Focus op antimoon Prof. Dr. Carlo Vandecasteele Dr. Ing. Bram Verbinnen KU Leuven Departement Chemische Ingenieurstechnieken Dr. Ing. Jo Van Caneghem KU Leuven - Groep T International Engineering School
Katholieke Universiteit Leuven Gesticht in 1425 o Oudste universiteit der Lage landen o 40 000 studenten o 14 faculteiten 50 departementen
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Departement Chemische Ingenieurstechnieken
Afdeling Process Engineering for Sustainable Systems
o o
Deel van de ProcESS afdeling Momenteel Prof. Carlo Vandecasteele 1 gastprofessor 2 post-docs 1 doctoraatsstudent masterstudenten
o
25 jaar onderzoek ivm afvalstoffen Verbranden Storten Recycleren
o
In samenwerking met industrie
Hieraan verbonden milieuproblematiek
Speelt rol bij storten, solidificeren, recyclage afvalstoffen Bestudeerd voor materialen en afvalstoffen o Experimenteel o Fysico-chemische achtergrond o Modelleren Doel: terugdringen uitloging tot beneden wettelijke normen o Voor recyclage o Voor storten Veel aandacht aan oxyanionvormende componenten: As, Sb, Cr, Mo, ...
Stabilisatie/Solidificatie van ketelas en rookgaszuiveringsresidu zonder cement (Keppel-Seghers)
kg 1,4-DB eq./t FA+APC
40
Leachate emissions Emissions from cement production
FA+APC+water L/S = 10
30
20
FA+APC +CEM+water L/S = 2
10
FA+APC+water L/S = 2 0
FA+APC +CEM+water L/S = 10
Optimalisatie van bodemasreiniging (Indaver):
Recyclage als lichtgewicht aggregaten van slib verontreinigd met zware metalen (Grondreinigingscentrum Limburg) 30 0.5 h 1h 2h 3h 4h 6h
Cr leached (mg/kg)
25
20
15
10
5
0 400
500
600
700
Temperature (°C)
800
900
Focus op antimoon
Twee oxidatietoestanden Sb(III) en Sb(V) Ander chemisch gedrag
Toxiciteit van Sb o Chronische effecten (nog) onbekend o In proefdieren Inademing: hartproblemen, longkanker Ingestie: leverschade, lagere levensverwachting o
o
Ecotoxiciteit: Predicted No-Effect Concentration (PNEC) voor oppervlaktewater: 0.11 mg/l US EPA: emerging pollutant
Waar komt Sb in bodemas vandaan? (Paoletti et al., 2001) o Afval bevat 10-60 mg Sb/kg Voornamelijk Sb-oxiden in combinatie met gehalogeneerde organische verbindingen als vlamvertrager in plastics, textiel en WEEE o
25% van Sb in afval blijft in bodemas Rookgas Rookgasreinigingsresidu Ketelas Bodemas
Belevi & Moench, Environmental Science & Technology 2000
Waarom is Sb uitloging een probleem? Normen voor uitloging o IBC-norm: 0,7 mg/kgds o N-norm: 0,32 mg/kgds Typische uitloogwaarden: 0,15
0,65 mg Sb/kgds
Resultaten schudtest (L/S = 10) pH
V
Cr
Co
Ni
Cu
Zn
As
Se
Mo
Cd
Sn
Sb
Ba
Pb
mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Zand
11,41
< 0.01 0,060
2,28
0,53
< 0.01 < 0.01
< 0.01 < 0.01
0,62
1,23
0,11
Grind
10,45 0,016 < 0.01 < 0.01 < 0.01
0,16
0,11
< 0.01 < 0.01 0,092 < 0.01 < 0.01
0,32
1,6
< 0.01
50/50
11,29 0,069 0,054 < 0.01 0,043
1,47
1,01
< 0.01 < 0.01
0,61
1,24
0,039
0,9
4,5
0,32
22
2,3
Norm
0,10
1,8
0,13
0,63
0,54
0,44
0,9
0,15
0,39
0,28 1
< 0.01 < 0.01 0,04
0,4
Recyclage bodemas als niet vormgegeven bouwstof niet mogelijk, volgens nieuwe norm
Stabilisatie van zware metalen in bodemas Focus op antimoon Doel: Sb uitloging verminderen tot beneden norm. 2 mogelijkheden o Sb blijft in bodemas, maar loogt niet uit Neerslag met additief, bv. CaO: Ca3(AsO4)2 Adsorptie bv. HFO; ... o
Sb wordt afgescheiden
Preliminair onderzoek o Opzoeken en interpreteren literatuur o Eigen ervaring vb Geert Cornelis o Doel: welke mechanismen bepalen de (niet)uitloging van Sb uit bodemas? Vervolg: praktisch onderzoek o Op basis van resultaten preliminair onderzoek o Testen van additieven die ingrijpen op mechanismen om zo Sb uitloging te verlagen
4 mechanismen bepalen mogelijk de stabilisatie/uitloging van Sb o De vorming van calciumantimonaten o Adsorptie aan ijzer(hydr)oxyden o De vorming van ijzerantimonaat o Incorporatie van Sb in ettringiet mineraal Elk mechanisme is pH afhankelijk Verschil in mechanismen voor Sb(III) en Sb(V)
Uitloging van Sb bepaald door beschikbaarheid van Ca in de matrix Hoe hoger de Ca concentratie in de romeïet structuur, hoe lager de oplosbaarheid Ca[Sb(OH)6]2 Ca1.13Sb2O6(OH)0.26.0.74H2O
Cornelis et al., 2012
Uitloging van Sb bepaald door incorporatie [Sb(OH)6]- in ettringiet bij pH> 11
Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H2O
Cornelis et al., 2008
Uitloging van Sb bepaald door aanwezigheid van Feoxides of hydroxides Adsorptie van Sb(OH)3 of [Sb(OH)6]-
Leuz et al., 2006
Uitloging van Sb bepaald door vorming van FeSbO4 (tripuhiet) met zeer lage oplosbaarheid, traag proces 4 6
-
log a Sb(OH)6
8 10
FeSbO4
12
Sb(OH)6-
14 16 18 20
25°C 30
28
26
24
22
20
18
Okkenhaug et al., 2013
16
+++
log a Fe
14
12
10
8
Sb uitloging (mg/kgDM)
Grillig verloop pH 4.0 7.5 Sb(III): geadsorbeerd Sb(V): adsorptie daalt met toenemende pH
2
10
1
4
[Sb(OH)6]-
Sb(OH)5
Sb(OH)3
Sb(OH)4-
Sb(OH)3
H+ [Sb(OH)2]+
[Sb(OH)6
OH[Sb(OH)6]-
]-
0.1 2
pH > 11 Sb(III): negatief geladen Sb(V): incorporatie in ettringiet?
4
1 pH < 4.0 Sb(III): competitie met H+ ; adsorbens positief geladen Sb(V): geadsorbeerd
6
8
10
12
14
pH
3 pH 7.5 10.5 Sb(III): geadsorbeerd Sb(V): gecontroleerd door Precipitatie van Ca[Sb(OH)6]2
(McComb et al., 2007); (Sari et al., 2012) (Cornelis et al. 2006; 2012); (Tella and Pokrovski., 2012)
Door pH van bodemas aan te passen Door additieven aan bodemas toe te voegen Effect op uitloging? o Sb o Andere elementen
Sb
Uitloogconc (mg/kg)
10
1
Sb Norm
0,1 0
2
4
6
8
10
12
14
pH
Uitloging komt niet onder de norm door enkel pH variatie
Gunstige invloed van aantal geteste additieven Sb
Uitloogconc (mg/kg)
10
1
Sb Additief 1 Additief 2 Additief 3 Additief 4 Additief 5
0,1
Norm
0,01 0
2
4
6
8 pH
10
12
14
Opgelet! Soms nadelig effect op uitloging andere elementen, bv. Pb door verhoging pH, vb additief 1; pH van 11,4 naar 12,7 Pb 100
Uitloogconc (mg/kg)
10
Pb 1
Additief 1 Additief 2 Additief 3
0,1
Additief 4 Additief 5 Norm
0,01
0,001 0
2
4
6
8 pH
10
12
14
Door toevoegen van geselecteerde additieven o Sb uitloging onder norm o Uitloging andere gereglementeerde metalen stijgt niet o Hergebruik bodemas in niet vormgegeven toepassingen mogelijk o Tevens vastleggen van sulfaat
Optimaliseren van toe te voegen hoeveelheden Effect toevoegstoffen op lange termijn? o Weken o Maanden o Jaren Selectie van stoffen die in de praktijk (grote hoeveelheden) kunnen gebruikt worden
