Leaching of metals from waste gas purification dust

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-03-30
Department
Major/Subject
Sustainable Metals Processing
Mcode
CHEM3035
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
61 + 48
Series
Abstract
The production of waste is increasing, and the portion of waste that is incinerated is growing as well. This results in an increasing amount of incineration ashes that need to be treated properly. Besides from being a waste management challenge, these ashes contain metals of value, and can be considered as secondary raw materials. In this thesis, the leaching of metals from fly ash/waste gas purification dust (WGPD) from an incinerator in Finland was investigated. The focus lays on leaching of copper, iron, nickel, lead and zinc. Acetic acid (C2H4O2), citric acid (C6H8O7), ethaline, hydrochloric acid (HCl), oxalic acid (C2H2O4), and sulfuric acid (H2SO4) were tested in solution mapping test in order to find the most effective lixiviant for waste gas purification dust. Hydrochloric acid and citric acid were found to be the most efficient inorganic and organic lixiviant, respectively. These acids were then further researched by batch leaching test series. From batch leaching results, metal extraction models were built using Modde 8.0 software. Another objective of this thesis was to reduce the total metal concentration in the leach residue of WGPD below 1000 ppm. A further interest was the selectivity of metal dissolution towards iron (Fe), with the goal of finding a solvent that would extract the metals of interest, but leave iron in the WGPD. This selectivity was found in acetic acid. It was further found that the content of iron, nickel and zinc in the leach residue increased in all batch leaching experiments. This increase of concentration is due fact that a major part (ca. 70 – 90%) of the WGPD mass was dissolved during the leaching decreasing the total solid mass remarkably. As a consequence, the metal content per mass unit of solids increased. This makes it challenging to reach the goal of decreasing the total metal content in the leach residue below 1000 ppm, even with good metal extraction into the leach solution. The lead concentration was shown to be reduced from the original concentration (ppm in WGPD) during leaching at 90 °C HCl (0.3 and 0.6 M) and at 50 and 70 °C in citric acid (0.6 M), despite of the mass reduction during the leaching. This suggests that citric acid can be an effective leaching agent for lead removal from WGPD.

Avfallsproduktionen ökar konstant, och andelen avfall som går till förbränning ökar samtidigt. Detta leder till en ökad mängd aska, som måste behandlas adekvat. Denna aska är, förutom en utmaning ur avfallshanteringsperspektiv, även en möjlig sekundär råvara tack vare sitt innehåll av potentiellt värdefulla metaller. I denna avhandling undersöktes lakning av metaller ur flygaska från ett avfallsförbränningsverk i Finland. Fokus låg på lakning av koppar, järn, nickel, bly och zink. Ättiksyra (C2H4O2), citronsyra (C6H8O7), etalin, saltsyra (HCl), oxalsyra (C2H2O4) och svavelsyra (H2SO4) testades i lösningskartläggningsprover för att hitta det mest effektiva lösningsmedlet för flygaska. Saltsyra och citronsyra fanns vara de mest effektiva oorganiska respektive organiska lösningsmedlen. Dessa syror undersöktes därför vidare i testserier med reaktorlakning. Från reaktorlakningens resultat byggdes lakningsmodeller med hjälp av programmet Modde 8.0. Ett annat mål med detta arbete vara att minska den totala metallkoncentrationen i lakningsresten av flygaskan till under 1000 ppm. Förutom detta låg intresset på selektiv lakning mot järn, med målet att hitta ett lösningsmedel som lakar ut andra metaller ur flygaskan men lämnar järnet oberört. Denna selektivitet fanns till viss mån hos ättiksyran. Vidare påvisades att halterna av järn, nickel och zink i lakningsresten ökade i alla reaktorlakningstester. Denna ökning berodde på att merparten (ca. 70 - 90%) av flygaskans massa löstes upp i lakningen, vilket markant minskade på den totala massan av fast ämne. Som en följd av detta ökade de relativa metallhalterna per massenhet. Detta leder till att det är utmanande att nå målet att minska på den totala metallhalten till under 1000 ppm, även om lakningen av metaller vore effektiv. I dessa försök var lakningen inte alltid på en optimal nivå. Massminskningsproblemen till trots, visade sig blykoncentrationen ha minskat i flygaskans lakningsrest vid lakning i saltsyra vid 90 °C (0.3 och 0.6 M) och i citronsyra vid 50 och 70 °C (0.6 M). Detta indikerar att citronsyra har potential som ett effektivt lösningsmedel för att laka ut bly ur flygaska.
Description
Supervisor
Lundström, Mari
Thesis advisor
Elomaa, Heini
Seisko, Sipi
Keywords
fly ash, acid leaching, metal extraction, waste incineration
Other note
Citation