SE0950622A1 - Återvinning av Fe och AI från P-innehållande material - Google Patents

Abstract

Fosforinnehàllande material behandlas med oorganiska syror för att bilda laklösningar (7)innehållande trevärt järn, trevärt aluminium, och fosfor. Järn och/eller aluminium extraherasgenom adsorption i en fångarsubstans (22) som har affinitet för katjoner och genom att frigörajärn och/eller aluminium till en stripplösning under regenerering. Regenereringen genomförsmed saltsyra (31). Anjoniska metallkloridkomplex extraheras från den saltsyrahaltigastripplösningen (32) genom adsorption i en fángarsubstans (42) som har affinitet för anjoniskametallklorider. Metallklorider återvinns från den laddade fångarsubstansen (46) genom elueringmed vatten (49). Gasformig väteklorid (38) tillsätts till raffinatet (33) frånmetalIkloridextraktionen. Kristallint aluminiumkloridhexahydrat (37) separeras om så önskas.Den saltsyrahaltiga stripplösningen (31) ätercirkuleras och används för strippning avfângarsubstansen (26) som är laddad med järn och/eller aluminium. Den utarmadeasklaklösningen (9) behandlas för fosforàtervinning och àteranvänds företrädesvis för upplösning av ett fosforinnehållande material. (Fig. 2)

Description

Borttagning av fosfor vid avloppsvattenbehandling utgår vanligtvis från kemisk fällning med järn- eller aluminiumsalter. Järn och aluminium är icke-flyktiga metaller som kvarstår i askan under förbränning av avloppsslam. Järn och aluminium är därför stora komponenter i aska fràn förbränt avloppsslam, med upp till 20 vikts-%.

Ett nödvändigt steg i fosforätervinning från aska är upplösning av fosfor. Upplösning med en bas har en låg effektivitet då endast en del av fosforn i askan lakas ut. Däremot är effektiviteten för fosforlakning från aska med oorganiska syror mycket hög. Av denna anledning är lakning med syror det vanligaste angreppssättet. Användandet av oorganiska syror för fosforlakning från aska resulterar i en upplösning av järn och aluminium. Höga koncentrationer av järn och aluminium i laklösningar från aska är det största hindret för återvinning av fosfor. Det är inte möjligt att fälla fosfor i andra former än järnfosfat eller aluminiumfosfat såvida inte järn och aluminium separeras, företrädesvis före fosforåtervinningen. Järn- och aluminiumfosfat har väldigt låg löslighet i vatten och kan därför inte frigöra fosfor tillräckligt snabbt för grödorna om dessa används som gödselmedel. Gödslingsvärdet av järnfosfat och aluminiumfosfat är därför mycket lågt. Dessutom kan inte järn- och aluminiumfosfat behandlas av fosfatindustrin eftersom de stör den industriella processen. Höga koncentrationer av järn och aluminium i asklaklösningar utgör också ett hinder för att återvinna fosfor med tekniker med vätskeextraktion eller jonbyte eftersom effektiviteten av fosforextraktionen minskar med ökande metalljonkoncentration. Det är dessutom att föredra att lösningen från fosforextraktionen återcirkuleras och används för askupplösning för att reducera syraåtgången och för att minimera produktion av effluenter. Sådan återcirkulation av asklaklösning resulterar i en ansamling av järn och aluminium i den cirkulerande lösningen vilket gör fosforätervinning ineffektiv. Därför är det önskvärt att kunna separera och företrädesvis återvinna järn och aluminium från asklaklösningar för att möjliggöra fosforätervinning. Det är önskvärt att kunna återvinna huvudkomponenterna i askan för att minska de kostnader som är förknippade med askdeponering. Det är dessutom önskvärt att kunna återvinna järn och aluminium var för sig och företrädesvis i en form som är lämplig för fosforfällning i avloppsreningsverk. Detta kan möjliggöra återcirkulation av järn och aluminium från aska för användning för fosforfällning och därigenom reducera behovet av externt tillförda järn- och aluminiumsalter.

Den publicerade internationella patentansökan WO 00/50343 beskriver en process för återvinning av järn, aluminium och fosfor från asklaklösningar med användning av jonbyte.

Processen inkluderar separation av järn och aluminium från asklaklösningar med en katjonbytarmassa med stark syra såsom Dowex Marathon C i natrium- eller protonform.

Regenerering av katjonbytarmassan görs företrädesvis med en vattenlösning av natriumklorid 3 men saltsyra eller svavelsyror nämns också som möjliga regenereringslösningar. Det konstateras att eluatlösningen som innehållerjärn- och aluminiumjoner kan återcirkuleras till en vattenreningsanläggning där substanser som innehåller järn och aluminium är värdefulla som fällningsmedel.

Angreppssättet som presenteras i framställningen WO OO/50343 har ett antal allvarliga nackdelar såsom höga kostnader på grund av behovet av ett stort överskott av regenereringskemikalier och ett begränsat värde på det återvunna järnet och aluminiumet eftersom dessa är kontaminerade med syror eller salter. Regenerering av en katjonbytarmassa med stark syra sker via en reaktion med jonbytarjåmvikt. Katjonbytarmassan affinitet för trevärda katjoner såsom järn och aluminium är mycket högre än affiniteten för envärda katjoner såsom natrium eller protoner. En mycket hög koncentration av envärda katjoner krävs därför i regenereringslösningen för att skifta jämviktsreaktionen i jonbytaren så att trevärda järn- eller aluminiumjoner kan bytas ut mot envärt natrium eller protoner. Därför kräver regenereringen av en katjonbytarmassa laddad med järn och aluminium användning av mycket koncentrerade salt- eller syralösningar. Behovet av salt eller syra är mycket större än den stökiometriska mängden för att bilda järn- och aluminiumsalter. Detta gör regenereringsprocessen kostsam eftersom ett överskott av kemikalier behövs. Vidare har eluatet ett högt innehåll av överskottssyra eller -salt.

Tillförsel av koncentrerade syror eller salter till avloppsvattenbehandlingsprocessen är oönskad.

Dessutom medger den ovan beskrivna processen inte att järn och aluminium återvinns separat. l avloppsvattenbehandling är fosforfällning optimerad för att använda antingen järn- eller aluminiumsalter. För att uppnå maximal effektivitet av fosforborttagning är det nödvändigt att kontrollera pH i lösningen och att kunna justera förhållandet mellan metall och fosfor under fällningen. Det är därför önskvärt att använda fällningskemikalier med en förutbestämd sammansättning och att använda antingen järn- eller aluminiumsalter och inte blandningar med varierande Fe- och Al-innehåll.

Innehållet avjärn och aluminium i aska från förbränt avloppsslam varierar över tiden. l flera fall förbränns avloppsslam i centrala anläggningar som mottar slam ifrån flera behandlingsanläggningar vilka använder antingen järn eller aluminium som fällningskemikalier.

Eftersom skillnaden i molekylvikten för aluminium och järn är stor och det relativa innehållet av järn och aluminium i aska varierar över tiden så kommer eluat som produceras i enlighet med framställningen WO 00/50343 att ha ett mycket begränsat värde som fällningskemikalier. l den publicerade internationella patentansökan WO 2008/115121 visas en metod och ett arrangemang för fosforåtervinning. Metoden är tillämgbar för fosforåtervinning ifrån laklösningar 4 från aska. Separation av järn och aluminium sker med en stark katjonbytarmassa som regenereras med en oorganisk syra. Nackdelarna är liknande de som presenteras i WO OO/50343 och inkluderar höga kostnader på grund av behovet av ett stort överskott av regenereringskemikalier, ett begränsat värde av de återvunna järn- och aluminiumprodukterna på grund av förorening med syra och att det inte är möjligt att återvinna järn och aluminium var för sig.

Trots ett omfattande forskningsarbete över hela världen inom området fosforåtervinning och försök att använda jonbytarteknologi och vätskeextraktion för detta ändamål, har återvinning av järn och aluminium fràn laklösningar från aska, separat och i ren form, för att användas som fällningsmedel vid avloppsvattenrening, inte tillämpats industriellt.

Det finns ett behov för en förbättrad metod för återvinning av järn och aluminium ifrån laklösningar från aska, i vilken det kontinuerliga behovet av stora överskott av regenereringskemikalier tas bort. Det finns även ett behov för en metod som möjliggör återvinning av järn och aluminium var för sig och i en ren form utan föroreningar av tungmetaller, att användas som fällningsmedel vid vattenrenings-/avloppsreningsanläggningar.

Sammanfattning Ett allmänt syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en effektiv, kostnadseffektiv och miljövänlig metod för återvinning av järn och aluminium från lösningar, företrädesvis lösningar som erhålls från upplösning av fosforinnehållande material, och i synnerhet att tillhandahålla en metod för återvinning av järn och aluminium från laklösningar som erhålls vid upplösning av aska ifrån förbränt avloppsslam med oorganiska syror. Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en kostnadseffektiv metod för att separera järn och aluminium från asklaklösningar för att möjliggöra, i ett efterföljande steg, fosforåtervinning i en värdefull form för användning inom jordbruk. Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att möjliggöra återvinna järn- och aluminiumsalt utan behovet av stora överskott av regenereringskemikalier. Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att möjliggöra återvinning av järn- och aluminiumsalter utan förorening av tungmetaller. Ett vidare syfte med föreliggande uppfinning är att möjliggöra separation av järn ifrån aluminium för att användas för separat fosfatstyrning vid behandling av avfallsflöden.

Ovanstående syften uppnås genom metoder och anordningar i enlighet med bifogade patentkrav. I generella ordalag behandlas fosforinnehållande material med oorganiska syror för att bilda en laklösning som innefattar anjoner av trevärt järn, trevärt aluminium, tvåvärda tungmetaller och fosfat. Åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium extraheras 5 från laklösningen genom att adsorbera åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium i en fångarsubstans (eng. scavenger) med affinitet för katjoner och genom att frigöra åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium till en stripplösning under regenerering av fängarsubstansen. Regenereringen sker med saltsyra. Anjoniska metallkloridkomplex extraheras från saltsyrastripplösningen genom adsorption av anjoniska metallkloridkomplex i en fångarsubstans med affinitet för anjoniska metallklorider. Metallklorider ätervinns från den laddade fångarsubstansen genom eluering med vatten och fångarsubstansen återcirkuleras för att extrahera ytterligare anjoniska metallklorider. Saltsyra tillförs till raffinatet från steget med metallkloridextrahering. Kristallint aluminiumklorid- hexahydrat kan om så önskas separeras från saltsyrastripplösningen. Saltsyrastripplösningen, efter metallseparation, återförs och används för att strippa en fångarsubstans laddad med åtminstone en trevärd metall vald fràn järn och aluminium. Asklaklösningen, efter separering av åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium behandlas för fosforåtervinning och återanvänds företrädesvis för upplösning av ett fosforinnehållande material.

En fördel med föreliggande uppfinning är att den möjliggör extraktion av järn och aluminium från asklaklösningar i form av högkvalitativa järnklorid- och aluminiumkloridprodukter på ett miljövänligt och kostnadseffektivt sätt. Separation av järn och aluminium från asklaklösningar möjliggör att återvinna fosfor i ett möjligt efterföljande steg i en form som är lämplig för användning inom jordbruk. Järn och aluminium kan således återvinnas från asklaklösningar på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt utan behov av ett stort överskott av regenereringskemikalier. En ytterligare fördel med föreliggande uppfinning är att den möjliggör att återvinna järn och aluminium separat och utan kontamination med tungmetaller. Ännu en fördel med föreliggande uppfinning är att fällningskemikalier som används för fosforfällning ur avfallsströmmar kan återvinnas ur askor från förbränning av fosforinnehàllande slam och därefter återanvändas igen för fosforfällning i avfallsvattenströmmar, varvid resurser sparas.

Kortfattad figurbeskrivning Uppfinningen tillsammans med ytterligare syften och fördelar därmed förstås bäst genom hänvisning till följande beskrivning gjord tillsammans med medföljande ritningarna, i vilka: Fig. 1 är ett blockschema av en utföringsform av ett arrangemang för återvinning av fosfor från askor; Fig. 2 är ett blockschema av en utföringsform av ett arrangemang för återvinning av trevärda metaller i enlighet med föreliggande uppfinning; Fig. 3 är ett diagram som illustrerar extraktion av metaller från svavelsyra med hjälp av di-etylhexylfosforsyra som en funktion av jämvikts-pH; Fig. 4 är ett diagram som illustrerar extraktion av anjoniska metallkloridkomplex med 6 trioctyl/decylamin fràn saltsyra som en funktion av kloridkoncentrationen; Fig. 5 är ett flödesschema över steg av en utföringsform av en metod för återvinning av trevärda metaller i enlighet med den föreliggande uppfinningen; Fig. 6 är ett flödesschema över steg av en utföringsform av en metod för fosforåtervinning; Fig. 7 är ett blockschema av en utföringsform av ett arrangemang för återvinning av aluminium i enlighet med föreliggande uppfinning; Fig. 8 år ett blockschema över en utföringsform av ett arrangemang för återvinning av järn i enlighet med föreliggande uppfinning; Fig. 9 är ett blockschema över en utföringsform av ett arrangemang för återvinning av järn och aluminium i enlighet med föreliggande uppfinning; samt Fig. 10 är ett blockschema över en annan utföringsform av ett arrangemang för återvinning av järn och aluminium i enlighet med föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning I alla ritningarna används samma referensnummer för liknande eller motsvarande element.

Terminologi som ofta används i föreliggande beskrivning skall tolkas enligt följande: Fångarsubstans - Material som har affinitet för lösta ämnen, t.ex. material som adsorberar joner, genom jonassociation eller lösningsmekanismer. Termen inkluderar olika slags extraktanter som ingår i såväl solventer som jonbytarmassor.

Solvent - En vätskefas, vanligtvis organisk, som företrädesvis löser extraherbara lösta ämnen ur en vattenlösning.

Extraktant - En aktiv komponent, vanligtvis organisk, av en solvent som möjliggör extraktion.

Vätskeextraktion - Separationen av en eller flera lösta ämnen från en blandning genom masstransport mellan icke blandbara faser varav åtminstone en fas typiskt sett år en organisk vätska.

Di/uent- En vätska, vanligtvis organisk, i vilken en extraktant och en modifierare är upplösta för att skapa en solvent.

Modifierare - En substans som tillförs solventen för att öka lösligheten av extraktanten, salt av extraktanten eller jonslag härrörande från extraktion eller strippning. Även tillförd för att undertrycka emulsionsbildning.

Regenerering - Överförandet från fångarsubstansen av de lösta ämnen som avlägsnats från processlösningen för att göra fångarsubstansen klar för återanvändning.

Sfrippning - Eluering från en laddad solvent.

Skrubbning - Selektivt avlägsnande av orenheter från en laddad solvent före strippning.

Raffinat - En vattenfas från vilken ett löst ämnen avlägsnats genom extraktion.

Den föreliggande uppfinningen baseras på förståelsen av att man genom att kombinera och anpassa olika processteg med en hög återanvändningsgrad av processkemikalier kan åstadkomma en hel process med mycket hög grad av kemikalieåteranvändning. I föreliggande uppfinning kan man, genom att ansluta två jonbytarförfaranden med en process, som i sig själv är ett återcirkulationssystem, åstadkomma synergieffekter för hela systemet. Detta kan illustreras genom en typisk utföringsform som presenteras nedan.

I en typisk utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken emellertid ii skall anses vara begränsande för det generella skyddsomfånget, behandlas fosforinnehållande material med en oorganisk syra för att bilda en laklösning innefattande trevärt järn, trevärt aluminium, tvåvärda tungmetaller och fosfatanjoner. Åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium extraheras från denna laklösning genom adsorption av åtminstone en metall vald från järn och aluminium i en fångarsubstans som har en affinitet för katjoner och genom att frigöra åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium till en stripplösning under regenerering av fångarsubstansen. Regenereringen sker med saltsyra. Anjoniska metallkloridkomplex extraheras från den saltsyrehaltiga strlpplösningen genom att adsorbera anjoniska metallkloridkomplex i en fångarsubstans som har affinitet för anjoniska metallklorider.

Metallklorider återvinns från den laddade fångarsubstansen genom eluering med vatten och fångarsubstansen återcirkuleras för att extrahera mer anjoniska metallklorider. Saltsyra adderas till raffinatet från metallkloridextraktionssteget. Kristallin aluminiumkloridhexahydrat kan om så önskas separeras från den saltsyrehaltiga strlpplösningen. Efter metallseparationen återcirkuleras den saltsyrehaltiga strlpplösningen och används för att strippa en fångarsubstans laddad med åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium. Efter separation av åtminstone en trevärd metall vald från järn och aluminium behandlas asklaklösningen för återvinning av fosfor och återanvänds företrädesvis för upplösning av ett fosforinnehållande material.

Det ursprungliga avsedda syftet med föreliggande uppfinning var att skapa en enkel och kostnadseffektiv metod för återvinning av järn och aluminium från asklaklösningar innehållande åtminstone en av trevärt järn och trevärt aluminium och möjligen även tvåvärda tungmetaller och fosfor. Metoden gör det möjligt att återvinna järn och aluminium separat och utan att vara kontaminerade av tungmetaller. Separation av järn och aluminium möjliggör fosforåtervinning, i ett efterföljande steg, i en för användning inom lantbruk användbar form. Därutöver möjliggör metoden produktion av järn- och aluminiumsalter utan behov av ett stort överskott av regenereringskemikalier.

Nedan beskrivs detaljerat olika utföringsformer av processer för återvinning av järn, aluminium och fosfor från aska av förbränt avloppsslam. Emellertid är den föreliggande uppfinningen inte begränsad till återvinning av järn och aluminium från aska från förbränt avloppsslam utan är tillämpbar på många andra fosforinnehållande material. En snarlik process kan användas för att till exempel extrahera järn och aluminium ur aska av förbränd biomassa, aska av förbränt hushållsavfall, aska av förbränd torv, aska av förbränt kol, kemiskt slam från anläggningar för vatten-/avloppsvattenbehandling osv.

Avloppsslamaska är den rest som bildas i en förbränningsanläggning vid förbränning av avvattnat avloppsslam. Slamaska är huvudsakligen ett mjäligt material med lite sandpartiklar.

Den specifika storleksfördelningen och slamaskans egenskaper beror till största delen på typen av förbränningssystem och de kemikalier som använts i avloppsbehandlingsprocessen.

Avloppsslamaska består till huvuddelen av grundämnena O, Si, P, Ca, Fe och Al. Fosfor förekommer huvudsakligen i formen av som olika fosfatsalter med metallkatjoner, medan resten av ämnena huvudsakligen förekommer som oxider. Fosforkoncentrationen i askan är vanligtvis inom området 7 - 10 vikts-%. Koncentrationen av övriga ämnen varierar som följer: Si 9 - 21 %, Ca 4 - 15 %, Al 3 - 15 % och Fe 1 - 14 %. Summan av tungmetaller såsom Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb och Zn uppgår vanligtvis till 0,1 - 0,5 vikts-%.

En lösning skapas genom att lösa upp aska från förbränt avloppsslam i syra i ett upplösningsarrangemang. Starka oorganiska syror så som svavelsyra, salpetersyra eller saltsyra kan användas. Den föredragna syran är svavelsyra på grund av dess låga pris och att den kan erhållas i koncentrerad form. Det föredragna sättet att lösa upp aska i syra är att först blanda: askan med återcirkulerad processvätska och sedan upprätthålla ett lågt pH (pH < 2) genom att kontinuerligt tillföra svavelsyra på ett kontrollerat sätt. Den nödvändiga pH-nivån vid upplösning är en funktion av asksammansättningen och är således specifik för respektive aska. 9 De olösliga delarna av askan, huvudsakligen silikater, olösta metalloxíder och gips avlägsnas via sedimentation, filtrering eller centrifugering.

Hela arrangemanget för askupplösning och separation av olösliga fasta ämnen kan ses som en förbehandling för att åstadkomma en tillförsellösning till återvinningsanordningen enligt uppfinningen, innehållande trevärtjärn, trevärt aluminium, tvåvärda tungmetaller och fosfor.

En utföringsform av ett allmänt blockdiagram för ett arrangemang 100 för återvinning av järn, aluminium och fosfor från askor visas i figur 1. Aska 1, syra 2, och processlösning 3, företrädesvis åtminstone till en del återcirkulerad processlösning, tillförs till en upplösningsenhet 4. Upplösningsenheten 4 är anordnad för behandling av det fosforinnehållande materialet, i denna utföringsform, askan 1, med syran 2, i denna utföringsform Oorganisk syra. Ett utflöde 5 från upplösningsenheten 4 behandlas därefter för avlägsning av olösligt material 13 i en upplösningsseparator 6, vilken är en separationsenhet för fast materia från vätska.

Upplösningsseparatorn 6 är således anordnad för att separera fasta och flytande faser av det behandlade fosforinnehållande materialet. Det olösliga materialet 13 avlägsnas typiskt genom sedimentation, filtrering och/eller centrifugering och en kvarvarande vätska leds som en oorganisk syralösning 7 innehållande åtminstone en av trevärt aluminium och trevärt järn till en ingång på ett arrangemang 8 för återvinning av trevärda metaller. Efter avlägsnande av en väsentlig del av nämnda åtminstone en metall vald från järn och aluminium tillhandahålls den utarmade lakvätskan 9 som lämnar arrangemanget 8 för återvinning av trevärda metaller som en ingångslösning till ett arrangemang för återvinning av fosfat 10, i vilket fosforåtervinning utförs med medel, som sådana kända i känd teknik, såsom våtskeextraktion, jonbyte, kemisk fällning etc. En effluent 11 från arrangemanget för fosforåtervinning 10 återcirkuleras tillbaka till upplösningsenheten 4 såsom processlösningen 3, som ett återcirkulationsarrangemang för återcirkulering av lakvätskan utarmad på trevärda metaller och fosfat tillbaka till upplösningsenheten 4. Ett utflöde 12 av den cirkulerade processlösningen 3 avlägsnas för vidare behandling t.ex. för att förhindra uppbyggnad av tungmetaller och alkallska katjoner.

I en föredragen utföringsform, efter att en väsentlig del av järn och/eller aluminium avlägsnats, behandlas den utarmade lösningen 9 för fosforåtervinning genom att extrahera fosforsyra med organiska solventer såsom alkoholer, tri-alkylfosfat etc. (t.ex. heptanol, tributylfosfat och blandningar av dessa föreningar) i ett vätskeextraktionsförfarande. Denna fosforåtervinning kan _ t.ex. genomföras i enlighet med beskrivningen i den publicerade internationella patentansökan WO2008/115121. Det är konstaterat att sådana solventer extraherar fosforsyra med företräde framför svavelsyra, salpetersyra och saltsyra från asklaklösningar. Alternativt kan svavelsyra och fosforsyra extraheras tillsammans vid användning av solventer såsom aminer i vätskeform 10 och blandningar av aminer i vätskeform, tributylfosfat och alkoholer. Fosfor kan således återvinnas från sådana organiska solventer genom kända medel i en form lämplig att användas inom jordbruket.

En utföringsform av arrangemanget 8 för återvinning av trevärda metaller är schematiskt beskrivet i Figur 2. Detta arrangemang 8 är lämpligt att driva för återvinning av järn och/eller aluminium från asklaklösningar såsom nämnts ovan. Denna utföringsform kan således användas i arrangemanget 100 i Figur 1. Processvattenlösningen är den oorganiska syralösningen 7 innefattande trevärt AL och/eller trevärt Fe. Processvattenlösningen tillförs via ett intag 21 till en första jonbytarenhet 20. I en extraktionssektion 27 av den första jonbytarenheten 20 exponeras processvattenlösningen innefattande upplöst trevärt järn och/eller trevärt aluminium för den första fångarsubstansen 22 som har en affinitet för trevärt järn och/eller trevärt aluminium. Järn och/eller aluminium extraheras därigenom via absorption i den första fångarsubstansen 22. Den första fångarsubstansen 26 som lämnar extraktionsenheten 27 är därmed laddad med trevärt järn och/eller trevärt aluminium. Efter avlägsnande av företrädesvis en väsentlig del av järnet och/eller aluminiumet förs den utarmade laklösningen 9 ut via ett utlopp 23 för att t.ex. behandlas för fosforåtervinning. Vilken fångarsubstans som helst som kan avlägsna trevärt järn och/eller trevärt aluminium kan användas. Mekanismen för extraktion av järn och/eller aluminium bygger på utbyte med protoner. Fångarsubstansen kan vara en fast jonbytarmassa såsom styrendivinylbensen eller akrylisk divinylbensen med funktionella grupper av sulfonsyra eller fosforsyra, eller en flytande organisk extraktant såsom olika organiska derivat av fosforsyra t.ex. di-etylhexylfosforsyra etc.

Användandet av flytande fångarsubstanser såsom di-etylhexylhexylfosforsyra är att föredra då sådana fångarsubstanser möjliggör separation av järn och aluminium ifrån vattenlösningar med vätskeextraktion. Vätskeextraktion involverar selektiv överföring av lösta ämnen mellan två oblandbara faser, en vattenfas och en organisk fas. De två oblandbara faserna blandas först grundligt för att underlätta överföringen av lösta ämnen och separeras sedan.

Det är vanligt att man löser organiska extraktanter (t.ex. di-etylhexylfosforsyra) i lämpliga lösningsmedel såsom kerosene och att substanser tillsätts solventlösningen i syfte att öka lösligheten av extraktanten och att undertrycka emulsionsbildning. Alla sådana kombinationer refereras hädanefter så som flytande fångarsubstanser.

Fångarsubstanser såsom di-etylhexylfosforsyra har olika affinitet för olika metalljoner. Graden av metallextraktion varierar betydligt med vattenlösningens pH. Därför kan, genom att styra jämvikts pH-värdet under vätskeextraktionen, fångarsubstansen selektivt extrahera vissa 11 metaller före andra metaller. Extraktion av metaller från svavelsyra med di-etylhexylfosforsyra, som en funktion av jämvikts-pH, visas i figur 3. Från svavelsyra är extraktionsföljden som funktion av pH Fe” > Ala* > Znz* > Cd” > Ca” > Mnz* > Cu” > Mg” > C02* > Ni”. Man måste förstå att jämförelser av procentuella extraktions-pH kurvor för någon katjonisk extraktant endast kan användas som en indikation av det pH intervall i vilket metallextraktion sker.

Kurvorna ändras med metallkoncentrationen, extraktantkoncentrationen, fasförhållanden, kontakttid, etc. Till exempel kommer en ökning av extraktantkoncentrationen att förskjuta kurvorna mot lägre pH-värden.

Från Figur 3 kan utläsas att genom att under vätskeextraktion styra jämvikts-pH kan trevärt järn effektivt separeras ifrån tungmetaller om fångarsubstanser såsom di-etylhexylfosforsyra används. Vid ett visst jämvikts-pH-värde har di-etylhexylfosforsyra en betydande kapacitet för extraktion av trevärt järn och endast en mycket begränsad kapacitet för tvåvärda tungmetaller.

Aluminium kan samextraheras med trevärt järn framför tungmetaller eller så kan järn först extraheras före aluminium och tungmetaller och i ett andra extraktionssteg med högre pH-nivà kan aluminium extraheras med viss samextraktion av tungmetaller. Olika utföringsformer som utnyttjar dessa olika möjligheter presenteras vidare nedan. Åter vid Figur 2, extraktionssektionen 27 i den första jonbytarenheten 20 är därför i denna utförandeform företrädesvis försedd med en pH-styrenhet 29 för att styra pH i den första fångarsubstansen 26 i extraktionssektion 27 av den första jonbytarenheten 20.

Den första fångarsubstansen 26 laddad med järn och/eller aluminium kan om så önskas skrubbas i en skrubber 19 för att avlägsna samextraherade orenheter. Därefter leds den första fångarsubstansen 26 som lämnar extraktionssektionen 27 till en strippningssektion 28 i den första jonbytarenheten 20. Här frigörs det trevärda aluminiumet och/eller trevärda järnet från den första fångarsubstansen till en saltsyralösning 31, i denna utföringsform återcirkulerad vattenlöst saltsyra med en koncentration av ca 6-8 N. Trevärtjärn och tungmetaller såsom zink, koppar, kadmium osv. bildar anjoniska komplex med klor. Därigenom skapas anjoniska metallkloridkomplex. Trevärt aluminium bildar inte negativt laddade komplex med klor utan kvarstår i form av katjoner. Ett överskott av saltsyra utöver det stökiometriska förhållandet används för strippning av järn och/eller aluminium från den första fångarsubstansen 22.

Följaktligen är den första fångarsubstansen 25 som lämnar strippningssektionen 28 utarmad på trevärt aluminium och/eller trevärt järn och àtercirkuleras tillbaka till extraktionssektionen 27.

Stripplösningen som lämnar strippningssektionen 28 i den första jonbytarenheten 20 är således en saltsyralösning 32 bestående av eluerade metaller och saltsyra.

Saltsyralösningen 32 innehållande anjoniska metallkloridkomplex, saltsyra och eventuellt 12 trevärda aluminiumkatjoner förs därefter till en andra jonbytarenhet 40. En extraktionssektion 47 av den andra jonbytarenheten 40 är ordnad för att extrahera de anjoniska meta|lk|oridkomp|exen från saltsyralösningen 32 genom adsorption i en andra fângarsubstans 42. Den andra fångarsubstansen 42 har en affinitet för anjoniska metallkloridkomplex. Anjoniska metallkloridkomplex extraheras selektivt i en andra fångarsubstans företrädesvis före trevärda aluminiumkatjoner och saltsyra som kvarstår i vattenlösningen. Den andra fångarsubstansen 46 som lämnar extraktionssektionen 47 i den andra jonbytarenheten 40 är således laddad med metallklorider.

Alla fångarsubstanser som har förmåga att avlägsna anjoniska metallkloridkomplex företrädesvis framför trevärt aluminium och saltsyra kan användas. Mekanismen för extraktion av metallklorider är främst baserad på utbyte med kloridjoner. Den andra fångarsubstansen kan vara en fast jonbytarmassa såsom styrendivinylbensen eller akrylisk divinylbensen med primära, sekundära, tertlära eller kvartära funktionella amingrupper, eller en flytande organisk extraktant såsom olika flytande aminer, trialkylfosfater, ketoner, etrar, etc.

Användandet av flytande fångarsubstanser såsom flytande tertlära aminer (t.ex. trioctyl/decylamin) är att föredra då sådana fångarsubstanser möjliggör separation av anjoniska metallkloridkomplex från vattenlösningar via vätskeextraktion. Det är vanligt att lösa tertlära aminer i lämpliga spädmedel så som kerosen och att tillföra substanser till solventblandningen för att öka aminernas löslighet och för att motverka emulsionsbildning. Alla sådana kombinationer refereras härmed till som flytande fångarsubstanser med en affinitet för anjoniska metallkloridkomplex. Figur 4 visar extraktion av anjoniska metallkloridkomplex med trioctyl/decylamin från saltsyralösning som en funktion av kloridkoncentrationen. Åter till Figur 2, raffinatet 33 från extraktionssektionen 47 år en vattenlösning av saltsyra utarmad på anjoniska metallkloridkomplex. En återcirkuleringsenhet 34 är ansluten mellan den andra jonbytarenheten 40 och den första jonbytarenheten 20. Återcirkuleringsenheten 34 är således anordnad för att tillhandahålla saltsyraiösningen utarmad på anjoniska metallkloridkomplex, dvs. raffinatet 33 till den första jonbytarenheten 20 för återanvändning som stripplösning 31. Strippsektionen 28 i den första jonbytarenheten 20, extraktionssektionen 47 av den andra jonbytarenheten 40, återcirkuleringsenheten 34 och anslutningarna däremellan utgör ett återcirkuleringssystem 30. Emellertid, eftersom en del av kloridinnehållet har avlägsnats som anjoniska metallkloridkomplex måste sådana kloridjoner ersättas. För detta ändamål tillsätts saltsyra 38 till raffinatet 33 från extraktionssektionen 47 i återcirkuleringsenheten 34 och anslutningarna däremellan till en saltsyra-tillsåttare 35. Raffinatet 332 gasas där med väteklorid 38 för att föra koncentrationen till den önskade koncentrationen av ungefär 6-8 N HCI. 13 Raffinatet 33 innehåller möjligen aluminium, dvs. när den första jonbytarenheten 20 är anordnad för att extrahera trevärt Al genom adsorption i den första fångarsubstansen 22. Om alltså aluminium förekommer i raffinatet 33 i relativt höga koncentrationer resulterar tillsatsen av saltsyra i tillsättaren 35 i en fällning av kristallint aluminiumkloridhexahydrat 37. I en sådan utföringsform innefattar àtercirkuleringsenheten 34 även en separator 36 för separering av fällningen av aluminiumkloridhexahydrat 37 från saltsyralösningen. Vid rumstemperatur minskar lösligheten för aluminiumklorid från 32 vikts-% i vatten till omkring 6,5 vikts-% i 8 N HCI (25 vikts-% HCI) och till cirka 0,7 vikts-% i 11 N HCI (35 vikts-% HCI). Vid 0°C är lösligheten för aluminiumkloridhexahydrat i mättad saltsyralösning (35 vikts-°/> HCI) endast 0,2 g/liter. Kristallin aluminiumklorid 37 separeras således från den vattenhaltiga saltsyralösningen i separatorn 36 genom sedimentation, filtrering eller centrifugering. Den saltsyrehaltiga stripplösningen 31, efter metallseparation, återcirkuleras såsom nämns ovan och används för att strippa fångarsubstansen 26 som är laddad med trevärd metall av järn och/eller aluminium.

Den andra jonbytarenheten 40 är vidare ordnad för att frigöra de anjoniska metallkloridkomplexen från den andra fångarsubstansen 46 till en vattenlösning. Metallklorider àtervinns från den laddade andra fångarsubstansen 46 genom att den elueras med vatten 49 i en strippningssektion 48 i den andra jonbytarenheten 40. Resultatet då den andra fångarsubstansen 46, laddad med metallkloridkomplex, kontakteras med vatten 49 blir att de anjoniska metallkloridkomplexen bryts varvid det bildas en utarmad andra fångarsubstans 45 laddad med kloridjoner och en vattenlösning 41 innehållande neutrala metallkloridsalter. Efter att metallklorider eluerats återcirkuleras den andra fångarsubstansen 45 för att extrahera ytterligare anjoniska metallkloridkomplex. Den erhållna vattenlösningen med metallklorider 41 har ett förhållande, klorid till metall, som är cirka 1 utan ett överskott av saltsyra.

En utföringsform av en metod för återvinning av trevärda metaller från en lösning illustreras i form av ett flödesschema i Figur 5. De trevärda metallerna är trevärt Al och/eller trevärt Fe.

Förfarandet startar i steg 200. l steg 210 tillhandahålls en oorganisk syralösning innefattande trevärt Al och/eller trevärt Fe. Det trevärda Al och/eller trevärda Fe extraheras i steg 220 genom absorption i en fångarsubstans. Företrädesvis innefattar denna extraktion styrning av pH i den första fångarsubstansen. l en särskild utförandeform, som beskrivs mer detaljerat nedan, anpassas styrningen av pH i den första fångarsubstansen till att minska extraktion av tungmetaller till den första fångarsubstansen varigenom metallkloridkomplexen väsentligen är järnkloridkomplex. I steg 230 frigörs det trevärda Al och/eller trevärda Fe från den första fångarsubstansen» till en saltsyralösning varigenom anjoniska metallkloridkomplex bildas. De anjoniska metallkloridkomplexen extraheras från saltsyralösningen i steg 240 genom absorption 14 I en andra fångarsubstans. I steg 250 frigörs de anjoniska metallkloridkomplexen från den andra fångarsubstansen till en vattenlösning. I steg 260 tillförs saltsyra i gasform till saltsyralösningen, utarmad på anjoniska metallkloridkomplex. I utföringsformer anpassade för tillämpningar där extraktionssteget 220 innefattar extrahering av trevärt Al genom absorption i den första fångarsubstansen, innefattar steget at tillsätta gasformig väteklorid 260 företrädesvis tillsättning av gasformig väteklorid i en mängd som orsakar utfällning av aluminiumkloridhexahydrat. I en sådan utföringsform innefattar metoden även ett ytterligare steg 262 för att separera den fällda aluminumkloridhexahydraten ur saltsyralösningen. Saltsyralösningen utarmad på anjoniska metallkloridkomplex förs i steg 270 tillbaka för att återanvändas i steget 230 för frigörande av trevärt Al och/eller trevärt Fe från den första fångarsubstansen. Processen avslutas i steg 279.

Som nämns vidare ovan, kan återvinningen av trevärda metaller beskriven ovan användas som en del av en metod för fosforåtervinning. En utföringsform av en sådan metod illustreras som ett flödesschema i Figur 6. Metoden börjar i steg 280. I steg 282 behandlas ett fosforinnehållande material med en oorganisk syra. Det fosforinnehållande materialet innehåller dessutom Fe och/eller Al. Det fosforinnehållande materialet är i denna särskilda utföringsform aska ifrån förbränning av avloppsslam. Fasta och flytande faser av det behandlade fosforinnehållande materialet separeras i steg 284. Därigenom bildas en laklösning innehållande fosfat och trevärt Al och/eller trevärt Fe. I steg 286 återvinns trevärda metaller I enlighet med ovan presenterade idéer t.ex. med metoden som illustreras i Figur 5. Laklösningen används sedan som den oorganiska syralösningen innehållande trevärt Al och/eller trevärt Fe. I steg 288 återvinns fosfor ur laklösningen. Detta kan ske med alla tidigare kända metoder t.ex. i enlighet med de principer som beskrivs i WO 2008/115121. I steg 290 förs laklösningen utarmad på trevärda metaller och fosfat tillbaka för att återanvändas I steget 282 där det fosforinnehållande materialet behandlas.

Processen avslutas i steg 299.

Innehållet av aluminium och järn i aska ifrån förbränt avloppsslam kan variera väldigt mycket.

Det fällningsmedel som används för fosforavlägsning vid avloppsvattenbehandlingen är en huvudfaktor som påverkar metallinnehållet i aska från förbränt avloppsslam. Askor kan generellt delas in i två olika slag med avseende på aluminium- och järnkoncentrationer: a) aska karakteriserad av ett högt aluminiuminnehåll och ett lågt järninnehåll med ett gråaktigt utseende, och b) aska karakteriserat av ett högt järninnehåll och ett lågt aluminiuminnehåll med ett rödbrunt utseende. Utöver järn och aluminium varierar kalciuminnehållet i aska från förbränt avloppsslam betydligt och är vanligtvis emellan 4 - 15 vikts-°/0. Innehållet av järn såväl som aluminium varierar i samma storleksordning. Innehållet av silikater (SiOz) varierar emellan 25 - 50 vikts-°/0. 15 Under förbränning av avloppsslam vid hög temperatur (>500 C) kan oorganiska fosforföreningar omkristallisera och bilda nya föreningar. Järnfosfat och aluminiumfosfat kan reagera med kalciumföreningar och kisel och bilda syralösliga kalciumfosfater (till exempel whitlockite (Ca3(PO4)2) och hydroxylapatit (Ca5(PO4)3OH) och svårlösliga föreningar så som hematit (FezOa), aluminiumoxider (AlzOa), anortit (CaAlzSigOa) osv.

Under upplösning av aska i syra frigörs fosfor nästan fullständigt (>90%) oberoende av asktyp eftersom de flesta fosfatföreningar (järnfosfat, aluminiumfosfat och kalciumfosfat) är lösliga i syra. Emellertid är frigörandet av järn (1 O-50%) och aluminium (40-80%) vanligtvis begränsad på grund av förekomsten av svårlösliga järn- och aluminiumföreningar. En ökning av upplösningen avjärn och aluminium kan åstadkommas genom Iakning vid högre temperaturer.

Rent generellt kan man dela in alternativen för järn och/eller aluminiumåtervinning från asklaklösningar i tre huvudkategorier. Om askan har ett högt aluminiuminnehåll och ett lågt järninnehåll finns det ett mycket litet intresse av att återvinna järn eftersom järninnehàllet i laklösningen vanligtvis är mycket lågt. På ett liknande sätt, om askan har ett högt järninnehåll och lågt aluminiuminnehåll finns det ett mycket litet intresse av att återvinna aluminium.

Emellertid om askans ursprung är i från en central förbränningsanläggning som tar emot slam ifrån flera anläggningar som använder antingen järn eller aluminium som fällningskemikalier kan det finnas skäl att samtidigt återvinna både järn och aluminium.

Om endast aluminium skall återvinnas från asklaklösningar i ren form, kan arrangemanget 8 för återvinning av trevärda metaller från en lösning se ut som i utföringsformen som illustreras i Figur 7. Här återfinns aluminium i en oorganisk syralösning 7', t.ex. från en asklaklösning.

Aluminium extraheras extraktionssektionen 27 av den första jonbytarenheten 20 genom att använda t.ex. di-ethylhexylfosforsyra. Allt trevärt järn kommer att samextraheras med aluminium. Vätske- extraktionen i extraktionssektionen 27 i den första jonbytarenheten 20 kan drivas på så sätt att även vissa tungmetaller också samextraheras tillsammans med aluminium.

Detta utförs genom att anpassa pH under extraktionen genom pH-styrenheten 29. Den laddade fångarsubstansen 26', laddad med åtminstone Al, strippas därefter med återcirkulerad vattenlösning av saltsyra 31', varigenom en fångarsubstans 25' utarmad på Al erhålls.

Stripplösningen 32' består av eluerat aluminium, möjligtvis järn och lite tungmetaller samt saltsyra. Det eluerade järnet och tungmetallerna bildar anjoniska komplex med klorider och avlägsnas selektivt från lösningen med en fångarsubstans (t.ex. tri-octyl/decylamin) 42 som avlägsnar anjoniska metallkloridkomplex framför aluminium och saltsyra. Järn och tungmetaller återvinns från den laddade fångarsubstansen 46' genom eluering med vatten 49 och metallkloriderna lösta i vatten 41 avlägsnas för deponering. Därefter tillförs saltsyra 38 till 16 raffinatet 33' från extraktionssektionen 47 i den andra jonbytarenheten 40, vilket raffinat 33' innefattar aluminium. Tillförseln fäller samtidigt ut aluminiumkloridhexahydrat 37. Kristallin aluminiumklorid separeras i separatorn 36 från den vattenbaserade saltsyralösningen 31'. Om så önskas behandlas aluminiumkloriden för att avlägsna överskottssyra genom t.ex. neutralisation med aluminiumhydroxid. Den producerade fasta aluminiumkloriden kan därefter användas för t.ex. fosfatkontroll vid behandling av avloppsvattenflöden. Den saltsyrahaltiga stripplösningen 312 efter separering av aluminium, återcirkuleras och används för strippning av en fàngarsubstans 26' laddad med aluminium.

Om endast järn skulle återvinnas från asklaklösning i en ren form kan arrangemanget 8 för återvinning av trevärda metaller från en lösning se ut som i utföringsformen illustrerad i Fig. 8.

Här tillhandahålls trevärt järn i en oorganisk syralösning 7", t.ex. från asklaklösningen. Järn extraheras i extraheringssektionen 27 i den första jonbytarenheten 20 genom användning t.ex. av di-etylhexylfosforsyra. Vätskeextraktionen i extraktionssektionen 27 i den första jonbytarenheten 20 kan drivas på ett sätt i vilket järn extraheras framför tungmetaller och möjligen också aluminium. Detta utförs genom att anpassa pH under extraktionen genom pH- styrenheten 29. Den laddade fångarsubstansen 26", laddad med åtminstone järn strippas därefter med saltsyra 31", vilket ger en fàngarsubstans 25" utarmad på Fe. Stripplösningen 32" består av eluerat järn och saltsyra. Trevärt järn bildar anjoniska komplex med klorid vilka selektivt extraheras från lösningen 32" med en fàngarsubstans (t.ex. trioctyl/decylamin) 45, vilken avlägsnar anjoniska järnkloridkomplex framför saltsyra, vilket ger en laddad fàngarsubstans 46". Järnklorid återvinns från den laddade fångarsubstansen 46" genom elueríng med vatten 49 till järnklorid löst i vatten 41". Denna järnklorid kan t.ex. användas direkt för fosforfällning i avloppsreningsverk. Den rena järnkloridlösningen 41" kan också processas för att bilda fast järnklorid använd för fosfatkontroll i behandling av avloppsvattenflöden. Saltsyra 38 tillsätts därefter till raffinatet 33" från jänkloridextraheringen i extraheringssektionen 47 i den andra jonbytarenheten 40. Saltsyralösningen 31", efter separeringen av järn och tillsats av saltsyra, återcirkuleras och används för att strippa den Fe-laddade fångarsubstansen 26".

Om järn och aluminium skall återvinnas samtidigt finns två alternativ: a) borttagande av, i ett ena extraktionssteg, järn och aluminium med företräde framför tungmetaller och b) borttagande av järn med företräde framför tungmetaller i ett första extraktions steg (viss samextraktion av aluminium kan förekomma) följt av borttagande av aluminium med viss samextraktion av tungmetaller i ett andra extraktionssteg. l ett första alternativ, illustrerat av en utföringsform i Figur 9, extraheras järn och aluminium selektivt från en oorganisk syralösning 7"' med en fàngarsubstans (t.ex. di-ethylhexylfosforsyra) 17 22 med företräde framför tvåvärda tungmetaller vilka blir kvar i lösningen 9 tili en Fe- och Al- laddad fångarsubstans 26"'. Di-ethylhexylfosforsyran strippas därefter med saltsyra 31"'.

Stripplösningen 32"' består av eluerat järn och aluminium samt saltsyra. Trevärt järn bildar anjoniska komplex med klor medan aluminium kvarstår i katjonisk form. Anjoniska järnkloridkomplex extraheras selektivt från lösningen 32"' med en fångarsubstans (t.ex. tri- octyl/decylamin) 45 som plockar bort anjoniska järnkloridkomplex med företräde framför aluminium och saltsyra. Järnklorid 41"' återvinns från den laddade fångarsubstansen 46"' genom eluering med vatten 49 och kan t.ex. användas direkt för fosforfällning i avloppsreningsverk. Saltsyra 38 tillsätts därefter till raffinatet 33"' från järnkloridextraktionssteget i extraktionssektionen 47 i den andra jonbytarenheten 40 varvid aluminiumkloridhexahydrat 37 samtidigt utfälls. Kristallin aluminiumklorid separeras från den vattenbaserade saltsyran 33"' i separatorn 36. Den producerade fasta aluminiumkloriden 37 kan sedan användas för fosfatkontroll vid avloppsvattenbehandling. Den saltsyrahaltiga stripplösningen 31"', efter separering av järn och aluminium, återcirkuleras och används för att strippa en fångarsubstans 26"' laddad med järn och aluminium.

I ett andra alternativ, illustrerat med en utföringsform i Figur 10, extraheras trevärt järn selektivt i extraktionssektionen 27" i den första jonbytarenheten 20" av ett första arrangemang 8" för återvinning av trevärda metaller fràn asklaklösningen 7". Extraktionen sker i denna utföringsform med t.ex. di-ethylhexylfosforsyra som den första fångarsubstansen 22 med företräde framför tungmetaller (viss samextraktion med aluminium kan förekomma). Lösningen 9" utarmad på järn tillhandahålls som ingående oorganisk syralösning 7' till ett andra arrangemang 8' för återvinning av trevärda metaller. I en extraktionssektion 27' av den första jonbytarenheten 20' i det andra arrangemanget 8' avlägsnas aluminium, kanske med viss samextraktion av tungmetaller, genom att använda t.ex. di-ethylhexylfosforsyra som den första fångarsubstansen 22. En lösning utarmad på både AL och Fe 9' matas ut för vidare behandling.

Denna utföringsform består således av två seriellt anslutna arrangemang för återvinning av trevärda metaller, där den första i huvudsak återvinner Fe och den andra återvinner Al. Den selektiva extraktionen av Fe och Al sker genom att styra pH i respektive extraktionssektion 27', 27" av respektive första jonbytarsektion 20', 20". I det första arrangemanget för återvinning av trevärda metaller 8", styrs pH så att det är anpassat för att minska extraktionen av trevärt Al.

Trevärt Al extraheras istället från den oorganiska syralösningen utarmad på trevärt järn genom absorption i en fångarsubstans i det andra arrangemanget för återvinning av trevärda metaller 8'.

Från det första arrangemanget för återvinning av trevärda metaller 8", återvinns ren jårnklorid 41" genom att strippa den järnladdade fångarsubstansen 26" med återcirkulerad saltsyra 31", 18 extraktion 47" av anjoniska järnkloridkomplex med t.ex. tri-octyl/decylamin 45 till en järnkloridladdad fàngarsubstans 46", följt av eluering avjärnklorid 41" med vatten 49. Saltsyra i gasform 38" tillsätts därefter till raffinatet 33" från järnkloridextraktionen 47". Eventuell samextraherat aluminium fälls i form av aluminiumkloridhexahydrat 37" och separeras.

Saltsyralösningen 31", efter separation av järn och samextraherat aluminium, återcirkuleras och används för strippning av den järnladdade fångarsubstansen 26".

Från det andra arrangemanget för återvinning av trevärda metaller 8', återvinns ren aluminiumkloridhexahydrat 37' genom att strippa den aluminiumladdade fångarsubstansen 26' med ätercirkulerad saltsyra 31', separering av anjoniska metallkloridkomplex med t.ex. tri- octyl/decylamin 45 följt av fällning av aluminiumkloridhexahydrat 37' genom tillsats 35' av saltsyra i gasform 38'. Aluminiumkloridhexahydrat 37' separeras ifrån saltsyralösningen. Den saltsyrahaltiga stripplösningen 31', efter aluminiumseparationen, återcirkuleras och återanvänds för strippning av en aluminiumladdad fàngarsubstans 26'.

På så sätt kan järn och aluminium återvinnas effektivt, enkelt och kostnadseffektivt från asklaklösningar utan behov av ett överskott av regenereringskemikalier. Även om ett överskott av saltsyra behövs för strippning av järn och aluminium från en laddad fàngarsubstans kommer förbrukningen av saltsyra i metoden i enlighet med uppfinningen att ungefär motsvara den stökiometriska mängden som krävs för att bilda järn- och aluminiumkloridsalt. Således reduceras kostnaden för att regenerera fångarsubstansen kraftigt. Dessutom möjliggör metoden i enlighet med uppfinningen återvinning av järn och aluminium separat var för sig och utan kontamination av tungmetaller. De återvunna järn- och aluminiumsalten är vattenlösliga och lämpliga för att användas som fällningsmedel i anläggningar för behandling av vatten/avloppsvatten. Cirkuleringen av saltsyra i ett slutet system i enlighet med uppfinningen resulterar i en regenereringsprocess som inte förbrukar ett stort överskott av saltsyra utöver de mängder som åtgår för bildandet av de värdefulla järn- och aluminiumprodukterna.

Fällningsmedel som används för fosforfällning i avloppsreningsverk kan återvinnas från aska från förbränt avloppsslam och återanvändas för fosforfällning i avloppsbehandlingsanläggningar och därmed minska behovet av externt tillförda järn- och aluminiumsalter. De olika delprocesserna är således kombinerade på ett sådant sätt att dessa ger stora synergieffekter speciellt när de också tillämpas i ett system för fosforåtervinning.

De ovan beskrivna detaljerade utföringsformerna är endast några exempel på hur en metod och ett arrangemang för återvinning av järn och aluminium kan göras. l de beskrivna exemplen extraheras järn och aluminium med flytande fàngarsubstanser och en vätskeextraktionssepareringsteknik, men det finns även andra möjligheter. Järn och aluminium kan extraheras ifrån laklösningar genom att använda fàngarsubstans i fast form med lämpliga 19 separationstekniker såsom förfaranden med kolumner med fast bädd etc. Sammanfattningsvis skall utföringsformerna som beskrivs ovan ses som illustrativa exempel på den föreliggande uppfinningen. En fackman förstår att olika modifieringar, kombinationer och ändringar kan göras av utföringsformerna utan att frångà den föreliggande uppfinnings omfång. Uppfinningens omfång definieras dock av de bifogade patentkraven.

Claims (14)

20 Patentkrav

1. Förfarande för återvinning av trevärd metall från en lösning, vilken trevärd metall är åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe, innefattande stegen: tillhandahållande (210) av en oorganisk syralösning innefattande åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe; extrahering (220) av nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe genom absorption i en första fångarsubstans; frigörelse (230) av nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe från den första fångarsubstansen till en saltsyralösning, varigenom anjoniska kloridkomplex bildas; extrahering (240) av de anjoniska kloridkomplexen från saltsyralösningen genom absorption i en andra fångarsubstans; frigörelse (250) av de anjoniska komplexen från den andra fångarsubstansen till en vattenlösning; tillsättande (250) av gasformig väteklorid till saltsyralösningen utarmad på anjoniska metallkloridkomplex; samt återanvändning (270) av saltsyralösningen utarmad på anjoniska metallkloridkomplex i steget av frigörelse (230) av nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe från den första fångarsubstansen.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att steget extrahering (220) av nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe innefattar styrning av pH i den första fångarsubstansen.

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att styrningen av pH i den första fångarsubstansen är anpassad för att reducera extrahering av tungmetaller till den första fångarsubstansen, varigenom metallkloridkomplexen väsentligen årjärnkloridkomplex.

4. , Förfarande enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknat av att steget extrahering (220) av nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe innefattar extrahering av trevärt Al genom absorption i en första fångarsubstans; samt steget tillsättande (260) av gasformig väteklorid innefattar tillsättande av gasformig väteklorid i en mängd som orsakar fållning av aluminiumkloridhexahydrat; vilket förfarande innefattar det ytterligare steget separering (262) av fällningen av aluminiumkloridhexahydrat från saltsyralösningen.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknat av att styrningen av pH i den 21 första fångarsubstansen är anpassad för att reducera extrahering av trevärt Al.

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av de ytterligare stegen: extrahering av trevärt Al från den oorganiska syralösningen utarmad på trevärt Fe genom absorption i en tredje fångarsubstans; frigörelse av nämnda trevärda Al från den tredje fångarsubstansen till en andra saltsyralösning; tillsättande av gasformig väteklorid till den andra saltsyralösningen i en mängd som orsakar utfällning av aluminiumkloridhexahydrat; separering av fållningen av aluminiumkloridhexahydrat från den andra saltsyralösningen; samt återanvändning av den andra saltsyralösningen i steget frigörande av trevärt Al från den tredje fångarsubstansen.

7. Förfarande för fosforåtervinning, innefattande stegen: behandling (282) av ett fosforinnehållande material med oorganisk syra, vilket fosforinnehållande material dessutom innehåller åtminstone en av Fe och Al; separering (284) av fasta och flytande faser av det behandlade fosforinnehållande materialet, vilket därigenom bildar en laklösning som innefattar fosfat och åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe; återvinning (286) av trevärd metall från laklösningen enligt något av kraven 1 till 6; återvinning (288) av fosfat från laklösningen; samt återanvändning (290) av laklösningen utarmad på trevärd metall och fosfat för behandlingssteget (282).

8. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av att det fosforinnehållande materialet är aska från förbränning av avloppsslam.

9. Arrangemang (8) för återvinning av trevärd metall från en lösning, vilken trevärd metall är åtminstone en av trevärtAl och trevärt Fe, innefattande: inlopp (21) för en oorganisk syralösning (7) innefattande åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe; en första jonbytarenhet (20) ansluten till inloppet (21 ); vilken första jonbytarenhet (20) är anordnad för extrahering av nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe genom absorption i en första fångarsubstans (22); vilken första jonbytarenhet (20) är vidare anordnad för att frigöra nämnda åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe från den första fångarsubstansen (22) till en saltsyralösning (32), varvid anjoniska metallkomplex bildas; 22 en andra jonbytarenhet (40) ansluten till den första jonbytarenheten (20); vilken andra jonbytarenhet (40) är anordnad för extrahering av de anjoniska metallkloridkomplexen från saltsyralösningen (32) tillhandahållen från den första jonbytarenheten (20) genom absorption i en andra fångarsubstans (42); vilken andra jonbytarenhet (40) är vidare anordnad för att frigöra de anjoniska metallkloridkomplexen från den andra fàngarsubstansen (42) till en vattenlösning (41); âtercirkuleringsenhet (34) ansluten mellan den andra jonbytarenheten (40) och den första jonbytarenheten (20); vilken âtercirkuleringsenhet (34) är anordnad för att tillsätta gasformig väteklorid till saltsyralösningen utarmad på anjoniska metallkloridkomplex (33); samt vilken âtercirkuleringsenhet (34) är anordnad för att tillhandahålla saltsyralösningen utarmad på anjoniska metallkloridkomplex (31) till den första jonbytarenheten (20) för återanvändning som stripplösning.

10. Arrangemang enligt krav 9, kännetecknat av att den första jonbytarenheten (20) innefattar en pH-styrenhet (29) för styrning av pH i den första fàngarsubstansen (22) under extrahering av nämnda en av trevärt Al och trevärt Fe.

11. Arrangemang enligt krav 9 eller 10, kännetecknat av att den första jonbytarenheten (20) är anordnad för att extrahera trevärt Al genom absorption i den första fàngarsubstansen (22); samt återcirkuleringsenheten (34) är anordnad för att tillsätta gasformig väteklorid till saltsyralösningen i en mängd som orsakar utfällning av aluminiumkloridhexahydrat (37); vilken âtercirkuleringsenhet (34) vidare innefattar en separator (36) för separering av nämnda utfällda aluminiumkloridhexahydrat (37) från saltsyralösningen (33).

12. Arrangemang enligt krav 9 eller 10, kännetecknat av att vidare innefatta: en tredje jonbytarenhet (20') ansluten till den första jonbytarenheten (20"); vilken tredje jonbytarenhet (20') är anordnad för extrahering av trevärt Al fràn oorganisk syralösning utarmad pà trevärt Fe tillhandahållen fràn den första jonbytarenheten (20") genom absorption i en tredje fångarsubstans (22'); vilken tredje jonbytarenhet (20') är vidare anordnad för att frigöra nämnda trevärda Al från den tredje fàngarsubstansen (22') till en andra saltsyralösning (32'); en andra âtercirkuleringsenhet (34') ansluten till den tredje jonbytarenheten (20'); vilken andra âtercirkuleringsenhet (34') är anordnad för att tillsätta gasformig väteklorid till den andra saltsyralösningen (33') i en mängd som orsakar utfällning av aluminiumklorldhexahydrat (37'); 23 vilken andra återclrkuleringsenhet (34') vidare innefattar en andra separator (26') för separering av nämnda utfällning av aluminiumkloridhexahydrat (37') från den andra saltsyralösningen (33'); samt vilken andra återcirkuleringsenhet (34') är anordnad för att tillhandahålla den andra saltsyralösningen (31') till den tredje jonbytarenheten (20') för återanvändning som stripplösning.

13. Arrangemang (100) för fosforåtervinning, innefattande: upplösningsenhet (4), anordnad för behandling av ett fosforinnehållande material med oorganisk syra, vilket fosforinnehållande material dessutom innehåller åtminstone en av Fe och Al; en upplösningsseparator (6) ansluten till upplösningsenheten (4) och anordnad för att separera fasta och flytande faser av det behandlade fosforinnehållande materialet, vilket därigenom bildar en laklösning (7) innefattande fosfat och åtminstone en av trevärt Al och trevärt Fe; ett arrangemang (8) för återvinning av trevärd metall från laklösningen (7) enligt något av kraven 101 till 105; ett arrangemang (10) för återvinning av fosfat från laklösningen; samt återcirkuleringsarrangemang (3) anordnat för återcirkulering av laklösningen utarmad på trevärd metall och fosfat (11) till upplösningsenheten (4).

14. Arrangemang enligt krav 13, kännetecknat av att det fosforinnehållande materialet år aska från förbränning av avloppsslam.