Metaalhoudende afvalstoffen:

Inhoud

Startpagina

Metaalhoudende afvalstoffen: hergebruik

138–1

Metaalhoudende afvalstoffen: hergebruik door J. van Erkel, TNO Milieu, Energie en Procesinnovatie Postbus 342, 7300 AH Apeldoorn

1. 2. 3. 4. 4.1. 4.1.1. 4.1.2. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.3. 5. 6.

Inleiding Problematiek rond voorkomen en verwerking van metaalhoudende afvalstoffen Het overheidsbeleid Verwerking van metaalhoudende afvalstoffen Metaalterugwinning Pyrometallurgische processen Hydrometallurgische technieken Immobilisatie Koude technieken Thermische technieken Storten Hoe nu verder? Referenties

138– 3 138– 3 138– 7 138– 8 138– 8 138– 8 138– 9 138–10 138–10 138–10 138–11 138–11 138–12

Chemische Feitelijkheden is een uitgave van Samsom H.D. Tjeenk Willink bv in samenwerking met de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging. 23 Chemische feitelijkheden

november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina


1.

138–3

Inleiding

Afvalstoffen die „zware” metalen bevatten, vormen een potentieel risico voor het milieu. Onder „zware” metalen verstaat men gewoonlijk metalen met een dichtheid groter dan 4,5 g/ml. Daaronder vallen de als gevaarlijk bekend staande elementen cadmium, lood en kwik, maar ook relatief minder verdachte elementen als zink, koper en goud. De schadelijkheid voor milieu, flora en fauna hangt uiteraard samen met de vorm waarin de metalen zich bevinden (de matrix), de concentratie en de tijdsduur van eventueel contact. Van veel metalen is bekend dat zij in kleine concentraties essentieel zijn voor mens, dier en plant. Dit geldt echter niet voor het genoemde drietal cadmium, lood en kwik. Metaalhoudende afvalstoffen kunnen afkomstig zijn van de winning van metalen uit delfstoffen, het gebruik van metalen en hun verbindingen in de industrie en van huishoudelijk afval. Het hergebruik van metalen uit deze afvalstromen kan ertoe bijdragen de belasting van het milieu te verminderen. Tevens kan het een economisch voordeel bieden. De grote variaties in aard, wijze van voorkomen en concentratie kunnen de technologie van (her)winning van de metalen beïnvloeden; tevens kunnen lage metaalprijzen herwinning economisch minder attractief maken. 2.

Problematiek rond voorkomen en verwerking van metaalhoudende afvalstoffen

In Nederland wordt jaarlijks ongeveer 1,2 miljoen ton potentieel gevaarlijk afval geproduceerd. Ongeveer de helft hiervan is organisch van karakter. De andere helft is anorganisch en bevat veelal zware metalen.

23 Chemische feitelijkheden

november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina

138–4


Gevaarlijke afvalstoffen kunnen in drie categoriën worden verdeeld: – C1-afvalstoffen: deze groep heeft een dermate sterk (eco)toxisch karakter dat volledig geïsoleerde berging nodig is. Voorbeelden zijn kwikhoudende afvalstoffen uit aardgaswinning, fluorescentiepoeder afkomstig van gasontladingsbuizen (zoals TL-buizen), arseendisulfideslib en hardings-zouten afkomstig van de metaalbewerkende industrie. – C2-afvalstoffen: dit zijn niet-verwerkbare, sterk uitloogbare vaste anorganische afvalstoffen die slechts op of in de bodem kunnen worden gebracht. De beheersmaatregelen moeten zodanig zijn dat de risico’s van emissie naar de bodem aanvaardbaar klein zijn. – C3-afvalstoffen: dit zijn stoffen die op een gecontroleerde stortplaats voor huishoudelijke en bedrijfsafvalstoffen kunnen worden gestort. In tabel 1 wordt een overzicht gegeven van de in Nederland geproduceerde metaalhoudende afvalstoffen. In tabel 2 is aangegeven hoe de metaalhoudende afvalstoffen worden verwijderd. Tabel 1. Hoeveelheden metaalhoudende afvalstoffen (peiljaar 1992) Omschrijving

Hoeveelheid (kiloton)

jarosiet shredderafval AVI-assen* grondreinigingsresidu drinkwaterslib DTO-residuen** (vliegas/slak/ rookgasreinigingsresidu) accu’s straalgrit/stof metaalhydroxideslib leerafval puin/ovenpuin rayonslib katalysatoren metaalstof (electro-ovenstof/oxystaal converterstof)

220 140 90 50 35


november 1997

33 22 18 13 8 8 7 6 6

tekst/138

Inhoud

Startpagina


Omschrijving


pigmentslib batterijen aluminiumhoudend stof zinkwit koepelovenstof fluorescentiepoeder aardgasproduktieslib/filterkaarsen overige * **

138–5

4,5 4 2 1,5 1 1 0,7 3

Bodemas en vliegas van afvalverbrandinginstallaties (AVI’s). Residuen afkomstig van de verbranding van gevaarlijk afval in draaitrommelovens (DTO’s).

Tabel 2.

Metaalhoudende afvalstoffen onderverdeeld naar wijze van verwijdering

Wijze van verwijdering


C1-deponie (in buitenland) C2-deponie C3-deponie opslag op eigen terrein storten buiten Nederland verwerkt in Nederland verwerkt buiten Nederland

2 26 310 227 7 51 42

Totaal

665

Naar verwachting zal de hoeveelheid C2-afval in de komende jaren sterk toenemen. Dit komt vooral door de toename van afvalverbranding en verbeterde rookgasreiniging, waardoor de hoeveelheid reststoffen bij afvalverbrandingsinstallaties (AVI) explosief toeneemt. De hoeveelheid C3-afval zal eveneens sterk toenemen, met name door toenemende hoeveelheden straalgrit en grondreinigingsresidu. Uit een in 1994 door de Stichting Natuur en Milieu uitgevoerde inventarisatie, aangevuld met CBS-gegevens, blijkt dat de hoeveelheid zware metalen in het in Nederland geproduceerde afval aanzienlijk is.


november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina

138–6


Tabel 3. Hoeveelheden zware metalen in Nederlands afval Metaal

Vrijkomende hoeveelheid (ton per jaar)

zink lood nikkel chroom arseen cadmium* kwik *

6.235 21.000 1.020 227 circa 360 95 20

Hiervan wordt circa 1.000 t/j teruggewonnen.

Dit geldt met name voor de metalen cadmium, zink, lood, koper en nikkel. Met betrekking tot lood moet hierbij worden vermeld dat de belangrijkste bron wordt gevormd door accu’s, die (na export) voor een belangrijk deel worden gerecycled. Het steeds toenemende verbruik van metalen heeft niet alleen milieuhygiënische consequenties, maar leidt ook tot een uitputting van niet-vernieuwbare grondstoffen. Met behulp van een zogenaamde „statistische reserve-index” wordt een schatting gemaakt van het aantal jaren dat het betreffende metaal op economisch verantwoorde wijze kan worden geproduceerd uit bekende (geschatte) reserves (zie tabel 4). Voor een aantal metalen zoals zink, koper, lood, cadmium, kwik en indium wordt verwacht dat de beschikbare voorraden in de komende eeuw zullen zijn uitgeput. Naast een vermindering van de hoeveelheid metaalhoudend afval zou hergebruik een belangrijke bijdrage kunnen leveren om deze schaarste tegen te gaan. Tabel 4.

Statistische reserve-index van enige metalen voor het jaar 1993

Metaal

Statische reserve-index (jaren)

aluminium (bauxiet) cadmium chroom indium

216 27 128 16


november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina


Metaal

Statische reserve-index (jaren)

kobalt* koper* kwik lood molybdeen nikkel* tin titaan uranium wolfraam ijzererts zink

128 28 28 21 49 53 42 78 58 83 128 20

*

Alleen de reserves op het land.

3.

Het overheidsbeleid

138–7

In de meerjarenplannen Verwijdering Gevaarlijke Afvalstoffen, die door het Ministerie van VROM tezamen met het Interprovinciaal Overleg zijn uitgebracht, wordt de door de overheid voorgestelde aanpak uiteengezet. Volgens deze notities dragen de huidige produktie en verwijdering van afvalstoffen het risico met zich mee van ongewenste verspreiding van verontreinigende stoffen. Ook realiseert men zich dat een aanslag gepleegd wordt op beperkte voorraden aan grondstoffen. De kern van het afvalstoffenbeleid wordt daarom gevormd door preventie en, als dit niet mogelijk is, „lekvrije verwijdering” van afvalstoffen. Uit analyse van de afzonderlijke afvalstoffen blijkt echter dat preventie (waaronder intern hergebruik) maar zeer beperkt mogelijk is. Onder „lekvrije verwijdering” wordt verstaan: verwijdering die de mogelijkheden tot hergebruik en nuttige toepassing benut en de verwerkingsrisico’s tot een acceptabel niveau reduceert.


november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina

138–8 4.


Verwerking van metaalhoudende afvalstoffen

Uit tabel 2 blijkt dat het overgrote deel van de metaalhoudende afvalstoffen nu nog gestort wordt. Slechts 6 procent van het metaalhoudende gevaarlijke afval wordt op een hoogwaardige manier verwerkt, via metaalterugwinning. Het gaat daarbij vooral om de afvalstoffen met een hoge intrinsieke waarde, zoals bijvoorbeeld zilverhoudend fotografisch afval. 4.1.

Metaalterugwinning

Van oudsher worden pyro- en en hydrometallurgische technieken toegepast bij de winning van metalen uit primaire grondstoffen (ertsen). De laatste decennia worden deze technieken ook toegepast bij de herwinning van metalen uit afvalstoffen. Metalen die uit secundaire grondstoffen worden gewonnen zijn (o.a.) edelmetalen, ijzer, aluminium, kobalt, nikkel, molybdeen, lood, koper, zink, tin en vanadium. 4.1.1. Pyrometallurgische processen In pyrometallurgische processen worden de metalen bij hoge temperatuur (in het algemeen > 1200 °C) onder meestal reducerende omstandigheden uit hun smelt gewonnen. Daarbij ontstaat een metallische fase (bijvoorbeeld koper en nikkel) en een oxidische fase (bijvoorbeeld silicaat of alumina). Als in plaats van het metaal het metaalsulfide gevormd wordt, spreekt men van een matte. Sommige metalen, zoals kwik, zink en cadmium zijn vluchtig en gaan mee met de afgassen. Pyrometallurgische processen zijn minder toegerust op het direct verwerken van grond- of afvalstoffen met lage metaalgehaltes, omdat er voor het opwarmen van de bulk van het materiaal veel energie nodig is. Over het algemeen wordt eerst met behulp van fysische scheidingstechnieken het metaalgehalte in het uitgangsmateriaal verhoogd. Het concentraat, waaraaan vaak toeslagstoffen worden toegevoegd, wordt aan de smelter gevoed en het restmateriaal, dat nog aanzienlijke hoeveelheden metaal kan bevatten, wordt gestort. 23 Chemische feitelijkheden

november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina


138–9

Ook in de slak kunnen aanzienlijke hoeveelheden metaal worden ingesloten. Pyrometallurgische processen zijn niet geschikt voor het verwerken van complexe afvalstoffen, zoals superalloys (speciale metaallegeringen met een zeer hoge hittebestendigheid) en katalysatoren. Er kunnen metaallegeringen ontstaan waarvan de samenstelling zo afwijkend is van wat men in de gangbare materialen aantreft, dat hergebruik onmogelijk is. Daarnaast zullen waardevolle elementen als vanadium, wolfraam en aluminium bij een dergelijke behandeling in de slak terecht komen, waarvoor alleen betrekkelijk laagwaardige toepassingen bestaan. Pyrometallurgische processen hebben een hoog energieverbruik en vereisen geavanceerde afgasreinigingsinstallaties. Zij zijn alleen economisch aantrekkelijk bij grote capaciteiten. 4.1.2. Hydrometallurgische technieken Bij hydrometallurgische technieken worden metalen uit het uitgangsmateriaal opgelost in een waterige fase (meestal een zuur), onderling gescheiden en omgevormd tot producten. Om het oplossen te vergemakkelijken wordt het uitgangsmateriaal (bijvoorbeeld matte, katalysatoren, batterijen) doorgaans eerst vermalen. Door keuze van de condities en de uitloogvloeistoffen kan reeds een zekere selectiviteit worden bereikt. De opgeloste metalen worden gezuiverd, onderling gescheiden en geconcentreerd. Door middel van cementatie, electrochemische depositie en precipitatie/ kristallisatie worden de afzonderlijke metalen, metaalhydroxides of metaalzouten uit de vloeistoffase afgescheiden. De uitloogvloeistof wordt teruggevoerd naar de uitloogsectie. Door dit hergebruik kunnen zowel de omvang van het chemicaliënverbruik als de hoeveelheid afvalwater beperkt blijven. Bij hydrometallurgische processen is het investeringsniveau en het energieverbruik betrekkelijk laag in vergelijking met pyrometallurgische processen. In de praktijk worden pyro- en hydrometallurgische processen vaak complementair toegepast: Zo wordt bij de winning van o.a. koper, nikkel en kobalt na fysische voorconcentrering eerst langs pyrometallurgische weg een matte afgescheiden uit het erts. Vervolgens 23 Chemische feitelijkheden

november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina

138–10


worden met behulp van hydrometallurgische processen de metalen uit de matte uitgeloogd en gezuiverd. Een ander voorbeeld is de winning van vanadium, molybdeen, nikkel en kobalt uit oude katalysatoren. Hierbij worden in een thermische stap eerst koolstof, koolwaterstoffen en zwavelverbindingen verwijderd, waarna de metalen middels hydrometallurgische processen gewonnen kunnen worden. 4.2.

Immobilisatie

Een andere verwerkingsmethode die wordt toegepast is immobilisatie. Doelstelling hierbij is de fysische en/of chemische eigenschappen van de afvalstof zodanig te wijzigen dat de kans op verspreiding van de metalen (en andere milieuverontreinigende stoffen) door uitloging, erosie of verstuiving wordt tegengegaan. Zowel zogenaamde koude als warme (thermische) immobilisatiemethodieken kunnen worden toegepast. 4.2.1. Koude technieken Bij de koude technieken worden zowel anorganische als organische bindmiddelen gebruikt. Een voorbeeld is het opmengen van de afvalstof met cement en poederkoolvliegas of kalk. Als additieven worden verder nog gebruikt silicaten, zeolieten en gemodificeerde kleiachtige materialen. Een andere methode is het dispergeren van de afvalstof in een monomeer, gevolgd door uitharding of insluiting met behulp van een extruder. Hierbij kunnen thermoharders als polyester en polybutadieen of thermoplasten als polyetheen, bitumen (asfalt) en zwavel gebruikt worden. 4.2.2. Thermische technieken Bij de thermische technieken wordt de afvalstof verhit tot circa 1200 °C, waardoor sintering of verglazing van de afvalstof optreedt. Nadelen van de thermische technieken zijn de hoge investeringskosten, het grote energieverbruik en het vrijkomen van vervuilde rookgassen, die leiden tot rookgasreinigingsresiduen. 23 Chemische feitelijkheden

november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina


4.3.

138–11

Storten

C1-afvalstoffen werden tot de ingangsdatum van het uitvoerverbod (1 januari 1996) gestort in een ondergrondse deponie in Duitsland. Ze worden sinds die datum in Nederland opgeslagen in afwachting van het gereed komen van verwerkingsinstallaties. C2-afvalstoffen worden, voor zover het gaat om hoeveelheden boven de 5 kton per jaar, niet toegelaten tot de C2-deponie. Deze afvalstoffen worden elders gestort. Het betreft: jarosiet (een ijzerzout), oxylkalkslik, hoogovengasstof, AVI-reststoffen en DTO-vliegas. Van de metaalhoudende afvalstoffen die in de C2-deponie worden gestort wordt circa zeven procent opgeslagen in het zogenaamde hergebruikscompartiment. Criterium hierbij is dat het gehalte aan lood, chroom, koper of nikkel tenminste twee gewichtsprocent moet zijn. Er bestaan op dit moment geen verwerkingsmogelijkheden voor deze afvalstoffen. 5.

Hoe nu verder?

Preventie van het ontstaan van metaalhoudende afvalstoffen kan een belangrijke rol spelen bij het terugdringen van de milieurisico’s. Het is echter niet realistisch om te veronderstellen dat er (een enkele uitzondering daargelaten) produktieprocessen zullen worden ontwikkeld waaruit geen gevaarlijke afvalstoffen vrijkomen. Metaalhoudend gevaarlijk afval zal dus ook in de toekomst blijven ontstaan. De economische rentabiliteit van herwinning van metalen uit metaalhoudende afvalstoffen wordt enerzijds bepaald door de proceskosten en anderzijds door de opbrengsten van metalen (of verbindingen daarvan) en de vermeden kosten van afvalverwerking. Voor een aantal in Nederland vrijkomende afvalstoffen is herwinning vooralsnog economisch onaantrekkelijk omdat of het metaalgehalte te laag is of de waarde van het betreffende metaal gering is. Voor veel in Nederland vrijkomende afvalstoffen wordt een economisch rendabele herwinning van metalen in de weg gestaan door een te geringe omvang van de afvalstroom. „Economy-of-scale” zou be23 Chemische feitelijkheden

november 1997

tekst/138

Inhoud

Startpagina

138–12


reikt kunnen worden door gecombineerde verwerking van verschillende afvalstromen in één installatie. Voldoende schaalgrootte kan ook worden bereikt door de verwerking van afvalstoffen in een internationaal kader te plaatsen. Dit geldt bijvoorbeeld voor de verwerking van nikkel-cadmium batterijen (in Frankrijk) en van ontzwavelingskatalysatoren, waarvan in Nederland op jaarbasis circa 600 ton vrijkomt, hetgeen veel te weinig is voor economisch rendabele verwerking. Ten aanzien van de internationale aanpak bij de verwerking van afvalstoffen is door de EU gesteld dat dit een primaire verantwoordelijkheid is van de individuele lidstaten. 6.

Referenties

–

Dorival, J., en Lith, J. H.; „Heavy metals”; basisdocument met betrekking tot de verwijdering van zware-metaalhoudende gevaarlijke afvalstoffen. Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (concept 14 juli 1994). Meerjarenplan Verwijdering Gevaarlijke Afvalstoffen, Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (april 1995). Ontwerp Meerjarenplan Gevaarlijke Afvalstoffen II, Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer/ Interprovinciaal Overleg (mei 1996). „Trendstudie gevaarlijk afval 1993-2005”; rapport, opgesteld door TNO in opdracht van de minister van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer en het Interprovinciaal Overleg (18 april 1996). „Zware metalen; een loden last”; Stichting Natuur en Milieu; Utrecht (maart 1994). „Milieustatistieken voor Nederland 1994”; Centraal Bureau voor de Statistiek, Den Haag, (1994).

– – –

– –


november 1997

tekst/138

Metaalhoudende afvalstoffen:

Recommend Documents