EE Metal
Odzysk i/lub recykling metali ze ścieków
Najlepsze dostępne techniki (BAT)
Do BAT należy odzyskanie i/lub recykling metali ze ścieków.
Krótki opis techniczny
BAT odnosi się to do systemów odzysku w instalacji, a nie do procesów zewnętrznych.
Metale można odzyskać dzięki zastosowaniu elektrolizy. System ten jest powszechnie wykorzystywany do odzyskiwania metali wartościowych, jednak może być stosowany również do odzyskiwania innych metali, takich, jak nikiel lub chrom, z odpadów. Odpowiednie elektrolizery sprzedawane są w różnych rozmiarach i mogą działać nawet przy ilościach metali niższych niż 100 mg/l.
Metodę tę można stosować w połączeniu z innymi metodami w celu uzyskania niskich poziomów wydalania wody lub recyklingu wody używanej do płukania itp.
Osiągnięte korzyści środowiskowe
Odzysk metali do ponownego użytku.
Redukcja ilości metali w odpadach i wynikające z tego zmniejszenie ich stężenia w ściekach.
Przy elektrolitycznym oddzielaniu roztworów metali zawierających cyjanek, wraz z odzyskiem metalu następuje też anodowo-oksydacyjne zniszczenie cyjanku.
Skutki przenoszenia zanieczyszczeń pomiędzy komponentami środowiska
Niskie zużycie energii.
Dane operacyjne
Do elektrolitycznego odzyskiwania metali szlachetnych konieczny jest reaktor elektrolityczny, który pozwala zmniejszyć stężenie metali do bardzo niskiego poziomu (1 ppm lub mniej). Obecnie wydajność na tym poziomie jest bardzo niska. w teorii wystarczyłby prosta, płaska płyta katodowa, jednak gdy konieczna jest wysoka wydajność prądowa (zarówno dla metali szlachetnych, jak i przejściowych), potrzebny jest zaawansowany model katodowy (obrotowa tuba, katoda z włókna grafitowego) lub złoże fluidalne do zwalczenia zmniejszenia powierzchni katod. We wszystkich przypadkach (również oksydacji anodowej) anody muszą być z rodzaju „nierozpuszczalnych”.
Katody występują zwykle w formie arkuszy, folii lub cząsteczek, najczęściej wykonane są z tego samego metalu, który ma być odzyskany, ale także ze stali nierdzewnej i innych metali, co pozwala na oddzielenie osadu od samej katody mechanicznie lub przy użyciu rozpuszczania anodowego. Przykładami powszechnie stosowanych materiałów mogą być żelazo, stal nierdzewna, porowaty węgiel, cząsteczki grafitu, szklane lub plastikowe metalizowane korale i metalizowane tkaniny. Wybór materiału katodowego zależy głównie od rodzaju obróbki po osadzeniu się metalu. Najważniejszymi środkami zwiększenia wydajności reaktora elektrolitycznego są jednak maksymalizacja powierzchni katod oraz proces dyfuzji.
Materiał anodowy obejmuje: grafit, ołów, stopy ołowiu z antymonem, srebrem lub cyną, stal nierdzewną, żeliwo, żelazokrzem oraz metale zaworowe (tytan, tantal, wolfram, niob) pokryte metalami szlachetnymi (irydem platyny) lub tlenkami metali szlachetnych (irydem, tlenkami rutenu).
Selekcja materiału anodowego to zwykle kompromis zależny od:
- zachowania przy przepięciach dla konkretnej reakcji lub materiału
- korozji anod, właściwości mechanicznych oraz postaci, w jakiej materiał jest dostępny
- ceny.
Warunki pracy różnią się w zależności od właściwości odzyskiwanego metalu; dla złota zalecane warunki to: minimalne pH 10, woltaż kolumny 8V, gęstość prądu 20 A/dm2, temperatura >60oC oraz odległość międzyelektrodowa od 8 do 16 cm.
Dalsza przewaga odzysku elektrolitycznego nad wymianą jonową to:
- nie wywołuje on wzrostu stężenia rozpuszczonej soli
- obecność innych metali w podobnych stężeniach nie wpływa na szybkość usuwania pożądanych typów
- może również powodować utlenianie niepożądanych elementów, na przykład cyjanku
Metale szlachetne, z powodu ich charakteru elektrododatniego, łatwiej poddają się elektroodzyskowi niż metale nieszlachetne.
Przy elektrolitycznym odzysku metali szczególnie odpowiednie są poniższe metody:
- wypłukiwanie koncentratów z galwanizowanego metalu
- wypłukiwanie koncentratów i używanych roztworów z chemicznego powlekania metali poza roztworami zawierającymi fosforan
- regeneraty kwasu siarkowego kationitów z obróbki wód po płukaniu: zawierają one metale nieżelazne.
Czystość wygenerowanych metali może pozwolić na bezpośrednie wykorzystanie w charakterze materiału anodowego w obrębie zakładu; w przeciwnym wypadku ponowne użycie polega na sprzedaży w charakterze złomu.
Możliwość zastosowania
Złoto i srebro jest odzyskiwane metodą elektrolityczną od ponad 50 lat.
Odzyskiwanie elektrolityczne można zastosować nie tylko dla metali szlachetnych: można je również wykorzystywać dla metali przejściowych.
Kolumny ze złożem fluidalnym zwiększają wydajność procesu.
Ekonomia
Oszczędność przy metalach szlachetnych.
Możliwa oszczędność w przypadku metali przejściowych, na przykład tam, gdzie zmniejszają się koszty oczyszczania ścieków (koszty inwestycyjne i bieżące).
Elektroliza wykonywana na miejscu wiąże się z kosztami inwestycyjnymi oraz personelu (zarówno ich czas jak i umiejętności), a także ze znacznym zużyciem energii z powodu niskiej wydajności energii elektrycznej (kg/Ah). Może to wyrównać straty roztworów cyjanku tam, gdzie cyjanek jest równolegle niszczony.
W przypadku komórek złoża fluidalnego: chociaż technologię tę można zastosować dla większości metali, przyczyny ekonomiczne ograniczają jej stosowanie do metali cennych lub łatwych do ponownego użycia. Urządzenie może odzyskać od 1 kg/tydzień do 150 kg/tydzień elektrolitycznie czystego metalu z roztworu. Roztwory mogą być bardzo rozcieńczone, zwykle zawierając 100 – 500 cząstek na milion (0,1 – 0,5 mg/l).
Przykład
Zakłady powierzchniowej obróbki metali, np.
- Odzysk srebra z odpadów roztworów fotograficznych
- Odzysk miedzi - producent obwodów drukowanych
Najlepsze praktyki
- Galwanizacja niklowa
Technika elektrodializy umożliwia utrzymanie odpowiednio niskiego stężenia niklu w wodzie płuczącej, przy jednoczesnym zatężeniu tego metalu w roztworze koncentratu.
Otrzymany koncentrat może służyć do uzupełnienia zawartości wanny galwanizerskiej.
Stopień odzysku ta metodą przekracza 90%.
Zużycie energii wynosi 3,1 kWh/kg Ni.
Przykładowy zakład: Asahi Glass – Japonia
- Galwanizacja miedzią
W wyniku elektrodializy powstaje odsolona woda (którą można ponownie wykorzystać do płukania) oraz koncentrat cyjanku miedzi kierowany do wanny galwanizerskiej.
Stężenie miedzi w wodzie płuczącej jest poniżej 1 g Cu/dm3.
Koncentrat ma stężenie 65 g Cu/dm3.
Zużycie energii wynosi 1-2 kWh/kg Cu przy odzysku 94% cyjanku miedzi z wody płuczącej.
Przykładowy zakład: instalacja ułamkowo-techniczna we Francji.
Roczny zysk netto galwanizerni wynosi 1.500 EURO dla odzysku 292 kg Cu.
- Galwanizacja chromem
W wyniku elektrodializy powstaje woda (którą można ponownie wykorzystać do płukania) oraz kwas chromowy pozbawiony 60-90% metali ciężkich.
Zużycie energii wynosi 12-15 kWh/kg CrO3.
Po zastosowaniu odwróconej osmozy otrzymuje się wodę o wysokim stopniu czystości (95% zatrzymania chromu) oraz koncentrat zawierający wszystkie składniki ścieków chromowych.
Przykładowy zakład: instalacja ułamkowo-techniczna w Niemczech.