granules.
  • the fertilizing effect is preferably influenced by the fact that the structural properties of the fertilizer granulate produced and thus its properties, such as the porosity, size of the pores, strength and / or solubility, can be adjusted by adding the structural substance.
  • the nutrient release can be specifically adapted to the plant growth and the time-dependent nutrient requirement of the plant.
  • Targeted soil improvement can also be achieved by adding a structural substance to the fertilizer granulate if the structural substance is used, for example, to form humus, to improve the soil structure and / or to improve the air and / or water balance of the soil when using the Fertilizers in agriculture leads. This can, for example, promote root growth, activate soil life and / or stimulate plant vitality against stressful situations.
  • a total of between 5 to 50% structure substance based on the finished pedosphere-improving granulate is added, since it was surprisingly found that in this concentration range, in particular, the formation of humus is very strongly promoted and therefore particularly good soil and soil Structural improvement is effected. It is very particularly preferred that the granules formed have a carbon content of greater than 5 to 25%, since it was unexpectedly found that in this area of the carbon content, in addition to the formation of humus, the air and water balance of the soil in particular is particularly favorable for the growth of for example winter barley and corn can be adjusted.
  • the fertilizing effect is preferably influenced by the fact that the structural properties of the generated pedosphere-improving granulate and thus its properties, such as the porosity, size of the pores, strength or solubility, are set by adding the structural substance.
  • the nutrient release can be specifically adapted to the plant growth and the time-dependent nutrient requirement of the plant. Therefore, in another preferred embodiment of the invention, between 0.1% to 5% structural substance is added.
  • a particularly large number of nutrient components can be integrated in the fertilizer, whereby the fertilizing effect of the granules in this exemplary embodiment is fundamentally reinforced.
  • a sanitation step is used Interruption of infection cycles by killing pathogens, bacteria etc. integrated into the proposed method.
  • Methods such as adding chemical or bacteria-killing agents, hygienizing through an extreme pH shift, for example by adding quick lime or hydrated lime, or thermal treatment are available for sanitation.
  • Such a process step for sanitizing the critical residue (s) can be carried out at a suitable point in the process.
  • Such a sanitization of the residues can take place before the addition of the residues as structural material to the raw material suspension / dispersion.
  • a residual material such as sewage sludge
  • the sanitization takes place by a thermal treatment of at least 10 minutes, preferably longer than 20 minutes and above 60 ° C, particularly preferably above 75 ° C. This temperature action advantageously largely kills the pathogens.
  • the thermal treatment of the critical residues can take place, for example, in process step a) and / or d), for example by heating the raw material suspension / dispersion or heating itself up through exothermic reactions.
  • humic acid and / or fulvic acid and / or salts thereof are added.
  • These substances advantageously have growth-promoting properties. This significantly increases the nutrient absorption capacity of the roots and thus stimulates growth. Their addition promotes plant growth and cell formation. They stimulate the cell membranes as well as the metabolic activities and thereby increase the germination rate. Important plant enzymes are also particularly well stimulated.
  • the strong root formation supports the nutrient absorption capacity. The plants strengthened in this way are significantly less susceptible to disease.
  • the addition of these substances can increase the plants' P uptake, as it blocks the P adsorption in the soil and, by complexing Ca, Al, Fe, prevents P from precipitating into poorly soluble compounds.
  • organic acids are added in solid and / or liquid form.
  • Organic acids are, for example, ascorbic acid, acetic acid, formic acid, gluconic acid, malic acid, succinic acid, oxalic acid, tartaric acid and citric acid.
  • Organic acids play an essential role in the absorption of phosphate by plants from the soil.
  • the presence of organic acids on the roots means that the plants can absorb sufficient phosphate, whereby microorganisms typically form these organic acids in the ecosystem.
  • one or more organic acids are preferably integrated in total in a range from 0.1 to 30% (based on the finished pedosphere-improving granules). It is presumed that these, along with the organic acids that are fed in, preferably take on a comparable function in the root area of the plant without these organic acids first having to be generated by microorganisms. Citric acid, oxalic acid and / or tartaric acid are preferably used individually or in combination, since these organic acids are relatively inexpensive and available in sufficient quantities.
  • citric acid, oxalic acid and tartaric acid individually or in combination in a quantity range 0.1% to 10% (based on the finished pedosphere-improving granules) is particularly preferred, since the absorption-improving effect of these acids is particularly favorable in relation to the raw material costs.
  • the listed proportions of organic acids in the fertilizer granulate can either be added as an additional component and / or, if organic acids are used as reactants, after the reaction (at least proportionally further in this quantity range) and thus transferred to the fertilizer granulate.
  • Defoaming agents and dispersants can also be added as additional components. Defoaming agents are advantageous, for example, when a strong gas-forming reaction sets in or a foam forms when individual substances are brought together, for example when producing the basic dispersion. The viscosity can, for example, be adjusted by the dispersant.
  • the pH of the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion is set in the range between 4 and 11 after the heavy metal separation or the earth-moist mixture before or during the granulation or extrusion. In this way, for example, remaining acid residues, for example when using acids, can be neutralized.
  • the pH of the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion or the earth-moist mixture is set in the range between 6 to 8 before or during the granulation or extrusion. This results in fertilizers that are depleted of heavy metals and whose pH value is largely neutral.
  • the substances used can be added individually or in combination or the entire raw material suspension / dispersion can be ground. This is advantageous, for example, if the existing particle or aggregate size of individual or several starting materials is not sufficiently fine enough to achieve sufficient homogeneity, for example, or this can lead to process-related difficulties, for example clogging of nozzles. This can advantageously be improved by reducing the particle or aggregate size.
  • the solubility of substances or the compounds they contain can also be improved, for example the solubility of phosphate-containing ashes or slags.
  • the aggregates used for dry or wet milling can be, for example, ball mills, pin mills, jet mills, bead mills, agitator ball mills, high-performance dispersers and / or high-pressure homogenizers.
  • the order in which the further components are added can be carried out depending on the requirements of the process management and / or the possibly desired reaction sequence. All other components can be added together or sequentially at one point in the process, for example after the incubation period before the heavy metal depletion. The other components can also be added at various points in the process.
  • the addition can be added to the dispersion already produced from at least one inorganic secondary raw material and at least one reactant and / or also during the production of this dispersion. It is also preferred that all or some of the further components are initially taken and only for this purpose the dispersion of at least one inorganic secondary phosphate and at least one reactant or the components for forming this dispersion is added.
  • all or some of the further components are added after the heavy metal depletion.
  • the other components initially do not affect the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant.
  • these additional components also do not influence the heavy metal depletion and simplify the heavy metal depletion.
  • further components can be added when the raw material suspension / dispersion is transferred from the heavy metal depletion facility to a mixer.
  • the mixing device can be, for example, a mixing container with agitator, roller mixer, which is preferably also referred to as a falling, drum or rotary mixer, shear mixer, compulsory mixer, ploughshare mixer, planetary mixer, Z mixer, Sigma mixer, fluid mixer or intensive mixer.
  • the selection of the suitable mixer depends in particular on the flowability and the cohesive forces of the material to be mixed.
  • the raw material suspension according to the invention is first produced, the electrochemical heavy metal depletion and then a solid / liquid separation carried out.
  • the moist solid separated in the solid / liquid separation is then placed in a mill-drying unit.
  • the desired composition in particular the nutrient composition of the raw material dispersion, is set by adding further components to the moist solid after the solid / liquid separation and / or in the mill-drying unit.
  • the moist solid is ground together with the other components and at the same time the moisture is reduced to such an extent that the resulting mixture has a residual moisture that is suitable for the subsequent granulation process.
  • the advantage of this embodiment is that on the one hand the filter cake is deagglomerated by the grinding.
  • the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion is converted into a heavy-metal-depleted fertilizer granulate by granulation or extrusion.
  • the granulation or extrusion can preferably take place during the admixing of further components and / or afterwards, for example in the same mixer or in a separate granulating or extrusion unit, which is formed for example by pelletizing or granulating plates, granulating drums, fluidized bed granulators, spray granulators or extruders .
  • the proportion of the liquid phase or the moisture content of the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion has a significant influence on the reactions taking place, the type of granulation, the product quality and / or the economic viability of the process.
  • the total proportion of the liquid phase or the moisture before the granulation and / or extrusion can be, for example, via the process control of the preceding steps, optionally a partial separation of the liquid phase by a solid / liquid separation and the type and amount of the liquid, moist or dry components. If necessary, partial drying can also take place before granulation, for example in order to adjust the total proportion of the liquid phase before granulation and / or extrusion.
  • the raw material dispersion is or will be adjusted before the granulation / extrusion so that it contains a moisture content of less than 30%, preferably less than 25% and particularly preferably less than 20% and thus corresponds to an earth-moist mixture.
  • the preferably earth-moist mixture can preferably be granulated and / or extruded directly.
  • relatively inexpensive granulation and / or extrusion processes or technologies such as roller mixers, shear mixers, ploughshare mixers, planetary mixing kneaders, intensive mixers and / or extrusion processes, can be used.
  • the tendency to stick required for granulation can preferably also be adjusted by different substances, such as binders. These can, for example, also be added.
  • the advantage of this preferred embodiment of the invention is that a good roundness of the granules is achieved in the preferred granule size range and the granulation technology and the process costs can be used inexpensively.
  • the heavy metal depleted raw material dispersion thus reduced in the liquid phase portion is then optionally further components in an intensive mixer, for example an intensive mixer type R Fa. Eirich, where the liquid phase content is preferably set and, if necessary, binder added so that the intensive mechanical mixing results in green granules with a desired grain size, preferably in a range from 1 to 10 mm, particularly preferably from 2 to 5 mm .
  • green granules comprise at least all components of the fertilizer granules, the green granules preferably having a liquid phase portion, which is also referred to as "moisture” in the context of the invention, this liquid phase portion preferably being able to be removed by drying.
  • the granulation takes place on a pelletizing or granulating plate.
  • the heavy metal depleted raw material dispersion reduced in the liquid phase portion is then fed to a pelletizing or granulating plate with additional components if necessary.
  • a liquid component preferably in combination with a binder contained therein or separately supplied, is sprayed onto the raw material dispersion on the granulating plate.
  • the liquid component is water.
  • the supplied raw material dispersion is adjusted in terms of moisture content or the proportion of the liquid phase in advance so that the green granules that are formed during and / or after the granulation are advantageously formed by adding the liquid component and the rotating movement of the pelletizing or granulating plate the fertilizer granules can be dried.
  • the advantage of this embodiment of the invention is that the granulation and the necessary technology are particularly inexpensive. In addition, this simple granulation technology is less susceptible to repair.
  • the raw material suspension / dispersion is or will be adjusted before the granulation in such a way that the proportion of the liquid phase is greater than 25%, preferably greater than 35%.
  • the granulation of the pollutant-depleted raw material suspension takes place in a fluidized bed or spouted bed reactor, particularly preferably by spray granulation or spray agglomeration. Apparatuses of this type are known to the person skilled in the art and are offered, for example, by Glatt with the AGT or GF series. For this purpose, the pollutant-depleted raw material suspension including any additional components is fed to a fluidized bed reactor.
  • the additional components can be, for example, nutrient-containing components, dispersants and defoamers, agents for adjusting the pFI value and / or water, which can be added individually or in combination beforehand.
  • the feed takes place by spraying, for example by spraying through nozzles.
  • the raw material suspension is pumpable and sprayable. This can preferably be achieved in that, for example, the proportion of liquid phase is sufficiently high, for example in that correspondingly necessary amounts of preferably water are supplied. Flea quantities of the liquid phase favor the stability and the pumpability of the raw material suspension and thus simplify the technical operation.
  • the fertilizer granules to be produced should have a low proportion of liquid phase or a moisture content that is preferably less than 5%, particularly preferably less than 2%, it is preferred in the context of the invention that the liquid phase, for example during granulation in this embodiment is removed. It is therefore particularly preferred to adjust the liquid phase in the raw material suspension in the fleas, so that 40-70% fertilizer granules form from the pollutant-depleted raw material suspension, very particularly preferably 45-60%.
  • a formation of 40-70% fertilizer granulate from the raw material suspension corresponds in the context of the present invention to a solids content in a range from 40 to 70% or between 40 and 70%.
  • a pollutant-depleted raw material suspension can advantageously be made sufficiently stable and pumpable, whereby the energetic expenditure for the separation of the liquid phase is to be assessed as acceptable, especially in comparison to conventional methods known from the prior art.
  • the raw material suspension can be frozen in a stirred tank or mixer.
  • the advantage of this preferred embodiment for granulation is that the granulate size can be adjusted particularly well, the granulates are very homogeneous and a particularly round and compact granulate shape is achieved.
  • the granules obtained are particularly easy to handle and particularly easy to apply to fields, for example with spreading devices.
  • the compactness of the granules results in little dust and abrasion, which is also advantageous for spreading using, for example, spreading devices. Drying / fractionation of the heavy metal-depleted fertilizer granules produced
  • the pollutant-depleted fertilizer granules have a low level of moisture, i.e. physically bound water.
  • a humidity is in a range of less than 5%, preferably less than 2%.
  • such a moisture range can already be achieved during the granulation, in particular during the spray agglomeration or granulation in which the granulation and / or drying take place largely simultaneously.
  • the generated granules depleted of harmful substances are dried or at least additionally post-dried after the granulation and / or extrusion.
  • Various drying technologies are available for this, such as contact dryers, in which the thermal energy required for drying is preferably supplied through contact with meat surfaces, convective dryers, in which the thermal energy required for drying is preferably supplied through contact with industrial gas, or radiation dryers, in which the thermal energy required for drying is preferably supplied by radiation with a defined frequency.
  • the existing liquid phase for example the water, is separated off to the required extent by the drying.
  • the drying also preferably results in an increase in the strength of the granules, for example in that binding phases form as a result of the drying or, for example, in that a binder develops its binding effect as a result.
  • the drying takes place through the inherent heat of the granulates produced or is at least supported by it.
  • the granules receive their own heat preferably through heating.
  • the granules can be heated by the granulation and / or extrusion process or by chemical reaction as a result of the process. If the granules are heated by the granulation and / or extrusion process, it is preferred in the context of the invention that the heating takes place by introducing mechanical energy, the mechanical energy preferably being converted into thermal energy.
  • reaction between CaO and acid and / or water or the reaction between sulfuric acid and water, especially during dilution, provide exothermic energy, which can preferably be used to heat the raw material dispersion and / or the shaped granules.
  • crystallization products from phosphorus elimination such as struvite, brushite and / or hydroxylapatite-like Ca-P phase
  • the drying is carried out in one preferred embodiment of the invention takes place above 100 ° C based on the material temperature during drying.
  • These crystallization products preferably contain a large proportion of chemically bound water, which is preferably not "moisture” within the meaning of the invention, but rather water that is bound in the crystal structure. In the range above 100 ° C., this chemically bound water becomes By separating the water from the granules, the percentage of the remaining components is advantageously increased.
  • the concentration of nutrients in the granules can be increased that were previously diluted by the chemically bound water.
  • drying takes place when crystallization products from phosphorus elimination are contained in a range of 100-140 ° C. based on the material temperature during drying. It is therefore very particularly preferred in the context of the invention that drying is carried out in a temperature range between chen 100 and 140 ° C takes place. Above 140 ° C there is a risk that nitrogen will increasingly be split off. This is associated with an undesirable loss of nitrogen from the granulate. In addition, the exhaust air has to be cleaned in a correspondingly more complex manner. By limiting to a temperature of max. 140 ° C. in this preferred embodiment of the invention, these disadvantages can largely be avoided. In a very special embodiment of the invention, drying takes place in a temperature range between 120.degree. C. and 140.degree.
  • the pollutant-depleted fertilizer granules can be produced with as precise a shape as possible.
  • a size of the granules that is as uniform as possible advantageously ensures defined, uniform disintegration properties, which is necessary for a targeted supply of nutrients. Since the presence of oversized and undersized grains can impair the machine application of the fertilizer, it is preferred in the context of the invention that oversized and undersized grains are separated from the good grain and, if necessary, from the production process, in particular before or during the mixing and / or Granulation process, if necessary with previous processing and / or grinding, can be recycled.
  • the term "good grain” preferably describes a granulate in a desired size range for the granulate grains.
  • a good grain in the range 1 to 10 mm, particularly preferably 2-5 mm.
  • granulates can typically
  • oversize grain and undersize grain in the context of the invention preferably describe those granules which - preferably significantly - have larger or smaller diameters than the good grain.
  • the heavy metal-depleted granulate has a good bond within the granulate in order to avoid dust losses when applying the fertilizer even after prolonged storage.
  • the strength of the granules can be adjusted, for example, via the process control.
  • the drying speed has an influence on the porosity and compactness and thus on the strength of the granules and can be influenced by this.
  • the strength can also be influenced, for example, by the type and fineness of the raw material components or increased by adding binding agents.
  • the heavy-metal-depleted fertilizer granulates produced according to the invention can receive one or more coatings for functionalization (e.g. reducing the tendency to clump, increasing strength), for protection (e.g. against moisture) and / or for controlled release of nutrients (influencing solubility by the coating).
  • coatings for functionalization e.g. reducing the tendency to clump, increasing strength
  • protection e.g. against moisture
  • / or for controlled release of nutrients influencing solubility by the coating.
  • Numerous methods and technologies for coating are known to the person skilled in the art, all methods and technologies which produce a desired coating with the desired functionality being suitable here.
  • the process steps of the method according to the invention are carried out as described.
  • the individual process steps can be designed as batch and / or continuous processes, with buffer containers being able to be used between the process steps.
  • a single unit and / or, in particular to map larger production quantities several identical or similar units can be used.
  • Several units in one or more process steps can be connected in parallel and / or alternately.
  • the process steps run in batches and / or continuously, for example, until the desired production amount is reached. Generation and use of N / P connections
  • At least one N / P compound from an upstream precipitation and / or crystallization process is added to the process according to the invention for the production of heavy metal-depleted fertilizer granules as a further component of the raw material mixture, the heavy metal-depleted raw material mixture and / or the moist solid.
  • the starting material for this precipitation process is at least one nitrogen and sulfur-containing, particularly preferably an ammonium and sulfate-containing starting solution or starting suspension.
  • nitrogen and sulfur-containing solutions or suspensions occur, for example, in washers for exhaust gas purification or in the production of biogas.
  • concentration of nitrogen or ammonium and sulfur or sulfate can be any.
  • further components can be present in dissolved form.
  • nitrogen- and sulfur-containing solutions or suspensions in the process according to the invention for producing fertilizers with a low level of heavy metals is basically possible without pretreatment.
  • these solutions or suspensions can, for example, be used in the production of the raw material suspension according to the invention and, for example, replace water otherwise supplied in an adequate amount.
  • the useful use, i.e. the possible amount added, of such untreated solutions and suspensions is limited. If more nutrients such as N and S are to be used from such solutions / suspensions, for example as an inexpensive source of nutrients, such a nitrogen and sulfur-containing solution or suspension could e.g. be concentrated by (partially) thermal drying. However, thermal drying is energy-intensive and therefore expensive.
  • the method proposed here for at least partial separation of the nutrients from the solution / suspension offers a possibility of using the nutrients of such nitrogen- and sulfur-containing solutions or suspensions to a greater extent more economically.
  • the proposed precipitation or crystallization and subsequent separation can be used, for example, as an upstream or supplementary process step, and the illustrated subsequent use of these nutrients / precipitation products for the production of the fertilizer granules can be advantageous.
  • the nitrogen or the ammonium should be at least partially precipitated or crystallized from the at least one nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension as at least one nitrogen-phosphate-containing compound.
  • Numerous phases can be considered as nitrogen-phosphate-containing compounds, some of which are also completely miscible in the crystallographic sense.
  • N-phosphates such as (NH4) 2HP04, NH4H2P04
  • Mg-N-phosphates such as MgNH4P04 * 6 H20 (struvite), MgHP04 * 3 H20, Mg3 (NH4) 2 (HP04) are preferred for the purposes of the invention. 4 * 8 H20, Mg (NH4) 2 (HP04) 2 * 4 H20), KN phosphates.
  • At least one solution / suspension containing ammonium and sulfate is supplied with at least one P compound as a precipitation reagent, for example phosphoric acid or a phosphorus salt.
  • a precipitation reagent for example phosphoric acid or a phosphorus salt.
  • Mg-N-phosphates are to be precipitated or crystallized, at least one Mg compound is added as a precipitation reagent such as MgO, Mg (OH) 2 or Mg salts or is present in the solution / suspension in sufficient quantity.
  • K-N-phosphates are to be formed, at least one K compound, for example KOH or K salts, is added as a precipitation reagent or is present in the solution / suspension in sufficient quantity.
  • the amount of P added and, in the particular embodiments, K and / or Mg in the ammonium- and sulfate-containing solution is adjusted so that the desired type and amount of the precipitation and / or crystallization products can be formed stoichiometrically (adjustment of the stoichiometry).
  • the setting of the stoichiometry can also take place superstoichiometrically, that is to say a larger amount of one or more components is added than would be stoichiometrically required to form the target phase. In this way, for example, the reaction and / or dissolution equilibrium can be shifted in favor of a preferred phase. For example, a lower concentration of dissolved nitrogen or ammonia can be achieved.
  • the required P, Mg and K compounds can be added separately or together.
  • the pH of the ammonium- and sulfate-containing solution is adjusted so that precipitation and / or crystallization of the desired phases can take place to the desired extent.
  • This area is often referred to as the precipitation area.
  • the pH is set in the range from 6 to 11, particularly preferably 8 to 10.
  • the pH adjustment of the precipitation conditions can take place before, with or after the adjustment of the stoichiometry.
  • the ammonium and sulfate-containing solution / suspension can also be conditioned before and / or during the precipitation and / or crystallization process. For example, complexing agents, precipitants or dispersants can be added.
  • the sulfur or the sulfate should likewise be at least partially precipitated or crystallized from this at least one nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension as at least one sulfate-containing compound.
  • Suitable sulfur-containing compounds are, for example, alkali and / or alkaline earth sulfates, with alkalis or alkaline earths being added as the precipitation reagent.
  • the sulfate is precipitated or crystallized out at least partially as calcium sulfates from the at least one nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension.
  • at least one Ca compound is added as a precipitation reagent, for example as Ca (OH) or CaO, to at least one solution containing ammonium and sulphate.
  • the amount of Ca added is adjusted so that the desired type and amount of Ca sulfate can form stoichiometrically.
  • the stoichiometry can be set superstoichiometrically, that is to say a larger amount of one or more components is added than would be stoichiometrically required to form the target phase. For example, a lower concentration of dissolved calcium or sulfate can be achieved here.
  • the separation according to the invention of sulfate from nitrogen- and sulfur-containing solutions / suspensions can take place before, simultaneously with or after the separation according to the invention of the nitrogen or ammonium. This was based, for example, on the type and conditioning of the nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension or the type and amount of the desired reaction products. For example, if the precipitation and / or crystallization conditions, such as the pH range required for the separation of the nitrogen or ammonium on the one hand, differ from the suitable conditions for the separation of the sulfate, separate precipitation is advisable, for example.
  • suitable conditions are first set in the solution / suspension for the precipitation and / or crystallization of nitrogen or ammonium and then for sulfate or vice versa, with the precipitates and / or crystallization products formed being able to be separated off in between.
  • This preferred embodiment can therefore also be advantageous if two separate precipitation and / or crystallization products are to result.
  • the sulfate is first separated from the nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension as described and only then is the nitrogen or ammonium separated from the solution. This is particularly advantageous when the nitrogen and sulfur-containing solution is acidic. Ca sulfates can already be precipitated and / or crystallized out in the sometimes very acidic range (pH value less than 3).
  • the sulfate is largely precipitated and / or crystallized out together with the N / P phase.
  • a sufficient reaction time is required for the separate or joint precipitation and / or crystallization reactions. This reaction is typically in the range between 1 and 300 minutes. A reaction time between 5 and 100 minutes is preferred, since experience has shown that a quantitative reaction takes place on a sufficient technical scale, a longer residence time increases the proportion of precipitation product somewhat, but also makes it necessary to dimension the equipment. In a particularly preferred embodiment, the reaction time is set in the range between 5 to 30 minutes, since sufficient quantitative precipitation and / or crystallization still takes place here, but the equipment can be made particularly small.
  • the precipitation and / or crystallization products can be separated between individual precipitation and / or crystallization stages and discharged from the solution / suspension in order to obtain, for example, qualitatively separated precipitation and / or crystallization products. Separation and discharge can also take place during the precipitation and / or crystallization reaction in order, for example, to shift the solution equilibria in a preferred direction.
  • the extent of the desired precipitation of the dissolved nitrogen and sulfur compounds and the type of precipitation products depend on the technical requirements of the process and the desired quality of the precipitation and / or crystallization compounds, and precipitation and / or crystallization does not have to be complete. According to the invention, however, at least 60% of the dissolved nitrogen and sulfate content should be precipitated and / or crystallized out of the solution / suspension. Precipitation and / or crystallization of the dissolved nitrogen and sulfate of more than 90% is preferred, since the process is then particularly economical.
  • the nitrogen and / or sulfur content is precipitated and / or crystallized out of the solution / suspension at least to such an extent that only such a low concentration of nitrogen and sulfur remains in the solution / suspension that after separation of the Solution of the precipitation and / or crystallization products, this solution can be used, for example, as service water.
  • precipitation and / or crystallization is set to such an extent that a concentration of nitrogen still present in dissolved form of less than 1 g / l and of dissolved sulfur present in less than 10 g / l. If the solution is then to be discharged as waste water, for example, much lower concentrations must often be achieved. For this reason, in a very special embodiment, the concentration of nitrogen still present in dissolved form is set to less than 100 mg / l and of sulfur present in dissolved form is set to less than 1 g / l.
  • At least one additional separation stage for at least dissolved nitrogen or ammonium and dissolved sulfur or sulfate can be performed after the precipitation and / or crystallization or other undesirable substances.
  • the solution / suspension is brought into connection with an adsorbent and / or absorbent.
  • adsorbent and / or absorbent for example, such a means as a powder or Granules are mixed into the solution / suspension or the solution can be passed over or through a bed with such means.
  • part of the dissolved nitrogen / ammonia or sulfur / sulfate is at least partially bound to or in the adsorbent and / or absorbent and is thus removed from the solution.
  • the solution and the adsorbent and / or absorbent are then separated. It can be advantageous for the solution / suspension to be conditioned before or during contact with the adsorbent and / or absorbent. For example, reducing or oxidizing substances can be added to change the nature of the dissolved elements or compounds, or a suitable pH value can be set.
  • This combined or separate precipitation and / or crystallization process of sulfate and nitrogen or ammonium from the nitrogen and sulfur-containing starting solution / suspension results in precipitation and / or crystallization products which can differ depending on the composition of the starting solution / suspension and the process management.
  • sulfate-containing and N- / P-containing precipitation and / or crystallization processes that are present separately from one another result.
  • the sulfate phase was precipitated or crystallized out separately from the N / P phase.
  • foreign components can also be precipitated or crystallized out.
  • the other precipitation and / or crystallization product contains only a proportion of less than 10% based on the concentration ratios in the starting solution.
  • the at least one sulfate phase produced and the at least one N / P phase produced are mixed together in an end product. This results when sulfate and nitrogen or ammonium are largely precipitated simultaneously or the precipitation and / or crystallization products are not separated off between separate precipitation and / or crystallization steps.
  • such a starting solution is used and the process is controlled in such a way that a mixture with 2 to 8% N, 5 to 15% P and 5 to 10% each of Mg, S and Ca results from the process (analytically determined on a mixture sample dried at 80 ° C).
  • the P is present as a phosphate and, in a preferred embodiment, is more than 80% neutral ammonium citrate soluble.
  • such a starting solution is used and the process is controlled in such a way that a mixture with 2 to 8% N and 5 to 15% P, Mg, S and Ca results from the process (analytically determined on one at 80 ° C dried mixture sample).
  • the P is present as a phosphate and in a preferred embodiment is more than 80% neutral ammonium citrate soluble.
  • the precipitation process according to the invention can be carried out either continuously and / or discontinuously and can be in one or more stages.
  • resulting precipitation and / or crystallization products can be conditioned further. For example, drying and / or granulation can take place. Further components can also be added, for example for nutrient enrichment. Granulates can be coated to make them more abrasion-resistant or hygroscopic, for example.
  • these resulting precipitation and / or crystallization products are at least proportionate to the process according to the invention for the production of heavy metal-depleted fertilizer granules as a further component of the raw material mixture, the heavy-metal-depleted raw material mixture and / or the moist solid admitted.
  • the process for generating the precipitation and / or crystallization products can be temporally, spatially and technically separate from the process for the production of heavy metal-depleted fertilizer granulates, for example in two separately operating plants.
  • the process for producing the precipitation and / or crystallization products is procedurally and / or process-technically coupled with the process for the production of fertilizer granules that have been depleted of heavy metals.
  • the precipitation and / or crystallization products produced are at least partially fed to another utilization, for example (conventional) fertilizer production or direct use as fertilizer.
  • another utilization for example (conventional) fertilizer production or direct use as fertilizer.
  • the process for generating the precipitation and / or crystallization products is temporally, spatially and technically separate from the process for the production of heavy metal-depleted fertilizer granules, for example in two separate plants.
  • FIG. 1 describes the basic embodiment of the method according to the invention for producing fertilizers from inorganic secondary phosphate.
  • heavy metals are already depleted according to the invention and thus a heavy metal-depleted fertilizer granulate 7 is produced.
  • a raw material suspension 3 is first produced from at least one inorganic secondary phosphate 1 and at least one reactant 2.
  • the raw material suspension produced has a liquid phase content of greater than 45%.
  • This high proportion of liquid phase set in this way basically serves as a buffer for the ongoing reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant, which often takes place spontaneously and in some cases very exothermically and is thus controllable and controllable and the stickiness of the mixture is also greatly reduced.
  • the reactant 2 should react with at least parts of the phosphate introduced by the inorganic secondary phosphate 1 in order to thereby increase the solubility and availability of this phosphate to plants. Only after the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant has largely taken place is further processing up to the granulate. The reaction of the
  • phosphate conversion is thus separated from the granulation process.
  • heavy metals are then depleted from the raw material suspension produced in this way and discharged from the process of producing fertilizer granules as a separated pollutant 4. In a preferred embodiment, this takes place by means of one or more electrochemical processes.
  • the inventive heavy metal-depleted raw material suspension 5 is formed by the depletion of heavy metals according to the invention. Then the
  • the raw material suspension can also contain further components 6 (for example nutrient-containing components, dispersants and defoaming agents, structural substances, agents for pH adjustment, Urease inhibitors, ammonium stabilizers) can be added either during the production of the raw material suspension itself, after the incubation period, after the heavy metal depletion and / or during granulation / extrusion.
  • further components 6 for example nutrient-containing components, dispersants and defoaming agents, structural substances, agents for pH adjustment, Urease inhibitors, ammonium stabilizers
  • This granulation / extrusion process step results in soil- and plant-specific fertilizer granules 7 with a set and constant nutrient composition, with inorganic secondary phosphate (such as sewage sludge ash) being used as at least one source of nutrients, the phosphate contained therein being made more readily available to plants through the action of the reactant and the Heavy metals contained in the inorganic secondary phosphate were at least partially separated.
  • inorganic secondary phosphate such as sewage sludge ash
  • the granulate / extrudate produced can be dried and fractionated.
  • the granulates / extrudates produced can also be coated with one or more coatings of the further components 6 before, during, between or after drying and / or fractionation.
  • FIG. 2 likewise describes the basic embodiment of the method according to the invention.
  • the difference to the embodiment according to FIG. 1 is that the electrochemical heavy metal depletion takes place at least temporarily parallel to the incubation time. After the preparation of the raw material suspension according to the invention, the incubation time between the inorganic secondary phosphate and the reagent begins. In this embodiment, the electrochemical heavy metal depletion takes place at a time or offset. The electrochemical heavy metal depletion can be ended before, with or after the incubation period.
  • FIG. 2 corresponds to the description of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the method in which, after the heavy metal depletion, part of the process water is separated from the raw material suspension.
  • the advantage of a partial (mechanical) separation of process water is that it is considerably less costly and energy-intensive than thermal separation, for example by evaporation.
  • a raw material suspension is initially produced analogously to FIG. 1, the necessary incubation time is observed and the electrochemical heavy metal depletion according to the invention is carried out.
  • the electrochemical heavy metal depletion can also take place at least temporarily in parallel with the incubation period.
  • Part of the process water is separated by solid / liquid separation after heavy metal depletion and before granulation / extrusion.
  • the separated process water 9, which has already been depleted of heavy metals, can, for example, be discharged from the process and / or supplied before granulation for conditioning the raw material suspension or for granulation to shape the granules.
  • a preferred embodiment is that at least a portion of this separated process water is returned to the production of the raw material suspension.
  • the moist solid 8 resulting from the solid / liquid separation is fed to granulation / extrusion.
  • the raw material suspension / dispersion can also contain additional components 6 (for example nutrient-containing components, dispersants and defoaming agents, structural substances, agents for pH adjustment, urease inhibitors, ammonium stabilizers) either during manufacture to the raw material suspension / dispersion itself, after the incubation period, after heavy metal depletion and / or during granulation / extrusion.
  • additional components 6 for example nutrient-containing components, dispersants and defoaming agents, structural substances, agents for pH adjustment, urease inhibitors, ammonium stabilizers
  • At least part of the reactant 2 can be added to the separated and heavy metal-depleted process water 9 for the next filling of the raw material suspension. This proportion of reactant 2 then arrives with the heavy metal-depleted process water 9 to freeze the raw material suspension.
  • the granulation / extrusion process step results in soil and plant-specific fertilizer granulates 7 with a set and constant nutrient composition, with inorganic secondary phosphate (such as sewage sludge ash) being used as at least one source of nutrients, with the phosphate contained therein acting through of the reagent was made more readily available to plants and the heavy metals contained in the inorganic secondary phosphate were at least partially separated.
  • the granulate / extrudate produced can be dried and fractionated.
  • the granulates / extrudates produced can also be coated with one or more coatings of the further components 6 before, during, between or after drying and / or fractionation.
  • FIG. 4 shows the basic design for generating and using N / P compounds from nitrogen and sulfur-containing solution / suspension 12.
  • the nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension 12 is supplied with precipitation reagents 10, 11 for the precipitation or crystallization of the N / P compounds.
  • a reagent 10 is at least one P compound for the formation of one or more N-phosphates.
  • Another reagent 11 serves as a reactant for the precipitation or crystallization of sulfate, for example an alkali or alkaline earth compound.
  • the addition of reagents 10 and 11 can take place simultaneously or staggered in time, also one after the other in stages with intermediate separation of the precipitation and crystallization products.
  • additional precipitation reagents 13 can be added to form specific precipitation or crystallization phases, such as, for example, Mg, K compounds.
  • the solution / suspension 12 can also be conditioned by additional precipitation reagents 13 or the pFI value can be adjusted.
  • the precipitation or crystallization reaction can take place in the same vessel as for supplying reagent 10 and / or 11 and / or in a separate vessel. An incubation period is awaited before the precipitation or crystallization reaction takes place.
  • N- (14) and sulfate compounds (15) precipitate and are separated from the solution / suspension.
  • N- (14) and sulfate compounds (15) are present separately, for example, when the N- (14) or the sulfate compounds (15) are initially precipitated or crystallized by adding a suitable precipitation reagent and separated from the solution / suspension the other component remains largely in solution and then the other compound is precipitated or crystallized out.
  • N and sulfate compounds are present together, for example, the precipitation or crystallization takes place simultaneously or the precipitated or crystallized compounds are not separated off separately. They can be present together in the form of a mixture of particles of different types and / or one type is coated or combined with one or more other types and / or crystallographic mixed phases are formed.
  • N- (14) and sulfate compounds (15) obtained in this way can be used directly as fertilizers or further processed or as a further component (nutrient component) in the method according to the invention for producing fertilizers from inorganic secondary phosphate, for example according to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 5 shows the basic structure of the electrochemical heavy metal depletion according to the invention (also to be referred to as an electrochemical reactor). There are two electrodes in a vessel that are connected to a voltage source.
  • the raw material suspension is introduced into the vessel with the electrodes or produced therein.
  • the raw material dispersion consists of at least one inorganic secondary phosphate and at least one reactant.
  • the reactant reacts at least in part with the inorganic secondary phosphate, proportions of the inorganic secondary phosphate, including the heavy metals contained therein, being dissolved and the remainder being present as undissolved (solid particles).
  • This raw material suspension of at least one liquid and one solid phase can also be referred to as an electrolyte solution.
  • one electrode becomes the cathode and the other becomes the anode.
  • heavy metal cations are at least partially reduced and, for example, deposited as metal or metal oxide at least partially on the cathode (adhesions on the cathode).
  • Embodiment 1 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • the device for electrochemical heavy metal depletion corresponds to FIG. 5.
  • the raw material suspension is accordingly transferred into a 250 ml glass vessel in which two carbon electrodes (5 ⁇ 8 cm) are located approximately 4 cm apart.
  • the raw material suspension is continuously stirred.
  • a current of 2.0 A is applied to the electrodes, one electrode becoming the anode and one electrode becoming the cathode.
  • the reaction time is 60 minutes.
  • the current is then switched off and the electrodes are removed from the suspension.
  • a deposit / film has accumulated on the cathode, which contains heavy metals, among other things, and which can be removed in dilute nitric acid (3%).
  • the cathode By separating the cathode with the heavy metal-containing coating / adhesion from the raw material suspension, at least some of the heavy metals present in the raw material suspension are separated from the raw material suspension.
  • the regeneration of the cathode with dilute nitric acid creates a waste solution containing heavy metals, which can be disposed of or recycled.
  • the cathode can then be reused.
  • the following table shows an example of the amount of heavy metals in the raw material suspension before and after the electrochemical separation and indicates the degree of separation in percent for some heavy metals.
  • the raw material suspension thus depleted of heavy metals can be converted into fertilizer granules in subsequent steps.
  • Embodiments 3 and 4 show two variants of this.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • a larger amount of suspension with the same composition is produced as follows: 8 kg of water; 3.2 kg sulfuric acid (96%) and 4.0 kg sewage sludge ash (P205 content 18.3%, of which neutral ammonium citrate soluble 40% and ⁇ 1% water soluble; heavy metal content of 1.51 mg / kg for Cd, 14 mg / kg As, 613 mg / kg Cu)
  • the incubation time is again 25 minutes.
  • the electrochemical heavy metal separation then takes place in a manner analogous to that in embodiment 1.
  • the test setup was adapted to the larger amount of suspension by upscaling so that the test parameters for the electrochemical reaction were identical to those in embodiment 1.
  • the reaction time was again 60 minutes.
  • the heavy metal-depleted raw material suspension is pumped into a storage container and initially stirred there.
  • the following table shows an example of the removal rate for the amount of heavy metals from the raw material suspension achieved by the electrochemical depletion using selected heavy metals.
  • the heavy metal-depleted suspension is then processed further.
  • 3.4 kg of KCl are added with stirring and this mixture is further homogenized.
  • This raw material dispersion is then fed to a continuous fluidized bed system for spray granulation.
  • the spray granulation is controlled in such a way that an average granulate size of 3.5 mm results.
  • granules smaller than 2 mm and granules larger than 5 mm are separated by sieving and fed to the spray granulation process as core material, the granules larger than 5 mm being ground beforehand.
  • a core material in the form of a fluidized bed, onto which the raw material dispersion is sprayed, is required for spray granulation.
  • the core material of the species is preferably introduced; in the continuous process, the core material results from the recycling of the separated granulate fractions.
  • buffer tanks are installed in the process steps of heavy metal separation and granulation in order to ensure the chronological sequence of the continuous and discontinuous process steps running in parallel.
  • the heavy metal-depleted granulate produced has a round and compact granulate shape in the range 2-5 mm after the above-described equilibrium cycles have been set, a total P205 content of 7%, 92% of which is ammonium citrate-soluble and 38% is water-soluble, a total K20 content of 21 % and an S content of approx. 10%.
  • Embodiment 3 is a diagrammatic representation of Embodiment 3
  • a raw material suspension is produced. Unlike in exemplary embodiment 2, however, the electrochemical heavy metal separation then already takes place during the incubation period with a reaction time of 90 minutes. For this purpose, the raw material suspension produced is transferred to a separate electrochemical reactor according to the basic principle of FIG. Alternatively, the raw material can also be produced directly in this reactor.
  • the following table shows an example of the separation rate achieved for the amount of heavy metals from the raw material suspension for selected heavy metals.
  • a large part of the liquid phase is separated from the undissolved solid by means of a chamber filter press in such a way that an earth-moist solid mixture with a liquid phase content of 32% is formed.
  • the separated solution (liquid phase), which also contains nutrients, is returned to the process of raw material dispersion production for the next batch and replaces the above-mentioned water content in the formulation of the raw material dispersion in an equivalent amount.
  • continuously Continuous process management creates an equilibrium cycle of the dissolved substances in this sub-cycle. Accordingly, after this equilibrium has been established, the added amount of phosphate will pass through the sewage sludge ash to granulation and thus, as desired, into the granulate.
  • a major advantage over embodiment 2 is that part of the liquid phase is separated mechanically from the raw material dispersion. This means that significantly less water has to be evaporated, which saves considerable energy costs and makes the process much more economical.
  • the earth-moist solid mixture resulting from the solid-liquid separation is transferred to an intensive mixer (from Eirich R16W) and mixed intensively there. 3.4 kg of KCl are added as a fine powder and everything is mixed intensively.
  • the ratio of solid to liquid phase is set in the intensive mixer by adding water or a powder (e.g. sewage sludge ash) so that green granules of the desired size are formed during intensive mixing.
  • the green granules formed are then dried at 110 ° C. and fractionated into 2-5 mm. The fraction smaller than 2 mm and the fraction larger than 5 mm are returned to the subsequent granulation batches after previous grinding.
  • the heavy metal-depleted granulate produced has a round and compact granulate shape in the range of 2-5 mm after setting the above-described equilibrium cycles, a total P205 content of 7%, of which 90% is ammonium citrate-soluble and 28% is water-soluble and a total K20 content of 21 % and an S content of approx. 10%.

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Abstract

Agricultural exploitation depletes the soil of mineral raw materials, such as phosphorous compounds, which must be replaced by subsequent supply of mineral fertilisers. The material and energetic use of biomass, for example from domestic wastes or sewage sludge, is associated with a withdrawal of nutrients and considerable amounts of organic matter from the natural substance cycles. Obtaining soil fertility by the use of artificial mineral fertilisers from fossil resources should be viewed critically from an ecological standpoint, firstly because of environmentally damaging extraction and secondly because of the introduction of heavy metals into the soils by mineral fertilisers. Phosphorus is a limited raw material, and the efficient use thereof for a fertile soil is of great importance against the background of a growing world population. From a sustainability standpoint, the closing of natural nutrient cycles is becoming increasingly important and also provides a local source of raw materials which has so far been used only to a limited extent.

Description

Schwermetallabgereicherte Düngergranulate aus Sekundärphosphat und Verfahren zu deren Herstellung Heavy-metal-depleted fertilizer granules made from secondary phosphate and processes for their production
Stand der Technik: State of the art:
Durch landwirtschaftliche Nutzung werden dem Boden mineralische Rohstoffe, wie beispielsweise phosphorhaltige Verbindungen, entzogen, welche durch anschließende Zufuhr mineralischer Dünger wieder ausgeglichen werden müssen. Mit der stofflichen und energetischen Nutzung von Biomasse, wie beispielsweise aus Haushaltsabfallen oder Klärschlamm, ist ein Entzug von Nährstoffen und erhebliche Mengen an organischer Substanz aus den natürlichen Stoffkreisläufen verbunden. Die Erhaltung der Fruchtbarkeit des Bodens durch den Einsatz von künstlichem Mineraldünger aus fossilen Ressourcen ist ökologisch kritisch zu bewerten, zum einen aufgrund des umweltzerstörerischen Abbaus und zum anderen aufgrund des Schwermetalleintrags auf die Böden durch Mineraldünger. Phosphor ist ein limitierter Rohstoff und seine effiziente Nutzung für einen fruchtbaren Boden vor dem Hintergrund einer wachsenden Weltbevölkerung ist von großer Bedeutung. Unter Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit rückt die Schließung von natürlichen Nährstoffkreisläufen immer mehr in den Vorder-grund und bietet zudem eine einheimische bisher nur bedingt genutzte Rohstoffquelle. Agricultural use removes mineral raw materials from the soil, such as compounds containing phosphorus, which have to be compensated for by adding mineral fertilizers. The material and energetic use of biomass, such as from household waste or sewage sludge, is associated with a withdrawal of nutrients and considerable amounts of organic matter from the natural material cycles. The preservation of the fertility of the soil through the use of artificial mineral fertilizers from fossil resources is to be assessed critically from an ecological point of view, on the one hand because of the environmentally destructive degradation and on the other hand because of the heavy metal input into the soil through mineral fertilizers. Phosphorus is a limited raw material and its efficient use for fertile soil in the context of a growing world population is of great importance. From the point of view of sustainability, the closure of natural nutrient cycles is becoming more and more important and also offers a local source of raw materials that has so far only been used to a limited extent.
Organische Reststoffe, wie beispielsweise Klärschlamm, Gärreste oder Gülle, sind prinzipiell eine kostengünstige und nachhaltige Alternative zu mineralischen Düngern und damit zur Schließung des Nährstoffkreislaufs. So werden diese organischen Reststoffe zum Teil auch noch immer direkt auf Felder ausgebracht. Seit geraumer Zeit sinkt die Akzeptanz für diesen Verwertungsweg jedoch progressiv, da das direkte Ausbringen zu unerwünschter Geruchsbelästigung führt und die hiermit verbundenen Kreisläufe in Verdacht stehen, zu einer unerwünschten Aufkonzentrierung bestimmter Schadstoffe zu führen, wie beispielsweise perfluorierter Tenside (PFT) und unterschiedliche Schwermetalle. Klärschlamm, der keiner hygienisierenden Behandlung unterworfen wurde, kann zudem eine Vielzahl seuchen- und phytohygienisch relevanter Krankheitserreger enthalten, wie Bakterien, Viren, Parasiten und Wurmeier. Sollen die organischen Reststoffe in der Landwirtschaft verwertet werden, so besteht grundsätzlich die Gefahr, dass Krankheitserreger über Nahrung und Futtermittel zu Mensch und Tier gelangen und diese damit gefährden. Organic residues, such as sewage sludge, digestate or liquid manure, are in principle a cost-effective and sustainable alternative to mineral fertilizers and thus to close the nutrient cycle. Some of these organic residues are still applied directly to fields. For some time now, however, the acceptance of this recycling method has been decreasing progressively, since direct application leads to undesirable odor nuisance and the associated cycles are suspected of leading to an undesired concentration of certain pollutants, such as perfluorinated surfactants (PFT) and various heavy metals. Sewage sludge that has not been subjected to any hygienic treatment can also contain a large number of epidemic and phytosanitary pathogens such as bacteria, viruses, parasites and worm eggs. If the organic residues are to be recycled in agriculture, there is a fundamental risk that pathogens can reach humans and animals via food and feed and thus endanger them.
Aktuell gewinnt die thermische Verwertung dieser organischen Reststoffe weiter an Bedeutung. Aschen aus der thermischen Verwertung und/oder Verbrennung organischer Reststoffe sind aufgrund des hohen Gehalts an Nährstoffen, wie beispielsweise Phosphor (P), geeignete Rohstoffquellen. Allerdings werden auch die Schwermetalle aufkonzentriert. Aufgrund der schlechten The thermal recycling of these organic residues is currently gaining in importance. Ashes from thermal recycling and / or incineration of organic residues are suitable sources of raw materials due to the high content of nutrients such as phosphorus (P). However, the heavy metals are also concentrated. Because of the bad
Pflanzenverfügbarkeit des in den Aschen enthaltenen Phosphors (P) sowie der Schadstoffgehalte ist eine direkte Verwendung der Aschen als Düngemittel kaum möglich. Deshalb werden aktuell solche Aschen zumeist deponiert oder im Landschaftsbau verwendet und stehen somit den Stoff-kreisläufen nicht mehr als Rohstoffquelle zur Verfügung. Plant availability of the phosphorus (P) contained in the ashes and the pollutant content, direct use of the ashes as fertilizer is hardly possible. Therefore, such ashes are currently mostly dumped or used in landscaping and are therefore no longer available as a source of raw materials for the material cycle.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur stofflichen Verwertung von phosphorhaltigen Aschen, beispielsweise aus Klärschlamm, bekannt. Die bekannten Verfahren basieren auf dem Rohstoff Asche, wobei der P-Gehalt in der Asche möglichst hoch sein sollte. Die Verfahren unterscheiden sich bezüglich der P-Abscheidung (Säure und Fällmittel), dem In the prior art, different processes for the material utilization of phosphorus-containing ashes, for example from sewage sludge, are known. The known processes are based on the raw material ash, whereby the P content in the ash should be as high as possible. The processes differ with regard to the P deposition (acid and precipitant), the
Recyclingprodukt und der Art der Schwermetallabscheidung. Die Verfahren zur Gewinnung von Phosphat aus Klärschlammaschen können allgemein in thermochemische, thermoelektrische und nasschemische Ansätze untergliedert werden. Bei den nasschemischen Verfahren werden zahlreiche unterschiedliche Konzepte verfolgt, wobei generell zwischen Verfahren, bei denen die Säure nur mit der Asche vermischt und daraus Düngemittel hergestellt wird, und Verfahren, bei welchem Phosphor aus der Asche extrahiert und damit in die flüssige Phase gebracht wird, unterschieden wird. Recycling product and the type of heavy metal separation. The processes for obtaining phosphate from sewage sludge ash can generally be subdivided into thermochemical, thermoelectric and wet-chemical approaches. In the wet chemical process, numerous different concepts are pursued, with a general distinction between processes in which the acid is only mixed with the ash and fertilizer is made from it, and processes in which phosphorus is extracted from the ash and thus brought into the liquid phase becomes.
Die nasschemischen Verfahren, bei denen im Grunde nur Asche mit Säure insbesondere erdfeucht vermischt wird, um daraus Düngemittel herzustellen, sind wirtschaftlich. Dabei wird das weitgehend unlösliche Phosphat aus phosphathaltigen Aschen mittels Mineralsäure aufgeschlossen. Solch ein Verfahren ist beispielsweise aus DE 10 2010 034 042 B4 bekannt. Das Verfahren stellt durch das Mischen von Aschen aus der Klärschlamm-Monoverbrennung mit Mineralsäure mit Zusatz von Kalium- und/oder eines Stickstoffträgers ein Phosphat- bzw. Mehrnährstoff-Düngemittel her. Die Mineralsäure schließt dabei die schwerlöslichen Phosphatverbindungen in der Klärschlammasche auf. Dabei laufen die gewünschten Umwandlungsreaktionen und die Granulation weitgehend zeitgleich ab. Die Mischung, die Reaktion und die Granulation finden in einer Mischapparatur statt. Vorgeschlagen werden dazu Pflugscharmischer mit Messersatz, ein kontinuierlich arbeitender Durchlaufmischer oder ein Doppelwellenpaddelmischer. Bei dieser Art nasschemischer Verfahren, wie beispielsweise in DE 10 2010 034 042 beschrieben, ist die resultierende Nährstoffzusammensetzung an die Boden- und Pflanzenbedürfnisse anpassbar. The wet chemical processes, in which basically only ash is mixed with acid, in particular earth-moist, in order to produce fertilizer from it, are economical. The largely insoluble phosphate from phosphate-containing ashes is digested using mineral acid. Such a method is known from DE 10 2010 034 042 B4, for example. The process produces a phosphate or multi-nutrient fertilizer by mixing ashes from sewage sludge mono-incineration with mineral acid with the addition of potassium and / or a nitrogen carrier. The mineral acid breaks down the poorly soluble phosphate compounds in the sewage sludge ash. The desired conversion reactions and granulation take place largely simultaneously. Mixing, reaction and granulation take place in a mixing apparatus. Ploughshare mixers with a set of knives, a continuously operating continuous mixer or a twin-shaft paddle mixer are proposed for this purpose. With this type of wet chemical process, as described, for example, in DE 10 2010 034 042, the resulting nutrient composition can be adapted to the needs of the soil and plants.
Bei dieser Art Verfahren, wie beispielsweise aus DE 10 2010 034 042 B4 bekannt, können die Schwermetalle aus der Asche nicht abgeschieden werden, sondern gelangen vollständig in das Düngemittel und damit in den Nährstoffkreislauf. Derzeit herrscht noch keine rechtliche Klarheit darüber, ob deswegen solche Verfahren überhaupt zugelassen werden und wenn ja mit welchen Auflagen bzw. Einschränkungen. In jedem Fall entsprechen diese Verfahren nicht hohen Ansprüchen an die Nachhaltigkeit, wo eine Ausschleusung von Schadstoffen in Verwertungsprozessen gefordert ist. This type methods, such as for example from DE 10 2010 034 042 B4 known that heavy metals from the ash can not be separated, but get completely into the fertilizer and thus into the nutrient cycle. There is currently no legal clarity as to whether this is why such procedures are even allowed and, if so, with what conditions or restrictions. In any case, these processes do not meet high sustainability requirements, where a discharge of pollutants in recycling processes is required.
Zudem haben diese Verfahren erhebliche verfahrenstechnische Probleme bei der technischen Umsetzung, da beim Mischen der phosphathaltigen Aschen mit der Mineralsäure spontan ablaufende und zum Teil sehr exotherme Reaktionen stattfinden, die die gleichzeitige Granulation erheblich stören. Zudem ist das Gemisch aus Asche mit Säure oft besonders klebriges, was eine stabile Prozessführung deutlich erschwert und oft zu Prozessstörungen durch Anhaftung und Verstopfung von Anlagenteilen führt. Problematisch ist auch, dass Mineralsäuren sehr korrosiv sind und bei dieser Prozessführung viele Anlagenteile, zum Beispiel die Granuliereinheit, Trocknungseinheit oder Verbindungsstrecken, damit in Kontakt kommen und entsprechend geschädigt werden. In addition, these processes have considerable procedural problems in the technical implementation, since when the phosphate-containing ashes are mixed with the mineral acid, spontaneous and sometimes very exothermic reactions take place, which significantly disrupt the simultaneous granulation. In addition, the mixture of ash with acid is often particularly sticky, which makes stable process management significantly more difficult and often leads to process disruptions due to adherence and clogging of system parts. Another problem is that mineral acids are very corrosive and with this process management many parts of the system, for example the granulating unit, drying unit or connecting sections, come into contact with them and are damaged accordingly.
Aus DE 10 2016 116 633 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem zuerst eine Suspension aus mindestens einem phosphathaltigen Sekundärrohstoff und mindestens einer Mineralsäure erzeugt wird, dann in der erzeugten Suspension die schwerlöslichen Phosphate des phosphathaltigen Sekundärrohstoffes zumindest teilweise gelöst und/oder in eine wasser- und/oder neutral-ammoniumcitratlösliche Phosphatphase umgewandelt werden und abschließend diese Suspension einer Granulation zugeführt wird, wobei sich das Düngemittelgranulat bildet und wobei der enthaltene P205-Gehalt im Düngemittelgranulat größer 75 % neutral-ammoniumcitratlöslich ist. Als verfahrenstechnischer Vorteile wird in dieser Druckschrift beschrieben, dass durch die Erzeugung einer Rohstoffdispersion die beim direkten Zusammenführen der phosphathaltigen Sekundärrohstoffe und der Mineralsäure zum Teil spontan und heftig ablaufende Reaktion durch das Verfahren handhab-, kontrollier und steuerbar werden sollen. Dabei weisen die in diesem Verfahren erzeugte Suspensionen einen deutlich höheren Wasseranteil auf als im Vergleich zu Verfahren, bei denen die phosphathaltigen Sekundärrohstoffe und verdünnte oder unverdünnte Mineralsäure quasi erdfeucht direkt vermischt und gegebenenfalls granuliert werden (beispielsweise wie in DE 10 2010 034 042 B4 beschrieben). Dieser höhere Wasseranteil soll dabei als Puffer wirken. In diesem Verfahren wird die so erzeugte Suspension einer Granulation zugeführt, wobei sich die Düngemittelgranulate bilden. From DE 10 2016 116 633 A1 a method is known in which a suspension of at least one phosphate-containing secondary raw material and at least one mineral acid is first produced, then the poorly soluble phosphates of the phosphate-containing secondary raw material are at least partially dissolved in the suspension produced and / or in a water- and / or neutral ammonium citrate-soluble phosphate phase are converted and finally this suspension is fed to a granulation, the fertilizer granules being formed and the P205 content contained in the fertilizer granules being more than 75% neutral ammonium citrate-soluble. As a procedural advantage, this document describes the fact that by generating a raw material dispersion, the reaction, which sometimes occurs spontaneously and violently when the phosphate-containing secondary raw materials and the mineral acid are brought together, should be manageable, controllable and controllable by the process. The suspensions produced in this process have a significantly higher proportion of water than in comparison to processes in which the phosphate-containing ones Secondary raw materials and diluted or undiluted mineral acid are mixed directly, quasi-moist, and optionally granulated (for example as described in DE 10 2010 034 042 B4). This higher proportion of water is intended to act as a buffer. In this process, the suspension produced in this way is fed to a granulation, whereby the fertilizer granules are formed.
Nachteil bei dieser Prozessführung ist, dass der hohe Wasseranteil in der Suspension letztlich bei oder nach der Granulation abgetrennt werden muss. Dies kann bei dieser Prozessführung nur thermisch durch Trocknung erfolgen, was jedoch besonders energieintensiv und damit teuer ist. Zur Bereitstellung eines besonders kostengünstigen Verfahrens beinhaltet das Verfahren gemäß Druckschrift DE 10 2016 116 633 Al keine Abtrennungsstufe von Schadstoffen, insbesondere von Schwermetallen. Wie oben bereits ausgeführt steht damit die rechtliche Zulassung in Frage und das Verfahren erfüllt nicht die Anforderungen an nachhaltige Verwertungsverfahren mit Schadstoffabtrennung. ■ The disadvantage of this process management is that the high proportion of water in the suspension must ultimately be separated off during or after the granulation. In this process, this can only be done thermally by drying, which, however, is particularly energy-intensive and therefore expensive. In order to provide a particularly cost-effective method, the method according to document DE 10 2016 116 633 A1 does not include any stage of separation of pollutants, in particular heavy metals. As already stated above, the legal approval is therefore in question and the process does not meet the requirements for sustainable recycling processes with pollutant separation.
Bei anderen nasschemischen Verfahren, wie BioCon-, SEPHOS-, SESALPhos-, Tetraphos, PASCH- oder Leachphos-Verfahren, können die Schwermetalle zumindest teilweise abgeschieden werden, allerdings entstehen erhebliche Prozessrückstände. All diesen Verfahren ist gemein, dass durch Vermischen der Klärschlammasche mit Mineralsäure je nach Art und Konzentration der Mineralsäure sowie abhängig von der Prozessführung ein großer Teil des Phosphates der Asche gelöst werden, aber dennoch dabei ein erheblicher Anteil ungelöster Bestandteile zurückbleibt. Anschließend wird bei diesen Verfahren die phosphathaltige Lösung sehr aufwendig und durch sehr komplexen Fällungs- bzw. Extraktionsprozessen weiterverarbeitet. Vorteilhaft bei diesen Verfahren ist hingegen, dass die gewonnene phosphathaltige Lösung zumindest teilweise von Schwermetallen befreit wird und diese Schwermetalle aus dem Prozess ausgeschleust werden. With other wet chemical processes, such as BioCon, SEPHOS, SESALPhos, Tetraphos, PASCH or Leachphos processes, the heavy metals can be at least partially separated, but considerable process residues are created. All these processes have in common that by mixing the sewage sludge ash with mineral acid, depending on the type and concentration of the mineral acid and depending on the process management, a large part of the phosphate in the ash is dissolved, but a considerable proportion of undissolved components remains. Subsequently, in this process, the phosphate-containing solution is very expensive and processed further through very complex precipitation or extraction processes. In contrast, it is advantageous in this process that the phosphate-containing solution obtained is at least partially freed from heavy metals and these heavy metals are discharged from the process.
Nachteil dieser Verfahren ist, dass erheblich Mengen an Abfall entstehen (die ungelösten Bestandteile sind Prozessrückständen, die teuer entsorgt werden müssen, obwohl auch darin noch Nährstoffkomponenten enthalten sind. Neben den dadurch entstehenden erheblichen Kosten stellt sich durch die Bildung der großer Abfallströme, die zu deponieren sind, auch die grundsätzliche Frage zur Nachhaltigkeit und Sinnhaftigkeit solcher Verfahren. Zumindest die Abfallmengen reduzieren sich durch solche Verfahren nicht wie gefordert. ■ The disadvantage of this process is that considerable amounts of waste are generated (the undissolved components are process residues that have to be disposed of at great expense, although they also contain nutrient components. In addition to the considerable costs arising from this, the formation of the large waste streams that lead to are to be deposited, also the fundamental question of the sustainability and usefulness of such processes. At least the amount of waste is not reduced by such processes as required.
Kostentreiber bei diesen Verfahren ist weiterhin der erhebliche Einsatz von zusätzlichen Chemikalien. Häufig entstehen dann Produkte, die nicht direkt zum Beispiel als Düngemittel verwendet werden können, sondern dann noch einmal weiterverarbeitet werden müssen. Dadurch ist die Wirtschaftlichkeit unter aktuellen Marktbedingungen nicht gegeben. ■ The cost driver in these processes continues to be the considerable use of additional chemicals. Often, products are then created that cannot be used directly as fertilizer, for example, but instead have to be processed again. As a result, economic viability is not given under current market conditions.
Aus EP 3 037 396 Al ist ein Verfahren zur Herstellung eines phosphathaltigen Düngemittels aus einer Asche oder einem Verkohlungsrückstand eines Schlamms aus einer Abwasserreinigung oder Abfallvergärung bekannt. Dabei wird eine Asche oder des Verkohlungsrückstands mit einer mineralischen Säure vermischt und Inkubation der resultierenden Suspension in einem ersten Gefäß eingehalten, danach erfolgen das Absondern von feuchten Feststoffen aus der Suspension und Ersetzen der abgesonderten Feststoffe durch weitere Asche oder weiteren Verkohlungsrückstand, das Vermischen der weiteren Asche oder des weiteren Verkohlungsrückstands mit der im ersten Gefäß verbleibenden mineralischen Säure und Inkubation der resultierenden Suspension in dem ersten Gefäß. Der abgesonderte Feststoff wird in ein zweites Gefäß überführt und dort mit einer pH- neutralen, basischen oder gepufferten wässrigen Flüssigkeit vermischt, anschließend wird ein Teils der durch das Vermischen entstandenen Flüssigkeit aus dem zweiten Gefäß abgetrennt, die darin enthaltener Schwermetallionen daraus abgesondert und dieser Flüssigkeit in das zweite Gefäß zurückgeführt. Zur Abtrennung der Schwermetallionen werden Ionenaustauschers, Aktivkohle, Bakterien, Pilzen, Algen, einer Biomasse aus Bakterien, Pilzen oder Algen, Einsatz von Fällungsmitteln und/oder eines Nanofilters und/oder elektrolytisch vorgeschlagen. From EP 3 037 396 A1 a method for the production of a phosphate-containing fertilizer from an ash or a char residue of a sludge from a waste water treatment or waste fermentation is known. Here, an ash or the charring residue is mixed with a mineral acid and the resulting suspension is incubated in a first vessel, then moist solids are separated from the suspension and the separated solids are replaced by further ash or further charring residue, the further ash is mixed or the further charring residue with the mineral acid remaining in the first vessel and incubation of the resulting suspension in the first vessel. The separated solid is transferred to a second vessel and mixed there with a pH-neutral, basic or buffered aqueous liquid, then part of the liquid resulting from the mixing is separated from the second vessel, the heavy metal ions contained in it are separated from it and this liquid is transferred the second vessel returned. To separate the heavy metal ions, ion exchangers, activated carbon, Bacteria, fungi, algae, a biomass from bacteria, fungi or algae, the use of precipitants and / or a nanofilter and / or electrolytically proposed.
In EP 3 037 396 Al wird somit im Prozessschritt 2 ein feuchter Feststoff abgetrennt, wobei die Lösung in Gefäß 1 verbleibt. Zu der verbleibenden Flüssigkeit im Gefäß 1 wird neue Asche zugeführt. Demnach wird in dem nachfolgenden Batch keine weitere Säure als Reaktionsmittel zugegeben. Damit sinkt die Säurestärke von Batch zu Batch und damit die Löse- bzw. Umwandlungspotential der Säure gegen über dem Phosphat. In EP 3 037 396 A1, a moist solid is separated off in process step 2, the solution remaining in vessel 1. New ash is added to the remaining liquid in vessel 1. Accordingly, no further acid is added as a reactant in the subsequent batch. This reduces the acid strength from batch to batch and thus the dissolving or conversion potential of the acid compared to the phosphate.
Nachteilig ist damit bei diesem Verfahren, dass die Phosphatlöslichkeit der Asche allenfalls im ersten Batch ausreichend erhöht wird, bei jedem weiteren Batch sinkt die Löslichkeit bis letztlich keine Veränderung gegenüber der Ausgangsasche erfolgt. Damit kann eine geeignete Nährstoffbereitstellung für die Pflanzen innerhalb einer Wachstumsperiode nicht gegeben sein. The disadvantage of this process is that the phosphate solubility of the ash is increased sufficiently in the first batch at best; with each subsequent batch, the solubility decreases until there is ultimately no change compared to the initial ash. This means that a suitable supply of nutrients for the plants cannot be given within one growth period.
Die vorgeschlagenen Möglichkeiten zur Schwermetallabtrennung sind entweder durch einen hohen Verbrauchmaterialanteil (z.B. Ionenaustauscher, Fällungsmittel) teuer, benötigen eine lange Reaktionszeit (Bakterien, Pilzen, Algen, Pilzen oder Algen), sind technisch fragwürdig in der Funktion (z. B. Schwermetallabtrennung aus Lösung durch Aktivkohle) bzw. technisch kaum oder nur aufwendig umsetzbar (Nanofiltration). Eine praktikable und kostengünstige Möglichkeit zur Schwermetallabtrennung der relevanten Schwermetalle aus der Verbrennungsasche wird nicht aufgezeigt. The proposed options for separating heavy metals are either expensive due to a high proportion of consumables (e.g. ion exchangers, precipitants), require a long reaction time (bacteria, fungi, algae, fungi or algae), are technically questionable in their function (e.g. heavy metal separation from solution activated carbon) or technically hardly or only with great effort (nanofiltration). A practicable and cost-effective way to separate the heavy metals from the incineration ash is not shown.
Neben der Verwertung von phosphathaltigen Aschen stellt auch die Verwertung von anfallenden ammonium-sulfathaltigen Lösungen ein wirtschaftliches Problem dar. Grundsätzlich sind ammonium sulfathaltigen Lösungen, wie sie beispielsweise bei Abgaswäschern und insbesondere in Biogasanlagen in erheblichen Mengen anfallen, unbehandelt oder konditioniert sehr gut als Düngemittel geeignet und finden entsprechende Anwendung. In addition to the recycling of phosphate-containing ashes, the recycling of ammonium-sulphate-containing solutions is also an economic problem. In principle, ammonium sulphate-containing solutions, such as those obtained in considerable quantities in waste gas scrubbers and especially in biogas plants, are untreated or conditioned and very suitable as fertilizers apply accordingly.
Nachteil der bisherigen Verwertung von diesen Lösungen ist häufig, dass eine Aufkonzentration teuer ist und selbst durch Aufkonzentrieren nur eine Konzentration von 40 % (max. Löslichkeit) erreicht werden kann. ■ The disadvantage of the previous use of these solutions is often that concentration is expensive and only a concentration of 40% (maximum solubility) can be achieved even through concentration.
Das Ausbringen dieser (aufkonzentrierten) Flüssigkeiten auf die Felder ist logistisch aufwendig und teuer. Die Begrenzung der Ausbringung auf nur bestimmten Zeitperioden macht eine teure Lagerung oder zwischenzeitliche andere Verwertung erforderlich. The application of these (concentrated) liquids to the fields is logistically complex and expensive. The limitation of the application to only certain periods of time makes expensive storage or other recovery necessary.
Weiterhin sind im Stand der Technik pedosphärenverbessernde Granulate beschrieben, die jedoch oft nachteilhaft wirken. Viele dieser bekannten Strukturen haben zwar eine positive Wirkung auf das Pflanzenwachstum, allerdings ist dieses verbunden mit negativen Auswirkungen auf Kleinstlebewesen und Mikroorganismen. Es ist mehrfach beobachtet worden, dass durch Granulate des Standes der Technik beispielsweise die Anzahl der Regenwürmer zurückgeht und weiterhin weniger stickstoffassimilierende Mikroorganismen im Boden Vorkommen. Während man in der Vergangenheit die Reduktion derartiger Bodenlebewesen für wenig relevant hielt, so weiß man heute, dass die genannten Organismen zentral für die Qualität der Böden sind. Insbesondere Böden, die stark wechselnden Witterungen, wie beispielsweise hohen Temperaturen oder Starkregen, ausgesetzt sind, benötigen eine gesunde Biomasse, wie z. B. Insekten, Nematoden oder Anneliden, um auch bei stark schwankenden Wetterbedingungen hohe Erträge bei Pflanzen sicherzustellen. Furthermore, the prior art describes pedosphere-improving granules, which, however, often have a disadvantageous effect. Many of these known structures have a positive effect on plant growth, but this is associated with negative effects on microorganisms and microorganisms. It has been observed several times that granules of the prior art, for example, reduce the number of earthworms and that fewer nitrogen-assimilating microorganisms continue to occur in the soil. While in the past the reduction of such soil organisms was considered to be of little relevance, today we know that the organisms mentioned are central to the quality of soils. In particular, soils that are exposed to strongly changing weather conditions, such as high temperatures or heavy rain, require a healthy biomass, such as B. insects, nematodes or annelids, in order to ensure high yields in plants even under highly fluctuating weather conditions.
Zusammenfassend sind aus dem Stand der Technik keine nachhaltigen, technologisch einfach umsetzbaren und wirtschaftlichen Phosphat-Rückgewinnungsverfahren bekannt, die Granulate zur exakten pflanzen- und bodenspezifischen Nährstoffversorgung erzeugen können, wobei die beinhalteten Nährstoffe auch optimal pflanzenverfügbar sind. In summary, no sustainable, technologically easy to implement and economical phosphate recovery processes that use granules are known from the prior art be able to generate an exact plant and soil-specific nutrient supply, whereby the nutrients contained are also optimally available to the plants.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue, verbesserte und schwermetallabgereicherte Granulate bereitzustellen, die die Pedosphäre in Bezug auf Bodenflora und Bodenfauna optimieren. Zur Bodenflora gehören überwiegend pflanzliche bzw. nicht tierische Organismen, wie z.B. Bakterien, Strahlenpilze, Pilze, Algen und Flechten. Die Bodenfauna setzt sich aus tierischen Einzellern und vielzelligen Organismen zusammen, die nach ihrer Größe differenziert werden in Mikrofauna (< 0,2 mm; z.B. Wimperntiere, Geißel-tiere, Amöben, kleine Fadenwürmer), Mesofauna (< 2 mm; z.B. Springschwänze, Rädertiere, Milben), Makrofauna (> 2 mm; z.B. Borstenwürmer, Asseln, Insekten) und Megafauna (> 20 mm; z.B. Wirbeltiere wie Wühlmäuse, Spitzmäuse, Maulwurf). Die Optimierung betrifft vor allem zum einen das verbesserte Pflanzenwachstum, als auch das Wachstum der Bakterien, Geißeltierchen, Fadenwürmern, Anneliden oder Insekten und andere. The invention is therefore based on the object of providing new, improved and heavy metal-depleted granules which optimize the pedosphere with regard to soil flora and fauna. The soil flora mainly includes plant or non-animal organisms, such as Bacteria, ray fungi, fungi, algae and lichens. The soil fauna is composed of animal protozoa and multicellular organisms, which are differentiated according to their size into microfauna (<0.2 mm; e.g. ciliates, flagellates, amoebas, small roundworms), mesofauna (<2 mm; e.g. springtails, rotifers , Mites), macrofauna (> 2 mm; e.g. bristle worms, woodlice, insects) and megafauna (> 20 mm; e.g. vertebrates such as voles, shrews, moles). The optimization primarily affects the improved plant growth as well as the growth of bacteria, flagellates, nematodes, annelids or insects and others.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, ein wirtschaftliches, ökologisches, flexibles, einfaches und technisch umsetzbares Verfahren zur Herstellung von boden- und/oder pflanzenspezifischen, schwermetallabgereicherten Düngemitteln mit exakt einstellbarer Nährstoffzusammensetzung in Granulatform bereitzustellen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sollen verschiedenste anorganische Sekundärphosphate effizient und kostengünstig aufbereitet werden können, wobei auch gezielt boden- und pflanzenspezifische Düngerzusammensetzungen bereitgestellt werden sollen, wobei im daraus resultierendem Düngergranulat ein Großteil des Phosphates in einer gut pflanzenverfügbaren Form vorliegen soll und zumindest ein Teil der Schwermetallen abgetrennt ist. Zudem sollen in dem erfindungsgemäßen Verfahren ammonium sulfathaltige Lösungen als weiter Nährstoff kostengünstig und technologisch einfach integrierbar und nutzbar sein. Außerdem soll ein Düngemittel bereitgestellt werden, dass in der Landwirtschaft, in der Forstwirtschaft oder im Gartenbau als Pedoshärenverbesserer eingesetzt und/oder verwendet werden kann. The present invention is also based on the object of providing an economical, ecological, flexible, simple and technically feasible method for the production of soil- and / or plant-specific, heavy metal-depleted fertilizers with exactly adjustable nutrient composition in granulate form. The method according to the invention is intended to enable a wide variety of inorganic secondary phosphates to be processed efficiently and inexpensively, with soil- and plant-specific fertilizer compositions also being provided in a targeted manner, with a large part of the phosphate in the resulting fertilizer granules being in a form readily available to plants and at least part of the heavy metals being separated off is. In addition, in the process according to the invention, solutions containing ammonium sulfate should be inexpensive and technologically easy to integrate and use as a further nutrient. In addition, a fertilizer is to be provided that can be used and / or used as a pedophore improver in agriculture, forestry or horticulture.
Beschreibung der Erfindung: Description of the invention:
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß ist ein schwermetallabgereichertes, pedoshärenverbesserndes Granulat vorgesehen, dass mit einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfasst: The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims. According to the invention, a heavy metal-depleted, pedoshare-improving granulate is provided that is produced using a method that comprises the following steps:
a) Erzeugung einer Rohstoffsuspension umfassend mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) und mindestens ein Reaktionsmittel (2), wobei der Anteil an flüssigen Phase in der Rohstoffsuspension größer 45 % ist, a) Production of a raw material suspension comprising at least one inorganic secondary phosphate (1) and at least one reactant (2), the proportion of liquid phase in the raw material suspension being greater than 45%,
b) Einhalten einer Inkubationszeit zwischen anorganischem Sekundärphosphat (1) und Reaktionsmittel (2) zwischen 1 bis 300 Minuten, b) maintaining an incubation time between inorganic secondary phosphate (1) and reactant (2) between 1 and 300 minutes,
c) Durchführung einer elektrochemischen Schwermetallabreicherung direkt in der erzeugten Rohstoffsuspension (3) und Ausschleusen von zumindest eines Teils der abgetrennten Schadstoffe (4), wobei die elektrochemische Schwermetallabreicherung mit oder bei der Herstellung der Rohstoffsuspension oder daran anschließend beginnen kann, wobei die elektrochemische Schwermetallabreicherung zumindest gleichzeitig mit oder zeitweise parallel während der Inkubationszeit und/oder über die Inkubationszeit hinaus ablaufen kann, d) Granulierung und/oder Extrudierung der schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion (5), wobei sich mindestens eine Trocknung und/oder Fraktionierung anschließen können und c) Carrying out an electrochemical heavy metal depletion directly in the raw material suspension (3) produced and discharging at least some of the separated pollutants (4), wherein the electrochemical heavy metal depletion can begin with or during the production of the raw material suspension or thereafter, with the electrochemical heavy metal depletion at least simultaneously can run with or at times in parallel during the incubation period and / or beyond the incubation period, d) Granulation and / or extrusion of the heavy metal-depleted raw material dispersion (5), it being possible for at least one drying and / or fractionation to follow and
e) Kontinuierliches und/oder batchweises wiederholen der Prozessschritte a) bis d). e) Continuous and / or batchwise repetition of process steps a) to d).
In dem Schritt a) wird eine Rohstoffsuspension aus mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) und mindestens einem Reaktionsmittel erzeugt. In dieser Rohstoffsuspension erfolgt die Umwandlung des Phosphates aus dem anorganischen Sekundärphosphat, welches im anorganischen Sekundärphosphat unzureichend löslich, heißt unzureichend pflanzenverfügbar vorliegt. Die Umwandlung des Phosphates erfolgt durch Reaktion mit einem Reaktionsmittel mit dem Ziel, die Löslichkeit und damit die Pflanzenverfügbarkeit dieses Phosphates erheblich zu verbessern. In diesem Kontext ist unter einem Reaktionsmittel damit ein Stoff, wie beispielsweise Säure oder Lauge, zu verstehen, der zum einen zumindest einen Teil des durch das anorganische Sekundärphosphat zugeführten Phosphates löst und/oder mit diesen reagiert. Reaktionsmittel sind beispielsweise In step a) a raw material suspension is produced from at least one inorganic secondary phosphate (1) and at least one reactant. In this raw material suspension, the phosphate is converted from the inorganic secondary phosphate, which is insufficiently soluble in the inorganic secondary phosphate, that is to say is insufficiently available to plants. The conversion of the phosphate takes place by reaction with a reaction agent with the aim of considerably improving the solubility and thus the availability of this phosphate to plants. In this context, a reactant is to be understood as a substance, such as acid or alkali, which on the one hand dissolves at least part of the phosphate supplied by the inorganic secondary phosphate and / or reacts with it. Reactants are for example
Diese Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel erfolgt erfindungsgemäß in einer Rohstoffsuspension. In einer Rohstoffsuspension ist die ablaufende Reaktion steuerbar und kontrollierbar. Die zur Bildung der Rohstoffsuspension erforderliche flüssige Phase resultiert entweder dadurch, dass das Reaktionsmitte eine Lösung bzw. Suspension ist oder wird neben dem anorganischen Sekundärphosphat und Reaktionsmittel gezielt zugegeben, beispielsweise in Form von Wasser. Der Anteil der flüssigen Phase sowie die Zusammensetzung der Suspension sind erfindungsgemäß wesentliche Steuergrößen für die gewünschte Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel und es kann damit die resultierende Löslichkeit des umgewandelten Phosphates als Reaktionsprodukt eingestellt werden. According to the invention, this reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant takes place in a raw material suspension. The reaction that takes place in a raw material suspension can be controlled and monitored. The liquid phase required to form the raw material suspension results either from the fact that the reaction agent is a solution or suspension or is added specifically in addition to the inorganic secondary phosphate and reactant, for example in the form of water. According to the invention, the proportion of the liquid phase and the composition of the suspension are essential control variables for the desired reaction between inorganic secondary phosphate and reactant, and the resulting solubility of the converted phosphate as a reaction product can thus be adjusted.
Das anorganischen Sekundärphosphat weist Schwermetalle auf. Neben der Reaktion zwischen Reaktionsmittel und Phosphat soll das Reaktionsmittel auch die im anorganischen Sekundärphosphat vorhandenen Schwermetalle zumindest anteilig mit lösen. Durch beispielsweise die Art und Konzentration des Reaktionsmittels und der Menge an flüssiger Phase kann die Lösegeschwindigkeit und der gelöste Anteil an Schwermetallen eingestellt werden. The inorganic secondary phosphate contains heavy metals. In addition to the reaction between the reactant and phosphate, the reactant should also at least partially dissolve the heavy metals present in the inorganic secondary phosphate. For example, the type and concentration of the reactant and the amount of liquid phase can be used to set the rate of dissolution and the proportion of heavy metals dissolved.
Schritt b) fordert eine Inkubationszeit, womit das Einwirkenlassen des Reaktionsmittels auf das anorganische Sekundärphosphat zu verstehen ist. Durch gezielte Einstellung dieser Reaktionszeit wird Einfluss auf den Reaktionsfortschritt bzw. -umfang genommen. Dadurch kann zum einen der Anteil an gelösten Schwermetallen gesteuert werden. Zum anderen kann auch über die Reaktionszeit die Löslichkeit des resultierenden Phosphates nach der Umwandlung eingestellt werden. Step b) calls for an incubation time, which means that the reaction agent is allowed to act on the inorganic secondary phosphate. Targeted setting of this reaction time influences the progress and scope of the reaction. On the one hand, this enables the proportion of dissolved heavy metals to be controlled. On the other hand, the solubility of the resulting phosphate after the conversion can also be adjusted via the reaction time.
Schritt c) beschreibt die erfindungsgemäße, elektrochemischen Schwermetallabreicherung direkt in der erzeugten Rohstoffsuspension. Als elektrochemische Schwermetallabreicherung ist dabei definiert, dass die chemische Abtrennreaktionen unter Beteiligung von Elektronen ablaufen, die durch einen äußeren Leiterkreis fließen. Die Elektroden sind dabei die aktiven Bestandteile bei der elektrochemischen Reaktion, an deren Oberflächen sich die Schwermetalle anlagern oder anhaften. Das heißt, die in den vorangegangenen Schritten durch das Reaktionsmittel gelösten und damit in der Suspension gelöst vorliegenden Schwermetalle werden durch einen elektrochemischen Prozess an der Elektrode angelagert oder haften dort an. Im Anschluss an diesen elektrochemischen Prozess wird die Elektrode mit den schwermetallhaltigen Anhaftungen von der Suspension räumlich getrennt. Damit sind die anhaftenden Schwermetalle an der Elektrode aus der Suspension entfernt. Die schwermetallhaltigen Anhaftungen an der Elektrode werden abgelöst und es resultiert ein aus der Rohstoffsuspension ausgeschleuster schwermetallhaltiger Anteil. Diese elektrochemische Reaktion setzt voraus, dass die Schwermetalle zumindest anteilig gelöst vorliegen. Mit der Bildung der Rohstoffsuspension gemäß Schritt a) werden anorganische Sekundärphosphat mit den enthaltenen Schwermetallen und Reaktionsmittel zusammengeführt, wodurch die erfindungsgemäße Reaktion zwischen beiden Komponenten einsetzt. Durch diese Reaktion werden die im anorganischen Sekundärphosphat enthaltenen Schwermetalle zumindest anteilig gelöst. Das Reaktionsmittel hat also somit die zusätzliche Funktion, Schwermetalle zumindest anteilig aus dem anorganischen Sekundärphosphat zu lösen. Step c) describes the electrochemical heavy metal depletion according to the invention directly in the raw material suspension produced. Electrochemical heavy metal depletion is defined as the chemical separation reactions taking place with the participation of electrons that flow through an external conductor circuit. The electrodes are the active components in the electrochemical reaction, on the surfaces of which the heavy metals attach or adhere. This means that the heavy metals dissolved in the previous steps by the reactant and thus present dissolved in the suspension are deposited on the electrode or adhere to it through an electrochemical process. Following this electrochemical process, the electrode with the heavy metal-containing adhesions is spatially separated from the suspension. This removes the heavy metals adhering to the electrode from the suspension. The heavy metal-containing adhesions on the electrode are detached and a heavy metal-containing portion is discharged from the raw material suspension. This electrochemical reaction assumes that the heavy metals are at least partially dissolved. With the formation of the raw material suspension according to step a), inorganic secondary phosphate are combined with the heavy metals and reactants contained therein, as a result of which the reaction according to the invention begins between the two components. Through this reaction, the heavy metals contained in the inorganic secondary phosphate are at least partially dissolved. The reactant thus has the additional function of at least partially dissolving heavy metals from the inorganic secondary phosphate.
Von diesem Reaktionspunkt des Zusammenführens von anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel startend werden die Schwermetalle aus dem anorganischen Sekundärphosphat herausgelöst, was entsprechend der Reaktionskinetik zeitabhängig erfolgt. Damit kann die elektrochemische Schwermetallabreicherung bereits grundsätzlich mit bzw. bei der Herstellung der Rohstoffsuspension oder daran anschließend beginnen, da dann bereits anteilig gelöste Schwermetalle vorliegen. In diesem Fall erfolgt der elektrochemische Abreicherungsprozess parallel zur Inkubationszeit gemäß Schritt b). Da auch die elektrochemische Reaktion zeitabhängig ist, kann dadurch vorteilhaft die Inkubationszeit bereits mit genutzt werden, was die Gesamtzeit des Prozesses verkürzt. Die elektrochemische Reaktion kann dabei auch über die Inkubationszeit hinaus ablaufen. Dies ist beispielsweise insofern vorteilhaft, dass noch am Ende der Inkubationszeit aus Schritt b) gelöste Schwermetallanteile zeit zur Anhaftung an der Elektrode erhalten. Grundsätzlich kann die elektrochemische Reaktion gemäß Schritt c) auch nach der Inkubationszeit gemäß Schritt b) erfolgen, beispielsweise in einem separaten Gefäß oder in einem separaten Durchflusskreislauf. Starting from this reaction point of bringing together the inorganic secondary phosphate and the reactant, the heavy metals are dissolved out of the inorganic secondary phosphate, which takes place as a function of the reaction kinetics. In this way, the electrochemical heavy metal depletion can in principle begin with or during the production of the raw material suspension or afterwards, since then proportionally dissolved heavy metals are already present. In this case, the electrochemical depletion process takes place parallel to the incubation time according to step b). Since the electrochemical reaction is also time-dependent, the incubation time can advantageously be used, which shortens the overall time of the process. The electrochemical reaction can also take place beyond the incubation period. This is advantageous, for example, in that, at the end of the incubation period from step b), dissolved heavy metal components are given time to adhere to the electrode. In principle, the electrochemical reaction according to step c) can also take place after the incubation time according to step b), for example in a separate vessel or in a separate flow-through circuit.
Nach der elektrochemischen Abreicherung erfolgt im Schritt d) eine Granulierung oder Extrudierung mit dem Ziel der Bildung schwermetallabgereicherter, pedoshärenverbessernder Granulate. Die Art der Granulation bzw. Extrusion richtet sich nach den technischen Erfordernissen und insbesondere nach der Konsistenz und den Verarbeitungseigenschaften der schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion. Pump- und sprühfähige schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion können beispielsweise durch Sprühgranulation verarbeitet werden. Wird hingegen zuvor ein Teil der flüssigen Phase der schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion mechanisch abgetrennt, kann beispielsweise die so gebildete erdfeuchte schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion mittels Granulierteller oder Extruder verarbeitet werden. After the electrochemical depletion, granulation or extrusion takes place in step d) with the aim of forming heavy-metal-depleted, pedosphere-improving granules. The type of granulation or extrusion depends on the technical requirements and, in particular, on the consistency and processing properties of the heavy metal-depleted raw material dispersion. Pumpable and sprayable heavy metal-depleted raw material dispersions can be processed, for example, by spray granulation. If, on the other hand, part of the liquid phase of the heavy metal-depleted raw material dispersion is mechanically separated off, the earth-moist, heavy-metal-depleted raw material dispersion thus formed can, for example, be processed by means of a granulating plate or an extruder.
Die durch Granulierung und Extrudierung gebildeten Granulate bzw. Extrudate eignen sich häufig nicht zur Lagerung oder direkten Anwendung. Durch eine anschließende Trocknung erhöht sich beispielsweise in der Regel die Festigkeit und die Lagerstabilität. Oft werden definierte Kornfraktionen für die Anwendung gefordert, was durch eine entsprechende Fraktionierung erreicht wird. The granules or extrudates formed by granulation and extrusion are often unsuitable for storage or direct use. Subsequent drying, for example, usually increases strength and storage stability. Defined grain fractions are often required for the application, which is achieved through appropriate fractionation.
Die Schritte a) bis d) können batchweise und/oder kontinuierliche Prozesse ausgebildet sein, wobei zwischen den Prozessschritten Pufferbehälter eingesetzt werden können. Zur Realisierung aller oder einzelner Prozessschritte kann dabei jeweils ein einzelnes Aggregat und/oder aber, insbesondere zur Abbildung größerer Produktionsmengen, mehrere gleiche oder ähnliche Aggregate verwendet werden. Mehrere Aggregate in einem oder mehreren Prozessschritten können dabei parallel und/oder alternierend geschaltet sein. Steps a) to d) can be implemented in batches and / or continuous processes, it being possible for buffer containers to be used between the process steps. To implement all or individual process steps, a single unit and / or, in particular to map larger production quantities, several identical or similar units can be used. Several units in one or more process steps can be connected in parallel and / or alternately.
Bei einer Produktion der erfindungsgemäßen schwermetallabgereicherten Düngergranulate erfolgt der batchweise und/oder kontinuierliche Ablauf der Verfahrensschritte beispielsweise fortlaufend bis zum Erreichen der gewünschten Produktionsmenge, heißt die Schritt a) bis d) werden entsprechend oft wiederholt. In the production of the heavy metal-depleted fertilizer granulates according to the invention, the process steps are carried out batchwise and / or continuously, for example, continuously until the desired production amount is reached, i.e. steps a) to d) are repeated correspondingly often.
In der weiteren Beschreibung werden die einzelnen, aufgeführten Schritte, deren Ausgestaltung und bevorzugte Ausführungsformen näher beschrieben und ergänzend sowie detaillierter dargestellt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein wirtschaftliches, ökologisches, flexibles, einfaches und technisch umsetzbares Verfahren zur Herstellung von boden- und/oder pflanzenspezifischen, schwermetallabgereicherten Düngemitteln mit exakt einstellbarer Nährstoffzusammensetzung in Granulatform bereitzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik zahlreichen technologische Vorteile aufweist wie beispielsweise: In the further description, the individual steps listed, their configuration and preferred embodiments are described in more detail and illustrated in addition and in more detail. The method according to the invention provides an economical, ecological, flexible, simple and technically feasible method for the production of soil- and / or plant-specific, heavy metal-depleted fertilizers with precisely adjustable nutrient composition in granular form, which has numerous technological advantages over the prior art, such as:
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, das schlecht pflanzenverfügbare Phosphat im anorganischen Sekundärphosphat aufzuschließen und optimal pflanzennutzbar zu machen. Die erfindungsgemäße Verfahrensgestaltung löst dabei die bestehenden technischen Probleme der Verfahren, bei der Asche mit Säure quasi erdfeucht vermischt wird, um daraus Düngemittel herzustellen, wie sie beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2010 034 042 B4 bekannt sind. Bei diesen Verfahren ist die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Mineralsäure (hier Reaktionsmittel) kaum kontrollierbar und steuerbar. Damit kann auch die Löslichkeit und Pflanzenverfügbarkeit nicht zielgenau eingestellt werden. Zudem Überlagert die Reaktion bei dieser Reaktionsführung den Granulationsprozess, der deshalb auch kaum steuerbar ist. Solche Verfahren sind technisch kaum beherrschbar. Die resultierende minderwertige Produktqualität ist zudem stark schwankend. Durch die Reaktion in der Rohstoffsuspension wird die Reaktion kontrollier und steuerbar. With the inventive method it is possible to unlock the bad plant available phosphate in inorganic phosphate secondary and make optimal plant available. The process design according to the invention solves the existing technical problems of the process in which ash is mixed with acid in a quasi-earth-moist manner in order to produce fertilizers therefrom, as are known, for example, from the publication DE 10 2010 034 042 B4. In these processes, the reaction between inorganic secondary phosphate and mineral acid (here reactant) can hardly be monitored and controlled. This means that the solubility and plant availability cannot be precisely adjusted. In addition, the reaction superimposes the granulation process when the reaction is carried out, which is therefore hardly controllable. Such processes are technically hardly controllable. The resulting inferior product quality also fluctuates greatly. The reaction in the raw material suspension makes the reaction controllable and controllable.
Der Vorteil der Reaktionsführung in einer Rohstoffsuspension ist zwar aus Verfahren wie beispielweise DE 10 2016 116 633 Al bekannt. Allerdings wird bei diesen Verfahren die gesamte Rohstoffsuspension mit dem entsprechend hohen Anteil an flüssiger Phase direkt granuliert. Bei der Granulation wird diese flüssige Phase energieintensiv thermisch abgetrennt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet in einer bevorzugten Ausführungsform die Möglichkeit, einen großen Teil der flüssigen Phase mechanisch (Fest/Flüssig-Trennung) abzutrennen. Für eine mechanische Abtrennung wird wesentlich weniger Energie benötigt, was deutlich geringere Prozesskosten bedeutet. Zudem können anschließend technologisch einfache Granuliertechnologien wie Granulierteller genutzt werden, was sonst nicht möglich ist. The advantage of carrying out the reaction in a suspension of raw materials, although of methods, such as DE 10 2016 116 633 Al is known. However, in this process, the entire raw material suspension is directly granulated with the correspondingly high proportion of liquid phase. During granulation, this liquid phase is thermally separated in an energy-intensive manner. In a preferred embodiment, the method according to the invention offers the possibility of separating a large part of the liquid phase mechanically (solid / liquid separation). Much less energy is required for mechanical separation, which means significantly lower process costs. In addition, technologically simple granulation technologies such as granulation plates can then be used, which is otherwise not possible.
Diese Verfahren wie beispielweise DE 10 2016 116 633 Al bieten weiterhin auch keine Möglichkeit zur Schwermetallabtrennung. Dadurch entsteht zwar ein aufgeschlossener phosphathaltiger Dünger, dieser enthält aber weiterhin alle insbesondere mit dem anorganischen Sekundärphosphat eingetragenen Schwermetalle. Das im erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte phosphathaltige Düngerprodukt unterscheidet sich davon grundlegend, da umweltschädliche Schwermetalle abgereichert sind. These methods, such as DE 10 2016 116 633 A1, for example, also do not offer any possibility of separating heavy metals. This results in a digested, phosphate-containing fertilizer, but it still contains all of the heavy metals, in particular with the inorganic secondary phosphate. The phosphate-containing fertilizer product produced in the process according to the invention differs fundamentally therefrom, since environmentally harmful heavy metals are depleted.
Bei den bekannten nasschemischen Verfahren, wie BioCon-, SEPHOS-, SESALPhos-, Tetraphos, PASCH- oder Leachphos-Verfahren, die das Phosphat durch Mineralsäure (Reaktionsmittel) aus dem anorganischen Sekundärphosphat herauslösen und diese phosphathaltige Lösung vom ungelösten Anteil abtrennen und weiterverarbeiten, entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich weniger Abfall, nämlich allein die abgetrennten Schwermetalle. Das erfindungsgemäße Verfahren trennt zudem das gelöste Phosphat nicht vom ungelösten Anteil ab, sondern überführt die gesamten Bestandteile des anorganischem Sekundärphosphat in ein schwermetallabgereichertes Düngemittel. Aus den anderen Verfahren resultieren andere phosphathaltige Produkte wie Phosphorsäure oder Kalziumphosphat. Gegenüber Verfahren wie aus EP 3 037 396 Al resultiert aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ein sehr gut aufgeschlossener und damit gezielt pflanzenverfügbarer Phosphatdünger. Bei den Verfahren wie aus EP 3 037 396 Al wird das Phosphat aus dem anorganischen Sekundärphosphat durch die Prozessführung deutlich weniger stark aufgeschlossen und damit weniger gut und weniger gezielt pflanzenverfügbar gemacht. Zwar bietet das Verfahren eine Schwermetallabreicherung, die dort vorgeschlagenen Methoden sind nicht so praktikable und nicht so kostengünstig, wie im erfindungsgemäßen Verfahren mit der elektrochemischen Schwermetallabtrennung. With the known wet chemical processes, such as BioCon, SEPHOS, SESALPhos, Tetraphos, PASCH or Leachphos processes, which dissolve the phosphate from the inorganic secondary phosphate by means of mineral acid (reactants) and separate this phosphate-containing solution from the undissolved portion and process it further, The process according to the invention produces significantly less waste, namely only the separated heavy metals. In addition, the method according to the invention does not separate the dissolved phosphate from the undissolved portion, but instead transfers all of the constituents of the inorganic secondary phosphate into a fertilizer that has been depleted of heavy metals. Other phosphate-containing products such as phosphoric acid or calcium phosphate result from the other processes. Compared to processes such as from EP 3 037 396 A1, the process according to the invention results in a very well digested and therefore specifically plant-available phosphate fertilizer. In the case of the method such as from EP 3 037 396 A1, the phosphate from the inorganic secondary phosphate is broken down significantly less strongly by the process management and is thus made less readily and less specifically available to plants. Although the method offers heavy metal depletion, the methods proposed there are not as practicable and not as cost-effective as in the method according to the invention with electrochemical heavy metal separation.
Einige Verfahren aus dem Stand der Technik geben an, dass durch die Verfahren die Löslichkeit des Phosphates erhöht wird. Um wie viel sich welche Löslichkeit genau erhöht, bleibt dabei zumeist unklar. Some methods of the prior art indicate that the phosphate is increased by the method, the solubility. In most cases, it remains unclear by how much which solubility increases.
o Zur Bestimmung der Löslichkeit von Phosphat existieren eine Reihe von unterschiedlichen Verfahren, die sich in der Löseprozedur und dem Lösemedium (Wasser, Citronensäure, Neutral-Ammoniumcitrat etc.) unterscheiden. Entsprechend resultiert aus den Verfahren jeweils unterschiedliche Angaben zur Löslichkeit. o There are a number of different methods for determining the solubility of phosphate, which differ in the dissolution procedure and the dissolution medium (water, citric acid, neutral ammonium citrate, etc.). Correspondingly, different information on solubility results from the process.
o Die Löslichkeiten der verschiedenen Löseverfahren können dabei nicht allgemeingültig ineinander, beispielsweise mit einem annähernd fixen Faktor, überführt werden. Auch muss ein Trend nicht gleichlaufend sein. Je nach Art des Phosphates (Phasenbestand) und der Matrix ergeben sich erheblich Löslichkeitsunterschiede mit einem Lösemedium und bei verschiedenen Lösemedien, die in Tendenz und Zusammenhang erheblich variieren. So ist beispielsweise der Rückschluss von einer Wasserlöslichkeit auf eine Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit damit nicht zulässig. o The solubilities of the various dissolution processes cannot be converted into one another in a generally valid way, for example with an approximately fixed factor. Nor does a trend have to be concurrent. Depending on the type of phosphate (phase composition) and the matrix, there are considerable differences in solubility with one dissolving medium and with different dissolving media, which vary considerably in tendency and relationship. For example, inferring that the solubility in water is neutral in terms of ammonium citrate solubility is not permitted.
Wird in den Verfahren eine definierte Löslichkeit des Phosphates im Endprodukt angegeben, ist damit auch noch nicht (automatisch) der Rückschluss auf eine Löslichkeitserhöhung des Phosphates aus dem anorganischen Sekundärphosphat definiert. If a defined solubility of the phosphate in the end product is specified in the process, this does not (automatically) define the conclusion that the solubility of the phosphate from the inorganic secondary phosphate is increased.
o Können nämlich in den Verfahren (wie meist vorgesehen) auch weitere Phosphatnährstoffe zugegeben werden, die gegebenenfalls bereits selber sehr gut löslich sind, erhöht sich die prozentuale Löslichkeit im Endprodukt gegenüber der Asche bereits automatisch dadurch. Bezieht sich die Angabe im Stand der Technik nicht eindeutig auf das Phosphat, welches aus dem anorganischen Sekundärrohstoff stammt, ist ein Rückschluss auf eine Löslichkeitsverbesserung nicht gegeben. o If further phosphate nutrients can be added in the process (as is usually provided), which may already be very soluble themselves, this automatically increases the percentage solubility in the end product compared to the ash. If the information in the prior art does not clearly relate to the phosphate, which comes from the inorganic secondary raw material, no conclusion can be drawn about an improvement in solubility.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine deutliche Löslichkeitsverbesserung des Phosphates aus dem anorganischen Sekundärphosphat erzielt. Diese Erhöhung der Neutral- Ammoniumcitratlöslichkeit allein bezogen auf das Phosphat aus dem anorganischen Sekundärphosphat beträgt mindestens 20 % und dadurch wird eine Neutral- Ammoniumcitratlöslichkeit von größer als 60 % wieder bezogen auf den Phosphatanteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat erreicht. In the process according to the invention, a significant improvement in the solubility of the phosphate is achieved from the inorganic secondary phosphate. This increase in the neutral ammonium citrate solubility based on the phosphate from the inorganic secondary phosphate alone is at least 20%, and a neutral ammonium citrate solubility of greater than 60% based on the phosphate content from the inorganic secondary phosphate is achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert gegenüber dem Stand der Technik neue, verbesserte und schwermetallabgereicherte Düngegranulate, die die Pedosphäre in Bezug auf Bodenflora und Bodenfauna optimieren und nachhaltig und umweltfreundlich aufgrund der Schwermetallreduzierung sind. Compared to the prior art, the method according to the invention provides new, improved and heavy metal-depleted fertilizer granulates which optimize the pedosphere in terms of soil flora and fauna and are sustainable and environmentally friendly due to the heavy metal reduction.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser schwermetallabgereicherten, pedosphärenverbessernden Granulate, das die genannten Verfahrensschritte umfasst. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt aus einer ammonium- und sulfathaltigen Ausgangslösung vorgesehen, dass mit einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfasst: In a further aspect, the invention relates to a process for the production of these heavy metal-depleted, pedosphere-improving granulates, which comprises the process steps mentioned. In a further aspect of the invention, a precipitation and / or crystallization product from an ammonium- and sulfate-containing starting solution is provided, which is produced using a method which comprises the following steps:
Zuführung von mindestens einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung als Fällungsreagenz zur zu mindestens teilweisen Fällung- und/oder Auskristallisation von Sulfat aus der ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung, Supply of at least one alkali or alkaline earth compound as a precipitation reagent for at least partial precipitation and / or crystallization of sulfate from the ammonium and sulfate-containing starting solution,
vorherige, gemeinsame oder anschließende Zuführung von mindestens einer P- Verbindung als Fällungsreagenz zur zu mindestens teilweisen Fällung- und/oder Auskristallisation von Ammonium aus der ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung als mindestens eine N-/P-Verbindung und Einstellung des pFI-Werts zwischen von 6 bis 11 und previous, joint or subsequent supply of at least one P compound as a precipitation reagent for at least partial precipitation and / or crystallization of ammonium from the ammonium and sulfate-containing starting solution as at least one N / P compound and setting the pFI value between from 6 to 11 and
Getrennte oder gemeinsame Abtrennung der gebildeten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukte, Separate or joint separation of the precipitates and / or crystallization products formed,
wobei die erzeugten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt in dem Verfahren zur Fierstellung des schwermetallabgereicherten, pedoshärenverbessernden Granulats eingesetzt und/oder separat davon verwendet werden kann. wherein the generated precipitation and / or crystallization products can be used in the process for the preparation of the heavy metal-depleted, pedophore-improving granules and / or used separately therefrom.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fierstellung dieser Fällungs und/oder Auskristallisationsprodukt, das die genannten Verfahrensschritte umfasst. In a further aspect, the invention relates to a method for the preparation of this precipitation and / or crystallization product, which comprises the process steps mentioned.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein kombiniertes Verfahren zur Fierstellung eines Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt gemäß der oben benannten Verfahrensschritte mit dem Verfahren zur Fierstellung von schwermetallabgereicherten, pedoshärenverbessernden Granulats gemäß oben benannter Verfahrensschritte. In a further aspect, the invention relates to a combined method for the production of a precipitation and / or crystallization product according to the above-mentioned process steps with the method for the production of heavy metal-depleted, pedophore-improving granules according to the above-mentioned process steps.
Alle Prozentangaben (%) im Kontext der Erfindung beziehen sich auf Gewichtsprozent (Gew.-% d. h. % w/w), wenn nicht anders angegeben. All percentages (%) in the context of the invention relate to percent by weight (% by weight, i.e.% w / w), unless stated otherwise.
Ein besonderer Vorteil des vorgeschlagenen Granulats und des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass die Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit des mit dem anorganischen Sekundärphosphat zugeführten Phosphats durch Reaktion mit dem mindestens einem Reaktionsmittel erhöht wird und der P205-Anteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat im Düngergranulat größer 60 % neutral ammoniumcitratlöslich ist. Der Begriff„P205-Anteil" beschreibt im Sinne der Erfindung bevorzugt den Anteil an P205 im Düngergranulat. Die Gesamtmenge an Phosphor (P) sowie die Schwermetalle wie beispielsweise Blei, Cadmium, Nickel werden mittels induktiv-gekoppelter Plasma-Atom- Emissionsspektrometrie (ICP-OES) gemäß DIN EN ISO 11885:2009 bestimmt. Dazu wird die zu bestimmende Probe zunächst mit einem Königswasseraufschluss gemäß DIN EN 13346:2001-04 aufgeschlossen. Zur Bestimmung des löslichen Phosphatanteils sind unterschiedliche Verfahren, insbesondere unterschiedliche Extraktionsverfahren bekannt. Zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit werden dazu die Düngemittel im Labor mit unterschiedlichen Lösungsmitteln untersucht und entsprechend gekennzeichnet. Die wichtigsten eingesetzten Lösungsmittel sind Wasser, Ammoniumcitrat, Zitronensäure, Ameisensäure und Mineralsäuren. Auch in der EU-Verordnung über Düngemittel sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Phosphatlöslichkeit von Düngemitteln normiert. Je nach Flerkunft und Beschaffenheit des zu prüfenden P-Düngers kann ein unterschiedliches Verfahren zum Einsatz kommen. Zur Charakterisierung der Löslichkeit des Phosphates werden im Kontext der vorliegenden Erfindung die drei folgenden Extraktionsverfahren angewendet: Die Extraktion des in Wasser löslichen Phosphors (P) erfolgt gemäß DIN EN15958:2011. Die Extraktion des in neutralem Ammoniumcitrat löslichen Phosphors (P) erfolgt gemäß DIN EN15957:2011. Die Extraktion des 2%iger Citronensäure löslichen Phosphors (P) erfolgt gemäß DIN EN15920:2011. Der Phosphatgehalt (P) wird anschließend mittels induktiv-gekoppelter Plasma-Atom- Emissionsspektrometrie (ICP-OES) gemäß DIN EN ISO 11885:2009 bestimmt. A particular advantage of the proposed granules and the proposed method is that the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate supplied with the inorganic secondary phosphate is increased by reaction with the at least one reactant and the P205 content from the inorganic secondary phosphate in the fertilizer granules is more than 60% neutral ammonium citrate soluble is. In the context of the invention, the term "P205 portion" preferably describes the portion of P205 in the fertilizer granulate. The total amount of phosphorus (P) and heavy metals such as lead, cadmium, nickel are determined by means of inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP- OES) in accordance with DIN EN ISO 11885: 2009. For this purpose, the sample to be determined is first digested with an aqua regia digestion in accordance with DIN EN 13346: 2001-04. Different methods, in particular different extraction methods, are known for determining the soluble phosphate content. For this purpose, the availability of fertilizers is examined in the laboratory with different solvents and marked accordingly. The most important solvents used are water, ammonium citrate, citric acid, formic acid and mineral acids. The EU fertilizer regulation also standardizes various methods for determining the phosphate solubility of fertilizers to Different methods can be used for the origin and nature of the P fertilizer to be tested. To characterize the solubility of the phosphate, the following three extraction methods are used in the context of the present invention: The extraction of the water-soluble phosphorus (P) takes place in accordance with DIN EN15958: 2011. The phosphorus (P), which is soluble in neutral ammonium citrate, is extracted in accordance with DIN EN15957: 2011. The The 2% citric acid soluble phosphorus (P) is extracted in accordance with DIN EN15920: 2011. The phosphate content (P) is then determined by means of inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES) in accordance with DIN EN ISO 11885: 2009.
Insbesondere bei hohen Anteilen von wasser- und ammoncitratlöslichem Phosphat ist gewährleistet, dass ein großer Teil des Düngerphosphats tatsächlich kurz- und mittelfristig der Pflanze zur Verfügung steht. Der neutral-ammoniumcitratlösliche Phosphoranteil kann dabei als Anhaltspunkt für die mittelfristige Pflanzenverfügbarkeit des Düngephosphors herangezogen werden, d. h. über den Zeitraum von etwa einer Fruchtfolge. Der unmittelbar verfügbare P-Anteil eines Düngemittels wird durch seine Löslichkeit in Wasser beschrieben. Je höher der wasserlösliche P-Anteil, desto schneller bzw. leichter die Verfügbarkeit des Dünge-Phosphors für die Pflanze. Mit stärkeren Lösungsmitteln, wie Zitronen- oder Ameisensäure, werden auch P-Anteile gelöst, die allenfalls langfristig oder nur unter bestimmten Standortbedingungen, wie tiefen pH-Werten, pflanzenverfügbar sind. Pflanz- und Vegetationsversuche haben gezeigt, dass vor allem eine gute Korrelation zwischen neutral ammoncitratlöslichem Phosphatanteil und dem Wachstum der Pflanzen besteht. Hohe Wasserlöslichkeit stellt Phosphat sehr schnell in großen Mengen zur Verfügung, was die Pflanze unter Umständen im Wachstum gar nicht in gleicher zeitlicher Abfolge vollständig aufnehmen kann, dann also ungenutzt bleibt und gegebenenfalls ausgewaschen wird. Nach heute übereinstimmender wissenschaftlicher Meinung sollte aus Gründen des Ressourcenschutzes die Verwendung von P- Düngemitteln bevorzugt werden, die einen besonders hohen neutral-ammoncitratlöslichen Phosphatanteil aufweisen. Insofern erfüllt die vorliegende Erfindung die Forderung nach hohen neutral-ammoncitratlöslichen Phosphatanteilen, indem mit dem vorgeschlagenen Verfahrens Düngergranulate mit einem besonders hohen neutral-ammoniumcitratlöslichen P205-Anteil von größer 60 %, bevorzugt größer 70 %, besonders bevorzugt größer 80 % am gesamten P205-Anteil im Düngergranulat bereitgestellt werden. Particularly with high proportions of water- and ammonium citrate-soluble phosphate, it is guaranteed that a large part of the fertilizer phosphate is actually available to the plant in the short and medium term. The phosphorus content, which is soluble in neutral ammonium citrate, can be used as an indication of the medium-term availability of fertilizer phosphorus to plants, i.e. H. over the period of about one crop rotation. The immediately available P component of a fertilizer is described by its solubility in water. The higher the water-soluble P component, the faster or easier the availability of the fertilizer phosphorus for the plant. Stronger solvents such as citric or formic acid also dissolve P components that are only available to plants over the long term or only under certain site conditions such as low pH values. Planting and vegetation experiments have shown that there is above all a good correlation between the neutral ammonium citrate-soluble phosphate content and the growth of the plants. High water solubility makes phosphate available very quickly in large quantities, which the plant may not be able to absorb completely in the same time sequence as it grows, so it remains unused and is possibly washed out. According to current scientific opinion, for reasons of resource protection, preference should be given to using P-fertilizers that have a particularly high phosphate content that is soluble in neutral ammonium citrate. In this respect, the present invention fulfills the requirement for high neutral ammonium citrate-soluble phosphate proportions by using the proposed method fertilizer granulates with a particularly high neutral ammonium citrate-soluble P205 proportion of greater than 60%, preferably greater than 70%, particularly preferably greater than 80% of the total P205 proportion are provided in the fertilizer granulate.
Düngemittel sind im Sinne der Erfindung Stoffe oder Stoffgemische, die das Nährstoffangebot für die angebauten Pflanzen, insbesondere Kulturpflanzen, in der Land- und Forstwirtschaft sowie im Gartenbau ergänzen beziehungsweise einstellen und sie können gegebenenfalls mit weiteren Materialien kombiniert und/oder funktionalisiert werden. Als Düngemittel werden hier sowohl Einzelnährstoffdünger, wie Phosphat-dünger, als auch Mehrnährstoffdünger verstanden. Düngemittel in Granulatform, d.h. Düngergranulat, ist ein Haufwerk typischerweise in annähernd sphärischer Form und ausreichender Eigenfestigkeit mit einer mittleren Granulatgröße von 0,5- 10 mm, bevorzugt 1-7 mm, ganz besonders bevorzugt 2-5 mm. For the purposes of the invention, fertilizers are substances or mixtures of substances that supplement or adjust the nutrient supply for the cultivated plants, in particular crops, in agriculture, forestry and horticulture, and they can optionally be combined with other materials and / or functionalized. Both single nutrient fertilizers such as phosphate fertilizers and complex fertilizers are understood as fertilizers. Fertilizers in granular form, i.e. Fertilizer granulate is a pile typically in an approximately spherical shape and sufficient inherent strength with an average granulate size of 0.5-10 mm, preferably 1-7 mm, very particularly preferably 2-5 mm.
Als anorganisches Sekundärphosphat werden im Sinne der Erfindung solche Stoffe bezeichnet, die bei der Aufbereitung, Zubereitung oder Herstellung von etwas entstehen (Überrest) und einen Phosphoranteil größer als 5 % P205 und einen TOC-Anteil (TOC = total organic carbon) von kleiner als 3 % aufweisen. Beispiele für anorganische Sekundärphosphate sind Aschen und/oder Schlacken aus der Mono- oder Mitverbrennung von Klärschlamm, Aschen und/oder Schlacken aus der Verbrennung bzw. Mitverbrennung von Tierausscheidungen, Tiermehl, Tierreste und Tierkörper oder Aschen/Schlacken aus der Verbrennung von Gülle und Gärresten als Einzelstoff bzw. Gemische daraus. In the context of the invention, inorganic secondary phosphate refers to those substances that arise during the processing, preparation or manufacture of something (residue) and have a phosphorus content greater than 5% P205 and a TOC content (TOC = total organic carbon) of less than 3 % exhibit. Examples of inorganic secondary phosphates are ash and / or slag from the mono- or co-incineration of sewage sludge, ash and / or slag from the incineration or co-incineration of animal excrement, animal meal, animal remains and carcasses or ashes / slag from the incineration of liquid manure and digestate as Single substance or mixtures thereof.
Ein TOC-Anteil (TOC = total organic carbon) von größer 3% wie bei Klärschlamm, Tierausscheidungen, Tiermehl, Tierresten und Tierkörper, Gülle- und Gärresten ist nicht definitionsgemäß für ein anorganischen Sekundärphosphat, da der organische Anteil im erfindungsgemäßen Verfahren in das zu erzeugende Düngemittel überführt wird. Bei anorganischen Düngemitteln, wie bei typisch konventionellem Dünger charakteristisch, wird ein organischer Anteil von kleiner 3 %, häufig kleiner 1 % gefordert. Das anorganische Sekundärphosphat soll zunächst grundsätzlich die Herstellung solcher anorganischen Dünger ermöglichen. A TOC content (TOC = total organic carbon) of more than 3% as in sewage sludge, animal excrement, animal meal, animal remains and animal bodies, manure and fermentation residues is not by definition for an inorganic secondary phosphate, since the organic fraction in the process according to the invention is in the process to be produced Fertilizer is transferred. In the case of inorganic fertilizers, as is characteristic of typical conventional fertilizers, an organic proportion of less than 3%, often less than 1 % required. The inorganic secondary phosphate should initially make it possible in principle to produce such inorganic fertilizers.
Organische Reststoffe, wie insbesondere Klärschlamm oder auch Gülle bzw. Gärest mit einem typischen organischen Anteil von 40-90 % (TS) fallen ausdrücklich hier nicht unter die Definition anorganisches Sekundärphosphat. Das in diesen Stoffen vorhandene Phosphat liegt in einer anderen, leichter pflanzenverfügbaren Bindungsform als beispielsweise in Verbrennungsaschen vor. Klärschlamme werden seit Jahrzehnten zur Düngung eingesetzt, da dort die Phosphate ausreichend pflanzenverfügbar sind. Der erfindungsgemäß notwendige Aufschluss (Reaktion mit dem Reaktionsmittel) zur Erhöhung der Phosphatlöslichkeit ist bei diesen Stoffen nicht erforderlich. Organic residues, such as sewage sludge in particular, or liquid manure or digestate with a typical organic content of 40-90% (TS), are expressly excluded from the definition of inorganic secondary phosphate. The phosphate present in these substances is in a different, more readily plant-available bond form than, for example, in cremation ashes. Sewage sludge has been used for fertilization for decades, as the phosphates are sufficiently available to plants there. The digestion (reaction with the reactant) required according to the invention to increase the phosphate solubility is not required for these substances.
Die thermische Verwertung von Klärschlamm, aber auch Tiermehl und weiteren organischen Reststoffen erfolgt heute zumeist in Wirbelschichtanlagen. Durch diese Art der Verbrennung gelangt häufig ein hoher Anteil an Sand aus dem Wirbelbett in die Asche bzw. Schlacke. Sand ist hier zunächst im Sinne einer Partikelgrößenkörnung zu verstehen, besteht in der Regel aus sehr Si02-reichen Verbindungen bis hin zum Quarz. Der Si02-Anteil kann in solchen Aschen aus einer Wirbelschicht deutlich über 20 %, zum Teil über 30 % liegen. Dieser Sandanteil reduziert zum einen den Phosphatanteil durch den Verdünnungseffekt, kann zudem zu technischen Problemen mit Abrasion führen. Bei alternativen Verbrennungstechnologien wie beispielsweise der sogenannten Staubfeuerung besteht ein solches Wirbelbett nicht und folglich resultiert eine Asche bzw. Schlacke mit deutlich reduziertem Sandanteil. Bevorzugt werden Aschen oder Schlacken mit einem Si02-Anteil von kleiner 20 %, besonders bevorzugt kleiner 15 %. The thermal utilization of sewage sludge, but also meat and bone meal and other organic residues is now mostly done in fluidized bed systems. As a result of this type of incineration, a high proportion of sand from the fluidized bed often ends up in the ash or slag. Sand is to be understood here in the sense of a particle size grain, as a rule consists of very SiO2-rich compounds up to quartz. The SiO2 content in such ashes from a fluidized bed can be well over 20%, sometimes over 30%. On the one hand, this proportion of sand reduces the proportion of phosphate due to the dilution effect and can also lead to technical problems with abrasion. With alternative combustion technologies such as so-called dust firing, such a fluidized bed does not exist and consequently an ash or slag with a significantly reduced proportion of sand results. Ash or slag with an SiO 2 content of less than 20%, particularly preferably less than 15%, is preferred.
Die im anorganischen Sekundärphosphat enthaltenen Phosphorverbindungen werden hier als Phosphat bezeichnet, auch wenn dies in ihrer Gesamtheit in Einzelfällen nicht oder nicht vollständig der Bindungsart des Phosphors entsprechen sollte. The phosphorus compounds contained in the inorganic secondary phosphate are referred to here as phosphate, even if in their entirety this should not or not completely correspond to the type of binding of the phosphorus in individual cases.
Unter einem Reaktionsmittel ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Stoff oder ein Gemisch zu verstehen, der/das zum einen zumindest einen Teil des durch das anorganische Sekundärphosphat zugeführten Phosphates löst und/oder mit diesen reagiert und zum anderen zumindest einen Teil der Schwermetalle aus dem anorganischen Sekundärphosphat löst. Reaktionsmittel sind beispielsweise organische oder anorganische Säuren oder Säuregemische oder Laugen oder Gemische aus unter schiedlichen Laugen, jeweils in unverdünnter oder verdünnter Form. In the context of the present invention, a reactant is to be understood as meaning a substance or a mixture which on the one hand dissolves at least part of the phosphate supplied by the inorganic secondary phosphate and / or reacts with it and on the other hand at least some of the heavy metals from the inorganic Dissolves secondary phosphate. Reactants are, for example, organic or inorganic acids or acid mixtures or bases or mixtures of different bases, in each case in undiluted or diluted form.
Als flüssige Phase (auch Flüssigphase) wird im Kontext der vorliegenden Erfindung die Summe der flüssigen Stoffe in einem zusammenhängenden System definiert. So besteht die Rohstoffsuspension aus einer festen und einer flüssigen Phase. Die feste Phase ist im Kontext der vorliegenden Erfindung die Summe der ungelösten Stoffe. Die flüssige Phase in einem System, zum Beispiel in einer Rohstoffsuspension, kann dabei aus unterschiedlichen flüssigen Komponenten gebildet werden. So können flüssige Komponenten beispielsweise zumindest anteilig in Form von Feuchte, anteilig in einer Suspension oder als Flüssigkeit über verschiedene Stoffe bzw. zum Beispiel als Wasser zugeführt werden oder zumindest anteilig im Reaktionsmittels, beispielsweise flüssige insbesondere auch verdünnte Säuren, enthalten sein. In the context of the present invention, the sum of the liquid substances in a coherent system is defined as the liquid phase (also liquid phase). The raw material suspension consists of a solid and a liquid phase. In the context of the present invention, the solid phase is the sum of the undissolved substances. The liquid phase in a system, for example in a raw material suspension, can be formed from different liquid components. For example, liquid components can be supplied at least partially in the form of moisture, partially in a suspension or as a liquid via various substances or, for example, as water or at least partially in the reactant, for example liquid, in particular, dilute acids.
Der Begriff „Feuchte" entspricht im Sinne der Erfindung dem physikalisch gebundenen Wasser, welches am Stoff oder Stoffgemisch anhaftet. Der Begriff„Feuchte" wird auch synonym verwendet mit dem Begriff „Feuchtegehalt". Die Feuchte beziehungsweise der Feuchtegehalt wird im Kontext der vorliegenden Erfindung gravimetrischen nach DIN 52183 bestimmt. Bei der auch als Darr-Methode bekannten gravimetrischen Feuchtigkeitsbestimmung wird die Probe zuerst gewogen und anschließend bei 105°C in einem Trockenofen bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Dabei entweicht das in der Probe enthaltene freie Wasser. Die Gewichtsdifferenz wird festgestellt, welche im Kontext der vorliegenden Erfindung der Feuchte bzw. dem Feuchtegehalt entspricht. Da die flüssige Phase auch gelöst vorliegende Komponenten beinhalten kann, die bei der Trocknung als Feststoff verbleiben, ist in der Regel der prozentuale Anteil der flüssigen Phase zum Teil deutlich höher als die Feuchte. The term "moisture" corresponds in the sense of the invention to the physically bound water that adheres to the substance or mixture of substances. The term "moisture" is also used synonymously with the term "moisture content". The moisture or the moisture content is gravimetric in the context of the present invention determined according to DIN 52183. In the gravimetric moisture determination, also known as the Darr method, the sample is first weighed and then dried to constant weight in a drying oven at 105 ° C. The free water contained in the sample escapes in context corresponds to the present invention of the moisture or the moisture content. Since the liquid phase can also contain dissolved components that remain as solids during drying, the percentage of the liquid phase is usually significantly higher than the moisture.
Der Begriff „erdfeucht" definiert hier eine Konsistenz. In der Betontechnologie wird allgemein ein Beton steifer Konsistenz mit einem Wasserzementwert < 0,40 als erdfeuchter Beton bezeichnet. In Analogie zu dieser Definition ist unter einer erdfeuchten Rohstoffmischung hier ein Konsistenzbereich der Rohstoffmischung vergleichbar mit einer Konsistenz wie erdfeuchter Beton zu verstehen. Auf der einen Seite ist der erfindungsgemäße Konsistenzbereich durch eine verhältnismäßig trockene Mischung jedoch mit mehr als 5 % Feuchte (bezogen auf die Rohstoffmischung) begrenzt, die sich gerade nicht in der Hand formen lässt, also noch nicht wie Pulver zerfällt. Auf der anderen Seite ist der Bereich begrenzt dadurch, dass sich die Rohstoffmischung in der Hand ballen und formen lässt (vergleichbar Schneeball) und nicht ohne Krafteinwirkung (wie beispielsweise Vibration) zerfließt. The term "earth-moist" defines a consistency. In concrete technology, a concrete with a stiff consistency with a water-cement value <0.40 is generally referred to as earth-moist concrete. In analogy to this definition, an earth-moist raw material mixture is a consistency range of the raw material mixture comparable to a consistency On the one hand, the consistency range according to the invention is limited by a relatively dry mixture, but with more than 5% moisture (based on the raw material mixture), which cannot be shaped by hand, i.e. does not yet disintegrate like powder On the other hand, the range is limited by the fact that the raw material mixture can be balled and shaped in the hand (comparable to a snowball) and does not dissolve without the application of force (such as vibration).
Eine erdfeuchte Mischung grenzen sich damit klar von einer Suspension ab. Eine Suspension (lateinisch suspendere , aufhängen', ,in der Schwebe lassen') ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern (Partikeln), wobei sich die Partikel in der Flüssigkeit zumindest teilweise und zumindest zeitweise in Schwebe halten, auch wenn ein Absetzverhalten einsetzen kann. Die Feststoffe sind in der flüssigen Phase„suspendiert". Die in der erdfeuchten und/oder plastisch leicht formbaren Mischung als Feuchte bezeichnete Flüssigkeit ist hingegen physikalisch an den Feststoff gebunden bzw. anhaftend oder liegt als weitegehend als sogenanntes Porenwasser vor. Erdfeuchte und/oder plastisch leicht formbare Mischungen haben einen wesentlich geringeren Anteil an flüssiger Phase als Suspensionen. Eine erdfeuchte Mischung kann auch als Dispersion bezeichnet werden. Dispersionen beinhalten gemäß Definition hier mindestens eine feste und mindestens eine flüssige Phase. Entsprechend gelten eine Suspension bzw. eine erdfeuchte Mischung hier beide auch als Dispersion. An earth-moist mixture can be clearly distinguished from a suspension. A suspension (Latin suspendere, hang up ',' to let in suspension ') is a heterogeneous mixture of substances made up of a liquid and finely distributed solids (particles), whereby the particles in the liquid are at least partially and at least temporarily in suspension, even if a weaning behavior can set in. The solids are "suspended" in the liquid phase. The liquid referred to as moisture in the earth-moist and / or easily plastically malleable mixture, on the other hand, is physically bound or adhered to the solid or is largely in the form of so-called pore water. Earth-moisture and / or plastic Easily formable mixtures have a significantly lower proportion of liquid phase than suspensions. An earth-moist mixture can also be referred to as a dispersion. According to the definition here, dispersions contain at least one solid and at least one liquid phase. A suspension or an earth-moist mixture also apply here accordingly as a dispersion.
Erzeugung der Rohstoffsuspension und Phosphatreaktion Generation of the raw material suspension and phosphate reaction
Die Rohstoffsuspension im vorgeschlagenen Verfahren wird aus mindestens einem anorganischen Sekundärphosphat und mindestens einem Reaktionsmittel erzeugt, wobei der Anteil an flüssiger Phase größer als 45 % ist und die Inkubationszeit zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel zwischen 1 bis 300 Minuten liegt. The raw material suspension in the proposed method is produced from at least one inorganic secondary phosphate and at least one reactant, the proportion of liquid phase being greater than 45% and the incubation time between inorganic secondary phosphate and reactant being between 1 and 300 minutes.
Die Rohstoffsuspension, die im Kontext des vorgeschlagenen Verfahrens verwendet wird, weist einen deutlich höheren Anteil an flüssiger Phase auf als im Vergleich zu konventionellen Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es ist im Stand der Technik bekannt, dass die Phosphataschen mit Mineralsäure direkt und erdfeucht vermischt und gleichzeitig granuliert werden. Die im Kontext der vorgeschlagenen Erfindung vorgesehene Herstellung einer Rohstoffsuspension mit wesentlich höherem Anteil an flüssiger Phase hat dadurch erhebliche technische Vorteile. So werden die beim Mischen der phosphathaltigen Sekundärrohstoffe mit der Mineralsäure häufig spontan ablaufenden und zum Teil sehr exothermen Reaktionen kontrollier- und steuerbar. Der erfindungsgemäße höhere Anteil an flüssiger Phase wirkt vorteilhafterweise als Reaktionspuffer. Auch ist eine Rohstoffsuspension mit deutlich höherem Anteil an flüssiger Phase wesentlich weniger klebrig. Eine stabile Prozessführung wird damit wesentlich erleichtert und Anhaftung und Verstopfung von Anlagenteilen können dadurch effektiv reduziert werden. Aus diesem Grund enthält die erzeugte Rohstoffsuspension einen Anteil an flüssiger Phase von bevorzugt größer als 45 %. Bei Rohstoffsuspensionen im erfindungsgemäßen Stoffsystem können in Abhängigkeit von der Art der Zusammensetzung und der chemisch-physikalischen Parameter der Rohstoffsuspension (wie beispielsweise pH-Wert oder Temperatur) Reaktionen auftreten, die zu einem Anstieg der Viskosität beispielsweise durch eine Art Gelierung führen. Dies ist unerwünscht, da hierdurch die Verarbeitungsfähigkeit (wie Rühren, Pumpen etc.) verschlechtert wird. Dies kann durch Zugabe von geeigneten Additiven wie Dispergiermitteln verhindert oder reduziert werden. Auch kann dies verhindert oder reduziert werden durch einen höheren Anteil an flüssiger Phase. Aus diesem Grund wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Anteil an flüssiger Phase in der Rohstoffsuspension auf größer 60 % eingestellt. The raw material suspension that is used in the context of the proposed method has a significantly higher proportion of liquid phase than in comparison to conventional methods known from the prior art. It is known in the prior art that the phosphate ashes are mixed with mineral acid directly and moistly and at the same time granulated. The production of a raw material suspension with a significantly higher proportion of liquid phase, which is provided in the context of the proposed invention, therefore has considerable technical advantages. For example, when the phosphate-containing secondary raw materials are mixed with the mineral acid, the reactions, which often take place spontaneously and are sometimes very exothermic, can be monitored and controlled. The higher proportion of the liquid phase according to the invention advantageously acts as a reaction buffer. A raw material suspension with a significantly higher proportion of the liquid phase is also significantly less sticky. A stable process management is thus made much easier and the adhesion and clogging of system parts can be effectively reduced. For this reason, the raw material suspension produced contains a proportion of liquid phase of preferably greater than 45%. In raw material suspensions in the substance system according to the invention, reactions can occur depending on the type of composition and the chemical-physical parameters of the raw material suspension (such as pH value or temperature), which lead to an increase in viscosity, for example through a type of gelation. This is undesirable because it impairs the processability (such as stirring, pumping, etc.). This can be prevented or reduced by adding suitable additives such as dispersants. This can also be prevented or reduced by using a higher proportion of the liquid phase. For this reason, in a preferred embodiment, the proportion of liquid phase in the raw material suspension is set to greater than 60%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Rohstoffsuspension nach der erfindungsgemäß vorgesehenen Inkubationszeit vorzugsweise eine ungelöste feste Phase, der bevorzugt auch als ungelöster Feststoffanteil bezeichnet wird, von weniger als 40 %. Als ungelöste feste Phase ist der gesamte Feststoffanteil in der Rohstoffsuspension zu verstehen, also auch ein eventuell gebildeter Feststoff durch zum Beispiel Ausfällung oder Auskristallisation in der Rohstoffsuspension. In diesem Feststoffanteil-Bereich ist eine besonders gute und einfache Homogenisierung der erzeugten Rohstoffsuspension möglich. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Rohstoffsuspension nach der erfindungsgemäß vorgesehenen Inkubationszeit einen ungelösten Feststoffanteil (feste Phase) von weniger als 30 %. Bei solch Verhältnissen ist die Lösegeschwindigkeit verhältnismäßig hoch, wodurch die notwendige Reaktionszeit vorteilhafterweise verkürzt werden kann. In a preferred embodiment of the invention, after the incubation time provided according to the invention, the raw material suspension preferably contains an undissolved solid phase, which is preferably also referred to as the undissolved solids content, of less than 40%. The undissolved solid phase is to be understood as the total solids content in the raw material suspension, i.e. also any solid that may have formed through, for example, precipitation or crystallization in the raw material suspension. A particularly good and simple homogenization of the raw material suspension produced is possible in this solids content range. In a particularly preferred embodiment of the invention, the raw material suspension contains an undissolved solids content (solid phase) of less than 30% after the incubation time provided according to the invention. Under such conditions, the rate of dissolution is relatively high, as a result of which the necessary reaction time can advantageously be shortened.
Auch können durch die Herstellung der Rohstoffsuspension vorteilhafterweise die Korrosionsprobleme gelöst werden. Die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel kann vorzugsweise in einem säurefestem Rührbehälter mit säurefestem Rührwerk erfolgen, wobei nach dieser Reaktion der größte Teil der freien Säure oder Lauge aufgebraucht und damit weniger schädlich für die nachfolgenden Anlagenteile ist. The production of the raw material suspension can also advantageously solve the corrosion problems. The reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant can preferably take place in an acid-proof stirred tank with an acid-proof stirrer, after this reaction the majority of the free acid or alkali is used up and is therefore less harmful to the following system parts.
Zudem kann der pH-Wert der erzeugten Rohstoffsuspension nach der Reaktion auch bei Bedarf weiter angehoben werden. Vorteilhaft wird dabei jedoch beachtet, dass die durch die Lösereaktion ebenfalls zumindest anteilig mitgelösten Schwermetalle aus dem anorganischen Sekundärphosphat weitgehend in der Rohstoffsuspension gelöst vorliegen bleiben. In einer bevorzugten Ausführungsform soll der pH- Wert von 3, ganz besonders bevorzugt von 2 nicht überschritten werden. Bei höheren pH-Werten beginnt typischerweise die Ausfällung der Schwermetalle beispielsweise als Hydroxide. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird der Rohstoffsuspension ein Komplexbildner (zum Beispiel Zitronensäure) zugegeben. Die Zugabe des Komplexbildners verschiebt die pH-Wertfällung der Schwermetalle zu höheren pH-Werten. Dadurch kann in dieser bevorzugten Ausführungsform der pH- Wert auf bis zu 5, besonders bevorzugt bis zu 4 eingestellt werden. Hierdurch wird zum Beispiel eine weitere Neutralisation der Rohstoffsuspension erreicht. In addition, the pH of the raw material suspension produced can also be increased further if necessary after the reaction. However, it is advantageously ensured that the heavy metals from the inorganic secondary phosphate which are also at least partially dissolved by the dissolution reaction remain largely dissolved in the raw material suspension. In a preferred embodiment, the pH should not exceed 3, very particularly preferably 2. At higher pH values, the heavy metals typically begin to precipitate, for example as hydroxides. In a likewise preferred embodiment, a complexing agent (for example citric acid) is added to the raw material suspension. The addition of the complexing agent shifts the pH value precipitation of the heavy metals to higher pH values. In this way, in this preferred embodiment, the pH can be adjusted to up to 5, particularly preferably up to 4. In this way, for example, a further neutralization of the raw material suspension is achieved.
Zur Einstellung des bevorzugten Anteils an flüssiger Phase kann oder können eine oder mehrere flüssige Komponenten der Rohstoffsuspension zugegeben werden, so beispielsweise Wasser und/oder flüssige nährstoffhaltige Lösungen. Nährstoffhaltige Lösungen enthalten vorzugsweise Nähr- und/oder Spurenstoffe, die im vorgeschlagenen Düngergranulat enthalten sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine zumindest ammonium- und sulfathaltige Lösung zugegeben. To set the preferred proportion of liquid phase, one or more liquid components can be added to the raw material suspension, for example water and / or liquid nutrient-containing solutions. Nutrient-containing solutions preferably contain nutrients and / or trace substances that are contained in the proposed fertilizer granules. In a preferred embodiment, a solution containing at least ammonium and sulfate is added.
Das im anorganischen Sekundärphosphat enthaltene Phosphat wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Nährstoff pflanzenverfügbar gemacht. Ein hoher Phosphat-Nährstoffgehalt im anorganischen Sekundärphosphat ist damit besonders vorteilhaft für den Nährstoffgehalt der erzeugten Düngemittel und erhöht die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Das im anorganischen Sekundärphosphat enthaltene Phosphat dient im erzeugten Düngemittel vorteilhafterweise als Nährstoffkomponente. Hohe Phosphatgehalte, insbesondere beim anorganischen Sekundärphosphat sind hier entsprechend erwünscht. Bevorzugt werden deshalb anorganische Sekundärphosphate mit größer 10 % P205, besonders bevorzugt mit größer 13 % P205 und ganz besonders bevorzugt mit größer 16 % P205. Mit anderen Worten sind P205-Anteile von größer 10 % bevorzugt, besonders bevorzugt von größer 13 % und ganz besonders bevorzugt von größer 16 %. Bevorzugt sind deshalb Aschen und/oder Schlacken aus der einzelnen oder kombinierten thermischen Verwertung (Verbrennung) von Klärschlamm, Tierausscheidungen, Tiermehl, Tierreste und/oder Tierkörper als Einzelstoff bzw. Gemische daraus als anorganische Sekundärphosphate mit den für sie typischen P205- Gehalten von über 10 % und darüber. Daneben kann das anorganische Sekundärphosphat weitere Komponenten enthalten. Vorteilhaft ist, wenn weitere Nährstoffkomponenten enthalten sind, so beispielsweise N, K, Mg oder andere Spurennährstoffe. The phosphate contained in the inorganic secondary phosphate is made available to plants as a nutrient in the method according to the invention. A high phosphate nutrient content in the inorganic secondary phosphate is therefore particularly advantageous for the nutrient content of the fertilizers produced and increases the economic efficiency of the process. That in the inorganic Phosphate contained in secondary phosphate is used advantageously as a nutrient component in the fertilizer produced. High phosphate contents, especially in the case of inorganic secondary phosphate, are accordingly desirable here. Inorganic secondary phosphates with greater than 10% P205, particularly preferably greater than 13% P205 and very particularly preferably greater than 16% P205, are therefore preferred. In other words, P205 proportions of greater than 10% are preferred, particularly preferably greater than 13% and very particularly preferably greater than 16%. Therefore, preference is given to ashes and / or slag from the individual or combined thermal utilization (incineration) of sewage sludge, animal excrement, animal meal, animal remains and / or animal carcasses as individual substances or mixtures thereof as inorganic secondary phosphates with the typical P205 contents of over 10 % and above. In addition, the inorganic secondary phosphate can contain other components. It is advantageous if further nutrient components are included, such as N, K, Mg or other trace nutrients.
Im vorgeschlagenen Verfahren reagiert/reagieren das oder die anorganischen Sekundärphosphate mit mindestens einem Reaktionsmittel. Dabei wird die Löslichkeit des im anorganischen Sekundärphosphat enthaltenen Phosphats vorteilhafterweise erhöht. Da daneben auch eine Schwermetallabreicherung erfolgt, ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Reaktionsmittel dazu eingerichtet ist, auch einen - vorzugsweise möglichst hohen - Teil der enthaltenen Schwermetalle zu lösen. In the proposed method, the inorganic secondary phosphate (s) reacts with at least one reactant. The solubility of the phosphate contained in the inorganic secondary phosphate is advantageously increased. Since there is also a heavy metal depletion, it is preferred in the context of the invention that the reactant is set up to also dissolve a portion of the heavy metals contained - preferably as high as possible.
Der im anorganischen Sekundärphosphat vorhandene Phosphatanteil weist typischerweise eine verhältnismäßig geringe Löslichkeit auf. Entsprechend sind solche Stoffe, wie beispielsweise Klärschlammaschen, nur bedingt als Düngemittel geeignet. Typischerweise zeigen diese anorganischen Sekundärphosphate eine Wasserlöslichkeit von kleiner als 30 % und eine Neutral- The phosphate fraction present in the inorganic secondary phosphate typically has a relatively low solubility. Accordingly, substances such as sewage sludge ash are only suitable to a limited extent as fertilizers. Typically, these inorganic secondary phosphates show a water solubility of less than 30% and a neutral
Ammoniumcitratlöslichkeit von kleiner als 50%, vorzugsweise jeweils bezogen auf den Gesamtphosphatgehalt im anorganischen Sekundärphosphat. Für einen sinnvollen Einsatz als Düngemittel ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass dieses unzureichend lösliche Phosphat in ein besser lösliches und damit besser pflanzenverfügbares Phosphat umgewandelt wird. Die Umwandlung erfolgt erfindungsgemäß durch zumindest teilweise Reaktion des anorganischen Sekundärphosphats mit mindestens einem Reaktionsmittel. Das Reaktionsmittel ist vorzugsweise dazu eingerichtet, zumindest einen Teil des im anorganischen Sekundärphosphat enthaltenen Phosphates zu lösen und/oder mit diesem so zu reagieren bzw. das Phosphat durch Reaktion umzuwandeln, dass ein besser neutral-ammoniumcitratlösliches Phosphat entsteht. Das vorzugsweise durch das Reaktionsmittel gelöste Phosphat bildet im anschließenden Prozess, zum Beispiel durch Fällung, Umkristallisation oder bei der Trocknung, vorteilhafterweise ein besser neutral-ammoniumcitratlösliches Phosphat als im anorganischen Sekundärphosphat. Der Begriff „besser neutral-ammoniumcitratlöslich" bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit des Phosphates im anorganischen Sekundärphosphat nach der Reaktion mit dem Reaktionsmittel höher ist. Bevorzugt ist dabei eine Erhöhung der Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit um größer als 20 %, besonders bevorzugt ist eine Erhöhung um größer 50 %. Ein entsprechendes Berechnungsbeispiel kann wie folgt aussehen: die Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit des Phosphatanteils aus dem unbehandeltem Sekundärphosphat von 50 % wird durch die Reaktion mit dem Reaktionsmittel um 20 % auf 60% erhöht. Bei Einsatz von Säuren unterscheidet sich das vorgeschlagene Verfahren insbesondere dadurch vom Stand derTechnik, dass das Phosphat zumindest teilweise reagiert und die Löslichkeit erhöht wird.Ammonium citrate solubility of less than 50%, preferably based in each case on the total phosphate content in the inorganic secondary phosphate. For a meaningful use as a fertilizer, it is preferred in the context of the invention that this insufficiently soluble phosphate is converted into a more soluble and therefore more readily available to plants. According to the invention, the conversion takes place by at least partial reaction of the inorganic secondary phosphate with at least one reactant. The reactant is preferably set up to dissolve at least part of the phosphate contained in the inorganic secondary phosphate and / or to react with this in such a way or to convert the phosphate by reaction so that a phosphate that is more neutral-ammonium citrate-soluble is formed. In the subsequent process, for example by precipitation, recrystallization or drying, the phosphate, which is preferably dissolved by the reactant, advantageously forms a more neutral-ammonium citrate-soluble phosphate than in the inorganic secondary phosphate. The term "better neutral ammonium citrate solubility" in the context of the invention preferably means that the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate in the inorganic secondary phosphate is higher after the reaction with the reactant. An increase in the neutral ammonium citrate solubility of greater than 20% is preferred, especially an increase of greater than 50% is preferred. A corresponding calculation example can look like this: the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate content from the untreated secondary phosphate from 50% is increased by 20% to 60% due to the reaction with the reactant In particular, the proposed method differs from the state of the art in that the phosphate at least partially reacts and the solubility is increased.
Durch beispielsweise die Art und Konzentration des Reaktionsmittels, die Reaktionsführung und Reaktionszeit kann Einfluss auf die resultierende Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit des anorganischen Sekundärphosphates genommen werden. Bevorzugt weist der Phosphatanteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat anschließend im erzeugten, schwermetallabgereicherten Düngergranulat eine Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit von größer als 60 %, bevorzugt größer als 70 %, besonders bevorzugt größer als 80 % auf. Durch die bevorzugte Reaktion bzw. Umwandlung des Phosphates und die bevorzugte resultierende Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit aus dem anorganischen Sekundär-phosphat werden vorteilhafterweise eine bessere Phosphat- Pflanzenverfügbarkeit und damit eine verbesserte Düngewirkung erzielt. For example, the type and concentration of the reactant, the conduct of the reaction and the reaction time can influence the resulting neutral ammonium citrate solubility of the inorganic secondary phosphate. The phosphate content from the inorganic secondary phosphate is then preferably present in the heavy metal-depleted phosphate produced Fertilizer granules have a neutral ammonium citrate solubility of greater than 60%, preferably greater than 70%, particularly preferably greater than 80%. The preferred reaction or conversion of the phosphate and the preferred resulting neutral ammonium citrate solubility from the inorganic secondary phosphate advantageously result in a better availability of phosphate in plants and thus an improved fertilizing effect.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass durch die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel die Löslichkeit des Phosphates aus dem anorganischem Sekundärphosphat erhöht wird. Wie dargestellt, wird die Löslichkeit von Phosphat bei Düngemitteln mittels unterschiedlicher Methoden ermittelt. Die P-Löslichkeit wird vorzugsweise festgelegt durch die Art der P-Bindung und das Lösungsmilieu. Durch die Art der Reaktionsführung im Prozessschritt a) kann auf die Bindung des P, also auf die sich ausbildenden Phosphatphasen, Einfluss genommen werden. Dies kann beispielsweise durch die Art und Konzentration des Reaktionsmittels, die Reaktionszeit und/oder die Prozesstemperatur geschehen. For the purposes of the invention, it is preferred that the solubility of the phosphate from the inorganic secondary phosphate is increased by the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant. As shown, the solubility of phosphate in fertilizers is determined using different methods. The P solubility is preferably determined by the type of P bond and the solution medium. The way in which the reaction is carried out in process step a) can influence the binding of the P, that is to say the phosphate phases that form. This can be done, for example, by the type and concentration of the reagent, the reaction time and / or the process temperature.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Reaktionsführung vorzugsweise so gesteuert, dass der Phosphatanteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat anschließend im erzeugten Düngergranulat eine Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit von größer als 60 % und eine Wasserlöslichkeit von kleiner als 40 %, aufweist. Durch die Einstellung der Löslichkeiten in dieser Form wird bewirkt, dass das Phosphat über etwa eine Wachstumsperiode tatsächlich auf dem Feld für die Pflanzen ausreichend gut pflanzenverfügbar ist, jedoch in dieser Zeit nicht ausgewaschen wird. Eine Auswaschung kann typischerweise erfolgen, wenn eine sehr gute Wasserlöslichkeit, also deutlich höher also hier vorgesehen, vorhanden ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für den Phosphatanteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat im erzeugten Düngergranulat eine Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit von größer als 80 % und eine Wasserlöslichkeit von kleiner als 30 % eingestellt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dadurch insbesondere Winterroggen eine besonders günstige P-Versorgung über eine Wachstumsperiode erfährt. In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für den Phosphatanteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat im erzeugten Düngergranulat eine Neutral- Ammoniumcitratlöslichkeit von größer als 90 % und eine Wasserlöslichkeit von kleiner als 15 % eingestellt. Dieses Verhältnis ist besonders günstig für Weizenpflanzen. In a preferred embodiment of the invention, the reaction is preferably controlled so that the phosphate content from the inorganic secondary phosphate then has a neutral ammonium citrate solubility of greater than 60% and a water solubility of less than 40% in the fertilizer granules produced. By setting the solubilities in this form, the effect is that the phosphate is actually sufficiently readily available to the plants in the field for about one growth period, but is not washed out during this time. Leaching can typically take place if there is very good water solubility, i.e. significantly higher, i.e. provided here. In a particularly preferred embodiment of the invention, a neutral ammonium citrate solubility of greater than 80% and a water solubility of less than 30% is set for the phosphate content from the inorganic secondary phosphate in the fertilizer granules produced. Surprisingly, it has been shown that winter rye in particular experiences a particularly favorable P supply over a growth period. In another particularly preferred embodiment of the invention, a neutral ammonium citrate solubility of greater than 90% and a water solubility of less than 15% is set for the phosphate fraction from the inorganic secondary phosphate in the fertilizer granules produced. This ratio is particularly favorable for wheat plants.
Durch die Art und Konzentration des Reaktionsmittels, die Reaktionsführung und Reaktionszeit kann auch Einfluss auf die Art und den Anteil der gelösten Schwermetalle genommen werden. So bewirkt beispielsweise eine höhere Säurestärke vorzugsweise einen höheren Anteil an gelösten Schwermetallen. Ein höherer Anteil an gelösten Schwermetallen ist in diesem Prozessschritt bevorzugt, da weitgehend nur die gelöst vorliegenden Anteile nachfolgenden in der Schwermetallabreicherung anteilig abgetrennt werden können. The type and concentration of the reactant, the way the reaction is carried out and the reaction time can also influence the type and proportion of dissolved heavy metals. For example, a higher acid strength preferably results in a higher proportion of dissolved heavy metals. A higher proportion of dissolved heavy metals is preferred in this process step, since to a large extent only the proportions that are present in dissolved form can be proportionally separated off in the heavy metal depletion process.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird deshalb der Rohstoffsuspension so viel Säure zugegeben, dass sich ein pH-Wert während der Inkubationszeit von kleiner als 1 einstellt. Dadurch wird bereits ein signifikanter Anteil an Schwermetallen gelöst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Rohstoffsuspension so viel Säure zugegeben, dass sich ein pH-Wert während der Inkubationszeit von kleiner als 0,5 einstellt. Dabei werden insbesondere die Schwermetalle Arsen und Blei bereits fast vollständig gelöst. Wird der pH-Wert während der Inkubationszeit weiter auf kleiner 0,2, wie in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, abgesenkt, gehen auch andere Schwermetalle verstärkt in Lösung. In a preferred embodiment of the invention, sufficient acid is therefore added to the raw material suspension so that a pH value of less than 1 is established during the incubation time. As a result, a significant proportion of heavy metals is already dissolved. In a particularly preferred embodiment of the invention, enough acid is added to the raw material suspension that a pH value of less than 0.5 is established during the incubation time. In particular, the heavy metals arsenic and lead are almost completely dissolved. If the pH value is further reduced to less than 0.2 during the incubation time, as in a particularly preferred embodiment of the invention, other heavy metals also dissolve to a greater extent.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mindestens ein Reaktionsmittel verwendet, welches mindestens eines der Elementen Stickstoff (N), Schwefel (S), Kalium (K) und/oder Phosphor (P) umfasst, so beispielsweise phosphorige Säure (H3P03), Phosphorsäure (H3P04), Salpetersäure (HN03), Schwefelsäure (H2S04), schweflige Säure (H2S03) und/oder Kalilauge (KOH). Durch die Verwendung derartiger Reaktionsmittel werden entsprechend zusätzlich Nährstoffkomponenten, wie Stickstoff, Schwefel, Kalium und/oder Phosphor, in das Granulat eingetragen. Durch eine geeignete Reaktionsabfolge kann vorzugsweise die Nährstoff-Bindungsform der im Reaktionsmittel enthaltenen Nährstoffe, z.B. Stickstoffs und/oder Schwefels, in eine für das Düngemittel geeignete Form umgewandelt werden. In a preferred embodiment of the invention, at least one reactant is used which contains at least one of the elements nitrogen (N), sulfur (S), potassium (K) and / or phosphorus (P) includes, for example, phosphorous acid (H3P03), phosphoric acid (H3P04), nitric acid (HN03), sulfuric acid (H2S04), sulphurous acid (H2S03) and / or potassium hydroxide (KOH). By using such reactants, additional nutrient components such as nitrogen, sulfur, potassium and / or phosphorus are introduced into the granulate. By means of a suitable reaction sequence, the nutrient binding form of the nutrients contained in the reactant, for example nitrogen and / or sulfur, can preferably be converted into a form suitable for the fertilizer.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reaktionsmittel eine verdünnte oder unverdünnte Phosphorsäure und/oder eine phosphorige Säure oder zumindest ein verdünntes oder unverdünntes Säuregemisch mit anteilig enthaltener Phosphorsäure und/oder phosphoriger Säure. Vorteil dabei ist, dass der Phosphoranteil in der Rohstoffsuspension und damit in den daraus erzeugten Dünger durch das Reaktionsmittel erhöht wird. Damit liefert das Reaktionsmittel vorteilhafterweise nicht nur einen werthaltigen Nährstoffanteil, sondern begünstigt insbesondere die Herstellung von Phosphatdüngern. So können beispielsweise bevorzugt Düngegranulate mit einem Gesamt-P205-Gehalt von größer als 35 %, besonders bevorzugt größer als 40 % und einem neutral ammoniumcitratlöslichen Phosphatanteil davon von größer als 80 %, besonders bevorzugt von größer als 90 % erzeugt werden. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass der Gesamt- Gehalt an P205 bei größer als 35 %, besonders bevorzugt größer als 40 % liegt. In a particularly preferred embodiment of the invention, the reactant is a dilute or undiluted phosphoric acid and / or a phosphorous acid or at least a dilute or undiluted acid mixture with a proportion of phosphoric acid and / or phosphorous acid contained. The advantage here is that the phosphorus content in the raw material suspension and thus in the fertilizer produced from it is increased by the reaction agent. In this way, the reactant advantageously not only provides a valuable nutrient component, but also favors the production of phosphate fertilizers in particular. For example, fertilizer granules with a total P205 content of greater than 35%, particularly preferably greater than 40% and a phosphate content of which is neutral ammonium citrate soluble of greater than 80%, particularly preferably greater than 90%, can be produced. For the purposes of the invention, it is particularly preferred that the total content of P205 is greater than 35%, particularly preferably greater than 40%.
Das Zusammenführen der Komponenten der Rohstoffsuspension kann in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Notwendig ist im Sinne der Erfindung, dass das Reaktionsmittel in ausreichender Weise mit zumindest einem Teil des durch das anorganische Sekundärphosphat zugeführten Phosphates reagiert. Der Begriff„in ausreichender Weise reagieren" bedeutet dabei im Sinne der Erfindung, dass sich die gewünschte Verbesserung der Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit des Phosphates einstellt. Darüber hinaus wird vorzugsweise zumindest ein Teil der Schwermetalle gelöst. Entsprechend ist eine Inkubationszeit im Sinne des Einwirkenlassens des Reaktionsmittels auf das anorganische Sekundärphosphat vorgesehen. Die Inkubation erfolgt über einen Zeitraum im Bereich von 1 bis 300 Minuten, bevorzugt im Bereich von 5 bis 100 Minuten und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 60 Minuten. Durch die Reihenfolge des Zusammenführens der Komponenten, der zeitlichen Abfolge und der Inkubationszeit kann beispielsweise Einfluss auf die ablaufende Reaktion und somit auch auf den Anteil der gelösten Schwermetalle und die Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit des Phosphates im erzeugten Düngergranulat genommen werden. The components of the raw material suspension can be brought together in any order. For the purposes of the invention, it is necessary that the reactant reacts sufficiently with at least part of the phosphate supplied by the inorganic secondary phosphate. The term "react adequately" in the context of the invention means that the desired improvement in the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate is achieved. In addition, at least some of the heavy metals are preferably dissolved. An incubation period in the sense of allowing the reaction agent to act is accordingly The incubation takes place over a period of time in the range from 1 to 300 minutes, preferably in the range from 5 to 100 minutes and particularly preferably in the range from 10 to 60 minutes, due to the order in which the components are brought together, the time sequence and the incubation time can, for example, have an influence on the reaction taking place and thus also on the proportion of dissolved heavy metals and the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate in the fertilizer granules produced.
Überraschend wurde festgestellt, dass zur Erhöhung der Ammoniumcitratlöslichkeit eine verhältnismäßig kurze Verweilzeit ausreichend ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird deshalb die Inkubationszeit zwischen 10 und 60 Minuten eingestellt, um insbesondere die Ammoniumcitratlöslichkeit zu erhöhen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Inkubationszeit auf 10 bis 30 Minuten eingestellt. Hier können ebenfalls hohe Ammoniumcitratlöslichkeiten erreicht werden, durch die geringere Inkubationszeit kann vorteilhafterweise die Dimensionierung der Reaktionsbehälter verkleinert werden, so dass entsprechend Prozesskosten gesenkt werden können. It was surprisingly found that a relatively short residence time is sufficient to increase the ammonium citrate solubility. In a preferred embodiment of the invention, the incubation time is therefore set between 10 and 60 minutes, in particular to increase the ammonium citrate solubility. In a particularly preferred embodiment of the invention, the incubation time is set to 10 to 30 minutes. High ammonium citrate solubilities can also be achieved here; the shorter incubation time advantageously allows the dimensions of the reaction vessels to be reduced so that process costs can be reduced accordingly.
Die Inkubationszeit zur Erzielung der gewünschten Löslichkeiten hängt auch beispielsweise von der Art des eingesetzten Reaktionsmittels ab. So führen starke Säure, wie beispielsweise konzentrierte Mineralsäuren, oder starke Basen, wie beispielsweise konzentriertes NaOH, typischerweise zu einer beschleunigten Reaktion, und eine kürzere Inkubationszeit ist erforderlich. Werden hingegen schwächer Säuren, wie beispielsweise organische Säuren, wie beispielsweise Zitronen- oder Oxalsäure, ein-gesetzt, ist eine längere Inkubationszeit erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Inkubationszeit in einem Bereich zwischen 30 und 300 Minuten eingestellt. The incubation time to achieve the desired solubilities also depends, for example, on the type of reagent used. Thus, strong acids such as concentrated mineral acids or strong bases such as concentrated NaOH typically result in an accelerated reaction and a shorter incubation time is required. If, however, weaker acids, such as organic acids such as citric or oxalic acid, If used, a longer incubation period is required. In a preferred embodiment of the invention, the incubation time is set in a range between 30 and 300 minutes.
Zur Erhöhung der Wasserlöslichkeit sind überraschenderweise längere Reaktionszeiten erforderlich. Deshalb wird in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Inkubationszeit zwischen 60 bis 300 Minuten eingestellt. Surprisingly, longer reaction times are necessary to increase the water solubility. Therefore, in another preferred embodiment of the invention, the incubation time is set between 60 and 300 minutes.
Eine höhere Prozesstemperatur erhöht vorzugsweise die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen anorganischem Sekundärphosphat und dem Reaktionsmittel und verkürzt damit die notwendige Inkubationszeit. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird deshalb die Prozesstemperatur bei der Inkubation des anorganischen Sekundärphosphates und des Reaktionsmittels oberhalb von 30 °C, besonders bevorzugt oberhalb von 40 °C und ganz besonders bevorzugt oberhalb von 50 °C eingestellt. A higher process temperature preferably increases the reaction rate between the inorganic secondary phosphate and the reactant and thus shortens the incubation time required. In a preferred embodiment of the invention, the process temperature during the incubation of the inorganic secondary phosphate and the reactant is therefore set above 30.degree. C., particularly preferably above 40.degree. C. and very particularly preferably above 50.degree.
Die vorgesehene Trennung der Reaktion zur zumindest anteiligen Phosphatumwandlung aus dem anorganischen Sekundärphosphat von der Granulation löst vorzugsweise das technische Problem, dass die exotherme, zum Teil spontan und heftig ablaufende Reaktion den Granulationsprozess stark behindert. Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung der Reaktion von der Granulation ist dabei vorzugsweise im technischen Sinne so zu verstehen, dass bei der Herstellung der Rohstoffsuspension und der anschließenden Inkubationszeit der weitaus größte Anteil der Reaktion erfolgt. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass die Reaktion nach der Inkubationszeit fortläuft, dann jedoch in deutlich verminderter Intensität. Durch das Einhalten der erfindungsgemäß vorgesehenen Inkubationszeit ist die noch vorhandene Intensität des möglichen Fortlaufens der Reaktion nicht mehr für den Granulationsprozess hinderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Prozess vorzugsweise so gesteuert, dass mehr als 80 % der über das gesamte Verfahren erreichten Neutral- Ammoniumcitratlöslichkeiterhöhung des anorganischen Sekundärphosphats im bis zum Ende der Inkubationszeit erreicht werden. Das heißt, würde man die Reaktion nach der Inkubationszeit durch schnelle Trocknung abstoppen, zeigt das mit dem Reaktionsmittel behandelte Phosphat aus dem anorganischen Sekundärphosphat dieses so abgestoppten Reaktionsprodukt bereits mindestens 80 % der Neutral-Ammoniumcitratlöslichkeit eines Reaktionsproduktes, welches nicht abgestoppt wird, sondern den gesamten Prozess bis zum finalen Düngergranulat noch durchläuft. The envisaged separation of the reaction for at least a partial conversion of phosphate from the inorganic secondary phosphate from the granulation preferably solves the technical problem that the exothermic, sometimes spontaneous and violent reaction greatly hinders the granulation process. The separation of the reaction from the granulation provided according to the invention is preferably to be understood in the technical sense in such a way that by far the largest proportion of the reaction takes place during the preparation of the raw material suspension and the subsequent incubation period. However, it can also be preferred that the reaction continues after the incubation period, but then with a significantly reduced intensity. By adhering to the incubation time provided according to the invention, the still existing intensity of the possible progress of the reaction is no longer a hindrance to the granulation process. In a preferred embodiment of the invention, the process is preferably controlled such that more than 80% of the increase in neutral ammonium citrate solubility of the inorganic secondary phosphate achieved over the entire process is achieved by the end of the incubation period. In other words, if the reaction were to be stopped by rapid drying after the incubation period, the phosphate from the inorganic secondary phosphate treated with the reactant shows this reaction product that has been stopped in this way already at least 80% of the neutral ammonium citrate solubility of a reaction product which is not stopped, but the entire process runs through until the final fertilizer granulate.
Elektrochemische Schwermetallabreicherung Electrochemical heavy metal depletion
Insbesondere in dem der Rohstoffsuspension zugeführte anorganischen Sekundärphosphat sind typischerweise unterschiedliche Schwermetalle in unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden. Durch die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel werden diese Schwermetalle zumindest teilweise gelöst. Die Art und Menge der gelösten Schwermetalle hängt von den angewendeten Löseparametern wie oben beschrieben ab. Beispielsweise aus Nachhaltigkeitsgründen ist es geboten, diese Schwermetalle zumindest anteilig aus dem Prozess auszuschleusen und von den erzeugten Düngemitteln damit abzutrennen. In particular, in the inorganic secondary phosphate added to the raw material suspension, different heavy metals are typically present in different concentrations. These heavy metals are at least partially dissolved by the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant. The type and amount of dissolved heavy metals depends on the dissolution parameters used as described above. For reasons of sustainability, for example, it is advisable to discharge these heavy metals at least partially from the process and thus separate them from the fertilizers produced.
Erfindungsgemäß erfolgt die zumindest teilweise Abtrennung der Schwermetalle direkt aus der erzeugten Rohstoffsuspension. Vorteil gegenüber Verfahren, bei denen erst eine Abtrennung eines Teils der flüssigen Phase aus der Rohstoffsuspension erfolgt, die anschließend in einem zweiten Schritt von den Schwermetallen gereinigt wird, ist beispielsweise, dass eine direkte Reinigung aus der Rohstoffsuspension technisch weniger aufwendig und damit kostengünstiger ist. According to the invention, the heavy metals are at least partially separated off directly from the raw material suspension produced. The advantage over processes in which part of the liquid phase is first separated from the raw material suspension, which is then cleaned of heavy metals in a second step, is, for example, that direct cleaning from the raw material suspension is technically less complex and therefore more cost-effective.
Sollen die Schwermetalle zumindest anteilig direkt aus der erzeugten Rohstoffsuspension abgetrennt werden, besteht die Schwierigkeit, dass allein eine Fällung als Hydroxide oder Sulfide nicht zielführend möglich ist. Durch eine alleinige Fällung der gelösten Schwermetalle gehen diese von der flüssigen Phase in die feste Phase der Suspension über und liegen somit noch immer in der Suspension vor. Zwar könnte nun die gesamte feste Phase abgetrennt und aus dem Prozess ausgeschleust werden, im erfindungsgemäßen Verfahren soll aber die feste Phase in das Düngemittelgranulat überführt werden.If the heavy metals are to be separated, at least in part, directly from the raw material suspension produced, the difficulty arises that precipitation as hydroxides or sulfides alone is not effective is possible. Through the sole precipitation of the dissolved heavy metals, these pass from the liquid phase to the solid phase of the suspension and are thus still present in the suspension. It is true that the entire solid phase could now be separated off and discharged from the process, but in the method according to the invention the solid phase should be converted into the fertilizer granulate.
Überraschenderweise wurde nun festgestellt, dass eine Schwermetallabreicherung direkt aus der erzeugten Rohstoffsuspension durch elektrochemische Abtrennverfahren erfolgen kann. Erfindungsgemäß erfolgt entsprechend eine elektrochemische Schwermetallabreicherung (elektrochemisches Abtrennverfahren) der erzeugten Rohstoffsuspension. Das heißt, dass zumindest ein Teil der in der Rohstoffsuspension vorliegenden Schwermetalle durch ein elektrochemisches Reinigungsverfahren direkt aus der Rohstoffsuspension abgetrennt werden. Surprisingly, it has now been found that heavy metal depletion can take place directly from the raw material suspension produced by electrochemical separation processes. According to the invention, an electrochemical heavy metal depletion (electrochemical separation process) of the raw material suspension produced takes place accordingly. This means that at least some of the heavy metals present in the raw material suspension are separated directly from the raw material suspension by an electrochemical cleaning process.
Eine elektrochemische Schwermetallabreicherung ist dadurch definiert, dass die chemische Abtrennreaktionen unter Beteiligung von Elektronen ablaufen, die durch einen äußeren Leiterkreis fließen. Ein Reaktionspartner in dieser elektrochemischen Reaktion ist stets eine Elektrode, die Elektronen entweder aufnimmt oder abgibt. Das heißt, durch Zufuhr von elektrischer Energie wird diese chemische Stoffumwandlung zur Schwermetallabreicherung durchgeführt. An electrochemical heavy metal depletion is defined by the fact that the chemical separation reactions take place with the participation of electrons that flow through an external conductor circuit. A reaction partner in this electrochemical reaction is always an electrode that either accepts or releases electrons. This means that by supplying electrical energy, this chemical material conversion is carried out for the depletion of heavy metals.
Im Sinne der Erfindung sind dabei unter elektrochemischen Abtrennverfahren all diese Verfahren zu verstehen, die die für die Reinigungsoperation nötigen chemischen und/oder physikalischen Vorgänge durch die Wirkung eines elektrischen Stroms maßgeblich hervorrufen, der über entsprechend angepasste Elektroden in die zu behandelnde Rohstoffsuspension eingebracht wird. Im Gegensatz zum äußeren elektrischen Leiterkreis wird der Strom dabei innerhalb eines elektrochemischen Reaktors durch Ionen in einem meist flüssigen Elektrolyten transportiert. Die Rohstoffsuspension mit den gelöst vorliegenden Komponenten kann hier als Elektrolyt angesehen werden. For the purposes of the invention, electrochemical separation processes are to be understood as meaning all these processes which essentially cause the chemical and / or physical processes required for the cleaning operation through the action of an electrical current that is introduced into the raw material suspension to be treated via appropriately adapted electrodes. In contrast to the external electrical conductor circuit, the current is transported within an electrochemical reactor by ions in a mostly liquid electrolyte. The raw material suspension with the dissolved components can be viewed here as an electrolyte.
Die Elektroden sind im Grunde die aktiven Komponenten in einem solchen elektrochemischen Prozess. An deren Oberflächen finden die elektrochemischen Reaktionen statt. Sie fungieren damit im Prinzip als Elektrokatalysator. Sie können einfach aus dem katalytisch wirksamen Metall bestehen (Vollelektroden) oder aber auch komplexer aufgebaut sein, wenn z. B. ein Substrat als Träger des meist kostenintensiven Elektrokatalysators fungiert. Materialien für die Elektroden sind beispielsweise Metalle und deren Legierungen, Kohle bzw. Graphit, elektrisch leitfähige Polymere, Metalloxide mit einer hohen elektronischen Leitfähigkeit und Halbleiter. Elektroden leiten den elektrischen Strom und die Ladungsträger sind Elektronen. Sie werden auch als Leiter erster Klasse bezeichnet. Je nachdem welcher elektrochemische Prozess an der Elektrode abläuft, werden sie als Anoden oder Kathoden bezeichnet. An der Anode treten Elektronen aus dem Elektrolyten in die Elektrode ein. Dabei nimmt die Anode von dem im Elektrolyten vorliegenden Reaktionspartner (Red) Elektronen auf. Es findet damit eine elektrochemische Oxidationsreaktion statt und es wird die oxidierte Spezies (Ox) gebildet. Die Oxidationsstufe der reagierenden Substanz wird dabei erhöht. An der Kathode treten Elektronen aus der Elektrode in den Elektrolyten. Die oxidiert vorliegende Substanz (Ox) nimmt die Elektronen auf. Es findet eine Reduktionsreaktion statt und reduzierte Spezies (Red) werden gebildet. Die Oxidationsstufe der reagierenden Substanz wird erniedrigt. The electrodes are basically the active components in such an electrochemical process. The electrochemical reactions take place on their surfaces. In principle, they act as an electrocatalyst. They can simply consist of the catalytically active metal (full electrodes) or have a more complex structure, if z. B. acts as a substrate as a carrier of the usually expensive electrocatalyst. Materials for the electrodes are, for example, metals and their alloys, carbon or graphite, electrically conductive polymers, metal oxides with a high electronic conductivity and semiconductors. Electrodes conduct the electric current and the charge carriers are electrons. They are also known as first class leaders. Depending on which electrochemical process takes place on the electrode, they are called anodes or cathodes. At the anode, electrons from the electrolyte enter the electrode. The anode absorbs electrons from the reactant (Red) present in the electrolyte. An electrochemical oxidation reaction takes place and the oxidized species (Ox) is formed. The oxidation level of the reacting substance is increased. At the cathode, electrons leave the electrode and enter the electrolyte. The oxidized substance (Ox) takes up the electrons. A reduction reaction takes place and reduced species (Red) are formed. The oxidation level of the reacting substance is lowered.
Die Elektroden sind die aktiven Bestandteile bei der elektrochemischen Reaktion. An ihren Oberflächen laufen die elektrochemischen Reaktionen ab und deshalb wird die Art und Beschaffenheit der Elektroden nach den gewünschten Elektrodenreaktionen und nach der Art des Elektrolyts ausgewählt. Die Elektroden können verschiedensten Bauformen aufweisen. Verwendet werden können beispielsweise Plattenelektroden, poröse Elektroden, Elektroden in Netzform oder sogenannten dreidimensionalen (3D-) Elektroden, die eine sehr große Oberfläche aufweisen und von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmt werden. Als 3D-Elektroden können Schüttungen oder poröse Körper aus Kohlenstoff oder geeigneten Metallen verwendet werden. The electrodes are the active components in the electrochemical reaction. The electrochemical reactions take place on their surfaces and therefore the type and properties of the electrodes are selected according to the desired electrode reactions and the type of electrolyte. The electrodes can have a wide variety of designs. For example, plate electrodes, porous electrodes, electrodes in the form of a network or so-called three-dimensional (3D) electrodes, which have a very large surface and from which to treating liquid are flowed through. Fills or porous bodies made of carbon or suitable metals can be used as 3D electrodes.
Die Vorrichtung der erfindungsgemäße Schwermetallabreicherung kann beispielsweise als Fest- oder Wirbelbettzelle ausgeführt sein. Auch sind als Reaktorgrundtypen beispielsweise stationärer Rührkessel, kontinuierlicher Rührkessel, Durchflussreaktoren oder Rührkesselkaskade möglich. Die Anordnung der Elektroden zueinander und ggf. einzubringender Separatoren für die Trennung der Reaktionsräume dar sind ein wesentliche Einflussgröße auf den Abscheideprozess. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht das Abscheidesystem einen parallel-Plattenreaktor der gegebenenfalls mit Separatoren (wie beispielsweise lonenaustauschermembran oder keramisches Diaphragma) zur Trennung der Reaktionsräume und zur Unterbindung unerwünschter Nebenreaktionen ausgerüstet ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform entspricht die Vorrichtung zur elektrochemischen Abscheidung weitgehend einem Reaktor mit Festbettkathode. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, eine große Elektrodenfläche auf kleinem Raum unterzubringen. Für einen kontinuierlichen Betrieb kann beispielsweise ein sogenannter Pfropfenströmungsreaktor als Reaktorgrundtyp verwendet werden. Dieser zeichnet sich idealerweise durch eine einheitliche Verweilzeit aus (durchströmtes Rohr), wobei der erzielte Umsatz von der Länge des Reaktionsraumes abhängt und es entlang des Strömungsweges zu keiner signifikanten Vermischung kommt. Alternativ kann beispielsweise auch eine Kaskade von homogen durchmischten Rührkesseln als Reaktorausführen genutzt werden, wobei Umsatz und Verweilzeitverhalten für vielstufige Kaskaden konvergieren. The device of the heavy metal depletion according to the invention can be designed, for example, as a fixed or fluidized bed cell. Also possible as basic reactor types are, for example, stationary stirred kettles, continuous stirred kettles, flow reactors or stirred kettle cascades. The arrangement of the electrodes in relation to one another and any separators to be introduced for separating the reaction spaces are an important factor influencing the deposition process. In a preferred embodiment, the separation system corresponds to a parallel plate reactor which is optionally equipped with separators (such as, for example, ion exchange membrane or ceramic diaphragm) for separating the reaction spaces and for preventing undesired side reactions. In another preferred embodiment, the device for the electrochemical deposition largely corresponds to a reactor with a fixed bed cathode. This embodiment offers the advantage of accommodating a large electrode area in a small space. For example, a so-called plug flow reactor can be used as the basic reactor type for continuous operation. This is ideally characterized by a uniform residence time (through-flow pipe), the conversion achieved depending on the length of the reaction space and there is no significant mixing along the flow path. Alternatively, for example, a cascade of homogeneously mixed stirred kettles can also be used as a reactor design, with conversion and residence time behavior converging for multi-stage cascades.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als elektrochemisches Verfahren eine sogenannte elektrochemische Metallabscheidung (galvanischer Abscheidungsprozess) eingesetzt. Dabei werden die gelöste Metall-Ionen, wie beispielsweise die Schwermetall-Ionen, aus schwermetallhaltigen Rohstoffsuspensionen dadurch entfernt, indem sie zunächst umgewandelt werden und sich beispielsweise als Metall und Metalloxid auf der Kathode abscheiden. Dabei ist das Elektrolysebad die Rohstoffsuspension, indem die abzuscheidenden Schwermetalle zumindest anteilig gelöst vorliegen. In das Elektrolysebad werden Elektroden eingetaucht, die mit einer äußere Spannungsquelle verbunden werden. Bei Anlegen einer Gleichstromspannung wird eine Elektrode zur Kathode und die andere zur Anode. Die Reaktionsparameter werden so eingestellt, dass an der Kathode das Schwermetallkation reduziert und beispielsweise als Metall oder Metalloxid zumindest anteilig daran abgeschieden wird. Die ablaufenden Vorgänge an der Anode hängen prinzipiell von deren Beschaffenheit ab. Man unterscheidet dabei zwischen löslichen und unlöslichen bzw. aktiven Anoden. Bei löslichen Anoden kann das Metall der Anode Elektronen abgeben und als positiv geladenes Ion in Lösung gehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine unlösliche Anode eingesetzt, wobei dabei zur Aufrechterhaltung des Stromkreises ein anderer Oxidationsprozess stattfindet, so beispielsweise durch die Oxidation des Lösungsmittels, z.B. Wasser, oder auch der in Lösung befindlichen Anionen. Durch gezielte Einstellung der elektrochemischen Parametern wie beispielsweise der Potentialbereiche für Abscheidung (thermodynamische Triebkraft), die dabei erzielbaren Stromdichten (als ein wesentliches Maß für beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeiten) sowie die Auswahl geeigneter Elektroden für die Abscheidung kann Einfluss auf den Abscheidegrad und die Art der abgeschiedenen Elemente genommen werden. Durch das Abscheiden auf der Kathode können die Schwermetalle zumindest anteilig von der Rohstoffsuspension getrennt werden, beispielsweise indem die Rohstoffsuspension nach der zumindest teilweisen Abscheidung der Schwermetalle an der Kathode aus der elektrochemischen Reaktionsvorrichtung abgeleitet wird oder die Kathoden entfernt wird. Die abgeschiedenen Schwermetalle können dann von der Kathode entfernt werden, beispielsweise durch Spüllösungen oder mechanisches Abtrennen. Anschließend kann ein neuer Reinigungsprozess erfolgen. In a preferred embodiment, a so-called electrochemical metal deposition (galvanic deposition process) is used as the electrochemical process. The dissolved metal ions, such as heavy metal ions, are removed from raw material suspensions containing heavy metals by first converting them and depositing them on the cathode as metal and metal oxide, for example. The electrolysis bath is the raw material suspension in which the heavy metals to be deposited are at least partially dissolved. Electrodes, which are connected to an external voltage source, are immersed in the electrolysis bath. When a direct current voltage is applied, one electrode becomes the cathode and the other becomes the anode. The reaction parameters are set in such a way that the heavy metal cation is reduced at the cathode and is at least partially deposited thereon as metal or metal oxide, for example. The processes taking place on the anode depend in principle on its nature. A distinction is made between soluble and insoluble or active anodes. In the case of soluble anodes, the metal of the anode can release electrons and go into solution as a positively charged ion. In a particularly preferred embodiment, an insoluble anode is used, with another oxidation process taking place to maintain the electrical circuit, for example by oxidizing the solvent, for example water, or the anions in solution. Targeted setting of the electrochemical parameters such as the potential ranges for deposition (thermodynamic driving force), the achievable current densities (as an essential measure for, for example, the reaction speeds) and the selection of suitable electrodes for the deposition can influence the degree of deposition and the type of deposited elements be taken. By being deposited on the cathode, the heavy metals can be at least partially separated from the raw material suspension, for example by diverting the raw material suspension from the electrochemical reaction device or removing the cathodes after the at least partial deposition of the heavy metals on the cathode. The departed Heavy metals can then be removed from the cathode, for example by flushing solutions or mechanical separation. A new cleaning process can then take place.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Rohstoffsuspension vor oder während der elektrochemischen Schwermetallabreicherung mindestens ein Komplexierungsmittel, beispielsweise Zitronensäure, zugegeben. Das Komplexierungsmittel dient beispielsweise dazu, dass bei einer pH- Wertanhebung die gelösten Schwermetalle erst bei einem höheren pH-Wert ausfallen, sich also der Fällungsbereich verschiebt. Dadurch kann der pH-Wertbereich der Rohstofflösung angehoben, beispielsweise bevorzugt in den Bereich 2 bis 7, werden und es ist ein höherer Schwermetallanteil gelöst als ohne Komplexierungsmittel. Die Anhebung des pH-Wertbereichs kann die elektrochemische Schwermetallabreicherung begünstigen. So kann beispielsweise durch Anhebung des pH-Werts aus einem sehr sauren Bereich, beispielsweise im Bereich kleiner 2, verhindert werden, dass sich gebildetstes Metall wieder auflöst. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird der pH-Wert im Bereich 2 bis 4 eingestellt. In diesem Bereich kann das Auflösen der meisten Metalle verhindert werden, es sind aber weniger Mittel zur pH-Wertanhebung erforderlich. In a particularly preferred embodiment, at least one complexing agent, for example citric acid, is added to the raw material suspension before or during the electrochemical heavy metal depletion. The complexing agent serves, for example, to ensure that when the pH value increases, the dissolved heavy metals only precipitate at a higher pH value, that is to say that the precipitation range is shifted. As a result, the pH range of the raw material solution can be raised, for example preferably in the range 2 to 7, and a higher proportion of heavy metals is dissolved than without a complexing agent. Raising the pH value range can promote electrochemical heavy metal depletion. For example, by increasing the pH from a very acidic range, for example in the range less than 2, it is possible to prevent the most formed metal from dissolving again. In a very particularly preferred embodiment, the pH is set in the range 2 to 4. In this range, the dissolution of most metals can be prevented, but fewer means are required to raise the pH.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Schwermetallabreicherung erfolgt aus der erzeugten Rohstoffsuspension und kann direkt mit oder bei der Herstellung der Rohstoffsuspension oder daran anschließend beginnen. In einer bevorzugten Ausführungsform beginnt die elektrochemische Schwermetallabreicherung mit der Herstellung der Rohstoffsuspension oder im Anschluss und läuft zumindest zeitweise parallel während der Inkubationszeit und kann über die Inkubationszeit hinausgehen. Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass die elektrochemische Schwermetallabreicherung eine ausreichende Reaktionszeit bedarf und in dieser Ausführungsform diese Reaktionszeit für die elektrochemische Schwermetallabreicherung und die Inkubationszeit zumindest zeitweise gekoppelt sind, was die Gesamtprozesszeit verringert. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird zunächst eine Inkubationszeit für die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel abgewartet und anschließend die elektrochemische Schwermetallabreicherung durchgeführt. Dabei kann die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel auch noch während der Schwermetallabreicherung weiter fortlaufen. The electrochemical heavy metal depletion according to the invention takes place from the raw material suspension produced and can begin directly with or during the production of the raw material suspension or thereafter. In a preferred embodiment, the electrochemical heavy metal depletion begins with the production of the raw material suspension or afterwards and runs at least temporarily in parallel during the incubation period and can go beyond the incubation period. The advantage of this embodiment is that the electrochemical heavy metal depletion requires a sufficient reaction time and in this embodiment this reaction time for the electrochemical heavy metal depletion and the incubation time are at least temporarily coupled, which reduces the overall process time. In another preferred embodiment, an incubation time is first awaited for the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reagent and then the electrochemical heavy metal depletion is carried out. The reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant can also continue during the heavy metal depletion.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Schwermetallabreicherung kann entweder kontinuierlich und/oder diskontinuierlich erfolgen und kann einstufig oder mehrstufig sein. The electrochemical heavy metal depletion according to the invention can be carried out either continuously and / or discontinuously and can be in one or more stages.
Die Art und Menge der abgetrennten Schwermetalle resultiert aus den eingestellten Prozessparameter der elektrochemische Schwermetallabreicherung. Bei anorganischen Sekundärphosphaten sollen dabei häufig beispielsweise Arsen, Cadmium, Blei und/oder Nickel abgeschieden werden, wobei die abzuscheidende Menge von der Konzentration der Kontamination abhängig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform werden deshalb mindestens 20 % Arsen, Cadmium, Blei und/oder Nickel bezogen auf die Ausgangskonzentration im anorganischen Sekundärphosphat aus der Rohstoffsuspension abgeschieden. Dies kann im technischen Sinne verhältnismäßig einfach und damit kostengünstig erfolgen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden mindestens 40 % Arsen, Cadmium, Blei und/oder Nickel bezogen auf die Ausgangskonzentration abgetrennt. Vorteil bei dieser Ausführungsform ist, dass beispielsweise anorganische Sekundärphosphate mit einer höheren Schwermetallkonzentration eingesetzt werden können. The type and amount of the separated heavy metals result from the set process parameters of the electrochemical heavy metal depletion. In the case of inorganic secondary phosphates, arsenic, cadmium, lead and / or nickel, for example, should often be deposited, the amount to be deposited depending on the concentration of the contamination. In a preferred embodiment, therefore, at least 20% arsenic, cadmium, lead and / or nickel, based on the initial concentration in the inorganic secondary phosphate, are deposited from the raw material suspension. In the technical sense, this can be done relatively easily and therefore inexpensively. In another preferred embodiment, at least 40% arsenic, cadmium, lead and / or nickel based on the initial concentration are separated off. The advantage of this embodiment is that, for example, inorganic secondary phosphates with a higher heavy metal concentration can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden durch das elektrochemische Abtrennverfahren neben der erfindungsgemäßen zumindest anteiligen Abtrennung von Schwermetallen auch andere Schadstoffe abgereichert. So können beispielsweise organische Schadstoffe durch eine geeignete Prozessführung durch elektrochemische Reaktionen beispielsweise in zumindest weniger schädliche Substanzen zersetzt werden. In a preferred embodiment, in addition to the at least partial separation of heavy metals according to the invention, the electrochemical separation process also depletes other pollutants. For example, organic pollutants can be caused by a suitable Process management by electrochemical reactions, for example, are broken down into at least less harmful substances.
Auch kann durch das elektrochemische Abtrennverfahren eine Desinfektion erfolgen. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn als weitere Komponente beispielsweise organische Strukturstoffe zugegeben werden, bei denen eine Desinfektion geboten ist. The electrochemical separation process can also be used for disinfection. This is advantageous, for example, if, for example, organic structural substances are added as a further component, for which disinfection is necessary.
Aus der erfindungsgemäßen elektrochemische Schwermetallabreicherung resultiert eine erfindungsgemäße schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension. The electrochemical heavy metal depletion according to the invention results in a heavy metal depleted raw material suspension according to the invention.
Möglichkeit zur Fest/Flüssig-Abtrennung eines Teils der flüssigen Phase Possibility of solid / liquid separation of part of the liquid phase
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der schwermetallabgereicherten Rohstoffsuspension ein Teil der flüssigen Phase durch eine Fest/Flüssig- Trennung vor der Granulation bzw. Extrusion abgetrennt. Die abgetrennte flüssige Phase durch die Fest/Flüssig-Trennung wird im Folgenden auch als (abgetrenntes) Prozesswasser bezeichnet. Vorteil bei dieser Ausführungsform ist, dass die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel zunächst in einer Rohstoffsuspension mit höherem Flüssigphasenanteil mit den oben beschriebenen Vorteilen stattfinden kann, dieser hohe Flüssigphasenanteil hierdurch aber mit wesentlich geringerer Energie mechanisch abgetrennt wird und nicht durch Trocknung thermisch. Zudem kann dadurch grundsätzlich erreicht werden, dass einfache und kostengünstige Granulier- und Extrusionstechnologien wie Granulierteller oder Intensivmischer verwendet werden können. Die Menge an abzutrennender flüssiger Phase in dieser bevorzugten Ausführungsform wird ausgewählt nach den Erfordernissen der anschließenden Granulation/Extrusion. So entscheidet beispielsweise die Art der gewünschten Granulierung oder Extrusion über den abzutrennenden Anteil an flüssiger Phase. In a preferred embodiment of the method according to the invention, part of the liquid phase is separated from the heavy metal-depleted raw material suspension by solid / liquid separation prior to granulation or extrusion. The liquid phase separated by the solid / liquid separation is also referred to below as (separated) process water. The advantage of this embodiment is that the reaction between inorganic secondary phosphate and reactant can initially take place in a raw material suspension with a higher liquid phase content with the advantages described above, but this high liquid phase content is separated mechanically with significantly less energy and not thermally by drying. In addition, it can basically be achieved that simple and inexpensive granulation and extrusion technologies such as granulating plates or intensive mixers can be used. The amount of liquid phase to be separated in this preferred embodiment is selected according to the requirements of the subsequent granulation / extrusion. For example, the type of granulation or extrusion required determines the proportion of liquid phase to be separated.
Im Unterschied zu WO2019/149405A1 erfolgte im erfindungsgemäßen Verfahren bereits die erfindungsgemäße elektrochemische Schwermetallabreicherung direkt aus der Suspension bevor diese Suspension einer Fest/Flüssigabtrennung in dieser bevorzugten Ausführungsform unterworfen wird. In WO2019/149405A1 erfolgt erst eine Fest/Flüssig-Trennung der erzeugten Suspension. Die Schwermetalle können erst daran anschließend im abgetrennten Prozesswasser auf unterschiedliche Weise entfernt werden. Die erfindungsgemäße elektrochemische Schwermetallabtrennung mittels Elektroden wird dabei nicht beschrieben. Vorteil der elektrochemischen Schwermetallabtrennung mittels Elektroden ist jedoch, dass kostenintensive Verbrauchsmaterialien (Fällungsmittel, Reagenzien etc.) nicht benötigt werden. In contrast to WO2019 / 149405A1, in the method according to the invention, the electrochemical heavy metal depletion according to the invention already took place directly from the suspension before this suspension is subjected to a solid / liquid separation in this preferred embodiment. In WO2019 / 149405A1 there is first a solid / liquid separation of the suspension produced. The heavy metals can only then be removed in different ways in the separated process water. The electrochemical separation of heavy metals by means of electrodes according to the invention is not described here. The advantage of the electrochemical separation of heavy metals by means of electrodes, however, is that costly consumables (precipitants, reagents, etc.) are not required.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vor der Fest/Flüssig-Trennung zumindest ein Teil der gelösten Komponenten aus der flüssigen Phase ausgefällt und/oder auskristallisiert. Das hat den Vorteil, dass das durch die Fest/Flüssig-Trennung abgetrennte Prozesswasser weniger gelöste Komponenten aufweist. Bei einer Rückführung des Prozesswassers zur Fierstellung der Rohstoffsuspension ist dies vorteilhaft, da sich dadurch geringere Kreislaufkonzentrationen an diesen Komponenten ausbilden. Zudem beugt dies der Gefahr einer Verkrustung von Anlagenteilen und/oder Rohleitungen vor. Eine solche zumindest teilweise Ausfällung und/oder Auskristallisation kann beispielsweise durch eine Erhöhung des pFI-Wertes erhöht werden, wodurch gelöste Komponenten beispielsweise als Flydroxide ausfallen. Dies kann aber beispielsweise auch durch Zugabe weitere Komponenten erfolgen, die in Reaktion mit gelösten Komponenten feste Reaktionsprodukte bilden. In a preferred embodiment, at least some of the dissolved components are precipitated and / or crystallized out of the liquid phase before the solid / liquid separation. This has the advantage that the process water separated by the solid / liquid separation has fewer dissolved components. This is advantageous when the process water is returned to the freezing of the raw material suspension, since this results in lower cycle concentrations of these components. This also prevents the risk of encrustation of system parts and / or pipes. Such at least partial precipitation and / or crystallization can be increased, for example, by increasing the pFI value, as a result of which dissolved components precipitate, for example, as flydroxides. However, this can also be done, for example, by adding further components which, in reaction with dissolved components, form solid reaction products.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mit der Fest/Flüssig-Trennung so viel flüssige Phase abgetrennt, dass der abgetrennte feuchte Feststoff als erdfeucht bzw. als erdfeuchte Mischung bezeichnet werden kann. Eine erdfeuchte Mischung ist keine Suspension gemäß Definition hier (da die festen Komponenten in der flüssigen Phase nicht fein verteilten zumindest zeitweise in Schwebe gehalten sind), kann aber auch als Dispersion bzw. Rohstoffdispersion bezeichnet werden, da weiterhin zumindest eine feste und zumindest eine flüssige Phase vorliegen. In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Feuchte mindestens 5 % bis weniger als 40 %. Mit anderen Worten ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Feuchte in einem Bereich zwischen 5 und 40 % liegt. Da die nicht-abgetrennte flüssige Phase auch gelöst vorliegende Komponenten beinhalten kann, die bei der Trocknung als Feststoff verbleiben, liegt der Prozentgehalt der nicht-abgetrennten flüssigen Phase in dieser bevorzugten erdfeuchten Mischung in einem Bereich zwischen 10 und 70 %. Vorteil eines solchen Anteils an Feuchte bzw. nicht-abgetrennter flüssiger Phase ist, dass eine erdfeuchte Mischung direkt granuliert oder extrudiert werden kann und verhältnismäßig wenig flüssige Phase, beispielsweise insbesondere Wasser, zur Erzeugung des insbesondere trockenen schwermetallabgereicherten Düngemittelgranulats verdampft werden muss. Dies spart erhebliche Energiekosten. In a particularly preferred embodiment of the invention, so much liquid phase is separated off with the solid / liquid separation that the separated moist solid can be referred to as earth-moist or an earth-moist mixture. An earth-moist mixture is not a suspension according to Definition here (since the solid components in the liquid phase are not finely distributed, at least temporarily, in suspension), but can also be referred to as dispersion or raw material dispersion, since at least one solid and at least one liquid phase are still present. In this preferred embodiment of the invention, the humidity is at least 5% to less than 40%. In other words, it is preferred in the context of the invention that the humidity is in a range between 5 and 40%. Since the non-separated liquid phase can also contain dissolved components which remain as a solid during drying, the percentage of the non-separated liquid phase in this preferred earth-moist mixture is in a range between 10 and 70%. The advantage of such a proportion of moisture or non-separated liquid phase is that an earth-moist mixture can be granulated or extruded directly and a relatively little liquid phase, for example in particular water, has to be evaporated to produce the particularly dry, heavy metal-depleted fertilizer granulate. This saves considerable energy costs.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Feuchte 10 % bis weniger 30 %. Mit anderen Worten ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Feuchte in einem Bereich zwischen 5 und 30 % liegt. Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist es, dass eine erdfeuchte Mischung mit diesem Feuchtegehalt typischerweise direkt mittels Granulierteller granulierbar ist. In a particularly preferred embodiment, the humidity is 10% to less than 30%. In other words, it is preferred in the context of the invention that the humidity is in a range between 5 and 30%. The advantage of this embodiment of the invention is that an earth-moist mixture with this moisture content can typically be granulated directly by means of a granulating plate.
Die teilweise Abtrennung der flüssigen Phase im Sinne der vorliegenden Erfindung kann kontinuierlich und/oder diskontinuierlich in einem oder mehreren Schritten erfolgen, beispielsweise durch Filtrieren oder Zentrifugieren. Die Filtration kann diskontinuierlich zum Beispiel mittels Autopress, Drucknutschen, Rührdrucknutschen, Saugnutschen, Tellerfilter, (Druck)Blattfilter, Beutelfilter, Kerzenfilter, Schlauchfilter, Schichten-filter, Filterpressen, wie z.B. Rahmenfilterpressen, Kammerfilterpressen, Membranfilterpressen; Plattenfilter und/oder Schüttungsfilter oder kontinuierlich, zum Beispiel mittels Crossflow-Filtration, Scherspaltfilter, Tubular-Rotorfilter, Bandfilter, Druckdreh-filter, Trommelfilter, Vakuumdrehfilter, Scheibendruckfilter und/oder Schiebbandpresse erfolgen, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Zentrifugieren kann kontinuierlich durch zum Beispiel Siebzentrifugen, Siebschneckenzentrifungen, Prallringzentrifugen, Gleitzentrifugen, Schubzentrifugen, Schwingzentrifugen, Taumelzentrifugen und/oder Vollmantelzentrifugen oder diskontinuierlich zum Beispiel durch Flängependelzentrifugen, Florizontalschälzentrifugen, Stülpfilterzentrifugen, Schubbeutelzentrifugen und/oder Vertikalzentrifugen erfolgen. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Fest-Flüssigtrennung mittels Filterpressen, Zentrifugen oder Vakuumbandfilter durchgeführt wird. The partial separation of the liquid phase in the context of the present invention can be carried out continuously and / or discontinuously in one or more steps, for example by filtration or centrifugation. Filtration can be carried out discontinuously, for example by means of autopress, pressure suction filters, agitated pressure suction filters, suction suction filters, plate filters, (pressure) leaf filters, bag filters, candle filters, bag filters, sheet filters, filter presses, e.g. Frame filter presses, chamber filter presses, membrane filter presses; Plate filters and / or bulk filters or continuously, for example by means of crossflow filtration, shear gap filters, tubular rotor filters, belt filters, rotary pressure filters, drum filters, rotary vacuum filters, disc pressure filters and / or sliding belt presses, without being limited to them. The centrifugation can be carried out continuously by, for example, sieve centrifuges, screw sieve centrifuges, impact ring centrifuges, sliding centrifuges, pusher centrifuges, vibrating centrifuges, tumbling centrifuges and / or solid bowl centrifuges, or discontinuously, for example by pendulum centrifuges, horizontal peeling centrifuges, inverted peeler centrifuges and / or bag centrifuges, pusher centrifuges. In the context of the invention, it is preferred that the solid-liquid separation is carried out by means of filter presses, centrifuges or vacuum belt filters.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die teilweise Abtrennung der flüssigen Phase mit einer Filterpresse, beispielsweise einer Membranfilterpresse, in Kombination zwischen mechanischem Auspressen mit Trockenbalsen des erzeugten Filterkuchens. Beim Trockenblasen (oder auch Ausblasen) des Filterkuchens wird vorzugsweise der Pressvorrichtung ein Gas zugeführt, das so gesteuert wird, dass dieses Gas durch den Filterkuchen (über die Porenstruktur) strömt und dabei anhaftende flüssige Komponenten mitführt und somit aus dem Filterkuchen austreibt. Das Gas kann dabei bevorzugt Druckluft erzeugt aus der Umgebungsluft sein, wobei diese Druckluft auch erwärmt zugeführt werden kann. Durch die Erwärmung wird zusätzlich ein Trocknungseffekt erzielt. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass dadurch eine niedrigere Restfeuchte erreicht werden kann. Überraschenderweise wurde hierzu festgestellt, dass die mechanische Entwässerbarkeit allein durch Unterdrück, Pressdruck und/oder Zentrifugalkräfte begrenzt ist. Insbesondere bei Rohstoffsuspension aus phosphathaltigen Aschen als anorganisches Sekundärphosphat in Kombination mit Mineralsäure können typischerweise je nach Abtrenntechnologie nur Restfeuchten von mehr als 35 % erreicht werden. Flöhere Drücke oder Kräfte bewirken keine weitere Abtrennung, da die noch enthaltene Flüssigkeit offenbar sehr stark physikalisch in den Poren und/oder an der Oberfläche gebunden ist. Überraschenderweise wurde nun festgestellt, dass durch das Trockenblasen ein weiterer Anteil flüssiger Phase abgetrennt werden kann und somit Restfeuchte von kleiner 35 % auf technologisch vergleichsweise einfache Weise realisiert werden können. In a preferred embodiment, the liquid phase is partially separated off with a filter press, for example a membrane filter press, in combination with mechanical pressing with dry bals of the filter cake produced. When the filter cake is blown dry (or blown out), a gas is preferably fed to the pressing device, which is controlled in such a way that this gas flows through the filter cake (via the pore structure) and thereby carries along adhering liquid components and thus drives them out of the filter cake. The gas can in this case preferably be compressed air generated from the ambient air, wherein this compressed air can also be supplied heated. The heating also produces a drying effect. The advantage of this embodiment is that it allows lower residual moisture to be achieved. Surprisingly, it was found that the mechanical drainability is limited solely by negative pressure, pressing pressure and / or centrifugal forces. In particular in the case of raw material suspension made from phosphate-containing ash as inorganic secondary phosphate in combination with mineral acid, only residual moisture levels of more than 35% can typically be achieved, depending on the separation technology. Flatter pressures or forces do not cause any further separation, since those still contained Liquid is apparently very strongly physically bound in the pores and / or on the surface. Surprisingly, it has now been found that a further portion of the liquid phase can be separated off by blowing dry and thus residual moisture of less than 35% can be achieved in a technologically comparatively simple manner.
Vor oder bei der teilweisen Abtrennung der flüssigen Phase kann die schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension konditioniert werden, um beispielsweise eine Filtration oder Sedimentation zu verbessern oder zu vereinfachen. Beispielsweise können Flockungsmittel oder Mittel zur Einstellung der Viskosität zugegeben werden. Before or during the partial separation of the liquid phase, the heavy metal-depleted raw material suspension can be conditioned, for example to improve or simplify filtration or sedimentation. For example, flocculants or agents for adjusting the viscosity can be added.
Bei der teilweisen Abtrennung der flüssigen Phase ist es vorzugsweise nicht zwingend erforderlich, dass alle festen Bestandteile aus der abgetrennten flüssigen Phase vollständig abgetrennt werden. Insbesondere sehr feine feste Partikel, die im Sinne der Erfindung vorzugsweise als Schwebpartikel bezeichnet werden, können vorzugsweise in der abgetrennten Phase verbleiben. Dies vereinfacht den Abtrennprozess, beispielsweise bei Filtration oder Zentrifugation, da insbesondere die vollständige Abtrennung von feinen Partikeln bei einer Fest-Flüssig-Trennung mit hoher Feststoffbeladung sehr aufwendig ist. Gelangt jedoch ein zu hoher Anteil an ungelösten Feststoffen in die abgetrennte flüssige Phase, ist dies auch unerwünscht. Bevorzugt wird deshalb, dass in der abgetrennten flüssigen Phase ein Feststoffgehalt von kleiner als 10 %, besonders bevorzugt kleiner als 5 % und ganz besonders bevorzugt kleiner als 2 % eingestellt wird. In the case of partial separation of the liquid phase, it is preferably not absolutely necessary that all solid constituents are completely separated off from the separated liquid phase. In particular, very fine solid particles, which in the context of the invention are preferably referred to as suspended particles, can preferably remain in the separated phase. This simplifies the separation process, for example in the case of filtration or centrifugation, since in particular the complete separation of fine particles in a solid-liquid separation with a high solids load is very expensive. However, if too high a proportion of undissolved solids gets into the separated liquid phase, this is also undesirable. It is therefore preferred that a solids content of less than 10%, particularly preferably less than 5% and very particularly preferably less than 2% is set in the separated liquid phase.
Die abgetrennte flüssige Phase (abgetrenntes Prozesswasser) kann aus dem Prozess ausgeschleust und beispielsweise als Abwasser entsorgt bzw. einer anderen Verwendung zugeführt werden oder im erfindungsgemäßen Prozess selbst zurückgeführt und/oder verwendet werden. The separated liquid phase (separated process water) can be discharged from the process and, for example, disposed of as waste water or fed to another use, or it can be returned and / or used in the process according to the invention itself.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil des abgetrennten Prozesswassers der Herstellung der Rohstoffsuspension zugeführt. Dabei kann bevorzugt dieses zurückgeführte abgetrennte Prozesswasser einen adäquaten Teil der sonst notwendigen flüssigen Phase, insbesondere von zugegebenem Wasser vollständig oder anteilig ersetzen. Vorteil dabei ist zum einen, dass das Prozesswasser somit einer erneuten Nutzung direkt im Verfahren zugeführt und entsprechend nicht entsorgt werden muss. Zum anderen kann das abgetrennte Prozesswasser noch einen Anteil der gelösten Nährstoffkomponenten, beispielsweise Phosphat, enthalten, die so dem Prozess zurückgeführt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird diesem abgetrennten Prozesswasser nach der Abtrennung durch die Fest/Flüssig-Trennung und vor der Herstellung der Rohstoffsuspension zumindest ein Teil des Reaktionsmittels für die Herstellung der Rohstoffsuspension zugeführt. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn das abgetrennte Prozesswasser einen solchen Anteil an gelösten Komponenten enthält, die gegebenenfalls bereits anteilig bei der Rückführung ausfallen oder auskristallisieren und beispielsweise durch Anlagerungen technische Schwierigkeiten verursachen. Durch das Zuführen zumindest eines Teils des Reaktionsmittels, insbesondere bevorzugt Säuren, kann ein Ausfällen oder Auskristallisieren zumindest vermindert werden. In a preferred embodiment, at least part of the separated process water is fed to the production of the raw material suspension. This recirculated, separated process water can preferably completely or partially replace an adequate portion of the otherwise necessary liquid phase, in particular of added water. The advantage here is, on the one hand, that the process water can be used again directly in the process and accordingly does not have to be disposed of. On the other hand, the separated process water can still contain a proportion of the dissolved nutrient components, for example phosphate, which are thus returned to the process. In a particularly preferred embodiment, at least part of the reactant for the production of the raw material suspension is fed to this separated process water after the separation by the solid / liquid separation and before the production of the raw material suspension. This can be advantageous, for example, if the separated process water contains such a proportion of dissolved components that may already partially precipitate or crystallize out during the return process and cause technical difficulties, for example due to deposits. By supplying at least part of the reaction agent, particularly preferably acids, precipitation or crystallization can at least be reduced.
In einer anderen ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil des abgetrennten Prozesswassers der Granulation zur Konditionierung der Rohstoffdispersion und/oder zur Bildung der Granulate, beispielsweise durch Aufsprühen auf die Rohstoffdispersion auf dem Granulierteller, zugeführt werden. Zuführung weiterer Komponenten zur Rohstoffsuspension In another, likewise preferred embodiment, at least part of the separated process water is fed to the granulation for conditioning the raw material dispersion and / or for forming the granules, for example by spraying onto the raw material dispersion on the granulating plate. Feeding of further components to the raw material suspension
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Rohstoffsuspension und/oder der Rohstoffdispersion weitere Komponenten zugegeben werden können. Durch die gezielte Einstellung der Art und der Zusammensetzung der Rohstoffsuspension/-dispersion sowie der Art und der Intensität des Mischens kann vorteilhafterweise Einfluss auf die noch weiter ablaufende Reaktion und somit auf die Neutral- Ammoniumcitratlöslichkeit des Phosphates, aber auch auf weitere Düngereigenschaften genommen werden. For the purposes of the invention, it is preferred that further components can be added to the raw material suspension and / or the raw material dispersion. Targeted setting of the type and composition of the raw material suspension / dispersion as well as the type and intensity of mixing can advantageously influence the ongoing reaction and thus the neutral ammonium citrate solubility of the phosphate, but also other fertilizer properties.
Der Rohstoffsuspension/-dispersion können vor während oder nach der Inkubationszeit, vor während oder nach der Schwermetallabreicherung und/oder vor oder während der Granulation bzw. Extrusion weitere Komponenten zugegeben werden. Weitere Komponenten sind hier allgemein solche Stoffe, die die Prozessführung und/oder die Eigenschaften der Düngegranulate verbessern können, so beispielsweise nährstoffhaltige Komponenten, Dispergier- und Entschäumungsmittel, Strukturstoffe, Mittel zur pH-Werteinstellung, Urease-Hemmer, Ammonium-Stabilisatoren, Huminsäure, organische Säuren und/oder Wasser. Further components can be added to the raw material suspension / dispersion before, during or after the incubation period, before during or after the heavy metal depletion and / or before or during the granulation or extrusion. Further components here are generally those substances that can improve the process control and / or the properties of the fertilizer granulates, for example nutrient-containing components, dispersants and defoamers, structural substances, pH adjustment agents, urease inhibitors, ammonium stabilizers, humic acid, organic Acids and / or water.
So werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens eine oder mehrere nährstoffhaltige Komponente(n) als weitere Komponenten zugegeben. Nährstoffhaltige Komponenten sind im Sinne der Erfindung vorzugsweise Stoffe, die das Nährstoffangebot für die angebauten Pflanzen liefern oder ergänzen, um das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen zu steuern beziehungsweise zu unter-stützen. Die nährstoffhaltigen Komponenten beinhalten beispielsweise Stickstoff (N), Phosphat (P), Kalium (K), Magnesium (Mg), Schwefel (S), lebensnotwendige Spuren elemente einzeln oder in Kombination. Beispielsweise durch die Möglichkeit zur Zu-gabe von nährstoffhaltigen Komponenten kann die Nährstoffzusammensetzung im Düngergranulat besonders genau an die boden- und/oder pflanzenspezifischen Bedürfnisse angepasst werden. Zudem kann dadurch auch die typische Schwankungs-breite der Zusammensetzung des anorganischen Sekundärphosphates kompensiert werden, um so eine gleichmäßige Düngerqualität sicherzustellen. Thus, in a preferred embodiment of the invention, at least one or more nutrient-containing component (s) are added as further components. For the purposes of the invention, nutrient-containing components are preferably substances that supply or supplement the nutrient supply for the cultivated plants in order to control or support the growth and development of the plants. The nutrient-containing components include nitrogen (N), phosphate (P), potassium (K), magnesium (Mg), sulfur (S), essential trace elements individually or in combination. For example, through the possibility of adding nutrient-containing components, the nutrient composition in the fertilizer granulate can be adapted particularly precisely to the needs of the soil and / or plants. In addition, the typical fluctuation range of the composition of the inorganic secondary phosphate can be compensated for in order to ensure a uniform fertilizer quality.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zusätzliche Phosphatträger, zum Beispiel Ammoniumphosphat, Kaliumphosphat, Kristallisations-produkte aus der Phosphorelimination, wie Struvit, Brushit oder hydroxylapatitähnliche Ca-P-Phase, in einer Menge zugegeben, dass dadurch ein Düngergranulat mit einem Gesamt-P205-Gehalt von größer als 35 %, besonders bevorzugt größer als 40 % und einem neutral-ammoniumcitratlöslichen Phosphatanteil davon von größer als 80 %, besonders bevorzugt von größer als 90 % resultiert. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Kristallisationsprodukte aus der Phosphorelimination, wie Struvit, Brushit oder hydroxylapatitähnliche Ca-P-Phase, in einem Bereich von 1 bis 70 %, bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate, so zugegeben, dass dadurch ein Nährstoffgranulat mit einem Gesamt-P205-Gehalt von größer als 15 %, einem neutral ammoniumcitratlöslichen Phosphatanteil von größer 60% davon und einer Wasserlöslichkeit von kleiner als 30%, ebenfalls bezogen auf dem Gesamt-P205-Gehalt resultiert. In einer ganz besonderen Ausführungsform der Erfindung werden Kristallisationsprodukte aus der Phosphorelimination im Bereich von 10 bis 40 %, bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate, zugegeben, wobei Nährstoffgranulate mit einem Gesamt-P205-Gehalt von größer als 15 %, mit einem neutral ammoniumcitratlöslichen Phosphatanteil davon, bezogen auf Gesamt-P205, von größer als 85 % und einem wasserlöslichen Phosphatanteil, bezogen auf Gesamt-P205), von kleiner als 20 % jeweils auf die Zusammensetzung des Nährstoffgranulates bezogen resultieren. In a particularly preferred embodiment of the invention, additional phosphate carriers, for example ammonium phosphate, potassium phosphate, crystallization products from phosphorus elimination, such as struvite, brushite or hydroxylapatite-like Ca-P phase, are added in such an amount that a fertilizer granulate with a total P205 Content of greater than 35%, particularly preferably greater than 40% and a neutral ammonium citrate-soluble phosphate fraction thereof of greater than 80%, particularly preferably greater than 90%. In another preferred embodiment of the invention, crystallization products from phosphorus elimination, such as struvite, brushite or hydroxylapatite-like Ca-P phase, are added in a range from 1 to 70%, based on the finished pedosphere-improving granules, so that nutrient granules with a Total P205 content of more than 15%, a neutral ammonium citrate-soluble phosphate content of more than 60% thereof and a water solubility of less than 30%, also based on the total P205 content. In a very special embodiment of the invention, crystallization products from phosphorus elimination in the range of 10 to 40%, based on the finished pedosphere-improving granules, are added, nutrient granules with a total P205 content of greater than 15%, with a neutral ammonium citrate-soluble phosphate content thereof , based on total P205, of greater than 85% and a water-soluble phosphate content, based on total P205), of less than 20%, based on the composition of the nutrient granules.
Als weitere Komponenten können ein oder mehrere Strukturstoff(e) eingesetzt werden, so beispielsweise Torf, Humus, Pyrolysesubstrate aus Biomasse, Biokohle aus der Hydrothermale Carbonisierung (HTC), aber auch Klärschlämme, Gärreste, Gülle, Tierausscheidungen, Tier- und/oder Fischmehl. Der Begriff „Gärrest" beschreibt im Sinne der Erfindung den flüssigen und/oder festen Rückstand, der bei der Vergärung von Biomasse zurückbleibt. Der Begriff„Gülle" beschreibt im Sinne der Erfindung bevorzugt ein Gemisch aus Kot und Harn von landwirtschaftlichen Nutztieren in Kombi nation mit Einstreu mit wechselndem Wassergehalt. Je nach Art und Konzentration dieses oder dieser Strukturstoff(e) kann die Düngewirkung eingestellt und/oder eine bodenverbessernde Wirkung beim Einsatz der Düngergranulate erzielt werden. Die Düngewirkung wird vorzugsweise dadurch beeinflusst, dass durch das Zufügen des Strukturstoffs die Struktureigenschaften des erzeugten Düngergranulates und damit dessen Eigenschaften, wie beispielsweise die Porosität, Größe der Poren, die Festigkeit und/oder Löslichkeit, eingestellt werden können. Dadurch kann beispielsweise die Nährstofffreisetzung gezielt an das Pflanzenwachstum und den zeitlich abhängigen Nährstoffbedarf der Pflanze angepasst werden. Auch eine gezielte Bodenverbesserung kann durch das Zufügen eines Strukturstoffs in dem Düngegranulat erreicht wer-den, wenn der Strukturstoff beispielsweise zu einer Humusbildung, zur Verbesserung der Bodenstruktur und/oder zu einer Verbesserung des Luft- und/oder Wasserhaus-halts des Bodens bei Anwendung der Düngemittel in der Landwirtschaft führt. Dies kann beispielsweise das Wurzelwachstum fördern, das Bodenleben aktivieren und/oder die Pflanzenvitalität gegen Stresssituationen stimulieren. One or more structural substance (s) can be used as further components, for example peat, humus, pyrolysis substrates from biomass, biochar from hydrothermal sources Carbonization (HTC), but also sewage sludge, digestate, liquid manure, animal excrement, animal and / or fish meal. The term "digestate" describes in the context of the invention the liquid and / or solid residue that remains during the fermentation of biomass. In the context of the invention, the term "liquid manure" preferably describes a mixture of manure and urine from farm animals in combination with Litter with changing water content. Depending on the type and concentration of this or these structural substance (s), the fertilizing effect can be adjusted and / or a soil-improving effect can be achieved when using the fertilizer granules. The fertilizing effect is preferably influenced by the fact that the structural properties of the fertilizer granulate produced and thus its properties, such as the porosity, size of the pores, strength and / or solubility, can be adjusted by adding the structural substance. In this way, for example, the nutrient release can be specifically adapted to the plant growth and the time-dependent nutrient requirement of the plant. Targeted soil improvement can also be achieved by adding a structural substance to the fertilizer granulate if the structural substance is used, for example, to form humus, to improve the soil structure and / or to improve the air and / or water balance of the soil when using the Fertilizers in agriculture leads. This can, for example, promote root growth, activate soil life and / or stimulate plant vitality against stressful situations.
Es ist in einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass in Summe zwischen 5 bis 50 % Strukturstoff bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate zugegeben werden, da überraschenderweise festgestellt wurde, dass in diesem Konzentrationsbereich insbesondere die Humusbildung sehr stark gefördert und dadurch eine besonders gute Boden- und Strukturverbesserung bewirkt wird. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass das gebildete Granulat einen Kohlenstoffanteil von größer 5 bis 25 % aufweist, da unerwartet festgestellt wurde, dass gerade in diesem Bereich des Kohlenstoffanteils zusätzlich zu der Humusbildung insbesondere der Luft- und Wasserhaushalt des Bodens besonders günstig für das Wachstum von beispielsweise Wintergerste und Mais eingestellt werden kann. In one embodiment of the invention, it is preferred that a total of between 5 to 50% structure substance based on the finished pedosphere-improving granulate is added, since it was surprisingly found that in this concentration range, in particular, the formation of humus is very strongly promoted and therefore particularly good soil and soil Structural improvement is effected. It is very particularly preferred that the granules formed have a carbon content of greater than 5 to 25%, since it was unexpectedly found that in this area of the carbon content, in addition to the formation of humus, the air and water balance of the soil in particular is particularly favorable for the growth of for example winter barley and corn can be adjusted.
Die Düngewirkung wird vorzugsweise dadurch beeinflusst, dass durch das Zufügen des Strukturstoffs die Struktureigenschaften des erzeugten pedosphärenverbessernden Granulates und damit dessen Eigenschaften, wie beispielsweise die Porosität, Größe der Poren, die Festigkeit oder Löslichkeit eingestellt werden. Dadurch können beispielsweise die Nährstofffreisetzung gezielt an das Pflanzenwachstum und den zeitlich abhängigen Nährstoffbedarf der Pflanze angepasst werden kann. Deshalb wird in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen 0,1 % bis 5 % Strukturstoff zugegeben. Durch diese verhältnismäßig geringe Konzentration können besonders viele Nährstoffkomponenten im Düngemittel integriert werden, wodurch die Düngewirkung der Granulate in diesem Ausführungsbeispiel grundsätzlich wesentlich verstärkt. Festgestellt wurde nun aber überraschenderweise, dass gerade der Anteil an Strukturstoff in diesem Bereich zu einer Porenstruktur führt, die die Löslichkeit dieser Nährstoffkomponenten sehr begünstigt. Dadurch sind die Nährstoffe wesentlich besser pflanzenverfügbar. Besonders bevorzugt ist dabei ein Anteil an Strukturstoff von 1 - 3,0 %, da gerade in diesem Bereich eine gute Porosität für eine gute Löslichkeit gegeben und zusätzlich in diesem Konzentrationsbereich eine besonders gute Verteilung kleiner Poren in der Grundstruktur gegeben sind, woraus vorteilhafterweise eine besonders hohe Festigkeit resultiert. The fertilizing effect is preferably influenced by the fact that the structural properties of the generated pedosphere-improving granulate and thus its properties, such as the porosity, size of the pores, strength or solubility, are set by adding the structural substance. In this way, for example, the nutrient release can be specifically adapted to the plant growth and the time-dependent nutrient requirement of the plant. Therefore, in another preferred embodiment of the invention, between 0.1% to 5% structural substance is added. As a result of this relatively low concentration, a particularly large number of nutrient components can be integrated in the fertilizer, whereby the fertilizing effect of the granules in this exemplary embodiment is fundamentally reinforced. Surprisingly, however, it has now been found that it is precisely the proportion of structural substance in this area that leads to a pore structure which greatly enhances the solubility of these nutrient components. This means that the nutrients are much more readily available to the plants. A proportion of structural substance of 1-3.0% is particularly preferred, since it is precisely in this area that there is good porosity for good solubility and, in addition, there is a particularly good distribution of small pores in the basic structure in this concentration range, from which advantageously a particularly high strength results.
Sollen als Strukturstoffe Reststoffe, wie beispielsweise insbesondere Klärschlamm, eingesetzt werden, so besteht grundsätzlich Kontaminationsgefahr und die Gefahr der Verbreitung von Krankheitserreger und damit die Möglichkeit, dass Krankheitserreger über Nahrung und Futtermittel zu Mensch und Tier gelangen und diese damit gefährden. Deshalb wird bei Einsatz von einem oder mehreren Reststoffen als Strukturstoff in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Hygienisierungsschritt zur Unterbrechung von Infektionskreisläufen durch Abtötung von Krankheitserregern, Bakterien etc. in das vorgeschlagene Verfahren integriert. Zur Hygienisierung stehen Verfahren, wie beispielsweise das Zumischen von chemischen oder bakterientöten-den Agenzien, eine Hygienisierung durch eine extreme pH-Wert-Verschiebung, beispielsweise durch Zugabe von gebranntem Kalk oder Kalkhydrat, oder eine thermische Behandlung zur Verfügung. Ein solcher Verfahrensschritt zur Hygienisierung des oder der kritischen Reststoffe kann an geeigneter Stelle im Verfahren durchgeführt werden. So kann eine solche Hygienisierung der Reststoffe vor der Zugabe des Reststoffs als Strukturstoff zur Rohstoffsuspension/-dispersion erfolgen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Reststoff, wie beispielsweise Klärschlamm, mit gebranntem Kalk zunächst separat gemischt und das Gemisch nach ausreichend langer Einwirkzeit der Rohstoffsuspension/-dispersion zugegebenen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Hygienisierung nach Zugabe des kritischen Reststoffs als Strukturstoff zu der Rohstoffsuspension/-dispersion durch eine thermische Behandlung von mindestens 10 Minuten, bevorzugt länger als 20 Minuten und oberhalb 60 °C, besonders bevorzugt oberhalb 75 °C. Durch diese Temperatureinwirkung werden die Pathogene vorteilhafterweise weitgehend abgetötet. Die thermische Behandlung der kritischen Reststoffe kann in dieser Ausführungsform der Erfindung beispielsweise im Prozessschritt a) und/oder d) erfolgen, zum Beispiel indem die Rohstoffsuspension/-dispersion aufgeheizt wird oder sich durch exotherme Reaktionen selbst erwärmt. If residual materials, such as sewage sludge in particular, are to be used as structural materials, there is a fundamental risk of contamination and the risk of spreading pathogens and thus the possibility that pathogens can reach humans and animals via food and feed and thus endanger them. Therefore, when using one or more residual materials as structural material, in a preferred embodiment of the invention, a sanitation step is used Interruption of infection cycles by killing pathogens, bacteria etc. integrated into the proposed method. Methods such as adding chemical or bacteria-killing agents, hygienizing through an extreme pH shift, for example by adding quick lime or hydrated lime, or thermal treatment are available for sanitation. Such a process step for sanitizing the critical residue (s) can be carried out at a suitable point in the process. Such a sanitization of the residues can take place before the addition of the residues as structural material to the raw material suspension / dispersion. In this way, for example, a residual material, such as sewage sludge, can first be mixed separately with quicklime and the mixture can be added to the raw material suspension / dispersion after a sufficiently long exposure time. In a particularly preferred embodiment of the invention, after the critical residue has been added as a structural substance to the raw material suspension / dispersion, the sanitization takes place by a thermal treatment of at least 10 minutes, preferably longer than 20 minutes and above 60 ° C, particularly preferably above 75 ° C. This temperature action advantageously largely kills the pathogens. In this embodiment of the invention, the thermal treatment of the critical residues can take place, for example, in process step a) and / or d), for example by heating the raw material suspension / dispersion or heating itself up through exothermic reactions.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Huminsäure und/oder Fulvosäure und/oder deren Salze (Humate, Fulvate) zugegeben. Diese Stoffe haben vorteilhafterweise wachstumsfördernde Eigenschaften. So wird die Nährstoffaufnahmekapazität der Wurzel wesentlich erhöht und regt somit das Wachstum an. Durch ihre Zugabe werden das Pflanzenwachstum und die Zellbildung gefördert. Sie stimulieren die Zellmembranen sowie die Stoffwechselaktivitäten und erhöhen dadurch die Keimraten. Auch werden wichtige Pflanzenenzyme besonders gut angeregt. Die kräftige Wurzelausbildung unterstützt die Nährstoffaufnahmekapazität. Die so gestärkten Pflanzen sind deutlich weniger anfällig gegen Krankheiten. Durch die Zugabe dieser Stoffe kann die P-Aufnahme der Pflanzen erhöht werden, da es die P-Adsorption des Bodens blockiert und durch Komplexierung von Ca, AI, Fe das Ausfällen von P in schwerlösliche Verbindungen verhindert. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch Zugabe dieser Stoffe in einem Bereich von 0,1 - 25 % (bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate) eine deutliche Steigerung des pflanzen-verfügbaren Phosphats im Boden und damit eine erhöhte P-Aufnahme der Pflanzen resultieren. Besonders bevorzugt ist die Zugabe dieser Stoffe in einem Anteil zwischen 0,1 bis 10 % (bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate), da bereits in diesem Mengenbereich eine erhebliche Steigerung der Düngewirkung erreicht wird und folglich die notwendige Düngermenge entsprechend um bis zu 40 % reduziert werden kann. Ganz besonders ist die Zugabe dieser Stoffe in einem Mengenbereich von 0,1 - 5 % (bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate), da in diesem Bereich ein besonders günstiges wirtschaftliches Verhältnis zwischen den Kosten für diese Stoffe und den resultierenden verbesserten Eigenschaften resultiert. In a preferred embodiment of the invention, humic acid and / or fulvic acid and / or salts thereof (humates, fulvates) are added. These substances advantageously have growth-promoting properties. This significantly increases the nutrient absorption capacity of the roots and thus stimulates growth. Their addition promotes plant growth and cell formation. They stimulate the cell membranes as well as the metabolic activities and thereby increase the germination rate. Important plant enzymes are also particularly well stimulated. The strong root formation supports the nutrient absorption capacity. The plants strengthened in this way are significantly less susceptible to disease. The addition of these substances can increase the plants' P uptake, as it blocks the P adsorption in the soil and, by complexing Ca, Al, Fe, prevents P from precipitating into poorly soluble compounds. Surprisingly, it was found that adding these substances in a range of 0.1-25% (based on the finished pedosphere-improving granulate) results in a significant increase in the phosphate available to plants in the soil and thus an increased P uptake by the plants. It is particularly preferred to add these substances in a proportion between 0.1 to 10% (based on the finished pedosphere-improving granulate), since a considerable increase in the fertilizing effect is achieved even in this quantity range and consequently the necessary amount of fertilizer is reduced by up to 40% can be. The addition of these substances in a quantity range of 0.1-5% (based on the finished pedosphere-improving granulate) is very special, since in this area a particularly favorable economic relationship between the costs of these substances and the resulting improved properties results.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden organische Säure in fester und/oder flüssiger Form zugegeben. Organische Säuren sind beispielsweise Ascorbinsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Gluconsäure, Äpfelsäure, Bernsteinsäure, Oxalsäure, Weinsäure und Zitronensäure. Organische Säuren spielen bei der Phosphataufnahme der Pflanzen aus dem Boden eine wesentliche Rolle. Insbesondere durch das Vorhandensein von organischen Säuren am Wurzelwerk können die Pflanzen ausreichend Phosphat aufnehmen, wobei typischerweise Mikroorganismen diese organischen Säuren im Ökosystem bilden. Überraschenderweise wurde nun festgestellt, dass die Phosphataufnahme der Pflanzen erhöht wird, wenn im zugeführten Düngergranulat bereits anteilig In a further preferred embodiment of the invention, organic acids are added in solid and / or liquid form. Organic acids are, for example, ascorbic acid, acetic acid, formic acid, gluconic acid, malic acid, succinic acid, oxalic acid, tartaric acid and citric acid. Organic acids play an essential role in the absorption of phosphate by plants from the soil. In particular, the presence of organic acids on the roots means that the plants can absorb sufficient phosphate, whereby microorganisms typically form these organic acids in the ecosystem. Surprisingly, it has now been found that the phosphate uptake of the plants is increased if it is already proportionately in the fertilizer granules supplied
TI eine oder mehrere organische Säuren bevorzugt in Summe in einem Bereich von 0,1 bis 30 % (bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate) integriert sind. Vermutet wird, dass diese mit zu geführten organischen Säuren dadurch vorzugsweise direkt eine vergleichbare Funktion im Wurzelbereich der Pflanze übernehmen, ohne dass diese organischen Säuren erst durch Mikroorganismen erzeugt werden müssen. Bevorzugt sind Zitronensäure, Oxalsäure und/oder Weinsäure einzeln oder in Kombination eingesetzt, da diese organischen Säuren verhältnismäßig kostengünstig und in ausreichenden Mengen verfügbar sind. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Zitronensäure, Oxalsäure und Weinsäure einzeln oder in Kombination in einem Mengenbereich 0,1 % bis 10 % (bezogen auf das fertige pedosphärenverbessernde Granulate), da die aufnahmeverbessernde Wirkung dieser Säuren im Verhältnis zu den Rohstoffkosten hier besonders günstig ist. Die aufgeführten Anteile an organischen Säuren im Düngegranulat können dabei entweder wie zusätzlich als weitere Komponente zugegeben werden und/oder bei Einsatz organischer Säuren als Reaktionsmittel nach der Reaktion (zumindest anteilig weiter in diesem Mengenbereich) vorliegen und so in das Düngergranulat überführt werden. TI one or more organic acids are preferably integrated in total in a range from 0.1 to 30% (based on the finished pedosphere-improving granules). It is presumed that these, along with the organic acids that are fed in, preferably take on a comparable function in the root area of the plant without these organic acids first having to be generated by microorganisms. Citric acid, oxalic acid and / or tartaric acid are preferably used individually or in combination, since these organic acids are relatively inexpensive and available in sufficient quantities. The use of citric acid, oxalic acid and tartaric acid individually or in combination in a quantity range 0.1% to 10% (based on the finished pedosphere-improving granules) is particularly preferred, since the absorption-improving effect of these acids is particularly favorable in relation to the raw material costs. The listed proportions of organic acids in the fertilizer granulate can either be added as an additional component and / or, if organic acids are used as reactants, after the reaction (at least proportionally further in this quantity range) and thus transferred to the fertilizer granulate.
Es können auch Entschäumungs- und Dispergiermittel als weitere Komponenten zugegebenen werden. Entschäumungsmittel sind beispielsweise dann von Vorteil, wenn bei der Zusammenführung einzelner Stoffe, zum Beispiel beim Herstellen der Grund-dispersion, eine starke gasbildende Reaktion einsetzt oder sich ein Schaum ausbildet. Durch das Dispergiermittel kann beispielsweise die Viskosität eingestellt werden. Defoaming agents and dispersants can also be added as additional components. Defoaming agents are advantageous, for example, when a strong gas-forming reaction sets in or a foam forms when individual substances are brought together, for example when producing the basic dispersion. The viscosity can, for example, be adjusted by the dispersant.
Auch können Mittel zur pH-Wert-Einstellung, so beispielsweise Laugen, Hydroxide, basische Salze, Ammoniak oder gebrannter Kalk, als weitere Komponenten zugefügt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der pH-Wert der schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension/-dispersion nach der Schwermetallabtrennung bzw. der erdfeuchten Mischung vor oder während der Granulation bzw. der Extrusion in den Bereich zwischen 4 bis 11 eingestellt. Dadurch können beispielsweise noch vorhandene Säurereste, beispielsweise bei Einsatz von Säuren, neutralisiert werden. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird der pH-Wert der schwermetallabgereicherten Rohstoffsuspension/-dispersion bzw. der erdfeuchten Mischung vor oder während der Granulation bzw. Extrusion in dem Bereich zwischen 6 bis 8 eingestellt. Daraus resultieren schwermetallabgereicherte Düngemittel deren pH-Wert weitgehend neutral ist. Agents for adjusting the pH value, such as alkalis, hydroxides, basic salts, ammonia or quick lime, can also be added as further components. In a preferred embodiment, the pH of the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion is set in the range between 4 and 11 after the heavy metal separation or the earth-moist mixture before or during the granulation or extrusion. In this way, for example, remaining acid residues, for example when using acids, can be neutralized. In a particularly preferred embodiment, the pH of the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion or the earth-moist mixture is set in the range between 6 to 8 before or during the granulation or extrusion. This results in fertilizers that are depleted of heavy metals and whose pH value is largely neutral.
Die eingesetzten Stoffe, wie anorganisches Sekundärphosphat, weitere Komponenten, können einzeln, oder in Kombination oder die gesamte Rohstoffsuspension/-dispersion gemahlen zugegeben werden. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die vorliegende Partikel- oder Aggregatgröße einzelner oder mehrerer Einsatzstoffe nicht aus-reichend fein genug ist, um beispielsweise eine ausreichende Homogenität zu erreichen oder es dadurch zu prozesstechnischen Schwierigkeiten, beispielsweise Verstopfung von Düsen, kommen kann. Durch die Reduzierung der Partikel- bzw. Aggregatgröße kann dies vorteilhafterweise verbessertet werden. Auch kann die Löslichkeit von Stoffen oder beinhalteten Verbindungen verbessert werden, so beispielsweise die Löslichkeit phosphathaltiger Aschen oder Schlacken. Auch kann eine Vermahlung der Rohstoffsuspension/- dispersion erforderlich sein, wenn sich durch Reaktion innerhalb der Rohstoffsuspension/-dispersion Agglomerate, Aggregate oder Fällungsprodukte bilden, die den weiteren Prozessablauf, zum Beispiel das Fördern oder Pumpen oder Verdüsen, stören. Je nach Art des zu vermahlenden Stoffes und der gewünschten Korngröße und Korngrößenverteilung können unterschiedliche Trocken- oder Nassmahl- Technologien mit oder ohne Mahlhilfen eingesetzt werden. Die zur Trocken- oder Nassmahlung verwendete Aggregate können beispielsweise Kugelmühlen, Stiftmühlen, Strahlmühle, Perlmühlen, Rührwerkskugelmühlen, Hochleistungsdispergierer und/oder Hochdruckhomogenisatoren sein. Die Reihenfolge der Zugabe der weiteren Komponenten kann dabei je nach Erfordernis der Prozessführung und/oder der eventuell gewünschten Reaktionsabfolge erfolgen. So können alle weiteren Komponenten an einer Verfahrensstelle, zum Beispiel nach der Inkubationszeit vor der Schwermetallabreicherung gemeinsam oder zeitlich aufeinanderfolgend zugegeben werden. Auch können die weiteren Komponenten an verschiedenen Verfahrensstellen zugegeben werden. The substances used, such as inorganic secondary phosphate and other components, can be added individually or in combination or the entire raw material suspension / dispersion can be ground. This is advantageous, for example, if the existing particle or aggregate size of individual or several starting materials is not sufficiently fine enough to achieve sufficient homogeneity, for example, or this can lead to process-related difficulties, for example clogging of nozzles. This can advantageously be improved by reducing the particle or aggregate size. The solubility of substances or the compounds they contain can also be improved, for example the solubility of phosphate-containing ashes or slags. It may also be necessary to grind the raw material suspension / dispersion if agglomerates, aggregates or precipitation products form due to a reaction within the raw material suspension / dispersion, which interfere with the further process sequence, for example conveying or pumping or atomizing. Depending on the type of material to be ground and the desired grain size and grain size distribution, different dry or wet grinding technologies with or without grinding aids can be used. The aggregates used for dry or wet milling can be, for example, ball mills, pin mills, jet mills, bead mills, agitator ball mills, high-performance dispersers and / or high-pressure homogenizers. The order in which the further components are added can be carried out depending on the requirements of the process management and / or the possibly desired reaction sequence. All other components can be added together or sequentially at one point in the process, for example after the incubation period before the heavy metal depletion. The other components can also be added at various points in the process.
Die Zugabe kann dabei zu der bereits erzeugten Dispersion aus mindestens einem anorganischen Sekundärrohstoff und mindestens einem Reaktionsmittel und/oder aber auch während der Erzeugung dieser Dispersion zugegebenen werden. Bevorzugt ist dabei auch, dass alle oder ein Teil der weiteren Komponenten vorgelegt werden und erst dazu die Dispersion aus mindestens einem anorganischen Sekundärphosphat und mindestens einem Reaktions-mittel oder die Komponenten zur Bildung dieser Dispersion zugeführt wird. The addition can be added to the dispersion already produced from at least one inorganic secondary raw material and at least one reactant and / or also during the production of this dispersion. It is also preferred that all or some of the further components are initially taken and only for this purpose the dispersion of at least one inorganic secondary phosphate and at least one reactant or the components for forming this dispersion is added.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden alle oder ein Teil der weiteren Komponenten nach der Schwermetallabreicherung zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass zum einen die weiteren Komponenten zunächst nicht die Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel beeinflussen. Zum anderen beeinflussen diese weiteren Komponenten auch nicht die Schwermetallabreicherung und vereinfachen die Schwermetallabreicherung. Eine Zuführung von weiteren Komponenten kann in dieser Ausführungsform bei der Überführung der Rohstoffsuspension/-dispersion von der Schwermetallabreicherung zu einem Mischgerät erfolgen. Das Mischgerät kann beispielsweise ein Mischbehälter mit Rührwerk, Wälzmischer, der vorzugsweise auch als Fall-, Trommel- oder Rotationsmischer bezeichnet wird, Schermischer, Zwangsmischer, Pflugscharmischer, Planeten-Mischkneter, Z-Kneter, Sigma-Kneter, Fluidmischer oder Intensivmischer sein. Die Auswahl des geeigneten Mischers hängt insbesondere von der Rieselfähigkeit und von den Kohäsionskräften des Mischgutes ab. In a preferred embodiment of the invention, all or some of the further components are added after the heavy metal depletion. This has the advantage that, on the one hand, the other components initially do not affect the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant. On the other hand, these additional components also do not influence the heavy metal depletion and simplify the heavy metal depletion. In this embodiment, further components can be added when the raw material suspension / dispersion is transferred from the heavy metal depletion facility to a mixer. The mixing device can be, for example, a mixing container with agitator, roller mixer, which is preferably also referred to as a falling, drum or rotary mixer, shear mixer, compulsory mixer, ploughshare mixer, planetary mixer, Z mixer, Sigma mixer, fluid mixer or intensive mixer. The selection of the suitable mixer depends in particular on the flowability and the cohesive forces of the material to be mixed.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zunächst die erfindungsgemäße Rohstoffsuspension erzeugt, die elektrochemische Schwermetallabreicherung und anschließend eine Fest/Flüssig- Trennung durchgeführt. Anschließend wird der in der Fest/Flüssig-Trennung abgetrennte feuchte Feststoff in eine Mahltrocknungseinheit gegeben. Durch Flinzufügen von weiteren Komponenten zum feuchten Feststoff nach der Fest/Flüssig-Trennung und/oder in der Mahltrocknungseinheit wird die gewünschte Zusammensetzung, insbesondere die Nährstoffzusammensetzung der Rohstoffdispersion eingestellt. In der Mahltrocknungseinheit wird der feuchte Feststoff mit den weiteren Komponenten gemeinsam vermahlen und gleichzeitig die Feuchte soweit reduziert, dass das resultierende Gemisch eine für den anschließenden Granulationsprozess geeignete Restfeuchte aufweist. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch die Vermahlung zum einen der Filterkuchen desagglomeriert wird. Zum anderen können weitere Komponenten zugeführt werden, die körnig oder stückig sind, wobei diese durch die Vermahlung eine Pulverform überführt werden, was die Granulierungseigenschaften erheblich verbessert und den Einsatz solcher Stoffe erst ermöglicht. Zudem werden feuchter Feststoff und die weiteren Komponenten durch die gemeinsame Vermahlung intensiv homogenisiert und durch die teilweise Trocknung der enthaltenen Restfeuchte kann zielgenau die Restfeuchte der Mischung eingestellt werden. Diese Möglichkeit der Zwischentrocknung vereinfacht die Prozessführung und erhöht die Prozessstabilität. In a preferred embodiment, the raw material suspension according to the invention is first produced, the electrochemical heavy metal depletion and then a solid / liquid separation carried out. The moist solid separated in the solid / liquid separation is then placed in a mill-drying unit. The desired composition, in particular the nutrient composition of the raw material dispersion, is set by adding further components to the moist solid after the solid / liquid separation and / or in the mill-drying unit. In the mill-drying unit, the moist solid is ground together with the other components and at the same time the moisture is reduced to such an extent that the resulting mixture has a residual moisture that is suitable for the subsequent granulation process. The advantage of this embodiment is that on the one hand the filter cake is deagglomerated by the grinding. On the other hand, further components can be added, which are granular or lumpy, whereby these are converted into a powder form by the grinding, which considerably improves the granulation properties and enables the use of such substances in the first place. In addition, the moist solids and the other components are intensively homogenized by the joint grinding and the residual moisture of the mixture can be precisely adjusted through the partial drying of the residual moisture contained. This possibility of intermediate drying simplifies process management and increases process stability.
Granulation/Extrusion der schwermetallabgereicherten RohstoffsuspensionZ-dispersion Granulation / extrusion of the heavy metal-depleted raw material suspension Z-dispersion
Die schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension/-dispersion wird erfindungsgemäß in ein schwermetallabgereichertes Düngergranulat durch Granulation oder Extrusion überführt. Die Granulierung bzw. Extrusion kann vorzugsweise während des Zumischens weitere Komponenten und/oder daran anschließend erfolgen, beispielsweise im gleichen Mischgerät oder in einer separaten Granulier- bzw. Extrusionseinheit, die beispielsweise von Pelletier- oder Granuliertellern, Granuliertrommel, Wirbelschichtgranulierer, Sprühgranulierer oder Extruder gebildet wird. According to the invention, the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion is converted into a heavy-metal-depleted fertilizer granulate by granulation or extrusion. The granulation or extrusion can preferably take place during the admixing of further components and / or afterwards, for example in the same mixer or in a separate granulating or extrusion unit, which is formed for example by pelletizing or granulating plates, granulating drums, fluidized bed granulators, spray granulators or extruders .
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Anteil der flüssigen Phase bzw. der Feuchte der schwermetallabgereicherten Rohstoffsuspension/-dispersion erheblichen Einfluss auf die ablaufenden Reaktionen, die Art der Granulation, die Produktqualität und/oder die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hat. Der Gesamtanteil der flüssigen Phase bzw. der Feuchte vor der Granulation und/oder Extrusion kann dabei beispielsweise über die Prozessführung der vorangegangenen Schritte, gegebenenfalls eine teilweise Abtrennung der flüssigen Phase durch eine Fest/Flüssig-Trennung und die Art und Menge der zugeführten flüssigen, feuchten oder trockenen Komponenten eingestellt werden. Auch kann bei Bedarf eine teilweise Trocknung vor der Granulation erfolgen, um beispielsweise den Gesamtanteil der flüssigen Phase vor der Granulation und/oder Extrusion einzustellen. For the purposes of the invention, it is preferred that the proportion of the liquid phase or the moisture content of the heavy metal-depleted raw material suspension / dispersion has a significant influence on the reactions taking place, the type of granulation, the product quality and / or the economic viability of the process. The total proportion of the liquid phase or the moisture before the granulation and / or extrusion can be, for example, via the process control of the preceding steps, optionally a partial separation of the liquid phase by a solid / liquid separation and the type and amount of the liquid, moist or dry components. If necessary, partial drying can also take place before granulation, for example in order to adjust the total proportion of the liquid phase before granulation and / or extrusion.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist oder wird die Rohstoffdispersion vor der Granulation/Extrusion so eingestellt, dass sie eine Feuchte von kleiner als 30 %, bevorzugt kleiner als 25 % und besonders bevorzugt kleiner als 20 % enthält und damit einer erdfeuchten Mischung entspricht. Die bevorzugt erdfeuchte Mischung kann vorzugsweise direkt granuliert und/oder extrudiert werden. Zudem können verhältnismäßig kostengünstige Granulier- und/oder Extrusionsverfahren bzw. -technologien, wie beispielsweise Wälzmischer, Schermischer, Pflugscharmischer, Planeten-Mischkneter, Intensivmischer und/oder Extrusionsverfahren verwendet werden. Die zur Granulation erforderliche Klebeneigung kann bevorzugt auch durch unterschiedliche Stoffe, wie beispielsweise Bindemittel eingestellt werden. Diese können beispielsweise zusätzlich zugeführt werden. Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es, dass eine gute Rundheit der Granulatkörner in dem bevorzugten Granulatgrößenbereich erzielt wird und die Granuliertechnologie und die Prozesskosten günstig anzuwenden sind. In a preferred embodiment of the invention, the raw material dispersion is or will be adjusted before the granulation / extrusion so that it contains a moisture content of less than 30%, preferably less than 25% and particularly preferably less than 20% and thus corresponds to an earth-moist mixture. The preferably earth-moist mixture can preferably be granulated and / or extruded directly. In addition, relatively inexpensive granulation and / or extrusion processes or technologies, such as roller mixers, shear mixers, ploughshare mixers, planetary mixing kneaders, intensive mixers and / or extrusion processes, can be used. The tendency to stick required for granulation can preferably also be adjusted by different substances, such as binders. These can, for example, also be added. The advantage of this preferred embodiment of the invention is that a good roundness of the granules is achieved in the preferred granule size range and the granulation technology and the process costs can be used inexpensively.
So wird beispielsweise in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach der Schwermetallabreicherung ein Teil der flüssigen Phase durch eine Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt, die so im Flüssigphasenanteil reduzierte schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion wird anschließend mit gegebenenfalls weiteren Komponenten in einen Intensivmischer, zum Beispiel einem Intensivmischer Typ R Fa. Eirich, gegeben, wobei der Flüssigphasenanteil vorzugsweise so eingestellt und gegebenenfalls Bindemittel so zugegeben wird, dass durch die intensive mechanische Mischung ein Grüngranulat mit einer gewünschten Korngröße, bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm resultiert. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass Grüngranulat mindestens alle Komponenten des Düngegranulats umfasst, wobei das Grüngranulat vorzugsweise einen Flüssigphasenanteil, der im Sinne der Erfindung beispielsweise auch als„Feuchte" bezeichnet wird, wobei dieser Flüssigphasenanteil vorzugsweise durch eine Trocknung entfernt werden kann. For example, in a particularly preferred embodiment of the invention, after the heavy metal depletion, part of the liquid phase is separated by a solid-liquid separation, the heavy metal depleted raw material dispersion thus reduced in the liquid phase portion is then optionally further components in an intensive mixer, for example an intensive mixer type R Fa. Eirich, where the liquid phase content is preferably set and, if necessary, binder added so that the intensive mechanical mixing results in green granules with a desired grain size, preferably in a range from 1 to 10 mm, particularly preferably from 2 to 5 mm . It is preferred within the meaning of the invention that green granules comprise at least all components of the fertilizer granules, the green granules preferably having a liquid phase portion, which is also referred to as "moisture" in the context of the invention, this liquid phase portion preferably being able to be removed by drying.
In einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Granulation auf einem Pelletier- bzw. Granulierteller. Dazu werden nach der Schwermetallabreicherung ein Teil der flüssigen Phase durch eine Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt, die so im Flüssigphasenanteil reduzierte schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion wird anschließend mit gegebenenfalls weiteren Komponenten einem Pelletier- bzw. Granulierteller zugeführt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass eine flüssige Komponente, vorzugsweise in Kombination mit einem darin befindlichen oder separat zugeführten Bindemittel, auf die Rohstoffdispersion auf dem Granulierteller aufgesprüht wird. In einer bevorzugten Form der Erfindung ist die flüssige Komponente Wasser. Die zugeführte Rohstoffdispersion wird im Feuchtegehalt bzw. im Anteil der flüssigen Phase so zuvor eingestellt, dass durch die Zugabe der flüssigen Komponente und durch die Drehbewegung des Pelletier- bzw. Granuliertellers sich vorteilhafterweise die Grüngranulate formen, die bei und/oder nach der Granulation zur Ausbildung der Düngergranulate getrocknet werden können. Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist es, dass die Granulation und die notwendige Technologie besonders kostengünstig sind. Zudem ist diese einfache Granulationstechnologie wenig reparaturanfällig. In another particularly preferred embodiment of the invention, the granulation takes place on a pelletizing or granulating plate. For this purpose, after the heavy metal depletion, part of the liquid phase is separated by a solid-liquid separation, the heavy metal depleted raw material dispersion reduced in the liquid phase portion is then fed to a pelletizing or granulating plate with additional components if necessary. For the purposes of the invention, it is preferred that a liquid component, preferably in combination with a binder contained therein or separately supplied, is sprayed onto the raw material dispersion on the granulating plate. In a preferred form of the invention the liquid component is water. The supplied raw material dispersion is adjusted in terms of moisture content or the proportion of the liquid phase in advance so that the green granules that are formed during and / or after the granulation are advantageously formed by adding the liquid component and the rotating movement of the pelletizing or granulating plate the fertilizer granules can be dried. The advantage of this embodiment of the invention is that the granulation and the necessary technology are particularly inexpensive. In addition, this simple granulation technology is less susceptible to repair.
In einer anderen ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist oder wird die Rohstoffsuspension/-dispersion vor der Granulation so eingestellt, dass der Anteil der flüssigen Phase größer als 25 %, bevorzugt größer als 35 % ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Granulierung der schadstoffabgereicherten Rohstoffsuspension in einem Wirbelschicht- oder Strahlschichtreaktor, besonders bevorzugt durch Sprühgranulation oder Sprühagglomeration. Solche Apparate sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise durch Fa. Glatt mit der AGT- oder GF-Serie angeboten. Dazu wird die schadstoffabgereicherte Rohstoffsuspension einschließlich der gegebenenfalls zusätzlichen Komponenten einem Wirbelschichtreaktor zugeführt. Bei den zusätzlichen Komponenten kann es sich beispielsweise um nährstoffhaltige Komponenten, Dispergier- und Entschäumungsmittel, Mittel zur pFI-Werteinstellung und/oder Wasser handeln, die einzeln oder in Kombination zuvor zugeführt werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zuführung durch Einsprühen, beispielsweise durch Einsprühen über Düsen. Dazu ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Rohstoffsuspension pump- und sprühfähig ist. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass beispielsweise der Anteil an flüssiger Phase ausreichend hoch ist, beispielsweise dadurch, dass entsprechend notwendige Mengen an bevorzugt Wasser zugeführt werden. Flohe Mengen an flüssiger Phase begünstigen vorzugsweise die Stabilität und die Pumpfähigkeit der Rohstoffsuspension und vereinfachen damit den technischen Betrieb. Diese positiven Effekte sind insbesondere auf eine geringere Neigung zur Ausfällung, Kristallisation und/oder Gelbildung zurückzuführen, ohne darauf beschränkt zu sein. Da die zu erzeugenden Düngergranulate jedoch einen geringen Anteil an Flüssigphase bzw. eine Feuchte aufweisen sollen, die bevorzugt kleiner als 5 %, besonders bevorzugt kleiner als 2 % ist, ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die flüssige Phase beispielsweise bei der Granulation in dieser Ausführungsform entfernt wird. Besonders bevorzugt ist deshalb die Einstellung der flüssigen Phase in der Rohstoffsuspension in der Flöhe, dass sich aus der schadstoffabgereicherten Rohstoffsuspension 40 - 70 % Düngergranulat ganz besonders bevorzugt 45 - 60 % bilden. Eine Bildung von 40 - 70 % Düngergranulat aus der Rohstoffsuspension entspricht im Kontext der vorliegenden Erfindung einem Feststoffanteil in einem Bereich von 40 bis 70 % bzw. zwischen 40 und 70 %. Bei einem solchen Anteil von flüssiger Phase kann eine schadstoffabgereicherte Rohstoffsuspension vorteilhafterweise ausreichend stabil und pumpfähig eingestellt werden, wobei der energetische Aufwand zur Abtrennung der flüssigen Phase als akzeptabel zu bewerten ist, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die Fierstellung der Rohstoffsuspension kann in einem Rührbehälter oder Mischer erfolgen. Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform zur Granulation ist es, dass die Granulatgröße besonders gut einstellbar ist, die Granulate sehr homogen sind sowie eine besonders runde und kompakte Granulatform erzielt wird. Die erhaltenen Granulate lassen sich insbesondere gut handhaben und besonders einfach auf Felder zum Beispiel mit Streuvorrichtungen ausbringen. Durch die Kompaktheit der Granulatkörner entsteht wenig Staub und Abrieb, was ebenfalls für das Ausbringen durch zum Beispiel Streuvorrichtungen vorteilhaft ist. Trocknung / Fraktionierung der erzeugten schwermetallabgereicherten Düngergranulate In another likewise preferred embodiment of the invention, the raw material suspension / dispersion is or will be adjusted before the granulation in such a way that the proportion of the liquid phase is greater than 25%, preferably greater than 35%. In a particularly preferred embodiment of the invention, the granulation of the pollutant-depleted raw material suspension takes place in a fluidized bed or spouted bed reactor, particularly preferably by spray granulation or spray agglomeration. Apparatuses of this type are known to the person skilled in the art and are offered, for example, by Glatt with the AGT or GF series. For this purpose, the pollutant-depleted raw material suspension including any additional components is fed to a fluidized bed reactor. The additional components can be, for example, nutrient-containing components, dispersants and defoamers, agents for adjusting the pFI value and / or water, which can be added individually or in combination beforehand. In a particularly preferred embodiment of the invention, the feed takes place by spraying, for example by spraying through nozzles. For this purpose it is preferred within the meaning of the invention that the raw material suspension is pumpable and sprayable. This can preferably be achieved in that, for example, the proportion of liquid phase is sufficiently high, for example in that correspondingly necessary amounts of preferably water are supplied. Flea quantities of the liquid phase favor the stability and the pumpability of the raw material suspension and thus simplify the technical operation. These positive effects are due in particular to a lower tendency towards precipitation, crystallization and / or gel formation, without being limited thereto. However, since the fertilizer granules to be produced should have a low proportion of liquid phase or a moisture content that is preferably less than 5%, particularly preferably less than 2%, it is preferred in the context of the invention that the liquid phase, for example during granulation in this embodiment is removed. It is therefore particularly preferred to adjust the liquid phase in the raw material suspension in the fleas, so that 40-70% fertilizer granules form from the pollutant-depleted raw material suspension, very particularly preferably 45-60%. A formation of 40-70% fertilizer granulate from the raw material suspension corresponds in the context of the present invention to a solids content in a range from 40 to 70% or between 40 and 70%. With such a proportion of the liquid phase, a pollutant-depleted raw material suspension can advantageously be made sufficiently stable and pumpable, whereby the energetic expenditure for the separation of the liquid phase is to be assessed as acceptable, especially in comparison to conventional methods known from the prior art. The raw material suspension can be frozen in a stirred tank or mixer. The advantage of this preferred embodiment for granulation is that the granulate size can be adjusted particularly well, the granulates are very homogeneous and a particularly round and compact granulate shape is achieved. The granules obtained are particularly easy to handle and particularly easy to apply to fields, for example with spreading devices. The compactness of the granules results in little dust and abrasion, which is also advantageous for spreading using, for example, spreading devices. Drying / fractionation of the heavy metal-depleted fertilizer granules produced
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das schadstoffabgereicherte Düngergranulate eine geringe Feuchtigkeit, d.h. physikalisch gebundenes Wasser, aufweist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine Feuchtigkeit in einem Bereich von kleiner als 5 %, bevorzugt kleiner als 2 % liegt. Je nach Art der Granulation kann ein solcher Feuchtigkeitsbereich bereits bei der Granulation erzielt werden, insbesondere bei der Sprühagglomeration bzw. -granulation bei der die Granulation und/oder Trocknung weitgehend gleichzeitig ablaufen. It is preferred in the context of the invention that the pollutant-depleted fertilizer granules have a low level of moisture, i.e. physically bound water. In particular, it is preferred that a humidity is in a range of less than 5%, preferably less than 2%. Depending on the type of granulation, such a moisture range can already be achieved during the granulation, in particular during the spray agglomeration or granulation in which the granulation and / or drying take place largely simultaneously.
Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass die erzeugten schadstoffabgereicherten Granulate nach der Granulation und/oder Extrusion getrocknet oder zumindest zusätzlich nachgetrocknet werden. Dafür stehen unterschiedliche Trocknungstechnologien zur Verfügung, so beispielsweise Kontakttrockner, bei denen die zur Trocknung notwendige thermische Energie vorzugsweise durch den Kontakt mit Fleizflächen zugeführt wird, konvektive Trockner, bei denen die zur Trocknung notwendige thermische Energie vorzugsweise durch den Kontakt mit Fleißgas zugeführt wird oder Strahlungstrockner, bei denen die zur Trocknung notwendige thermische Energie vorzugsweise durch eine Strahlung mit einer definierten Frequenz zugeführt wird. Durch die Trocknung wird die vorhandene flüssige Phase, zum Beispiel das Wasser, im erforderlichen Maße abgetrennt. Vorzugsweise erfolgt durch die Trocknung auch ein Festigkeitsanstieg der Granulate, zum Beispiel indem sich bindende Phasen durch die Trocknung bilden oder beispielsweise indem ein Bindemittel dadurch seine Bindewirkung ausbildet. For the purposes of the invention, it can be preferred that the generated granules depleted of harmful substances are dried or at least additionally post-dried after the granulation and / or extrusion. Various drying technologies are available for this, such as contact dryers, in which the thermal energy required for drying is preferably supplied through contact with meat surfaces, convective dryers, in which the thermal energy required for drying is preferably supplied through contact with industrial gas, or radiation dryers, in which the thermal energy required for drying is preferably supplied by radiation with a defined frequency. The existing liquid phase, for example the water, is separated off to the required extent by the drying. The drying also preferably results in an increase in the strength of the granules, for example in that binding phases form as a result of the drying or, for example, in that a binder develops its binding effect as a result.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Trocknung durch Eigenwärme der erzeugten Granulate oder wird dadurch zumindest unterstützt. Die Eigenwärme erhalten die Granulate vorzugsweise durch Erwärmen. Beispielsweise kann eine Erwärmung der Granulate prozessbedingt durch den Granulations- und/oder Extrusionsprozess oder durch chemische Reaktion erfolgen. Wenn die Erwärmung der Granulate durch den Granulations- und/oder Extrusionsprozess erfolgt, ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Erwärmung durch Eintrag mechanischer Energie erfolgt, wobei die mechanische Energie vorzugsweise in Wärmeenergie umgewandelt wird. So liefern beispielsweise die Reaktion zwischen CaO und Säure und/oder Wasser oder die Reaktion zwischen Schwefelsäure und Wasser, insbesondere beim Verdünnen, exotherme Energie, die vorzugsweise zum Erwärmen der Rohstoffdispersion und/oder der geformten Granulate genutzt werden kann. In an advantageous embodiment of the invention, the drying takes place through the inherent heat of the granulates produced or is at least supported by it. The granules receive their own heat preferably through heating. For example, the granules can be heated by the granulation and / or extrusion process or by chemical reaction as a result of the process. If the granules are heated by the granulation and / or extrusion process, it is preferred in the context of the invention that the heating takes place by introducing mechanical energy, the mechanical energy preferably being converted into thermal energy. For example, the reaction between CaO and acid and / or water or the reaction between sulfuric acid and water, especially during dilution, provide exothermic energy, which can preferably be used to heat the raw material dispersion and / or the shaped granules.
Werden Kristallisationsprodukte aus der Phosphorelimination, wie Struvit, Brushit und/oder hydroxyxlapatitähnliche Ca-P-Phase, der Rohstoffsuspension/-dispersion zugeführt und sind folglich im erzeugten Granulat bzw. Grüngranulat enthalten, ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Trocknung in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oberhalb von 100°C bezogen auf die Materialtemperatur bei der Trocknung erfolgt. Diese Kristallisationsprodukte enthalten vorzugsweise einen großen Anteil chemisch gebundenen Wassers, wobei es sich dabei vorzugsweise nicht um „Feuchte" im Sinne der Erfindung handelt, sondern um Wasser, das in der Kristallstruktur eingebunden vorliegt. Im Bereich oberhalb von 100 °C wird dieses chemisch gebundene Wasser vorzugsweise abgespaltet. Durch das Abtrennen des Wassers aus dem Granulat erhöht sich vorteilhafterweise der prozentuale Anteil der verbleibenden Komponenten. So kann beispielsweise die Konzentration an Nährstoffen im Granulat erhöht werden, die zuvor durch das chemisch gebundene Wasser quasi entsprechend verdünnt vorlag. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Trocknung, wenn Kristallisationsprodukte aus der Phosphorelimination enthalten sind in einem Bereich 100-140°C bezogen auf die Materialtemperatur bei der Trocknung. Es ist im Sinne der Erfindung somit ganz besonders bevorzugt, dass die Trocknung in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 140 °C erfolgt. Ober-halb von 140°C besteht die Gefahr, dass zunehmend Stickstoff abgespalten wird. Damit ist ein unerwünschter Stickstoffverlust aus dem Granulat verbunden. Darüber hinaus muss die Abluft entsprechend aufwendiger gereinigt werden. Durch die Begrenzung auf eine Temperatur von max. 140 °C in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können diese Nachteile weitgehend vermieden werden. In einer ganz besonderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Trocknung in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 140°C. If crystallization products from phosphorus elimination, such as struvite, brushite and / or hydroxylapatite-like Ca-P phase, are added to the raw material suspension / dispersion and are consequently contained in the granulate or green granulate produced, it is preferred in the context of the invention that the drying is carried out in one preferred embodiment of the invention takes place above 100 ° C based on the material temperature during drying. These crystallization products preferably contain a large proportion of chemically bound water, which is preferably not "moisture" within the meaning of the invention, but rather water that is bound in the crystal structure. In the range above 100 ° C., this chemically bound water becomes By separating the water from the granules, the percentage of the remaining components is advantageously increased. For example, the concentration of nutrients in the granules can be increased that were previously diluted by the chemically bound water. In a particularly preferred embodiment According to the invention, drying takes place when crystallization products from phosphorus elimination are contained in a range of 100-140 ° C. based on the material temperature during drying. It is therefore very particularly preferred in the context of the invention that drying is carried out in a temperature range between chen 100 and 140 ° C takes place. Above 140 ° C there is a risk that nitrogen will increasingly be split off. This is associated with an undesirable loss of nitrogen from the granulate. In addition, the exhaust air has to be cleaned in a correspondingly more complex manner. By limiting to a temperature of max. 140 ° C. in this preferred embodiment of the invention, these disadvantages can largely be avoided. In a very special embodiment of the invention, drying takes place in a temperature range between 120.degree. C. and 140.degree.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das schadstoffabgereicherte Düngergranulat möglichst formgenau hergestellt werden kann. Eine möglichst gleichmäßige Größe der Granulatkörner stellt vorteilhafterweise definierte, gleichmäßige Zerfallseigenschaften sicher, was für eine gezielte Nährstoffzuführung notwendig ist. Da zudem das Vorliegen von Über-korn und Unterkorn die maschinelle Ausbringung des Düngemittels beeinträchtigen kann, ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass Über- und Unterkorn von dem Gutkorn getrennt und gegebenenfalls dem Produktionsprozess, insbesondere vor oder während dem Misch- und/oder Granulierprozess, gegebenenfalls mit vorheriger Aufbereitung und/oder Aufmahlung, rückgeführt werden kann. Der Begriff„Gutkorn" beschreibt im Sinne der Erfindung bevorzugt ein Granulat in einem gewünschten Größenbereich für die Granulatkörner. Bevorzugt ist dabei im Sinne der Erfindung ein Gutkorn im Bereich 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt 2-5 mm. In diesem Größenbereich können Granulate typischerweise besonders gut mittels Streuwagen auf Felder ausgebracht werden. Die Begriffe „Überkorn" und„Unterkorn" beschreiben im Sinne der Erfindung vorzugsweise solche Granulatkörner, die - vorzugsweise deutlich - größere bzw. kleine Durchmesser als das Gutkorn aufweisen. For the purposes of the invention, it is preferred that the pollutant-depleted fertilizer granules can be produced with as precise a shape as possible. A size of the granules that is as uniform as possible advantageously ensures defined, uniform disintegration properties, which is necessary for a targeted supply of nutrients. Since the presence of oversized and undersized grains can impair the machine application of the fertilizer, it is preferred in the context of the invention that oversized and undersized grains are separated from the good grain and, if necessary, from the production process, in particular before or during the mixing and / or Granulation process, if necessary with previous processing and / or grinding, can be recycled. In the context of the invention, the term "good grain" preferably describes a granulate in a desired size range for the granulate grains. In the context of the invention, a good grain in the range 1 to 10 mm, particularly preferably 2-5 mm. In this size range, granulates can typically The terms "oversize grain" and "undersize grain" in the context of the invention preferably describe those granules which - preferably significantly - have larger or smaller diameters than the good grain.
Darüber hinaus ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das schwermetallabgereicherte Granulat eine gute Bindung innerhalb des Granulats aufweist, um auch nach längerer Lagerung Staubverluste beim Ausbringen des Düngemittels zu vermeiden. Die Festigkeit der Granulate kann beispielsweise über die Prozessführung eingestellt werden. So hat beispielsweise die Trocknungsgeschwindigkeit Einfluss auf die Porosität und Kompaktheit und damit auf die Festigkeit der Granulate und kann darüber beeinflusst werden. Die Festigkeit kann auch beispielsweise über die Art und Feinheit der Rohstoffkomponenten beeinflusst oder durch die Zugabe von Bindemittel erhöht werden. In addition, it is preferred in the context of the invention that the heavy metal-depleted granulate has a good bond within the granulate in order to avoid dust losses when applying the fertilizer even after prolonged storage. The strength of the granules can be adjusted, for example, via the process control. For example, the drying speed has an influence on the porosity and compactness and thus on the strength of the granules and can be influenced by this. The strength can also be influenced, for example, by the type and fineness of the raw material components or increased by adding binding agents.
Die erfindungsgemäß erzeugten schwermetallabgereicherten Düngegranulate können eine oder mehrere Beschichtungen zur Funktionalisierung (z.B. Reduzierung der Verklumpungsneigung, Erhöhung der Festigkeit), zum Schutz (z.B. vor Feuchtigkeit) und/oder zur gesteuerten Nährstofffreistellung (Beeinflussung der Löslichkeit durch das Coating) erhalten. Zur Beschichtung sind dem Fachmann zahlreiche Verfahren und Technologien bekannt, wobei hier alle Verfahren und Technologien geeignet sind, die eine gewünschte Beschichtung mit der gewünschten Funktionalität erzeugen. The heavy-metal-depleted fertilizer granulates produced according to the invention can receive one or more coatings for functionalization (e.g. reducing the tendency to clump, increasing strength), for protection (e.g. against moisture) and / or for controlled release of nutrients (influencing solubility by the coating). Numerous methods and technologies for coating are known to the person skilled in the art, all methods and technologies which produce a desired coating with the desired functionality being suitable here.
Zur Bildung der erfindungsgemäßen schwermetallabgereicherten Düngergranulate werden die Prozessschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens wie beschrieben durchlaufen. Dabei können die einzelnen Prozessschritte als batchweise und/oder kontinuierliche Prozesse ausgebildet sein, wobei zwischen den Prozessschritten Pufferbehälter eingesetzt werden können. Zur Realisierung aller oder einzelner Prozessschritte kann dabei jeweils ein einzelnes Aggregat und/oder aber, insbesondere zur Abbildung größerer Produktionsmengen, mehrere gleiche oder ähnliche Aggregate verwendet werden. Mehrere Aggregate in einem oder mehreren Prozessschritten können dabei parallel und/oder alternierend geschaltet sein. Bei einer Produktion der erfindungsgemäßen schwermetallabgereicherten Düngergranulate erfolgt der batchweise und/oder kontinuierliche Ablauf der Verfahrensschritte beispielsweise fortlaufend bis zum Erreichen der gewünschten Produktionsmenge. Erzeugung und Einsatz von N-/P-Verbindungen To form the heavy metal-depleted fertilizer granules according to the invention, the process steps of the method according to the invention are carried out as described. The individual process steps can be designed as batch and / or continuous processes, with buffer containers being able to be used between the process steps. To implement all or individual process steps, a single unit and / or, in particular to map larger production quantities, several identical or similar units can be used. Several units in one or more process steps can be connected in parallel and / or alternately. In the production of the heavy metal-depleted fertilizer granulates according to the invention, the process steps run in batches and / or continuously, for example, until the desired production amount is reached. Generation and use of N / P connections
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dem erfindungsgemäßen Prozess zur Herstellung von schwermetallabgereicherten Düngemittelgranulaten als weitere Komponente der Rohstoffmischung, der schwermetallabgereicherten Rohstoffmischung und/oder dem feuchten Feststoff mindestens eine N-/P-Verbindung aus einem vorgeschalteten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprozess, zugegeben. In a preferred embodiment, at least one N / P compound from an upstream precipitation and / or crystallization process is added to the process according to the invention for the production of heavy metal-depleted fertilizer granules as a further component of the raw material mixture, the heavy metal-depleted raw material mixture and / or the moist solid.
Ausgangsmaterial für diesen Fällungsprozess ist mindestens eine Stickstoff- und schwefelhaltige, besonders bevorzugt eine ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung bzw. Ausgangssuspension. Derartige Lösungen bzw. Suspensionen fallen beispielsweise bei Wäschern für die Abgasreinigung oder bei der Biogaserzeugung an. Die Konzentration an Stickstoff bzw. Ammonium und Schwefel bzw. Sulfat kann beliebig sein. Neben Stickstoff- bzw. Ammonium und Schwefel bzw. Sulfat können weitere Komponenten in gelöster Form vorliegen. The starting material for this precipitation process is at least one nitrogen and sulfur-containing, particularly preferably an ammonium and sulfate-containing starting solution or starting suspension. Such solutions or suspensions occur, for example, in washers for exhaust gas purification or in the production of biogas. The concentration of nitrogen or ammonium and sulfur or sulfate can be any. In addition to nitrogen or ammonium and sulfur or sulfate, further components can be present in dissolved form.
Der Einsatz solcher Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösungen bzw. Suspensionen in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung schwermetallarmer Düngemittel ist grundsätzlich ohne eine Vorbehandlung möglich. Diese Lösungen bzw. Suspensionen können dazu beispielsweise bei der erfindungsgemäßen Herstellung der Rohstoffsuspension eingesetzt und beispielsweise in adäquater Menge sonst zugeführtes Wasser ersetzen. Der sinnvolle Einsatz, also die mögliche Zugabemenge, solcher unbehandelten Lösungen und Suspensionen ist jedoch begrenzt. Sollen mehr Nährstoffe wie N und S aus solchen Lösungen/Suspensionen zum Beispiel als kostengünstige Nährstoffquelle genutzt werden, könnte eine solche Stickstoff- und schwefelhaltige Lösung bzw. Suspension z.B. durch (teilweise) thermische Trocknung aufkonzentriert werden. Die thermische Trocknung ist jedoch energieaufwendig und damit teuer. The use of such nitrogen- and sulfur-containing solutions or suspensions in the process according to the invention for producing fertilizers with a low level of heavy metals is basically possible without pretreatment. For this purpose, these solutions or suspensions can, for example, be used in the production of the raw material suspension according to the invention and, for example, replace water otherwise supplied in an adequate amount. However, the useful use, i.e. the possible amount added, of such untreated solutions and suspensions is limited. If more nutrients such as N and S are to be used from such solutions / suspensions, for example as an inexpensive source of nutrients, such a nitrogen and sulfur-containing solution or suspension could e.g. be concentrated by (partially) thermal drying. However, thermal drying is energy-intensive and therefore expensive.
Das hier vorgeschlagene Verfahren zur zumindest teilweisen Abtrennung der Nährstoffe aus der Lösung/Suspension bietet eine Möglichkeit, die Nährstoffe solcher Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösungen bzw. Suspensionen in einem größeren Umfang kostengünstiger zu nutzen. Die vorgeschlagene Ausfällung bzw. Auskristallisation und anschließenden Abtrennung kann dabei beispielsweise als vorgeschalteter oder ergänzender Verfahrensschritt genutzt werden und die dargestellte anschließende Nutzung dieser Nährstoffe/Fällungsprodukte zur Herstellung der Düngergranulate vorteilhaft sein. The method proposed here for at least partial separation of the nutrients from the solution / suspension offers a possibility of using the nutrients of such nitrogen- and sulfur-containing solutions or suspensions to a greater extent more economically. The proposed precipitation or crystallization and subsequent separation can be used, for example, as an upstream or supplementary process step, and the illustrated subsequent use of these nutrients / precipitation products for the production of the fertilizer granules can be advantageous.
Der Stickstoff bzw. das Ammonium soll aus der mindestens einen Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösung/Suspension als mindestens eine stickstoff-phosphathaltige Verbindung zumindest anteilig gefällt bzw. auskristallisiert werden. Als stickstoff-phosphathaltige Verbindung kommen zahlreiche Phasen in Betracht, die zum Teil auch im kristallographischen Sinne lückenlos mischbar sind. Bevorzugt im Sinne der Erfindung sind beispielsweise N-Phosphate (wie beispielsweise (NH4)2HP04, NH4H2P04), Mg-N-Phosphate (wie beispielsweise MgNH4P04*6 H20 (Struvit), MgHP04 *3 H20, Mg3(NH4)2(HP04)4 *8 H20, Mg(NH4)2(HP04)2*4 H20), K-N-Phosphate. The nitrogen or the ammonium should be at least partially precipitated or crystallized from the at least one nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension as at least one nitrogen-phosphate-containing compound. Numerous phases can be considered as nitrogen-phosphate-containing compounds, some of which are also completely miscible in the crystallographic sense. For example, N-phosphates (such as (NH4) 2HP04, NH4H2P04), Mg-N-phosphates (such as MgNH4P04 * 6 H20 (struvite), MgHP04 * 3 H20, Mg3 (NH4) 2 (HP04) are preferred for the purposes of the invention. 4 * 8 H20, Mg (NH4) 2 (HP04) 2 * 4 H20), KN phosphates.
Dazu wird in einer besonderen Ausführungsform mindestens einer ammonium- und sulfathaltigen Lösung/Suspension mindestens ein P-Verbindung als Fällungsreagenz, beispielsweise Phosphorsäure oder ein Phosphorsalz, zugeführt. Sollen Mg-N-Phosphate ausgefällt oder auskristallisiert werden wird weiterhin mindestens eine Mg-Verbindung als Fällungsreagenz wie beispielsweise MgO, Mg(OH)2 oder Mg-Salze zugegeben oder ist in der Lösung/Suspension in ausreichender Menge vorhanden. Sollen K- N-Phosphate gebildet werden, wird mindestens eine K-Verbindung, als Fällungsreagenz beispielsweise KOH oder K-Salze, zugegeben oder ist in der Lösung/Suspension in ausreichender Menge vorhanden. Die Menge an zugegebenem P und in den besonderen Ausführungsformen K und/oder Mg in die ammonium- und sulfathaltigen Lösung wird so eingestellt, dass sich stöchiometrisch die gewünschte Art und Menge der Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukte bilden kann (Einstellung der Stöchiometrie). Die Einstellung der Stöchiometrie kann auch überstöchiometrisch erfolgen, das heißt es wird eine größere Menge an einer oder mehreren Komponenten zugegeben, als stöchiometrisch zur Bildung der Zielphase erforderlich wäre. Dadurch kann beispielsweise das Reaktions- und/oder Lösegleichgewicht zugunsten einer bevorzugten Phase verschoben werden. So kann beispielsweise eine geringere Konzentration an gelöstem Stickstoff bzw. Ammoniak erreicht werden. Die Zugabe der erforderlichen P, Mg- und K-Verbindungen kann getrennt voneinander oder gemeinsam erfolgen.For this purpose, in a particular embodiment, at least one solution / suspension containing ammonium and sulfate is supplied with at least one P compound as a precipitation reagent, for example phosphoric acid or a phosphorus salt. If Mg-N-phosphates are to be precipitated or crystallized, at least one Mg compound is added as a precipitation reagent such as MgO, Mg (OH) 2 or Mg salts or is present in the solution / suspension in sufficient quantity. If K-N-phosphates are to be formed, at least one K compound, for example KOH or K salts, is added as a precipitation reagent or is present in the solution / suspension in sufficient quantity. The amount of P added and, in the particular embodiments, K and / or Mg in the ammonium- and sulfate-containing solution is adjusted so that the desired type and amount of the precipitation and / or crystallization products can be formed stoichiometrically (adjustment of the stoichiometry). The setting of the stoichiometry can also take place superstoichiometrically, that is to say a larger amount of one or more components is added than would be stoichiometrically required to form the target phase. In this way, for example, the reaction and / or dissolution equilibrium can be shifted in favor of a preferred phase. For example, a lower concentration of dissolved nitrogen or ammonia can be achieved. The required P, Mg and K compounds can be added separately or together.
Weiterhin wird der pH-Wert der ammonium- und sulfathaltigen Lösung so eingestellt, dass eine Fällung und/oder Auskristallisation der gewünschten Phasen im gewünschten Umfang erfolgen kann. Häufig wird dieser Bereich als Fällungsbereich bezeichnet. Sollen in einer bevorzugten Ausführungsform Mg- N-Phosphaten quantitativ gefällt und/oder auskristallisiert werden, wird der pH-Wert im Bereich von 6 bis 11, besonders bevorzugt 8 bis 10 eingestellt. Die pH-Werteinstellung der Fällungsbedingungen kann vor, mit oder nach der Einstellung der Stöchiometrie erfolgen. Neben der pH-Werteinstellung kann die ammonium- und sulfathaltige Lösung/Suspension auch vor und/oder während des Fällungs und/oder Auskristallisationsprozesses konditioniert werden. So können beispielsweise Komplexierungsmittel, Fällungsmittel oder Dispergiermittel zugeführt werden. Furthermore, the pH of the ammonium- and sulfate-containing solution is adjusted so that precipitation and / or crystallization of the desired phases can take place to the desired extent. This area is often referred to as the precipitation area. If, in a preferred embodiment, Mg-N-phosphates are to be precipitated quantitatively and / or crystallized out, the pH is set in the range from 6 to 11, particularly preferably 8 to 10. The pH adjustment of the precipitation conditions can take place before, with or after the adjustment of the stoichiometry. In addition to adjusting the pH, the ammonium and sulfate-containing solution / suspension can also be conditioned before and / or during the precipitation and / or crystallization process. For example, complexing agents, precipitants or dispersants can be added.
Der Schwefel bzw. das Sulfat sollen ebenfalls erfindungsgemäß aus dieser mindestens einen stickstoff- und schwefelhaltigen Lösung/Suspension als mindestens eine sulfathaltige Verbindung zumindest anteilig gefällt bzw. auskristallisiert werden. Als schwefelhaltige Verbindung kommen beispielsweise Alkali- und/oder Erdalkali-Sulfate in Betracht, wobei Alkalien oder Erdalkalien als Fällungsreagenz zugeführt werden. According to the invention, the sulfur or the sulfate should likewise be at least partially precipitated or crystallized from this at least one nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension as at least one sulfate-containing compound. Suitable sulfur-containing compounds are, for example, alkali and / or alkaline earth sulfates, with alkalis or alkaline earths being added as the precipitation reagent.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Sulfat aus der mindestens einen Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösung/Suspension zumindest anteilig als Calcium-Sulfate gefällt bzw. auskristallisiert. Dazu wird in einer besonderen Ausführungsform mindestens einer ammonium- und sulfathaltigen Lösung mindestens ein Ca-Verbindung als Fällungsreagenz, beispielsweise als Ca(OH) oder CaO, zugeführt. Die Menge an zugegebenem Ca wird so eingestellt, dass sich stöchiometrisch die gewünschten Art und Menge an Ca-Sulfat bilden kann. Die Einstellung der Stöchiometrie kann auch hier überstöchiometrisch erfolgen, das heißt es wird eine größere Menge an einer oder mehreren Komponenten zugegeben als stöchiometrisch zur Bildung der Zielphase erforderlich wäre. So kann beispielsweise hier eine geringere Konzentration an gelöstem Calcium oder Sulfat erreicht werden. In a preferred embodiment, the sulfate is precipitated or crystallized out at least partially as calcium sulfates from the at least one nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension. For this purpose, in a particular embodiment, at least one Ca compound is added as a precipitation reagent, for example as Ca (OH) or CaO, to at least one solution containing ammonium and sulphate. The amount of Ca added is adjusted so that the desired type and amount of Ca sulfate can form stoichiometrically. Here, too, the stoichiometry can be set superstoichiometrically, that is to say a larger amount of one or more components is added than would be stoichiometrically required to form the target phase. For example, a lower concentration of dissolved calcium or sulfate can be achieved here.
Die erfindungsgemäße Abtrennung von Sulfat aus Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösungen/Suspensionen kann vor, gleichzeitig mit oder nach der erfindungsgemäßen Abtrennung des Stickstoffs bzw. des Ammoniums erfolgen. Dies richtete sich beispielsweise nach der Art und Konditionierung der Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösung/Suspension oder der Art und Menge der gewünschten Reaktionsprodukte. Liegen beispielsweise die Fällungs- und/oder Auskristallisationsbedingungen wie der notwendige pH-Wertbereich für die Abtrennung des Stickstoffs bzw. Ammoniums auf der einen Seite von den geeigneten Bedingungen der Abtrennung des Sulfates auseinander, ist beispielsweise eine getrennte Fällung sinnvoll. Dabei werden zunächst geeignete Bedingungen in der Lösung/Suspension für die Ausfällung und/oder Auskristallisation von Stickstoff bzw. Ammonium und anschließend von Sulfat beziehungsweise umgekehrt eingestellt, wobei dazwischen die eine Abtrennung der gebildeten Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukte erfolgen kann. Diese bevorzugte Ausführungsform kann damit auch insofern vorteilhaft sein, wenn zwei getrennte Fällung- und oder Kristallisationsprodukte resultieren sollen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zunächst das Sulfat aus der Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösung/Suspension wie beschrieben und erst anschließend der Stickstoff bzw. das Ammonium aus der Lösung abgetrennt werden. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Stickstoff- und schwefelhaltige Lösung sauer ist. Ca-Sulfate können bereits im zum Teil sehr sauren Bereich (pH-Wert kleiner 3) gefällt und/oder auskristallisiert werden. The separation according to the invention of sulfate from nitrogen- and sulfur-containing solutions / suspensions can take place before, simultaneously with or after the separation according to the invention of the nitrogen or ammonium. This was based, for example, on the type and conditioning of the nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension or the type and amount of the desired reaction products. For example, if the precipitation and / or crystallization conditions, such as the pH range required for the separation of the nitrogen or ammonium on the one hand, differ from the suitable conditions for the separation of the sulfate, separate precipitation is advisable, for example. In this case, suitable conditions are first set in the solution / suspension for the precipitation and / or crystallization of nitrogen or ammonium and then for sulfate or vice versa, with the precipitates and / or crystallization products formed being able to be separated off in between. This preferred embodiment can therefore also be advantageous if two separate precipitation and / or crystallization products are to result. In a preferred embodiment, the sulfate is first separated from the nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension as described and only then is the nitrogen or ammonium separated from the solution. This is particularly advantageous when the nitrogen and sulfur-containing solution is acidic. Ca sulfates can already be precipitated and / or crystallized out in the sometimes very acidic range (pH value less than 3).
In einer anderen ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wir das Sulfat mit der N-/P-Phase weitgehend gemeinsam ausgefällt und oder auskristallisiert. In another, likewise preferred embodiment, the sulfate is largely precipitated and / or crystallized out together with the N / P phase.
Für die getrennten oder gemeinsamen Fällungs- und/oder Auskristallisationsreaktion ist eine ausreichende Reaktionszeit erforderlich. Diese liegt bei diesen Reaktion typischerweise im Bereich zwischen 1 und 300 Minuten. Bevorzugt wird eine Reaktionszeit zwischen 5 und 100 Minuten, da hier erfahrungsgemäß eine quantitative Reaktion im ausreichenden technischen Umfang erfolgt, eine längere Verweilzeit zwar etwas den Anteil an Fällungsprodukt erhöht, aber auch eine größer Dimensionierung des Equipments erforderlich macht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktionszeit im Bereich zwischen 5 bis 30 Minuten eingestellt, da hier noch eine ausreichende quantitative Fällung und/oder Auskristallisation stattfindet, das Equipment aber besonders klein dimensioniert werden kann. A sufficient reaction time is required for the separate or joint precipitation and / or crystallization reactions. This reaction is typically in the range between 1 and 300 minutes. A reaction time between 5 and 100 minutes is preferred, since experience has shown that a quantitative reaction takes place on a sufficient technical scale, a longer residence time increases the proportion of precipitation product somewhat, but also makes it necessary to dimension the equipment. In a particularly preferred embodiment, the reaction time is set in the range between 5 to 30 minutes, since sufficient quantitative precipitation and / or crystallization still takes place here, but the equipment can be made particularly small.
Die Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukte können zwischen einzelnen Fällungs- und/oder Auskristallisationsstufen abgetrennt und aus der Lösung/Suspension ausgeschleust werden, um beispielsweise qualitativ getrennte Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukte zu erhalten. Auch kann eine Abtrennung und Ausschleusung während der Fällungs- und/oder Auskristallisationsreaktion erfolgen, um beispielsweise die Lösungsgleichgewichte in eine bevorzugte Richtung zu verschieben. The precipitation and / or crystallization products can be separated between individual precipitation and / or crystallization stages and discharged from the solution / suspension in order to obtain, for example, qualitatively separated precipitation and / or crystallization products. Separation and discharge can also take place during the precipitation and / or crystallization reaction in order, for example, to shift the solution equilibria in a preferred direction.
Der Umfang der angestrebten Fällung der gelösten Stickstoff- und Schwefelverbindung und die Art der Fällungsprodukte richten sich nach den technischen Anforderungen der Prozessführung und der gewünschten Qualität der Fällungs- und/oder Kristallisationsverbindungen und wobei eine Ausfällung und/oder Auskristallisation nicht vollständig sein muss. Mindestens sollen jedoch erfindungsgemäß 60 % des gelösten Stickstoff- und Sulfatanteil aus der Lösung/Suspension ausgefällt und/oder auskristallisiert werden. Bevorzugt ist eine Ausfällung und/oder Auskristallisation des gelösten Stickstoffs und Sulfats von größer 90 %, da dann das Verfahren besonders wirtschaftlich ist. The extent of the desired precipitation of the dissolved nitrogen and sulfur compounds and the type of precipitation products depend on the technical requirements of the process and the desired quality of the precipitation and / or crystallization compounds, and precipitation and / or crystallization does not have to be complete. According to the invention, however, at least 60% of the dissolved nitrogen and sulfate content should be precipitated and / or crystallized out of the solution / suspension. Precipitation and / or crystallization of the dissolved nitrogen and sulfate of more than 90% is preferred, since the process is then particularly economical.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Stickstoff und/oder Schwefelanteil aus der Lösung/Suspension mindestens mit einem solchen Umfang gefällt und/oder auskristallisiert, dass in der Lösung/Suspension nur noch eine solch geringe Konzentration an Stickstoff und Schwefel verbleibt, dass nach eine Abtrennung der Lösung von den Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukten diese Lösung beispielsweise als Brauchwasser genutzt werden kann. Dazu wird in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Ausfällung und/oder Auskristallisation in dem Umfang eingestellt, dass eine Konzentration an noch gelöst vorliegendem Stickstoff von kleiner lg/l und von gelöst vorliegendem Schwefel von kleiner 10g/l. Soll Lösung anschließend beispielsweise als Abwasser eingeleitet werden, sind häufig wesentlich geringere Konzentration zu erreichen. Deshalb wird in einer ganz besonderen Ausführungsform die Konzentration an noch gelöst vorliegendem Stickstoff von kleiner 100 mg/l und von gelöst vorliegendem Schwefel von kleiner lg/l eingestellt. In a preferred embodiment, the nitrogen and / or sulfur content is precipitated and / or crystallized out of the solution / suspension at least to such an extent that only such a low concentration of nitrogen and sulfur remains in the solution / suspension that after separation of the Solution of the precipitation and / or crystallization products, this solution can be used, for example, as service water. For this purpose, in this preferred embodiment, precipitation and / or crystallization is set to such an extent that a concentration of nitrogen still present in dissolved form of less than 1 g / l and of dissolved sulfur present in less than 10 g / l. If the solution is then to be discharged as waste water, for example, much lower concentrations must often be achieved. For this reason, in a very special embodiment, the concentration of nitrogen still present in dissolved form is set to less than 100 mg / l and of sulfur present in dissolved form is set to less than 1 g / l.
Werden durch die Fällung und/oder Auskristallisation allein beispielsweise die Grenzwerte für die Anschließende Nutzung und/oder Einleitung nicht erreicht, kann anschließend an die Fällung und/oder Kristallisation noch mindestens eine zusätzliche Abtrennstufe für zumindest gelösten Stickstoff bzw. Ammonium und gelösten Schwefel bzw. Sulfat oder anderer unerwünschter Stoffe. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dazu die Lösung/Suspension mit einem Adsorption- und/oder Absorptionsmittel in Verbindung gebracht. Beispielsweise kann ein solches Mittel als Pulver oder Granulat der Lösung/Suspension zugemischt werden oder die Lösung kann über bzw. durch ein Schüttbett mit solchen Mitteln geleitet werden. An bzw. in dem Adsorption- und/oder Absorptionsmittel wird dadurch zumindest anteilig ein Teil des gelösten Stickstoffs/Ammoniak bzw. des Schwefels/Sulfat gebunden und wird somit der Lösung entzogen. Anschließend werden Lösung und Adsorption- und/oder Absorptionsmittel getrennt. Es kann vorteilhaft sein, dass die Lösung/Suspension vor oder während des Kontakts mit dem Adsorption- und/oder Absorptionsmittel konditioniert wird. So können beispielsweise reduzierende oder oxidierende Stoffe zugegeben werden, um die Art der gelösten Elemente oder Verbindungen zu ändern oder es kann ein geeigneter pH-Wert eingestellt werden. If, for example, the limit values for subsequent use and / or discharge are not reached by the precipitation and / or crystallization alone, at least one additional separation stage for at least dissolved nitrogen or ammonium and dissolved sulfur or sulfate can be performed after the precipitation and / or crystallization or other undesirable substances. In a preferred embodiment, the solution / suspension is brought into connection with an adsorbent and / or absorbent. For example, such a means as a powder or Granules are mixed into the solution / suspension or the solution can be passed over or through a bed with such means. As a result, part of the dissolved nitrogen / ammonia or sulfur / sulfate is at least partially bound to or in the adsorbent and / or absorbent and is thus removed from the solution. The solution and the adsorbent and / or absorbent are then separated. It can be advantageous for the solution / suspension to be conditioned before or during contact with the adsorbent and / or absorbent. For example, reducing or oxidizing substances can be added to change the nature of the dissolved elements or compounds, or a suitable pH value can be set.
Aus diesem kombinierten oder getrennten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprozess von Sulfat und Stickstoff bzw. Ammonium aus der Stickstoff- und schwefelhaltigen Ausgangslösung/-suspension resultieren Fällungs- und oder Auskristallisationsprodukte die je nach Zusammensetzung der Ausgangslösung/-suspension und der Prozessführung unterschiedlich sein können. This combined or separate precipitation and / or crystallization process of sulfate and nitrogen or ammonium from the nitrogen and sulfur-containing starting solution / suspension results in precipitation and / or crystallization products which can differ depending on the composition of the starting solution / suspension and the process management.
In einer bevorzugten Ausführungsform resultieren getrennt voneinander vorliegende sulfathaltige und N-/P-haltige Fällungs- und/oder Auskristallisationsprozess. In dieser Ausführungsform wurden die Sulfatphase von der N-/P-Phase getrennt gefällt bzw. auskristallisiert. Getrennt ist hierbei im technischen Sinne zu verstehen. Bei Fällungs- und Auskristallisationsprozessen können auch Fremdbestandteile mit gefällt oder auskristallisiert werden. Als getrennt ist hier zu verstehen, wenn in dem jeweils anderen Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt nur ein Anteil kleiner 10 % bezogen auf die Konzentrationsverhältnisse in der Ausgangslösung vorhanden sind. In a preferred embodiment, sulfate-containing and N- / P-containing precipitation and / or crystallization processes that are present separately from one another result. In this embodiment, the sulfate phase was precipitated or crystallized out separately from the N / P phase. Separate is to be understood here in the technical sense. In the case of precipitation and crystallization processes, foreign components can also be precipitated or crystallized out. Separate is to be understood here when the other precipitation and / or crystallization product contains only a proportion of less than 10% based on the concentration ratios in the starting solution.
In einer ebenfalls bevorzugten anderen Ausführungsform liegen die mindestens eine erzeugte Sulfatphase und die erzeugten mindestens eine N-/P-Phase gemeinsam gemischt in einem Endprodukt vor. Dies resultiert dann, wenn Sulfat und Stickstoff bzw. Ammonium weitgehend gleichzeitig gefällt wird oder zwischen separaten Fällungs- und/oder Kristallisationsschritten die Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukte nicht abgetrennt werden. In another embodiment which is also preferred, the at least one sulfate phase produced and the at least one N / P phase produced are mixed together in an end product. This results when sulfate and nitrogen or ammonium are largely precipitated simultaneously or the precipitation and / or crystallization products are not separated off between separate precipitation and / or crystallization steps.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine solche Ausgangslösung verwendet und der Prozess so gesteuert, dass ein Gemisch mit 2 bis 8 % N, 5 bis 15 % P und jeweils 5 bis 10 % Mg, S und Ca aus dem Prozess resultiert (analytisch bestimmt an einer bei 80 °C getrockneten Gemischprobe). Dabei liegt das P als Phosphat vor und ist in einer bevorzugten Ausführungsform zu über 80 % neutral ammoniumcitratlöslich. In a particularly preferred embodiment, such a starting solution is used and the process is controlled in such a way that a mixture with 2 to 8% N, 5 to 15% P and 5 to 10% each of Mg, S and Ca results from the process (analytically determined on a mixture sample dried at 80 ° C). The P is present as a phosphate and, in a preferred embodiment, is more than 80% neutral ammonium citrate soluble.
In einer anderen ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine solche Ausgangslösung verwendet und der Prozess so gesteuert, dass ein Gemisch mit 2 bis 8 % N sowie 5 bis 15 % P, Mg, S und Ca aus dem Prozess resultiert (analytisch bestimmt an einer bei 80 °C getrockneten Gemischprobe). Dabei liegt das P als Phosphat vor und ist in einer bevorzugten Ausführungsform zu über 80 % neutral-ammoniumcitratlöslich. Der erfindungsgemäße Fällungsprozess kann entweder kontinuierlich und/oder diskontinuierlich erfolgen und kann einstufig oder mehrstufig sein. In another particularly preferred embodiment, such a starting solution is used and the process is controlled in such a way that a mixture with 2 to 8% N and 5 to 15% P, Mg, S and Ca results from the process (analytically determined on one at 80 ° C dried mixture sample). The P is present as a phosphate and in a preferred embodiment is more than 80% neutral ammonium citrate soluble. The precipitation process according to the invention can be carried out either continuously and / or discontinuously and can be in one or more stages.
Diese erhaltenen Fällung- und/oder Kristallisationsprodukte können weiter konditioniert werden. So kann beispielsweise ein Trocknung und/oder Granulation erfolgen. Auch können weitere Komponenten beispielsweise zur Nährstoffanreicherung zugeführt werden. Granulate können beschichtet werden, um sie beispielsweise abriebsfester oder hygroskopisch-reduzierte zu machen. These resulting precipitation and / or crystallization products can be conditioned further. For example, drying and / or granulation can take place. Further components can also be added, for example for nutrient enrichment. Granulates can be coated to make them more abrasion-resistant or hygroscopic, for example.
Diese erhaltenen Fällung- und/oder Kristallisationsprodukte werden in einer bevorzugten Ausführungsform dem erfindungsgemäßen Prozess zur Herstellung von schwermetallabgereicherten Düngemittelgranulaten als weitere Komponente der Rohstoffmischung, der schwermetallabgereicherten Rohstoffmischung und/oder dem feuchten Feststoff zumindest anteilig zugegeben. Dabei kann der Prozess zur Erzeugung der Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukte zeitlich, räumlich und prozesstechnisch getrennt von dem Prozess zur Fierstellung von schwermetallabgereicherten Düngemittelgranulaten, beispielsweise in zwei separat arbeitenden Anlagen, sein. In a preferred embodiment, these resulting precipitation and / or crystallization products are at least proportionate to the process according to the invention for the production of heavy metal-depleted fertilizer granules as a further component of the raw material mixture, the heavy-metal-depleted raw material mixture and / or the moist solid admitted. The process for generating the precipitation and / or crystallization products can be temporally, spatially and technically separate from the process for the production of heavy metal-depleted fertilizer granulates, for example in two separately operating plants.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Prozess zur Erzeugung der Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukte Verfahrens- und/prozesstechnisch gekoppelt mit dem Prozess zur Fierstellung von schwermetallabgereicherten Düngemittelgranulaten. In a particularly preferred embodiment, the process for producing the precipitation and / or crystallization products is procedurally and / or process-technically coupled with the process for the production of fertilizer granules that have been depleted of heavy metals.
In einer anderen ebenfalls bevorzugten Ausführungsform werden die erzeugten Fällung- und/oder Kristallisationsprodukte zumindest teilweise einer anderen Verwertung, beispielsweise einer (konventionellen) Düngemittelherstellung oder direkte Nutzung als Düngemittel zugeführt. FHierbei ist der Prozess zur Erzeugung der Fällungs- und/oder Kristallisationsprodukte zeitlich, räumlich und prozesstechnisch getrennt von dem Prozess zur Fierstellung von schwermetallabgereicherten Düngemittelgranulaten, beispielsweise in zwei separat arbeitenden Anlagen. In another embodiment, which is also preferred, the precipitation and / or crystallization products produced are at least partially fed to another utilization, for example (conventional) fertilizer production or direct use as fertilizer. Here, the process for generating the precipitation and / or crystallization products is temporally, spatially and technically separate from the process for the production of heavy metal-depleted fertilizer granules, for example in two separate plants.
Figur 1 beschreibt die Grundausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Düngemitteln aus anorganischen Sekundärphosphat. In der Grundausführungsform werden aber bereits erfindungsgemäß Schwermetalle abgereichert und so ein schwermetallabgereichertes Düngergranulat 7 erzeugt. FIG. 1 describes the basic embodiment of the method according to the invention for producing fertilizers from inorganic secondary phosphate. In the basic embodiment, however, heavy metals are already depleted according to the invention and thus a heavy metal-depleted fertilizer granulate 7 is produced.
Dazu wird zunächst eine Rohstoffsuspension 3 aus mindestens einem anorganischen Sekundärphosphat 1 und mindestens einem Reaktionsmittel 2 hergestellt. Die erzeugte Rohstoffsuspension hat dabei erfindungsgemäß einen flüssigen Phasenanteil von größer als 45 %. Dieser so eingestellte hohe Flüssigphasenanteil dient im Grunde als Puffer für die ablaufende Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel, die häufig spontan und zum Teil sehr exothermen abläuft und somit kontrollier- und steuerbar wird und das Gemisch zudem in seiner Klebrigkeit stark reduziert ist. To this end, a raw material suspension 3 is first produced from at least one inorganic secondary phosphate 1 and at least one reactant 2. According to the invention, the raw material suspension produced has a liquid phase content of greater than 45%. This high proportion of liquid phase set in this way basically serves as a buffer for the ongoing reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant, which often takes place spontaneously and in some cases very exothermically and is thus controllable and controllable and the stickiness of the mixture is also greatly reduced.
Zur ausreichenden Reaktion zwischen dem mindestens eine Reaktionsmittel 2 und dem mindestens einem anorganischen Sekundärphosphat 1 wird eine Inkubationszeit abgewartet, wobei die Rohstoffsuspension weiter gemischt werden kann. Erfindungsgemäß soll das Reaktionsmittel 2 zumindest mit Teilen des durch das anorganische Sekundärphosphat 1 eingebrachten Phosphates reagieren, um dadurch die Löslichkeit und Pflanzenverfügbarkeit dieses Phosphates zu erhöhen. Erst nach weitgehend erfolgter Reaktion zwischen anorganischem Sekundärphosphat und dem Reaktionsmittel erfolgt die Weiterverarbeitung bis hin zum Granulat. Die Reaktion der For a sufficient reaction between the at least one reactant 2 and the at least one inorganic secondary phosphate 1, an incubation time is awaited, wherein the raw material suspension can be mixed further. According to the invention, the reactant 2 should react with at least parts of the phosphate introduced by the inorganic secondary phosphate 1 in order to thereby increase the solubility and availability of this phosphate to plants. Only after the reaction between the inorganic secondary phosphate and the reactant has largely taken place is further processing up to the granulate. The reaction of the
Phosphatumwandlung ist somit erfindungsgemäß vom Prozess der Granulation getrennt. According to the invention, phosphate conversion is thus separated from the granulation process.
Aus der so erzeugten Rohstoffsuspension werden erfindungsgemäß anschließend Schwermetalle abgereichert und aus dem Prozess der Düngergranulatherstellung als abgetrennter Schadstoff 4 ausgeschleust. Dies erfolgt in einer bevorzugten Ausführung mittels eines oder mehrerer elektrochemischer Verfahren. According to the invention, heavy metals are then depleted from the raw material suspension produced in this way and discharged from the process of producing fertilizer granules as a separated pollutant 4. In a preferred embodiment, this takes place by means of one or more electrochemical processes.
Durch die erfindungsgemäße Abreicherung der Schwermetalle wird die erfindungsgemäße schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension 5 gebildet. Anschließend erfolgt die The inventive heavy metal-depleted raw material suspension 5 is formed by the depletion of heavy metals according to the invention. Then the
Granulierung/Extrusion der schwermetallabgereicherten Rohstoffsuspension 5 wodurch das schwermetallabgereicherte Düngergranulat 7 gebildet wird. Granulation / extrusion of the heavy metal-depleted raw material suspension 5, whereby the heavy-metal-depleted fertilizer granules 7 are formed.
Der Rohstoffsuspension können zusätzlich weitere Komponenten 6 (so beispielsweise nährstoffhaltige Komponenten, Dispergier- und Entschäumungsmittel, Strukturstoffe, Mittel zur pH-Werteinstellung, Urease-Hemmer, Ammonium-Stabilisatoren) entweder bereits bei der Herstellung der Rohstoffsuspension selbst, nach der Inkubationszeit, nach der Schwermetallabreicherung und/oder bei der Granulation/Extrusion zugegeben werden. The raw material suspension can also contain further components 6 (for example nutrient-containing components, dispersants and defoaming agents, structural substances, agents for pH adjustment, Urease inhibitors, ammonium stabilizers) can be added either during the production of the raw material suspension itself, after the incubation period, after the heavy metal depletion and / or during granulation / extrusion.
Aus diesem Prozessschritt der Granulation/Extrusion resultieren boden- und pflanzenspezifischen Düngergranulaten 7 mit eingestellter und gleichbleibender Nährstoffzusammensetzung, wobei zumindest als eine Nährstoffquelle anorganisches Sekundärphosphat (wie beispielsweise Klärschlammaschen) eingesetzt wurde, wobei das darin enthaltene Phosphat durch einwirken des Reaktionsmittels besser pflanzenverfügbar gemacht wurde und die im anorganischen Sekundärphosphat enthaltenen Schwermetalle zumindest teilweise abgetrennt wurden. This granulation / extrusion process step results in soil- and plant-specific fertilizer granules 7 with a set and constant nutrient composition, with inorganic secondary phosphate (such as sewage sludge ash) being used as at least one source of nutrients, the phosphate contained therein being made more readily available to plants through the action of the reactant and the Heavy metals contained in the inorganic secondary phosphate were at least partially separated.
Das erzeugte Granulat/Extrudat kann getrocknet und fraktioniert werden. Auch können die erzeugten Granulate/Extrudate vor, während, zwischen oder nach der Trocknung und/oder Fraktionierung mit einer oder mehreren Beschichtungen aus den weiteren Komponenten 6 beschichtet werden. The granulate / extrudate produced can be dried and fractionated. The granulates / extrudates produced can also be coated with one or more coatings of the further components 6 before, during, between or after drying and / or fractionation.
Figur 2 beschreibt ebenfalls die Grundausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Unterschied zu der Ausführung gemäß Figur 1 besteht darin, dass die elektrochemische Schwermetallabreicherung zumindest zeitweise parallel zur Inkubationszeit erfolgt. Nach der Herstellung der erfindungsgemäßen Rohstoffsuspension beginnt die Inkubationszeit zwischen anorganischem Sekundärphosphat und Reaktionsmittel. Zeitlich damit oder versetzt beginnend erfolgt in dieser Ausführungsform die elektrochemische Schwermetallabreicherung. Die elektrochemische Schwermetallabreicherung kann dabei vor, mit oder nach der Inkubationszeit beendet werden. FIG. 2 likewise describes the basic embodiment of the method according to the invention. The difference to the embodiment according to FIG. 1 is that the electrochemical heavy metal depletion takes place at least temporarily parallel to the incubation time. After the preparation of the raw material suspension according to the invention, the incubation time between the inorganic secondary phosphate and the reagent begins. In this embodiment, the electrochemical heavy metal depletion takes place at a time or offset. The electrochemical heavy metal depletion can be ended before, with or after the incubation period.
Nach der elektrochemische Schwermetallabreicherung entspricht die Figur 2 der Beschreibung Figur 1. After the electrochemical heavy metal depletion, FIG. 2 corresponds to the description of FIG. 1.
Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens, bei dem nach der Schwermetallabreicherung ein Teil Prozesswasser aus der Rohstoffsuspension abgetrennt wird. Vorteil einer teilweisen (mechanischen) Abtrennung von Prozesswasser ist, dass dieses wesentlich weniger kosten- und energieintensiv ist als eine thermische Abtrennung zum Beispiel durch Verdampfen. In dieser Ausführungsform wird dabei zunächst analog Figur 1 eine Rohstoffsuspension erzeugt, die notwendige Inkubationszeit eingehalten und die erfindungsgemäße elektrochemische Schwermetallabreicherung durchgeführt. Analog Figur 2 kann die elektrochemische Schwermetallabreicherung auch zumindest zeitweise parallel mit der Inkubationszeit erfolgen. FIG. 3 shows a preferred embodiment of the method in which, after the heavy metal depletion, part of the process water is separated from the raw material suspension. The advantage of a partial (mechanical) separation of process water is that it is considerably less costly and energy-intensive than thermal separation, for example by evaporation. In this embodiment, a raw material suspension is initially produced analogously to FIG. 1, the necessary incubation time is observed and the electrochemical heavy metal depletion according to the invention is carried out. Analogously to FIG. 2, the electrochemical heavy metal depletion can also take place at least temporarily in parallel with the incubation period.
Ein Teil des Prozesswassers wird dabei nach der Schwermetallabreicherung und vor der Granulation/Extrusion durch eine Fest/Flüssig-Trennung abgetrennt. Das dabei bereits schwermetallabgereicherte abgetrennte Prozesswasser 9 kann beispielsweise aus dem Prozess ausgeschleust werden und/oder vor Granulation zur Konditionierung der Rohstoffsuspension bzw. zur Granulation zur Formung der Granalien zugeführt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist, dass zumindest anteilig dieses abgetrennte Prozesswasser der Herstellung der Rohstoffsuspension zurückgeführt wird. Der aus der Fest/Flüssig-Trennung resultierende feuchte Feststoff 8, wird der Granulation/Extrusion zugeführt. Part of the process water is separated by solid / liquid separation after heavy metal depletion and before granulation / extrusion. The separated process water 9, which has already been depleted of heavy metals, can, for example, be discharged from the process and / or supplied before granulation for conditioning the raw material suspension or for granulation to shape the granules. A preferred embodiment is that at least a portion of this separated process water is returned to the production of the raw material suspension. The moist solid 8 resulting from the solid / liquid separation is fed to granulation / extrusion.
Der Rohstoffsuspension/-dispersion können zusätzlich weitere Komponenten 6 (so beispielsweise nährstoffhaltige Komponenten, Dispergier- und Entschäumungsmittel, Strukturstoffe, Mittel zur pH- Werteinstellung, Urease-Hemmer, Ammonium-Stabilisatoren) entweder bereits bei der Herstellung der Rohstoffsuspension/-dispersion selbst, nach der Inkubationszeit, nach der Schwermetallabreicherung und/oder bei der Granulation/Extrusion zugegeben werden. The raw material suspension / dispersion can also contain additional components 6 (for example nutrient-containing components, dispersants and defoaming agents, structural substances, agents for pH adjustment, urease inhibitors, ammonium stabilizers) either during manufacture to the raw material suspension / dispersion itself, after the incubation period, after heavy metal depletion and / or during granulation / extrusion.
Dem abgetrennte und schwermetallabgereicherte Prozesswasser 9 kann zumindest ein Teil des Reaktionsmittels 2 für die nächste Fierstellung der Rohstoffsuspension zugegeben werden. Dieser Anteil Reaktionsmittel 2 gelangt entsprechend dann mit dem schwermetallabgereicherten Prozesswasser 9 zur Fierstellung der Rohstoffsuspension. At least part of the reactant 2 can be added to the separated and heavy metal-depleted process water 9 for the next filling of the raw material suspension. This proportion of reactant 2 then arrives with the heavy metal-depleted process water 9 to freeze the raw material suspension.
Analog der Grundausführung gemäß Figur 1 und 2 resultieren aus dem Prozessschritt der Granulation/Extrusion boden- und pflanzenspezifischen Düngergranulaten 7 mit eingestellter und gleichbleibender Nährstoffzusammensetzung, wobei zumindest als eine Nährstoffquelle anorganisches Sekundärphosphat (wie beispielsweise Klärschlammaschen) eingesetzt wurde, wobei das darin enthaltene Phosphat durch einwirken des Reaktionsmittels besser pflanzenverfügbar gemacht wurde und die im anorganischen Sekundärphosphat enthaltenen Schwermetalle zumindest teilweise abgetrennt wurden. Das erzeugte Granulat/Extrudat kann getrocknet und fraktioniert werden. Auch können die erzeugten Granulate/Extrudate vor, während, zwischen oder nach der Trocknung und/oder Fraktionierung mit einer oder mehreren Beschichtungen aus den weiteren Komponenten 6 beschichtet werden. Analogous to the basic design according to FIGS. 1 and 2, the granulation / extrusion process step results in soil and plant-specific fertilizer granulates 7 with a set and constant nutrient composition, with inorganic secondary phosphate (such as sewage sludge ash) being used as at least one source of nutrients, with the phosphate contained therein acting through of the reagent was made more readily available to plants and the heavy metals contained in the inorganic secondary phosphate were at least partially separated. The granulate / extrudate produced can be dried and fractionated. The granulates / extrudates produced can also be coated with one or more coatings of the further components 6 before, during, between or after drying and / or fractionation.
Figur 4 zeigt die Grundausführung zur Erzeugung und den Einsatz von N-/P-Verbindungen aus Stickstoff- und schwefelhaltiger Lösung/Suspension 12. FIG. 4 shows the basic design for generating and using N / P compounds from nitrogen and sulfur-containing solution / suspension 12.
Dabei werden der Stickstoff- und schwefelhaltigen Lösung/Suspension 12 Fällungsreagenzien 10, 11 zur Ausfällung bzw. Auskristallisation der N-/P-Verbindungen zugeführt. Eine Reagenz 10 ist mindestens eine P-Verbindung zur Bildung von einem oder mehreren N-Phosphaten. Eine andere Reagenz 11 dient als Reaktionspartner zur Ausfällung oder Auskristallisation von Sulfat, so beispielsweise eine Alkali- oder Erdalkalieverbindung. Die Zugabe von Reagenz 10 und 11 kann gleichzeitig oder zeitlich versetzt, auch nacheinander stufig mit Zwischenabtrennung der Fällungs- und Auskristallisationsprodukte erfolgen. The nitrogen- and sulfur-containing solution / suspension 12 is supplied with precipitation reagents 10, 11 for the precipitation or crystallization of the N / P compounds. A reagent 10 is at least one P compound for the formation of one or more N-phosphates. Another reagent 11 serves as a reactant for the precipitation or crystallization of sulfate, for example an alkali or alkaline earth compound. The addition of reagents 10 and 11 can take place simultaneously or staggered in time, also one after the other in stages with intermediate separation of the precipitation and crystallization products.
Daneben können zusätzliche Fällungsreagenzien 13 zur Bildung gezielter Fällungs- bzw. Auskristallisationsphasen, wie beispielsweise Mg-, K-Verbindungen zugeführt werden. Auch kann die Lösung/Suspension 12 durch zusätzliche Fällungsreagenzien 13 konditioniert oder der pFI-Wert eingestellt werden. In addition, additional precipitation reagents 13 can be added to form specific precipitation or crystallization phases, such as, for example, Mg, K compounds. The solution / suspension 12 can also be conditioned by additional precipitation reagents 13 or the pFI value can be adjusted.
Die Fällungs- bzw. Auskristallisationsreaktion kann in einem gleichen Gefäß wie zur Zuführung von Reagenz 10 und/oder 11 und/oder in einem separaten Gefäß erfolgen. Zum Ablauf der Fällungs- bzw. Auskristallisationsreaktion wird eine Inkubationszeit abgewartet. The precipitation or crystallization reaction can take place in the same vessel as for supplying reagent 10 and / or 11 and / or in a separate vessel. An incubation period is awaited before the precipitation or crystallization reaction takes place.
Durch die Reaktion der Lösung/Suspension 12 mit den Fällungsreagenzien 10, 11 fallen N- (14) und Sulfat-Verbindungen (15) aus und werden von der Lösung/Suspension abgetrennt. Je nach Prozessführung liegen die getrennt oder gemeinsam vor. Getrennt liegen diese N- (14) und Sulfat- Verbindungen (15) beispielsweise vor, wenn zunächst die N- (14) oder die Sulfat-Verbindungen (15) durch Zuführen eines geeigneten Fällungsreagenz ausgefällt bzw. auskristallisiert und von der Lösung/Suspension abgetrennt wird, wobei die jeweils andere Komponente weitgehend in Lösung bleibt und anschließend die andere Verbindung ausgefällt bzw. auskristallisiert wird. Gemeinsam liegen diese N- und Sulfat-Verbindungen (14/15) beispielsweise vor, die Fällung bzw. Auskristallisation gleichzeitig erfolgt oder die ausgefällten bzw. auskristallisierten Verbindungen nicht separat abgetrennt werden. Gemeinsam vorliegen kann dabei beuteten in Form einer Mischung aus Partikeln unterschiedlicher Sorte und/oder es wird eine Sorte mit einer oder mehreren anderen Sorten beschichtet oder vergesellschaftet und/oder es bilden sich kristallografische Mischphasen. As a result of the reaction of the solution / suspension 12 with the precipitation reagents 10, 11, N- (14) and sulfate compounds (15) precipitate and are separated from the solution / suspension. Depending on how the process is conducted, they are available separately or together. These N- (14) and sulfate compounds (15) are present separately, for example, when the N- (14) or the sulfate compounds (15) are initially precipitated or crystallized by adding a suitable precipitation reagent and separated from the solution / suspension the other component remains largely in solution and then the other compound is precipitated or crystallized out. These N and sulfate compounds (14/15) are present together, for example, the precipitation or crystallization takes place simultaneously or the precipitated or crystallized compounds are not separated off separately. They can be present together in the form of a mixture of particles of different types and / or one type is coated or combined with one or more other types and / or crystallographic mixed phases are formed.
Die so gewonnen N- (14) und Sulfat-Verbindungen (15) können direkt als Düngemittel verwendet bzw. weiterverarbeitet werden oder als weitere Komponente (Nährstoffkomponente) in das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Düngemitteln aus anorganischen Sekundärphosphat beispielsweise gemäß Figur 1 bis 3. The N- (14) and sulfate compounds (15) obtained in this way can be used directly as fertilizers or further processed or as a further component (nutrient component) in the method according to the invention for producing fertilizers from inorganic secondary phosphate, for example according to FIGS. 1 to 3.
Figur 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen elektrochemischen Schwermetallabreicherung (auch als elektrochemischer Reaktor zu bezeichnen). In einem Gefäß befinden sich zwei Elektroden, die an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. FIG. 5 shows the basic structure of the electrochemical heavy metal depletion according to the invention (also to be referred to as an electrochemical reactor). There are two electrodes in a vessel that are connected to a voltage source.
In das Gefäß mit den Elektroden wird die Rohstoffsuspension eingeführt oder darin erzeugt. Die Rohstoffdispersion besteht aus mindestens einem anorganischen Sekundärphosphat und mindestens einem Reaktionsmittel. Das Reaktionsmittel reagiert zumindest anteilig mit dem anorganischen Sekundärphosphat, wobei Anteile des anorganischen Sekundärphosphats, so auch die darin enthaltenen Schwermetalle anteilig, gelöst werden und der Rest als ungelöst (feste Partikel) vorliegt. Diese Rohstoffsuspension aus mindestens einer flüssigen und einer festen Phase kann auch als Elektrolytlösung bezeichnet werden. The raw material suspension is introduced into the vessel with the electrodes or produced therein. The raw material dispersion consists of at least one inorganic secondary phosphate and at least one reactant. The reactant reacts at least in part with the inorganic secondary phosphate, proportions of the inorganic secondary phosphate, including the heavy metals contained therein, being dissolved and the remainder being present as undissolved (solid particles). This raw material suspension of at least one liquid and one solid phase can also be referred to as an electrolyte solution.
Bei Anlegen einer Gleichstromspannung wird eine Elektrode zur Kathode und die andere zur Anode. Durch einstellen geeigneter Reaktionsparameter werden Schwermetallkationen zumindest anteilig reduziert und beispielsweise als Metall oder Metalloxid zumindest anteilig an der Kathode abgeschieden (Anhaftungen an der Kathode). When a direct current voltage is applied, one electrode becomes the cathode and the other becomes the anode. By setting suitable reaction parameters, heavy metal cations are at least partially reduced and, for example, deposited as metal or metal oxide at least partially on the cathode (adhesions on the cathode).
Ausführungsbeispiel 1: Embodiment 1:
Es wird eine Rohstoffsuspension aus 80 g Wasser, 32 g Schwefelsäure (96 %) und 40 g Klärschlammasche (P205-Gehalt 17,6 %, davon neutral-ammoniumcitratlöslich 40 % und <1 % wasserlöslich; Schwermetallgehalte von 1,51 mg/kg für Cd, 14 mg/kg As, 613 mg/kg Cu) und eine Inkubationszeit von 25 Minuten eingehalten. A raw material suspension of 80 g water, 32 g sulfuric acid (96%) and 40 g sewage sludge ash (P205 content 17.6%, of which neutral ammonium citrate-soluble 40% and <1% water-soluble; heavy metal contents of 1.51 mg / kg for Cd, 14 mg / kg As, 613 mg / kg Cu) and an incubation time of 25 minutes was observed.
Nach der Inkubationszeit wird die so erzeugte Rohstoffsuspension einer elektrochemischen Schwermetallabreicherung zugeführt. Die Vorrichtung zur elektrochemischen Schwermetallabreicherung entspricht dabei Figur 5. Die Rohstoffsuspension wird entsprechend in ein 250 ml Glasgefäß überführt, in dem sich zwei Kohlenstoffelektroden (5 x 8 cm) in einem Abstand von ca. 4 cm befinden. Die Rohstoffsuspension wird kontinuierlich gerührt. An die Elektroden wird eine Stromstärke von 2,0 A angelegt, wobei eine Elektrode zur Anode und eine Elektrode zur Kathode werden. After the incubation period, the raw material suspension produced in this way is fed to an electrochemical heavy metal depletion facility. The device for electrochemical heavy metal depletion corresponds to FIG. 5. The raw material suspension is accordingly transferred into a 250 ml glass vessel in which two carbon electrodes (5 × 8 cm) are located approximately 4 cm apart. The raw material suspension is continuously stirred. A current of 2.0 A is applied to the electrodes, one electrode becoming the anode and one electrode becoming the cathode.
Die Reaktionsdauer beträgt 60 Minuten. Danach wird der Strom abgeschaltet und die Elektroden aus der Suspension entnommen. An der Kathode hat sich ein Belag/Film angelagert, der unter anderem Schwermetalle enthält und der in verdünnter Salpetersäure (3%ig) ablösbar ist. The reaction time is 60 minutes. The current is then switched off and the electrodes are removed from the suspension. A deposit / film has accumulated on the cathode, which contains heavy metals, among other things, and which can be removed in dilute nitric acid (3%).
Durch das Trennen der Kathode mit dem schwermetallhaltigen Belag/Anhaftung von der Rohstoffsuspension wird zumindest ein Teil der in der Rohstoffsuspension vorliegenden Schwermetalle aus der Rohstoffsuspension abgetrennt. Durch die Regeneration der Kathode durch verdünnte Salpetersäure entsteht eine schwermetallhaltige Abfalllösung, die entsorgt oder verwertet werden kann. Zudem kann anschließend die Kathode wiederverwendet werden. Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft die Schwermetallmenge in der Rohstoffsuspension vor und nach der elektrochemischen Abtrennung und gibt den Abtrenngrad in Prozent für einige Schwermetalle an. By separating the cathode with the heavy metal-containing coating / adhesion from the raw material suspension, at least some of the heavy metals present in the raw material suspension are separated from the raw material suspension. The regeneration of the cathode with dilute nitric acid creates a waste solution containing heavy metals, which can be disposed of or recycled. In addition, the cathode can then be reused. The following table shows an example of the amount of heavy metals in the raw material suspension before and after the electrochemical separation and indicates the degree of separation in percent for some heavy metals.
Die so schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension kann in nachfolgenden Schritten in ein Düngemittelgranulat überführt werden. Ausführungsbeispiel 3 und 4 zeigen hierzu zwei Varianten. The raw material suspension thus depleted of heavy metals can be converted into fertilizer granules in subsequent steps. Embodiments 3 and 4 show two variants of this.
Ausführungsbeispiel 2: Embodiment 2:
Analog Ausführungsbeispiel 1 wird eine größere Menge an Suspension mit der gleichen Zusammensetzung wie folgt hergestellt: 8 kg Wasser; 3,2 kg Schwefelsäure (96 %) und 4,0 kg Klärschlammasche (P205-Gehalt 18,3 %, davon neutral-ammoniumcitratlöslich 40 % und <1 % wasserlöslich; Schwermetallgehalte von 1,51 mg/kg für Cd, 14 mg/kg As, 613 mg/kg Cu) Die Inkubationszeit ist erneut 25 Minuten. Analogously to embodiment 1, a larger amount of suspension with the same composition is produced as follows: 8 kg of water; 3.2 kg sulfuric acid (96%) and 4.0 kg sewage sludge ash (P205 content 18.3%, of which neutral ammonium citrate soluble 40% and <1% water soluble; heavy metal content of 1.51 mg / kg for Cd, 14 mg / kg As, 613 mg / kg Cu) The incubation time is again 25 minutes.
Anschließend erfolgt die elektrochemische Schwermetallabtrennung in analoger Weiser wie im Ausführungsbeispiel 1. Der Versuchsaufbau wurde an die größere Suspensionsmenge durch ein Up- Scaling so angepasst, dass die identischen Versuchsparameter für die elektrochemische Reaktion wie in Ausführungsbeispiel 1 Vorlagen. Die Reaktionszeit betrug erneut 60 Minuten. Nach der Reaktionszeit wird die so schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension in einen Vorlagebehälter gepumpt und dort zunächst weiter gerührt. Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft an ausgewählten Schwermetallen die durch die elektrochemische Abreicherung erreichte Abtrennrate für die Schwermetallmenge aus der Rohstoffsuspension. The electrochemical heavy metal separation then takes place in a manner analogous to that in embodiment 1. The test setup was adapted to the larger amount of suspension by upscaling so that the test parameters for the electrochemical reaction were identical to those in embodiment 1. The reaction time was again 60 minutes. After the reaction time, the heavy metal-depleted raw material suspension is pumped into a storage container and initially stirred there. The following table shows an example of the removal rate for the amount of heavy metals from the raw material suspension achieved by the electrochemical depletion using selected heavy metals.
Die schwermetallabgereicherte Suspension wird anschließend weiterverarbeitet. Dazu werden unter Rühren 3,4 kg KCl zugegeben und diese Mischung weiter homogenisiert. Diese Rohstoffdispersion wird anschließend einer kontinuierlichen Wirbelschichtanlage zur Sprühgranulation zugeführt. Die Sprühgranulation wird dabei so gesteuert, dass eine mittlere Granulatgröße von 3,5 mm resultiert. Nach der Sprühgranulation werden Granulate kleiner 2 mm und Granulate größer 5 mm durch Siebung abgetrennt und dem Sprühgranulationsprozess als Kernmaterial zugeführt, wobei die Granulate größer 5 mm zuvor aufgemahlen werden. Zur Sprühgranulation ist ein Kernmaterial in Form eines Wirbelbettes erforderlich, auf welches die Rohstoffdispersion aufgesprüht wird. In der Startphase wird dazu vorzugsweise arteigenes Kernmaterial vorgelegt, im kontinuierlichen Prozess resultiert das Kernmaterial aus der Rückführung der abgetrennten Granulatfraktionen. The heavy metal-depleted suspension is then processed further. To this end, 3.4 kg of KCl are added with stirring and this mixture is further homogenized. This raw material dispersion is then fed to a continuous fluidized bed system for spray granulation. The spray granulation is controlled in such a way that an average granulate size of 3.5 mm results. After the spray granulation, granules smaller than 2 mm and granules larger than 5 mm are separated by sieving and fed to the spray granulation process as core material, the granules larger than 5 mm being ground beforehand. A core material in the form of a fluidized bed, onto which the raw material dispersion is sprayed, is required for spray granulation. In the starting phase, the core material of the species is preferably introduced; in the continuous process, the core material results from the recycling of the separated granulate fractions.
Dieser aufgeführte Ablauf wird fortlaufend wiederholt. Für einen kontinuierlich fortlaufenden Prozess werden entsprechend Pufferbehälter bei den Prozessschritten der Schwermetallabtrennung und Granulation installiert, um die zeitliche Abfolge der parallel ablaufenden kontinuierlichen und diskontinuierlichen Prozessschritte sicherzustellen. This procedure is repeated continuously. For a continuous process, buffer tanks are installed in the process steps of heavy metal separation and granulation in order to ensure the chronological sequence of the continuous and discontinuous process steps running in parallel.
Das erzeugte schwermetallabgereicherte Granulat weist nach der Einstellung der oben beschriebenen Gleichgewichtskreisläufe eine runde und kompakte Granulatform im Bereich 2-5 mm auf, einen P205- Gesamtgehalt von 7 %, wobei davon 92 % ammoniumcitratlöslich und 38 % wasserlöslich sind, einen K20-Gesamtgehalt von 21% und einen S-Gehalt von ca. 10 % auf. The heavy metal-depleted granulate produced has a round and compact granulate shape in the range 2-5 mm after the above-described equilibrium cycles have been set, a total P205 content of 7%, 92% of which is ammonium citrate-soluble and 38% is water-soluble, a total K20 content of 21 % and an S content of approx. 10%.
Ausführungsbeispiel 3: Embodiment 3:
Analog Ausführungsbeispiel 2 wird eine Rohstoffsuspension erzeugt. Anders als im Ausführungsbeispiel 2 erfolgt dann jedoch bereits in der Inkubationszeit die elektrochemische Schwermetallabtrennung mit einer Reaktionszeit von 90 min. Dazu wird die erzeugte Rohstoffsuspension in einen separaten elektrochemischen Reaktor gemäß Grundprinzip Figur 5 überführt. Alternativ kann die Rohstoffherstellung auch direkt in diesem Reaktor erfolgen. Analogous to embodiment 2, a raw material suspension is produced. Unlike in exemplary embodiment 2, however, the electrochemical heavy metal separation then already takes place during the incubation period with a reaction time of 90 minutes. For this purpose, the raw material suspension produced is transferred to a separate electrochemical reactor according to the basic principle of FIG. Alternatively, the raw material can also be produced directly in this reactor.
Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft an ausgewählten Schwermetallen die dabei erreichte Abtrennrate für die Schwermetallmenge aus der Rohstoffsuspension. The following table shows an example of the separation rate achieved for the amount of heavy metals from the raw material suspension for selected heavy metals.
Mittels einer Kammerfilterpresse wird ein großer Teil der flüssigen Phase vom ungelösten Feststoff so abgetrennt, dass ein erdfeuchtes Feststoffgemisch mit einem Flüssigphasenanteil von 32 % gebildet wird. A large part of the liquid phase is separated from the undissolved solid by means of a chamber filter press in such a way that an earth-moist solid mixture with a liquid phase content of 32% is formed.
Die abgetrennte und auch noch Nährstoffe enthaltende Lösung (flüssige Phase) wird dem Prozess der Rohstoffdispersionsherstellung für den nächsten Ansatz zurückgeführt und ersetzt in äquivalenter Menge den oben aufgeführten Wasseranteil in der Rezeptur der Rohstoffdispersion. Bei kontinuierlich fortlaufender Prozessführung stellt sich ein Gleichgewichtskreislauf der gelösten Stoffe in diesem Teilkreislauf ein. Entsprechend wird nach der Einstellung dieses Gleichgewichtes das Phosphat in der zugegebenen Menge durch die Klärschlammasche zur Granulation und damit wie gewünscht in das Granulat übergehen. The separated solution (liquid phase), which also contains nutrients, is returned to the process of raw material dispersion production for the next batch and replaces the above-mentioned water content in the formulation of the raw material dispersion in an equivalent amount. With continuously Continuous process management creates an equilibrium cycle of the dissolved substances in this sub-cycle. Accordingly, after this equilibrium has been established, the added amount of phosphate will pass through the sewage sludge ash to granulation and thus, as desired, into the granulate.
Wesentlicher Vorteil gegenüber Ausführungsbeispiel 2 ist, dass ein Teil der flüssigen Phase aus der Rohstoffdispersion mechanisch abgetrennt wird. Damit muss wesentlich weniger Wasser verdampft werden, was erhebliche Energiekosten einspart und den Prozess damit deutlich wirtschaftlicher macht. A major advantage over embodiment 2 is that part of the liquid phase is separated mechanically from the raw material dispersion. This means that significantly less water has to be evaporated, which saves considerable energy costs and makes the process much more economical.
Das aus der Fest-Flüssig-Trennung resultierende erdfeuchte Feststoffgemisch wird in einen Intensivmischer (Fa. Eirich R16W) überführt und dort intensiv gemischt. Flinzugefügt werden 3,4 kg KCl als feines Pulver und alles zusammen wird intensiv gemischt. Das Verhältnis Feststoff zu flüssiger Phase wird im Intensivmischer durch Zugabe von Wasser oder einem Pulver (z.B. Klärschlammasche) genau so eingestellt, dass sich beim intensiven Mischen Grüngranulate in der gewünschten Größe ausbilden. Die gebildeteren Grüngranulate werden anschließend bei 110 °C getrocknet und in 2-5 mm fraktioniert werden. Die Fraktion kleiner 2 mm und die Fraktion größer 5 mm werden nach vorheriger Aufmahlung den nachfolgenden Granulationsbatches zurückgeführt. The earth-moist solid mixture resulting from the solid-liquid separation is transferred to an intensive mixer (from Eirich R16W) and mixed intensively there. 3.4 kg of KCl are added as a fine powder and everything is mixed intensively. The ratio of solid to liquid phase is set in the intensive mixer by adding water or a powder (e.g. sewage sludge ash) so that green granules of the desired size are formed during intensive mixing. The green granules formed are then dried at 110 ° C. and fractionated into 2-5 mm. The fraction smaller than 2 mm and the fraction larger than 5 mm are returned to the subsequent granulation batches after previous grinding.
Das erzeugte schwermetallabgereicherte Granulat weist nach der Einstellung der oben beschriebenen Gleichgewichtskreisläufe eine runde und kompakte Granulatform im Bereich 2-5 mm auf, einen P205- Gesamtgehalt von 7 %, wobei davon 90 % ammoniumcitratlöslich und 28 % wasserlöslich sind und einen K20-Gesamtgehalt von 21% und einen S-Gehalt von ca. 10 % auf. The heavy metal-depleted granulate produced has a round and compact granulate shape in the range of 2-5 mm after setting the above-described equilibrium cycles, a total P205 content of 7%, of which 90% is ammonium citrate-soluble and 28% is water-soluble and a total K20 content of 21 % and an S content of approx. 10%.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) herstellbar mit einem Verfahren um fassend die Schritte: 1. Heavy-metal-depleted fertilizer granulate (7) can be produced using a process comprising the steps:
a) Erzeugung einer Rohstoffsuspension (3) umfassend mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) und mindestens ein Reaktionsmittel (2), wobei der Anteil an flüssiger Phase in der Rohstoffsuspension größer 45 % ist, a) production of a raw material suspension (3) comprising at least one inorganic secondary phosphate (1) and at least one reactant (2), the proportion of liquid phase in the raw material suspension being greater than 45%,
b) Einhalten einer Inkubationszeit zwischen anorganischem Sekundärphosphat (1) und Reaktionsmittel (2) zwischen 1 bis 300 Minuten, b) maintaining an incubation time between inorganic secondary phosphate (1) and reactant (2) between 1 and 300 minutes,
c) Durchführung einer elektrochemischen Schwermetallabreicherung direkt in der erzeugten Rohstoffsuspension (3) und Ausschleusen von zumindest eines Teils der abgetrennten Schadstoffe (4), wobei die elektrochemische Schwermetallabreicherung mit oder bei der Herstellung der Rohstoffsuspension (3) oder daran anschließend beginnen kann, wobei die elektrochemische Schwermetallabreicherung zumindest gleichzeitig mit oder zeitweise parallel während der Inkubationszeit und/oder über die Inkubationszeit hinaus ablaufen kann, c) Carrying out an electrochemical heavy metal depletion directly in the raw material suspension (3) produced and discharging at least some of the separated pollutants (4), wherein the electrochemical heavy metal depletion can begin with or during the production of the raw material suspension (3) or thereafter, with the electrochemical Heavy metal depletion can take place at least simultaneously with or temporarily in parallel during the incubation period and / or beyond the incubation period,
d) Granulierung und/oder Extrudierung der schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion (5), wobei sich mindestens eine Trocknung und/oder Fraktionierung anschließen können, und d) granulation and / or extrusion of the heavy metal-depleted raw material dispersion (5), which can be followed by at least one drying and / or fractionation, and
e) Kontinuierliches und/oder batchweises wiederholen der Prozessschritte a) bis d). e) Continuous and / or batchwise repetition of process steps a) to d).
2. Verfahren zur Herstellung eines schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) umfassend die folgenden Schritte: 2. A method for producing a heavy metal depleted fertilizer granulate (7) comprising the following steps:
a) Erzeugung einer Rohstoffsuspension (3) umfassend mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) und mindestens ein Reaktionsmittel (2), wobei der Anteil an flüssiger Phase in der Rohstoffsuspension größer 45 % ist, a) production of a raw material suspension (3) comprising at least one inorganic secondary phosphate (1) and at least one reactant (2), the proportion of liquid phase in the raw material suspension being greater than 45%,
b) Einhalten einer Inkubationszeit zwischen anorganischem Sekundärphosphat (1) und Reaktionsmittel (2) zwischen 1 bis 300 Minuten, b) maintaining an incubation time between inorganic secondary phosphate (1) and reactant (2) between 1 and 300 minutes,
c) Durchführung einer elektrochemischen Schwermetallabreicherung direkt in der erzeugten Rohstoffsuspension (3) und Ausschleusen von zumindest eines Teils der abgetrennten Schadstoffe (4), wobei die elektrochemische Schwermetallabreicherung mit oder bei der Herstellung der Rohstoffsuspension (3) oder daran anschließend beginnen kann, wobei die elektrochemische Schwermetallabreicherung zumindest gleichzeitig mit oder zeitweise parallel während der Inkubationszeit und/oder über die Inkubationszeit hinaus ablaufen kann, c) Carrying out an electrochemical heavy metal depletion directly in the raw material suspension (3) produced and discharging at least some of the separated pollutants (4), wherein the electrochemical heavy metal depletion can begin with or during the production of the raw material suspension (3) or thereafter, with the electrochemical Heavy metal depletion can take place at least simultaneously with or temporarily in parallel during the incubation period and / or beyond the incubation period,
d) Granulierung und/oder Extrudierung der schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion (5), wobei sich mindestens eine Trocknung und/oder Fraktionierung anschließen können und d) Granulation and / or extrusion of the heavy metal-depleted raw material dispersion (5), it being possible for at least one drying and / or fractionation to follow and
e) Kontinuierliches und/oder batchweises wiederholen der Prozessschritte a) bis d). e) Continuous and / or batchwise repetition of process steps a) to d).
3. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgeschalteten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprozess aus mindestens einer ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung (12) mindestens ein Gemisch aus und/oder separat vorliegende sulfathaltige und N-/P-haltige Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt gebildet werden, die der Rohstoffdispersion (3), der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) und/oder der erdfeuchten Mischung (8) vor und/oder während der Granulation bzw. Extrusion zumindest anteilig zugeführt werden. 3. Heavy metal depleted fertilizer granules (7) according to claim 1 or method according to claim 2, characterized in that in an upstream precipitation and / or Crystallization process from at least one ammonium- and sulfate-containing starting solution (12), at least one mixture of and / or separately present sulfate-containing and N- / P-containing precipitation and / or crystallization products are formed, which are the raw material dispersion (3), the raw material dispersion (5 ) and / or the earth-moist mixture (8) before and / or during the granulation or extrusion at least partially.
4. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach Anspruch 1 oder 3 oder Verfahren nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der flüssigen Phase der erzeugten schwermetallabgereicherten Rohstoffsuspension (5) nach der Schwermetallabreicherung und vor der Granulation und/oder Extrusion als schwermetallreduziertes Prozesswasser (10) abgetrennt wird, wobei 4. Heavy metal depleted fertilizer granulate (7) according to claim 1 or 3 or the method according to claim 2 to 3, characterized in that part of the liquid phase of the heavy metal depleted raw material suspension (5) after the heavy metal depletion and before the granulation and / or extrusion as heavy metal-reduced process water (10) is separated, wherein
zum einen eine erdfeuchte Mischung (8) mit einer Feuchte von 5 und 40 % resultiert und first, a semi-dry composition (8) with a moisture content of 5 to 40% results, and
zum anderen eine abgetrennte flüssige Phase in Form eines schwermetallabgereicherten Prozesswassers (10), wobei das abgetrennte schwermetallabgereicherte Prozesswasser (10) entweder zur Erzeugung der Rohstoffdispersion (3) zurückgeführt und/oder zur Konditionierung der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) vor der Granulation oder zur Granulation selbst zur Formung der Granulate genutzt und/oder aus dem Prozess ausgeschleust wird, on the other hand a liquid phase separated in the form of a schwermetallabgereicherten process water (10), wherein the separated schwermetallabgereicherte process water (10) is either fed back to generate the raw material dispersion (3) and / or for conditioning the schwermetallabgereicherten raw material dispersion (5) before granulation or granulation used to form the granules and / or removed from the process,
wobei vor der Abtrennung zumindest ein Teil der gelösten Komponenten aus der flüssigen Phase der schwermetallabgereicherten Rohstoffsuspension (5) ausgefällt und/oder auskristallisiert werden kann. wherein at least some of the dissolved components can be precipitated and / or crystallized out of the liquid phase of the heavy metal-depleted raw material suspension (5) before the separation.
5. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach Anspruch 1 oder 3 oder Verfahren nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion (5) einem Feststoffanteil von 40 bis 70 % aufweist und eine Granulierung der schadstoffabgereicherten Rohstoffdispersion (5) durch Sprühgranulation oder Sprühagglomeration erfolgt. 5. Heavy metal depleted fertilizer granulate (7) according to claim 1 or 3 or the method according to claim 2 to 3, characterized in that the heavy metal depleted raw material dispersion (5) has a solids content of 40 to 70% and granulation of the polluted raw material dispersion (5) by spray granulation or Spray agglomeration takes place.
6. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach Anspruch 1,3 bis 5 oder Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) oder der erdfeuchten Mischung (8) im Bereich von 4 bis 11 liegt. 6. Heavy metal depleted fertilizer granulate (7) according to claim 1, 3 to 5 or the method according to claim 2 to 5, characterized in that the pH value of the heavy metal depleted raw material dispersion (5) or the earth-moist mixture (8) is in the range from 4 to 11 .
7. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach Anspruch 1,3 bis 6 oder Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach der Granulierung und/oder Trocknung eine Fraktionierung des erzeugten schwermetallabgereichertes Düngemittelgranulat (7) anschließt, wobei eine Grobfraktion und/oder eine Feinfraktion aufgemahlen und der Rohstoffdispersion (3), der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) und/oder der erdfeuchten Mischung (8) vor und/oder während der Granulation bzw. Extrusion und/oder der Trocknung zumindest teilweise zuführbar ist. 7. Heavy metal depleted fertilizer granulate (7) according to claim 1, 3 to 6 or the method according to claim 2 to 6, characterized in that after the granulation and / or drying a fractionation of the heavy metal depleted fertilizer granulate (7) follows, wherein a coarse fraction and / or a fine fraction is ground up and can be fed at least partially to the raw material dispersion (3), the heavy metal-depleted raw material dispersion (5) and / or the earth-moist mixture (8) before and / or during granulation or extrusion and / or drying.
8. Schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach Anspruch 1,3 bis 7 oder Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Summe 1 bis 70 % Kristallisationsprodukte aus einer Phosphorelimination und/oder weitere Komponenten der Rohstoffdispersion (3), der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) und/oder der erdfeuchten Mischung (8) zuführbar sind, wobei eine Trocknung nach der Granulation und/oder Extrusion oberhalb 100°C bezogen auf die Materialtemperatur bei der Trocknung erfolgen kann. 8. Heavy metal depleted fertilizer granulate (7) according to claim 1, 3 to 7 or the method according to claim 2 to 7, characterized in that a total of 1 to 70% crystallization products from phosphorus elimination and / or other components of the raw material dispersion (3), the heavy metal depleted raw material dispersion (5) and / or can be fed to the earth-moist mixture (8), wherein drying after granulation and / or extrusion can take place above 100 ° C. based on the material temperature during drying.
9. Vorrichtung zur Herstellung von schwermetallabgereichertes Düngermittelgranulat (7) nach einem der vorangehenden Ansprüchen 1 oder 3 bis 8, umfassend 9. Device for the production of heavy metal depleted fertilizer granules (7) according to one of the preceding claims 1 or 3 to 8, comprising
mindestens einen ersten Mischbehältern zur Zuführung und/oder Mischung zumindest des anorganischen Sekundärphosphats (1) und des Reaktionsmittels (2), wodurch eine Rohstoffdispersion (3) erhalten wird, wobei für die Inkubationszeit entweder der erste Mischbehälter genutzt wird und/oder weitere Behälter vorhanden sind, in die die Rohstoffdispersion (3) für die Inkubationszeit überführt und gemischt wird, ■ At least one first mixing container for supplying and / or mixing at least the inorganic secondary phosphate (1) and the reagent (2), whereby a raw material dispersion (3) is obtained, either the first mixing container being used for the incubation period and / or further containers being available into which the raw material dispersion (3) is transferred and mixed for the incubation period,
mindestens eine Vorrichtung zur elektrochemischen Schwermetallabreicherung, wobei eine solche Vorrichtung in dem ersten Mischbehälter und/oder dem Mischbehälter, indem die Inkubationszeit abgewartet wird, integriert oder davon getrennt ist, die Rohstoffsuspension (3) darin gebildet oder darein zuführbar und die schwermetallabgereicherte Rohstoffsuspension (5) daraus abführbar ist und die Schwermetalle zumindest anteilig ausgeschleust werden können, At least one device for electrochemical heavy metal depletion, such a device being integrated or separated from the first mixing container and / or the mixing container while waiting for the incubation period, the raw material suspension (3) formed therein or feedable therein and the heavy metal-depleted raw material suspension (5 ) can be removed therefrom and the heavy metals can be discharged at least in part,
mindestens eine Granulier- und/oder Extrudiereinheit zum Granulieren und/oder Extrudieren der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) oder der erdfeuchten Mischung (8), wobei mindestens eine Zuführungseinheit von der Schwermetallabreicherung zum Überführen der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) oder der erdfeuchten Mischung (8) in die Granulier- und/oder Extrudiereinheit vorhanden ist und wobei eine Mischeinheit zur Mischung oder Homogenisierung der schwermetallabgereicherte Rohstoffdispersion (5) oder die erdfeuchte Mischung (8) integriert oder vorgeschaltet sein kann, at least one granulating and / or extrusion unit for granulating and / or extruding the heavy metal-depleted raw material dispersion (5) or the earth-moist mixture (8), with at least one feed unit from the heavy-metal depletion for transferring the heavy-metal-depleted raw material dispersion (5) or the earth-moist mixture (8) ) is present in the granulating and / or extrusion unit and a mixing unit for mixing or homogenizing the heavy metal-depleted raw material dispersion (5) or the earth-moist mixture (8) can be integrated or upstream,
mindestens eine Zuführeinheit, über die weitere Komponenten (6) der Herstellung der Rohstoffdispersion (3) und/oder anschließend vor und/oder zur elektrochemische Schwermetallabreicherung und/oder der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) oder der erdfeuchten Mischung (8) vor und/oder während der Granulation bzw. Extrusion zuführbar sind, wobei zusätzliche Mischeinheiten zur Mischung und/oder Homogenisierung vorhanden sein können. at least one feed unit, via the further components (6) of the production of the raw material dispersion (3) and / or subsequently before and / or for the electrochemical heavy metal depletion and / or the heavy metal depleted raw material dispersion (5) or the earth-moist mixture (8) before and / or can be fed in during the granulation or extrusion, it being possible for additional mixing units to be present for mixing and / or homogenization.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10. The device according to claim 9, characterized in that
mindestens eine Abtrenneinheit zur Abtrennung zumindest eines Teils der flüssigen Phase aus der schwermetallabgereicherten Rohstoffdispersion (5) und at least one separation unit for separating at least part of the liquid phase from the heavy metal-depleted raw material dispersion (5) and
mindestens eine Rückführeinheit für das abgetrennte schwermetallabgereicherte Prozesswasser (10) zum Mischbehälter zur Herstellung einer Rohstoffdispersion (3) und/oder zur Granulier- und/oder Extrudiereinheit at least one return unit for the separated heavy metal-depleted process water (10) to the mixing tank for producing a raw material dispersion (3) and / or to the granulating and / or extruding unit
vorhanden sind. available.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Fällungs- und/oder Auskristallisation eines Gemischs aus und/oder separat vorliegende sulfathaltige und N-/P-haltige Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt aus mindestens einer ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung bestehend aus 11. Device according to one or more of claims 9 or 10, characterized in that a device for the precipitation and / or crystallization of a mixture from and / or separately present sulphate-containing and N- / P-containing precipitation and / or crystallization product from at least one ammonium and sulphate-containing starting solution consisting of
mindestens einen Mischbehältern zur Zuführung und/oder Mischung zumindest ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung (12) und mindestens der Fällungsreagenz (10) und (11), wobei für die Inkubationszeit für die Fällungs- und/oder Auskristallisationsreaktion entweder dieser Mischbehälter genutzt wird und/oder weitere Behälter vorhanden sind, in die dieses Gemisch für die Inkubationszeit überführt und gemischt wird, at least one mixing container for supplying and / or mixing at least ammonium- and sulfate-containing starting solution (12) and at least the precipitation reagent (10) and (11), either this mixing container being used for the incubation time for the precipitation and / or crystallization reaction and / or there are further containers in which this mixture is transferred and mixed for the incubation period,
mindestens eine Vorrichtung zur Abtrennung des Fällungs- und oder at least one device for separating the precipitation and or
Auskristallisationsprodukte Crystallization products
mindestens eine Zuführeinheit, über die weitere Fällungsreagenz (13) der ammonium- und sulfathaltigen Ausgangslösung (12) vor und/oder während der Fällungs- und/oder Auskristallisationsreaktion zuführbar sind, wobei zusätzliche Mischeinheiten zur Mischung und/oder Homogenisierung vorhanden sein können. ■ At least one feed unit via which further precipitation reagent (13) of the ammonium- and sulfate-containing starting solution (12) can be fed before and / or during the precipitation and / or crystallization reaction, additional mixing units for mixing and / or homogenization being available.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulier- und/oder Extrudiereinheit ein Intensivmischer, ein Granulierteller oder ein Wirbelschicht- oder Strahlschichtreaktor ist. 12. The device according to claim 9 or 10 or 11, characterized in that the granulating and / or extruding unit is an intensive mixer, a granulating plate or a fluidized bed or spouted bed reactor.
13. Beschichtetes oder unbeschichtetes schwermetallabgereichertes Düngergranulat (7) dadurch gekennzeichnet, dass das schwermetallabgereicherte Düngergranulat (7) mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) umfasst, sowie einen größer 60 % neutral ammoniumcitratlöslichen P205-Anteil bezogen auf den Gesamtphosphatgehalt im schwermetallabgereicherten Düngergranulat (7). 13. Coated or uncoated heavy metal-depleted fertilizer granulate (7), characterized in that the heavy metal-depleted fertilizer granulate (7) comprises at least one inorganic secondary phosphate (1), as well as a greater than 60% neutral ammonium citrate-soluble P205 content based on the total phosphate content in the heavy metal granulate enriched with 7.
14. Beschichtetes oder unbeschichtetes schwermetallabgereichertes Düngergranulat (7) nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass das schwermetallabgereicherte Düngergranulat (7) mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) umfasst, sowie einen größer 60 % neutral ammoniumcitratlöslichen P205-Anteil bezogen auf den Gesamtphosphatgehalt im schwermetallabgereicherten Düngergranulat (7), wobei der P205-Anteil der Phosphatanteil aus dem anorganischen Sekundärphosphat (1) eine Wasserlöslichkeit von kleiner 40 % aufweist. 14. Coated or uncoated heavy metal-depleted fertilizer granulate (7) according to claim 17, characterized in that the heavy metal-depleted fertilizer granulate (7) comprises at least one inorganic secondary phosphate (1), as well as a more than 60% neutral ammonium citrate-soluble P205 content based on the total phosphate granulate content in the heavy metal waste 7), the P205 portion of the phosphate portion from the inorganic secondary phosphate (1) having a water solubility of less than 40%.
15. Beschichtetes oder unbeschichtetes schwermetallabgereicherte Düngergranulat (7) nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass das schwermetallabgereicherte Düngergranulat (7) in Summe 0,1 bis 25 % Huminsäure, Fulvosäure, deren Salze (Humate, Fulvate) und/oder in Summe 0,1 bis 30 % organische Säure und/oder in Summe 0,1 bis 50 % Strukturstoffe aufweist und/oder ein oder mehrere Kristallisationsprodukte aus der Phosphorelimination im Konzentrationsbereich zwischen 1 bis 70 % aufweist. 15. Coated or uncoated heavy metal depleted fertilizer granules (7) according to claim 13 or 14, characterized in that the heavy metal depleted fertilizer granules (7) in total 0.1 to 25% humic acid, fulvic acid, their salts (humates, fulvates) and / or in total 0 , 1 to 30% organic acid and / or in total 0.1 to 50% structural substances and / or one or more crystallization products from the phosphorus elimination in the concentration range between 1 to 70%.
16. Verwendung des schwermetallabgereicherten Düngergranulats (7) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15 zur Nährstoffzufuhr in der Land-, Forstwirtschaft und/oder im Gartenbau dadurch gekennzeichnet, dass das schwermetallabgereicherte Düngergranulat (7) mindestens ein anorganisches Sekundärphosphat (1) umfasst, sowie einen größer 60 % neutral ammoniumcitratlöslichen P205-Anteil. 16. Use of the heavy metal-depleted fertilizer granules (7) according to one or more of claims 13 to 15 for the supply of nutrients in agriculture, forestry and / or horticulture, characterized in that the heavy-metal-depleted fertilizer granules (7) comprise at least one inorganic secondary phosphate (1), as well as a more than 60% neutral ammonium citrate-soluble P205 content.
17. Verfahren zur zumindest teilweise Abtrennung von Ammonium und Sulfat aus mindestens einer ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung umfassend die folgenden Schritte: 17. A method for at least partial separation of ammonium and sulfate from at least one ammonium- and sulfate-containing starting solution comprising the following steps:
Zuführung von mindestens einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung als Fällungsreagenz zur zu mindestens teilweisen Fällung- und/oder Auskristallisation von Sulfat aus der ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung, Supply of at least one alkali or alkaline earth compound as a precipitation reagent for at least partial precipitation and / or crystallization of sulfate from the ammonium and sulfate-containing starting solution,
vorherige, gemeinsame oder anschließende Zuführung von mindestens einer P- Verbindung als Fällungsreagenz zur zu mindestens teilweisen Fällung- und/oder Auskristallisation von Ammonium aus der ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung als mindestens eine N-/P-Verbindung und Einstellung des pFI-Werts zwischen von 6 bis 11 und previous, joint or subsequent supply of at least one P compound as a precipitation reagent for at least partial precipitation and / or crystallization of ammonium from the ammonium and sulfate-containing starting solution as at least one N / P compound and setting the pFI value between from 6 to 11 and
Getrennte oder gemeinsame Abtrennung der gebildeten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukte. Separate or joint separation of the precipitates and / or crystallization products formed.
18. Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt aus der zumindest teilweise Abtrennung von Ammonium und Sulfat aus mindestens einer ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung umfassend die folgenden Schritte: 18. Precipitation and / or crystallization product from the at least partial separation of ammonium and sulfate from at least one ammonium- and sulfate-containing starting solution, comprising the following steps:
Zuführung von mindestens einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung als Fällungsreagenz zur zu mindestens teilweisen Fällung- und/oder Auskristallisation von Sulfat aus der ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung, Supply of at least one alkali or alkaline earth compound as a precipitation reagent for at least partial precipitation and / or crystallization of sulfate from the ammonium and sulfate-containing starting solution,
vorherige, gemeinsame oder anschließende Zuführung von mindestens einer P- Verbindung als Fällungsreagenz zur zu mindestens teilweisen Fällung- und/oder Auskristallisation von Ammonium aus der ammonium- und sulfathaltige Ausgangslösung als mindestens eine N-/P-Verbindung und Einstellung des pFI-Werts zwischen von 6 bis 11 und previous, joint or subsequent supply of at least one P compound as a precipitation reagent for at least partial precipitation and / or crystallization of ammonium from the ammonium and sulfate-containing starting solution as at least one N / P compound and setting the pFI value between from 6 to 11 and
Getrennte Abtrennung der gebildeten Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukte, wobei das Fällungs- und/oder Auskristallisationsprodukt 2 bis 8 % N, 5 bis 15 % P und jeweils 5 bis 10 % Mg, S und Ca (analytisch bestimmt an einer bei 80 °C getrockneten Gemischprobe) aufweist und wobei das P als Phosphat zu über 80 % neutral-ammoniumcitratlöslich vorliegen kann. Separate separation of the precipitates and / or crystallization products formed, with the precipitation and / or crystallization products 2 to 8% N, 5 to 15% P and 5 to 10% each of Mg, S and Ca (analytically determined on one at 80 ° C dried mixture sample) and where the P as phosphate can be more than 80% neutral ammonium citrate soluble.
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