Originalarbeit

Österr Wasser- und Abfallw 2018 · 70:147–160https://doi.org/10.1007/s00506-018-0464-x

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen fürMetallrück-gewinnung und KarbonatisierungKerstin Pfandl · Gerhard Stockinger · Daniel Höllen · Roland Pomberger

Online publiziert: 23. Januar 2018© Der/die Autor(en) 2018. Dieser Artikel ist eine Open-Access-Publikation.

Zusammenfassung Bei der Aufbe-reitung von Rostaschen aus Müllver-brennungsanlagen (MVA-Rostasche)fallen hochwertige mineralische undmetallische Zwischenprodukte an. DieMontanuniversität Leoben forscht seitJahren gemeinsam mit der BrantnerGruppe, welche eine Schlackenaufbe-reitungsanlage (Brantner Wet Slag Pro-zess) in Hohenruppersdorf betreibt, anneuen Verwertungsmethoden für dieseAbfallströme.

Während im Projekt AKRosA II dieAufkonzentration kritischer und po-tenziell kritischer Metalle im Fokussteht, war das Ziel des Research StudioAustria CarboResources die Karbonati-sierung der mineralischen Fraktionenzur CO2-Speicherung. Die entwickelteAufbereitungsmethode zur NE-Metall-rückgewinnung basiert auf konventio-nellen mechanischen Aufbereitungs-verfahren (Siebung, Magnetscheidung,Wirbelstromscheidung) und sensorba-sierten Technologien (RFA-Sortierung).Die innovative Methodik für die CO2-Speicherung und -Verwertung bestehtin der Erzeugung eines chemisch ge-fällten Kalziumkarbonats mittels ent-koppelter Löse-, Fällungs- und Karbo-natisierungsprozesse.

Die korngrößenspezifischen Senkenfür kritische und potenziell kritischeRohstoffe in der Rostasche-Schwerfrak-tion 0–16mm konnten spezifiziert so-wie hochwertige NE-Konzentrate (Zink,

Dipl.-Ing. K. Pfandl (�) ·Ass.-Prof. Dipl.-Min. Dr. D. Höllen ·Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.mont. R. Pom-bergerLehrstuhl für Abfallverwertungs-technik und Abfallwirtschaft,Montanuniversität Leoben,Franz-Josef-Straße 18, 8700 Leoben,Österreichkerstin.pfandl@unileoben.ac.at

G. Stockinger, MEngBrantner Environment Group GmbH,Dr.-Franz-Wilhelm-Straße 1, 3500Kremsan der Donau, Österreich

Messing, Edelstahl etc.) erzeugt werden.Zudem konnten Schad- und Störstof-fe aus den mineralischen Zwischen-produkten weitgehend entfernt undKalziumkarbonat für industrielle An-wendungen synthetisiert werden.

Raw material potential ofmunicipal solid wasteincineration ashes for metalrecovery and mineral carbonation

Abstract Mineral processing of munici-pal solid waste incineration bottom ashyields high-value mineral and metallicintermediate products. Montanuni-versität Leoben has been investigatingrecycling methods for these waste flowstogether with Brantner Group, a com-pany running a slag treatment plant(Brantner Wet Slag Process) in Hohen-ruppersdorf, for several years.

Whereas the focus of the AKRosA IIproject was on enrichment of criticaland potentially critical metals, the aimof the Research Studio Austria CarboRe-sources was mineral carbonation. Theprocessing method developed for re-covery of nonferrous metals is basedon conventional mechanical process-ing (screening, magnetic separation,eddy current separation) and sensor-based sorting technologies (XRF sort-ing). The innovative methodology forcarbon capture and utilisation is theproduction of chemically precipitatedcalcium carbonate by decoupled disso-lution, precipitation and carbonationprocesses. The grain-size specific sinksfor critical and potentially critical rawmaterials in the heavy fraction of MSWIbottom ash 0–16mm could be specifiedand high-value nonferrous metal con-centrates (zinc, brass, stainless steel . . . )could be produced. Additionally, con-taminants from intermediate mineralproducts could largely be removed andcalcium carbonate could be synthesisedfor industrial applications.

1 Einleitung

1.1 Aufkommen von MVA-Rostaschenin Österreich

In Österreich wurden im Jahr 2015mehr als 40% (rd. 2,4Mio. Tonnen)der Siedlungsabfälle einer thermischenBehandlung zugeführt, rd. 50% wur-den stofflich verwertet und weniger als10% mechanisch-biologisch behandelt.Für die thermische Behandlung vonSiedlungsabfällen stehen insgesamt elfAnlagen mit einer Gesamtkapazität vonrd. 2,5Mio. Tonnen zur Verfügung. Essind sieben Rostfeuerungs- und vierWirbelschichtanlagen in Betrieb (Ka-pazitäten: rd. 1,8 und 0,8Mio. Ton-nen). 2015 fielen rd. 650.000 TonnenSekundärabfälle in den Verbrennungs-anlagen an, davon rd. 531.500 Tonnenals Aschen und Schlacken (SN 31308,SN 31308 88) (BMLFUW 2017).

In den Wiener Müllverbrennungs-anlagen Spittelau und Flötzersteig ent-standen von 2010 bis 2014 nach derUmwelterklärung der Wien EnergieGmbH 2015 (Wien Energie GmbH2015) zwischen 202 und 243kg Rost-asche/t Anlageninput. Diese Angabendecken sich mit dem durchschnittli-chen Wert für Mitteleuropa, der bei200kg/t liegt (Vehlow 2010). Unter An-nahme einer maximalen Auslastungder sieben Rostfeuerungsanlagen fallenbei der Verbrennung von gemischtemSiedlungsabfall österreichweit jährlichzwischen 303.600 und 437.100 t MVA-Rostasche an.

1.2 Stoffliche Zusammensetzung vonMVA-Rostaschen

Typische MVA-Rostaschen setzen sich,abhängig vom Anlageninput, zu 85–90 Massen-% aus mineralischen Be-standteilen, zu 1–5 Massen-% ausunverbrannten Rückständen und zu7–10 Massen-% aus Eisen- und Nicht-eisenmetallen (Fe- und NE-Metallen)zusammen (Pretz und Rüßmann 2016;Gillner et al. 2011; Gisbertz et al. 2014).

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung 147

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Abb. 1 StoffgruppeneinerMVA-Rostasche. (Dittrichetal.2016;CopyrightWiley-VCHVerlagGmbH&Co.KGaA.Reproducedwithpermission)

Zu den mineralischen Bestandteilenzählen u.a. Glas, Steine, Keramik undandere Inertstoffe (Gisbertz et al. 2014;Bunge 2016). In den nicht verbranntenRückständen finden sich unverbrannte,organische Anteile wie Papier, Leder,Kunststoffe oder Textilien wieder. DieHauptbestandteile der metallischenFraktion sind Eisen, Aluminium, Kup-fer, Edelstahl und Zink in absteigenden-der Reihenfolge (Bunge 2016). Generellliegt der Fe-Anteil zwischen 4–9 Mas-sen-% und der NE-Anteil zwischen 1und 3 Massen-% (Gisbertz et al. 2014).Während Bau- und Edelstähle ehergrobstückig vorliegen, sind Alumini-um, Messing und Kupfer in kleinerenStücken vorzufinden (Bunge 2016). DerWassergehalt von Schlacken, die übereinen Nassentschlacker ausgetragen(in Österreich üblich) werden, liegt beietwa 20% (Simon und Holm 2013).

1.3 Aufbereitungsverfahren für MVA-Rostaschen

Die metallischen Teile, welche dieHauptwertstoffe in MVA-Rostaschendarstellen, sind oft mit anderen Par-tikeln versintert und müssen für einemechanische Trennung aufgeschlos-sen vorliegen. Zur Zerstörung dieserAgglomerate ist eine Zerkleinerung er-forderlich. Stand der Technik ist hierder Einsatz von Brechern (z.B. Rotor-

schleuderbrechern) und Mühlen (z.B.Rotorschleudermühlen) (BHS-Sontho-fen GmbH 2017). Eine Alternative stelltdie elektrodynamische Fragmentierungdar (Dittrich et al. 2016), bei der dieMVA-Rostasche von innen durch Stark-stromimpulse entlang der Phasengren-zen zerlegt wird. Da die Trennener-gie exakt entlang von Phasengrenzenaufgebracht wird, werden metallischeund mineralische Bestandteile besseraufgeschlossen als bei traditionellenZerkleinerungsverfahren (Dittrich et al.2016). Nach der Zerkleinerung liegendie Stoffgruppen Eisenmetalle, NE-Me-talle, Glas, Steine & Keramik, Glas undSchmelzprodukte aufgeschlossen vorund können in nachfolgenden Pro-zessen voneinander getrennt werden(Abb. 1).

Die Klassierung des zerkleinertenMaterials erfolgt im Regelfall mit Sie-ben wie z.B. Stangensizern, Trommel-und Spannwellensieben. Durch die Sie-bung werden in der weiteren Aufberei-tung störende Grobanteile abgetrenntund das Ausgangsmaterial in Korn-größenfraktionen gesplittet. Für dieAbtrennung von Eisenmetallen wer-den standardmäßig Magnetscheider inunterschiedlichen Ausführungen (u.a.Überbandmagnete, Trommelmagne-te) eingesetzt. Für die Abscheidungvon NE-Metallen hat sich die Wirbel-stromscheidung bewährt. Zusätzlich

können mithilfe von sensorgestütztenSortierern Edelstahl, Kupfer, Messingund weitere Metalle und Legierungensepariert werden. Die Erkennung derunterschiedlichen Metalle erfolgt überdie Röntgenfluoreszenz-Technologie(RFA), Induktionsdetektoren und Farb-zeilenkameras. Ferner sind Setzma-schinen anzuführen, die auf Basis derDichtesortierung die MVA-Rostasche ineine Schwimm-, Leicht-, Schwer- undSchlammfraktion aufteilen. Dort wer-den die jeweiligen Stoffgruppen ent-sprechend ihrer Dichte angereichert.

1.4 Mineralogische Zusammensetzungvon MVA-Rostaschen

Die Stoffgruppen Keramik & Steine,Glas, Fe- und NE-Metalle durchlaufenden Verbrennungsprozess nur mit ge-ringfügigen Änderungen ihres Phasen-bestandes. Während Glas definitions-gemäß ein nichtkristalliner Festkörperist und die Stoffgruppe der Fe- und NE-Metalle überwiegend aus Legierungenbesteht, finden sich in der StoffgruppeKeramik & Steine viele Mineralpha-sen wie z.B. Quarz (SiO2) und Feldspat((Ca,Na,K)(Al,Si)4O8), die als Relikteden Verbrennungsprozess unbeschadetüberstehen (Eggenberger et al. 2004).Die Stoffgruppe der Schmelzprodukteentsteht hingegen im Verbrennungs-prozess durch partielle Aufschmelzungund nachfolgende glasige sowie kris-talline Erstarrung. Die inhomogeneTemperaturverteilung in der Anlage be-wirkt zunächst die Entstehung zweierverschiedener glasiger Schmelzproduk-te bei Temperaturen von 1500–1650 °Cbzw. 1150–1400 °C (Eusden et al. 1999).Durch Entglasungsprozesse werdennachfolgend Minerale der Melilith-Reihe ((Ca,Na)2(Mg,Al)[Si2O7]) aus derHochtemperaturglasphase sowie Fe-Spinelle (Fe(Fe,Al)2O4) aus der Nie-dertemperaturglasphase ausgeschie-den (Eusden et al. 1999), sodass derkristalline Anteil der erkalteten MVA-Rostasche ca. 50% beträgt (Wei et al.2011). Zudem kommt es durch dieEindampfung der im Abfall enthalte-nen Porenwässer zur Kristallisation vonSalzen wie Anhydrit (CaSO4) sowie di-versen Chloridphasen (Li et al. 2004).Calcit (CaCO3) kann entweder im Ab-fall als solcher enthalten sein oder sichwährend des Verbrennungsprozessesbilden. Bei Temperaturen oberhalb vonrund 800 °C kommt es zur Calcinie-rung, d.h. zur Zersetzung von Calcit inBranntkalk (CaO) und Kohlenstoffdi-

148 Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung

Originalarbeit

Tab. 1 AnforderungenanRückständeausAbfallverbrennungsanlagenbeimEin-satz inungebundenenundmitBindemittelstabilisiertenTrageschichten imStraßen-bau. (BMLFUW2017)

Parameter Einheit Grenzwert

Gesamtgehalt

Pb mg/kg TM 900

Cd mg/kg TM 10

Cr mg/kg TM 800

Ni mg/kg TM 300

TOC % TM 1

Gehalt im Eluat

pH-Wert – Maximal 12,0

Sb mg/kg TM 0,3

As mg/kg TM 0,5

Pb mg/kg TM 0,5

Cr gesamt mg/kg TM 0,5

Cu mg/kg TM 4

Mo mg/kg TM 1

Ni mg/kg TM 0,4

Chlorid (als Cl) mg/kg TM 3000

Sulfat (als SO4) mg/kg TM 5000

oxid (CO2) (Stanmore und Gilot 2005).Bei der Nassentschlackung kommt eszur Hydratation des Branntkalks zuPortlandit (Ca(OH)2), Hydrocalumit(Ca2Al(OH)6[Cl1–x(OH)x] · 3H2O) undFriedel’s Salz (Ca2Al(OH)6(Cl, OH) 2 H2O)sowie zur Auswaschung leicht löslicherSalze (Inkaew et al. 2016).

Die für die Karbonatisierung rele-vanten Elemente Kalzium und Magne-sium liegen somit in MVA-Rostaschenv.a. in der Glasphase, Mineralphasender Melilith-Reihe sowie im Branntkalkoder Calcit vor (Höllen et al. 2016).Das kritische Metall Zink, welches imRestabfall in metallischer Form oderals Legierung auftritt, wird währenddes Verbrennungsprozesses teilweiseaufgeschmolzen und in die verglasteMatrix der Rostasche eingeschlossen(Lechner et al. 1996). Weitere kritischeMetalle treten in so geringen Konzen-trationen auf, dass ihre mineralogischeBindungsform nur selten bestimmtwerden konnte, da die Nachweisgrenzez.B. der Elektronenstrahlmikrosondeim Bereich von einigen 100mg/kg liegt.Dennoch geben hydrogeochemischeModellierungen zur Auslaugung vonMetallen aus Rostaschen (Dijkstra et al.2006) Hinweise aufMineralphasen, wel-che die Freisetzung dieser Metalle kon-trollieren. Einige der vorgeschlagenenPhasen wie Ni(OH)2 bilden sich vermut-lich erst bei der Reaktion mit Wasser,während andere wie Willemit (Zn2SiO4)möglicherweise bereits im Verbren-nungsprozess entstehen. Eine Über-sicht über die bei der Verwitterung vonMVA-Rostaschen entstehenden Sekun-därphasen findet sich in Piantone et al.

(2004). Dort wird auch die Bindungs-form der kritischen Metalle Chrom alsBentorit ((Ca6Cr2(SO4)3(OH)12 * 26H2O)und Zink als Lishizenit (ZnFe2(SO4)4),Descloizit ((Zn,Cu)PbVO4(OH)), Tar-buttit (Zn2PO4OH), Zinkit (ZnO) odereinem Zn-Cu-Karbonat (Cu2Zn4Al2(OH)16CO3 * 4H2O)) beschrieben.

2 Chemische Zusammensetzungvon MVA-Rostaschen

MVA-Rostaschen bestehen hauptsäch-lich aus den chemischen KomponentenCaO und SiO2 sowie geringeren Anteilenan Al2O3, MgO, Fe2O3, Na2O, P2O5 undCl. Diese Hauptkomponenten entspre-chen denen mineralischer Baustoffeund bestimmen maßgeblich die bau-technische Eignung von MVA-Rosta-schen. Daneben treten jedoch Schwer-metalle in geringeren Konzentrationenauf, welche den Einsatz von MVA-Rostaschen aus umwelttechnischerSicht einschränken. So sind z.B. imBundesabfallwirtschaftsplan Grenzwer-te für den Einsatz von MVA-Rostaschenbeim Einsatz in ungebundenen und mitBindemittel stabilisierten Trageschich-ten im Straßenbau festgelegt (BMLFUW2017).

Einige der in Tab. 1 genannten sowieweitere Metalle wurden von der Ös-terreichischen Forschungsförderungs-gesellschaft als potenziell kritische(Chrom, Kobalt, Nickel, Vanadium,Zinn, Zink) und kritische Elemente(Mangan und Antimon) definiert (BM-VIT 2017). Die Rückgewinnung dieserMetalle und die bautechnische Nutzungder entmetallisierten MVA-Rostasche

stellt somit in ökonomischer und öko-logischer Hinsicht ein erstrebenswertesZiel dar.

In Tab. 2 sind die Mittelwerte (MW)der chemischen Zusammensetzung vonMVA-Rostaschen der ÖsterreichischenMüllverbrennungsanlagen Spittelau,Flötzersteig, Dürnrohr und Arnoldsteinsowie Daten aus der internationalenFachliteratur zusammengefasst. Auf-grund der inhomogenen Abfallzusam-mensetzung, unterschiedlicher Probe-nahmen und abhängig von den Ver-brennungstechnologien ergeben sichkaum vorhersehbare Schwankungen.Die Maximalwerte liegen i.d.R. umden Faktor 2–10 höher als die Mini-malwerte. Für einzelne Schwermetalleübersteigen sie die Minima um denFaktor 35–70 (Winter et al. 2005).

2.1 MVA-Rostaschen inForschungsprojekten an derMontanuniversität Leoben und beider Brantner Gruppe

Die Montanuniversität Leoben und dieBrantner Gruppe beschäftigen sich seitmehreren Jahren intensiv mit der Ver-wertung von MVA-Rostaschen, wobeisich die Brantner Gruppe mit der nass-mechanischen Aufbereitung (BrantnerWet Slag Prozess, BWS) und die Mon-tanuniversität Leoben mit der Verwer-tung der dort entstehenden Teilfraktio-nen (Abb. 2) auseinander setzt.

Beim BWS-Prozess in Hohenrup-persdorf wird die MVA-Rostasche zu-nächst gesiebt, um störende Langteileabzuscheiden (Siebschnitt 50mm). Diemagnetischen Bestandteile des Über-

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung 149

Originalarbeit

Tab. 2 ChemischeZusammensetzung (Gesamtgehalte)MVA-Rostaschen inÖsterreich (Winter et al. 2005) undweltweit (Panet al. 2008; Inkaewet al. 2016)

MVA-Spittelau MVA-Flötzersteig AVN Dürnrohr KRV Arnold-stein

Taiwan (Panet al. 2008)

Japan (Inkaewet al. 2016)

MW MW MW MW

Glühverlust mg/kg TS 20.617 31.095 23.000 k.A. k.A. 4500

Ag mg/kg TS 29 40 k.A. k.A. k.A. k.A.

Al mg/kg TS 51.787 75.000 k.A. k.A. 6671 64.641

Al-Metall mg/kg TS 20.000 k.A. k.A. k.A. k.A. k.A.

As mg/kg TS 13 10 2,47 5,8 k.A. k.A.

B mg/kg TS 111 k.A. k.A. k.A. k.A. k.A.

Ba mg/kg TS 1366 2038 117 k.A. k.A. 1464

Cd mg/kg TS 10 8 12,2 5,4 k.A. 101

Ca mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 359.929 318.786

Co mg/kg TS 38 51 16 k.A. k.A. k.A.Cr mg/kg TS 314 350 218 k.A. 1232 446Cu mg/kg TS 1982 1842 665 k.A. 12.061 1101

Fe mg/kg TS 56.483 30.000 k.A. k.A. 61.880 31.290

Hg mg/kg TS 1 2,3 0,39 <0,6 k.A. k.A.

K mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 14.770 7053

Mg mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 13.560 18.600

Mn mg/kg TS 642 700 k.A. k.A. k.A. 775Na mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 93.929 15.506

Ni mg/kg TS 257 329 125 k.A. 1257 94P mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 13.928 16.155Pb mg/kg TS 1336 1954 1013 926 19.586 443

Sb mg/kg TS 39 k.A. k.A. k.A. k.A. k.A.Si mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 62.720 105.653

Sn mg/kg TS 128 k.A. k.A. k.A. k.A. k.A.Ti mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 14.160 13.020

V mg/kg TS 30 k.A. k.A. k.A. k.A. k.A.Zn mg/kg TS 2385 3843 3273 k.A. 20.889 3856Br mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 600 k.A.

Cl mg/kg TS 3000 5343 k.A. k.A. 32.400 23.200

F mg/kg TS 680 892 k.A. k.A. k.A. 400

SO4 mg/kg TS 55.435 50.490 k.A. k.A. 14.917 13.800

Corg mg/kg TS 13.925 21.618 28.000 k.A. k.A. k.A.

ΣKW mg/kg TS 80 <10 k.A. k.A. k.A. k.A.

PAK μg/kg TS 30 11 460 66 k.A. k.A.

PCB μg/kg TS <600 <600 13 0,39 k.A. k.A.

PCDD/F μgTEQ/kg TS 0,005 0,005 0,056 0,0029 k.A. k.A.

fett kritische und potenziell kritische Metallekursiv Ca und Mg als Wertelemente für die KarbonatisierungMW Mittelwert, k.A. keine Angabe

und Unterlaufs werden mit Magnet-scheidern abgetrennt. Das Material<50mm passiert eine Setzmaschine,welche das Kernaggregat der Anla-ge ist und vier Fraktionen produziert:Schwimmfraktion (Kunststoffe, Papier,Textilien etc.), Schwerfraktion (Bunt-metalle, Edelstahl, Edelmetall etc.),Leichtfraktion (Mineralik, Aluminiumetc.) und Schlamm. Aus der Leichtfrak-tion werden mit einem NE-Abscheider(mit vorgeschaltetem Fe-Abscheider)ein Aluminium- und ein Nichteisen-

konzentrat erzeugt. Die Fraktionen„magnetische Schlacke“ und „Schla-cke“ wie auch der „Schlamm“ aus demSetzprozess werden derzeit deponiert.„Schwere Metalle“ von 0,02–2mm wer-den mit einer speziellen Feinschlacken-aufbereitungsanlage (FSTP) abgetrennt(Stockinger 2016).

Das von der FFG geförderte Pro-jekt AKRosA II (Aufbereitung von Kri-tischen Rohstoffen aus speziellen Ab-fallströmen) verfolgt das Ziel, die kri-tischen und potenziell kritischen Me-

talle in der Schwerfraktion aus demBWS-Prozess durch mechanische Auf-bereitungsschritte aufzukonzentrierenund metallurgisch aufzuarbeiten. Diemechanische Aufbereitung erfolgte inZusammenarbeit mit der Fa. IFE Auf-bereitungstechnik GmbH. Die Versuchemit den sensorbasierten Sortiermaschi-nen wurden von der Fa. BT-WolfgangBinder GmbH durchgeführt.

Im Rahmen des ebenfalls von derFFG geförderten Research Studio Aus-tria CarboResources (Karbonatisierung

150 Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung

Originalarbeit

Abb. 2 BrantnerWetSlagProzess (BWS) –überarbeitet. (Stockinger 2016)

mineralischer Rohstoffe zur Erzeugungvon Wertstofffraktionen) wurde hinge-gen die Verwertung der entmetallisier-ten Schlackefraktionen mittels Karbo-natisierung untersucht.

3 Material und Methoden

3.1 Überblick

Die dargestellten Arbeiten umfassendie weitere Behandlung von zwei Frak-tionen aus dem BWS-Prozess der MVA-Rostascheaufbereitung der BrantnerGruppe Im Rahmen des Projekts AKRo-sA II wurde die Schwerfraktion(= „Schwere Metalle“) aus der Setz-maschine mechanisch aufbereitet (diepyrometallurgische Aufarbeitung wirdin diesem Betrag nicht diskutiert), umkritische Metalle anzureichern, wäh-rend im Rahmen des Projekts CarboRe-sources die entmetallisierte Leichtfrakti-on (= „Schlacke zu Deponie“) chemischbehandelt wurde, um CO2 zu bindenund Kalziumkarbonat als Füllstoff fürindustrielle Anwendungen zu erzeugen(vgl. Abb. 2 und 3).

3.2 Karbonatisierung derentmetallisierten Rostasche

3.2.1 Probenahme undMaterialcharakterisierung

Für die Versuche zur Karbonatisierungder entmetallisierten MVA-Rostaschewurden zunächst eine gealterte (0,5–1 a,12mm<d< 55mm, Probe CR 27) undeine frische (0,1mm<d< 40mm; ProbeCR 28) entmetallisierte MVA-Rostaschebeprobt, anschließend zwei Teilfraktio-nen der frischen MVA-Rostasche (beidegemeinsam als „Schlacke zu Deponie“in Abb. 2 links bezeichnet) („schaumigeSchlacke“ Probe CR 29; „glasige Schla-cke“, Probe CR 30, links in Abb. 2) sowieder Schlackenschlamm (0<d< 0,1mm,Probe CR 31, „Schlacke zu Deponie“rechts in Abb. 2). Die Probenmassenlagen zwischen 6 und 15kg. Die Pro-be CR 31 wurde bei 65 °C über 40hgetrocknet.

Zur Aufbereitung der Proben für dienachfolgenden Versuche wurden diesemittels Backenbrecher (Fritsch Pulveri-sette 1, Typ 01703, d= 8mm) grob zer-kleinert, wobei magnetische Teile perHandmagnet entfernt wurden. Nach ei-ner Probenverjüngung durch einen Rif-felteiler wurde die Probe mittels Plane-tenkugelmühle (Fritsch Pulverisette 5,Typ 05202, t= 12min) feinzerkleinert.

Anschließend wurden die Proben dop-pelt gesiebt (d1= 125µm; d2= 1000µm)und die mittlere Siebfraktion nachver-mahlen, bis die Ausbeute der Fraktion63–125µm, die für nachfolgende Versu-che verwendet wurde, 78–89 Masse-%betrug.

Als alternatives Verfahren wurdedie Elektrodynamische Fragmentie-rung (Fraunhofer Institut für Bauphy-sik, Elektrodenabstand 30mm, 50 Pulse,f= 5Hz, U=180kV) erfolgreich getestet.Abb. 4 zeigt die fragmentierte MVA-Rostasche (CR 30).

Die Proben wurden mittels Rönt-genfluoreszenzanalyse (RFA) aus derSchmelztablette nachDIN EN ISO 12677auf ihre chemische Zusammensetzunguntersucht (Tab. 3). Zusätzlich erfolgteeine Bestimmung der Spurenelemen-te nach einem Totalaufschluss nachÖNORM EN 13656 (2002) mittels ICP-MS (Agilent 7500 ce) in Anlehnung anÖNORM EN ISO 17294-2 (2005). DerGehalt an anorganisch und organischgebundenem Kohlenstoff wurde nachÖNORM EN 13137 (2001) bestimmt, derAschegehalt nach DIN 51719 (1997).

Die Gehalte der chemischen Haupt-komponenten, aber auch der meis-ten Schwermetalle liegen im Bereichder in der Literatur aufgeführten Wer-te (Tab. 2). Ein Vergleich zwischenden einzelnen Fraktionen zeigt, dass

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung 151

Originalarbeit

Abb. 3 ProzessschemataderProjekteAKRosA II undCarboResources

sich Calcium im Schlamm anreichert,aber bereits in karbonatisierter Formvorliegt. Aus dem Gehalt an anor-ganischem Kohlenstoff lässt sich einCaCO3-Gehalt von 17 Masse-% berech-nen. Daher wurde diese Fraktion nichtfür eine Karbonatisierung ausgewählt.Die verglaste Schlacke (CR 30) ist imVergleich zur keramik- und glasrei-chen Schwimmfraktion (CR 29) mit denMetallen Fe, Cr, Mn, Zn und Cu an-gereichert, sodass diese Fraktion fürKarbonatisierungsversuche ausgewähltwurde, um auf hydrometallurgischem

Weg ein Metallkonzentrat als Neben-produkt zu erzeugen.

Die mineralogische Zusammenset-zung wurde mittels Polarisationsmi-kroskopie (Axio Scope A1), Raman-Spektroskopie (Jobin Yvon (Horiba)LabRAM, λ=532nm), Röntgendiffrak-tometrie (Bruker D8 Advance, Cu Kα=1,5406Å) und Elektronenmikrosonde(Jeol JXA 8200 Superprobe) bestimmt.Diese Verfahrenskombination lieferteden in Tab. 4 dargestellten Phasenbe-stand.

Die untersuchten MVA-Rostasche-fraktionen bestehen aus einer glasigen

Abb. 4 MVA-Rostaschenachder elek-trodynamischenFragmentierung

Matrix, aus der kristalline Phasen, v.a.Ca-reicher Melilith (24% Ca), auskris-tallisiert sind. Ein Vergleich der che-mischen Zusammensetzung der Matrixund des Meliliths zeigt, dass Ca undMg bevorzugt in die kristalline Phaseeingebaut werden, während K und Fe inder Glasphase verbleiben. Aufbauendauf den Ergebnissen der chemischenund mineralogischen Analysen wurdedie Probe CR 30 für die nachfolgendenVersuche ausgewählt.

3.2.2 Löseprozess

50g der Probe CR 30 (63µm<d<125µm)wurden in 600 mL 8%iger HCl für180min bei 90 °C gelöst. Anschließendwurde der Lösungsrückstand durchFiltration (0,45µm) von der Lösunggetrennt. Der Rückstand wurde mitdestilliertem Wasser gespült, um Säure-reste zu entfernen. Das Filtrat wurde inAnlehnung an ÖNORM EN ISO 17294-2(2005) mittels ICP-MS (Agilent 7500 ce)auf seine chemische Zusammensetzunguntersucht. Der Lösungsrückstand wur-de für 24h bei 105 °C getrocknet undvom Filter entfernt. Durch Einbettungin Epoxyharz wurde ein Anschliff für dienachfolgenden Untersuchungen mitder Elektronenmikrosonde hergestellt.Eine Teilprobe wurde aufgemahlen undmittels Röntgendiffraktrometrie (Bru-ker D8 Advance, Cu Kα=1,5406Å) mi-neralogisch untersucht, während eineweitere Teilprobe nach einem Totalauf-schluss nach ÖNORM EN 13656 (2002)mittels ICP-MS chemisch untersuchtwurde.

3.2.3 Fällungsprozess

Das stark saure Filtrat des Löseversu-ches wurde durch Zugabe von Ammo-niak auf einen pH-Wert von 9 gebracht,wodurch sich ein Niederschlag bilde-

152 Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung

Originalarbeit

Tab. 3 ChemischeZusammensetzungder für dieKarbonatisierunguntersuchtenMVA-RostaschefraktionenCR27 CR28 CR29 CR30 CR31

Glühverlust mg/kg TS k.A. k.A. k.A. k.A. 147.600

Aschegehalt % 95,25 94,23 95,34 97,91 k.A.

Ag mg/kg TS <50 <50 <50 <50 <10

Al mg/kg TS 61.703 47.970 65.875 57.526 39.896

As mg/kg TS 26 36 36 29 22

Au Mg/kg TS <0,25 <0,25 <0,25 <0,25 <2,5

Ba mg/kg TS 1753 1697 1104 1669 2033

Be mg/kg TS <25 <25 <25 <25 <5,0Ca mg/kg TS 128.043 160.400 133.486 148.500 261.807

Cd mg/kg TS 2,6 3,6 <2,5 <2,5 9,4Ce mg/kg TS 45 41 45 39 16Co mg/kg TS 42 37 33 34 26Cr mg/kg TS 738 814 584 1368 751Cu mg/kg TS 2830 2510 1090 2880 1600

Fe mg/kg TS 91.252 52.234 42.196 98.196 26.117

Ga mg/kg TS 110 110 82 100 49In mg/kg TS <0,25 0,27 <0,25 0,27 0,57K mg/kg TS 10.032 9061 12.488 6721 6373

La mg/kg TS 18 15 18 15 9,4Li mg/kg TS 40 23 37 21 20Mg mg/kg TS 18.450 21.906 22.212 22.224 23.790

Mn mg/kg TS 1468 1471 991 2065 1243Mo mg/kg TS 22 63 22 83 22Na mg/kg TS 21.338 29.062 20.604 21.034 12.732

Nb mg/kg TS 12 9,7 16 10 7,0Nd mg/kg TS <25 <25 <25 <25 6,9Ni mg/kg TS 160 130 140 130 120P mg/kg TS 2673 4281 3778 3272 5234Pb mg/kg TS 570 950 200 310 1070

Pd mg/kg TS <13 <13 <13 <13 <2,5Pt mg/kg TS <0,25 <0,25 <0,25 <0,25 <0,25Rb mg/kg TS 49 33 63 28 16

Sb mg/kg TS 73 100 71 52 240Se mg/kg TS 2,2 2,4 2,2 2,7 <2,5

Si mg/kg TS 212.548 214.396 231.541 192.752 90.678

Sn mg/kg TS 75 86 54 77 110Sr mg/kg TS 390 340 280 340 410

Ta mg/kg TS 1,9 2,6 2,6 1,2 <0,25Ti mg/kg TS 5994 6198 10.128 6426 7170

Tl mg/kg TS <1,3 <1,3 <1,3 <1,3 <0,25

U mg/kg TS 2,3 2,1 2,6 2,0 2,1

V mg/kg TS 67 53 67 55 35W mg/kg TS 100 120 120 61 30Zn mg/kg TS 1810 2290 1160 1650 4060Zr mg/kg TS 270 180 210 210 68

S mg/kg TS 4780 7528 4640 4400 28.800

TIC mg/kg TS <5000 5000 <5000 <5000 20.000

TOC mg/kg TS 11.000 10.000 11.000 7000 33.000

fett kritische und potenziell kritische Metallekursiv Ca und Mg als Wertelemente für die Karbonatisierungk.A. keine Angabe

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung 153

Originalarbeit

Tab. 4 MineralogischeZusammensetzungder für dieKarbonatisierunguntersuchtenMVA-RostaschefraktionenMineral Formel CR27 CR28 CR29 CR30 CR31

Quarz SiO2 +++ +++ +++ +++ ++

Melilith (Ca,Na)2(Mg,Al)(Si2O7) +++ ++ ++ +++ +Plagioklas (Ca,Na)(Al,Si)2Si2O8 + + ++ + +

Biotit K(Mg,Fe2+)3(Si3Al)O10(OH,F)2 + + – – –

Muskovit KAl2[(OH,F)2|AlSi3O10] – – – – +

Wollastonit CaSiO3 + + – + –

Diopsid CaMg[Si2O6] + + – + –

Fayalit Fe2SiO4 + – – – –

Larnit β-Ca2SiO4 – + – – –Aluminiumhydroxisulfat Al4SO4(OH)10• H2O + – – – –

Ilmenit FeTiO3 – – + – –

Magnesioferrit FeMg2O4 + – – – –

Magnetit Fe3O4 – – – + –

Hämatit Fe2O3 – + + – +

Brownmillerit Ca2(Al,Fe3+)2O5 – – – – +

Mayenit Ca12Al14O33 – + – – –

Calcit CaCO3 – ++ + + +++

Dolomit CaMg(CO3)2 – – + – –

Portlandit Ca(OH)2 – – – – ++Iowait Mg4Fe3+(OH)8OCl• 3(H2O) – – – – +

Idait Cu3FeS2 – – – + –

Eisen Fe + + + + k.A.

Aluminium Al + + + + k.A.

Kupfer Cu + + + + k.A.

Glas – +++ +++ +++ +++ k.A.

+++ hoher Gehalt++ mittlerer Gehalt+ geringer Gehalt– nicht vorhandenfett für die Karbonatisierung geeignete Phasenk.A. keine Angabe

te, der durch Filtration (0,45µm) ab-getrennt wurde. Ebenso wie bei denProdukten des Löseprozesses wurdenauch die beiden Produkte des Fällungs-prozesses chemisch bzw. chemisch undmineralogisch untersucht.

3.2.4 Karbonatisierung

Nach der Abtrennung des Nieder-schlags des Fällungsprozesses wurdeCO2 mit einer Flussrate von 0,11L/sin das Filtrat eingeleitet, wobei derpH-Wert durch gleichzeitige Zugabevon NH3 konstant gehalten wurde. DieZugabe von CO2 und NH3 wurde be-endet, sobald die Karbonatisierung ab-geschlossen war. Dieser Punkt wurdeaus der Titrationskurve ermittelt, wel-che zu diesem Zeitpunkt einen stär-keren Verbrauch von NH3 anzeigte, danach Abschluss der KarbonatisierungCO2 in der Lösung verblieb und somiteine Versauerung bewirkte. Ebenso wiebeim Löse- und beim Fällungsversuch

wurden auch beim Karbonatisierungs-versuch beide Produkte, Karbonat undüberstehende Lösung, mittels Filtrationvoneinander getrennt. Die Filterkuchenwurden mit destilliertem Wasser gewa-schen und für 24h bei 40 °C getrocknet.Anschließend wurde der anorganischeKohlenstoffgehalt nach ÖNORM 13137(2001) und der CaCO3-Gehalt nachDIN EN ISO 3262-1 bestimmt. Ebensowurden mineralogische Untersuchun-gen mittels Röntgendiffraktometrie undElektronenmikrosonde durchgeführtund die chemische Zusammensetzungwie im Fall der anderen Feststoffe be-stimmt.

3.3 Aufbereitung der Fraktion „SchwereMetalle“

3.3.1 Probenahme undMaterialcharakterisierung

Für die Auswahl des Abfallstroms zurRückgewinnung kritischer und poten-

ziell kritischer Metalle wurden die Out-putströme „Schwere Metalle“, „Schla-cke zu Deponie“ aus dem Dekanter,„Magnetische Schlacke zu Deponie“und „Schlacke zu Deponie“ aus derNE-Abscheidung (vgl. Abb. 2) aus demBWS Prozess in Anlehnung an dieÖNORM S 2127 (2011) beprobt undein ICP-MS-Screening (Massenspektro-metrie mit induktiv gekoppeltem Plas-ma, Agilent 7500 ce) in Anlehnung anÖNORM EN ISO 17294-2 (2005) durch-geführt (vgl. Abschn. 2.3.3). Die Ergeb-nisse zeigten, dass die Schwerfraktiondas größte Potenzial an kritischen undpotenziell kritischen Rostoffen beinhal-tet. Für die Aufbereitungsversuche inden Technika der Projektpartner IFEAufbereitungstechnik GmbH und derFa. BT-Wolfgang Binder GmbH wurdenrd. 500kg der Schwerfraktion 0–50mm(Ausgangsmaterial) von der BrantnerGruppe zur Verfügung gestellt.

154 Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung

Originalarbeit

Abb. 5 Röntgendiffraktogrammder eingesetztenMVA-Rostaschefraktion (schwarz) und ihresLösungsrückstandes (rot)

3.3.2 Siebung & Fe/NE-Scheidung

Die Siebung dient einerseits als Vor-bereitung für die nachgeschaltetenVersuche (sensorgestützte Sortierung)und andererseits zur Überprüfung derThese, dass die Senken kritischer Roh-stoffe korngrößenabhängig sind. DasGrobkorn >20mm der Schwerfraktion0–50mm wurde mithilfe eines Linear-schwingsiebs Type SM 800×2450FV ab-getrennt. Mit einem Sizer Type SZ 500F,mit fünf untereinander angeordnetenSiebbelägen, wurden sechs Kornfraktio-nen (0–1mm, 1–3,15mm, 3,15–6mm,6,3–10mm, 10–16mm und 16–20mm)erzeugt. Im Anschluss an die Sie-bung wurden die Fe- und NE-Metal-le sowie die nichtmetallische Frak-tion mit einer kombinierten Einheitaus einem Magnetscheider Type IN-PXS 650× 500/36 und einem Wirbel-stromscheider Type HPG 500×650/13aus den Korngrößenfraktionen 6,3–10mm und 10–16mm abgeschieden,um die Frage zu beantworten, welcheder ausgewählten Elemente (Zink, Ni-ckel, Zinn, Mangan, Chrom) sich in derFe-, NE- und Restfraktion aufkonzen-trieren.

3.3.3 Chemische Analysen derFraktionen aus der Siebung undFe/NE-Scheidung

Die chemischen Analysen der Out-putströme aus Siebung und Magnet-bzw. Wirbelstromscheidung wurdenvon der Arbeitsgruppe Umweltanalytikam Lehrstuhl für Abfallverwertungs-technik und Abfallwirtschaft an derMontanuniversität Leoben durchge-führt.

Die Analysen der Fraktionen ausder Siebung (Korngrößenfraktionen0–1mm, 1–3,15mm, 3,15–6mm, 6,3–10mm, 10–16mm) und der Fe/NE-Scheidung (Fe-Fraktion, NE-Fraktionund Restfraktion der Korngrößenfrak-tionen 6,3–10mm und 10–16mm) wur-den nach entsprechender Probenaufbe-reitung (u.a. Scheibenschwingmühle)gemäß ÖNORM EN 13657 (2002) auf-geschlossen und die Aufschlusslösun-gen anschließend mittels Massenspek-trometrie mit induktiv gekoppeltemPlasma (ICP-MS, Agilent 7500 ce) inAnlehnung an ÖNORM EN ISO 17294-2 (2005) gemessen. Zudem wurde derTrockenrückstand gravimetrisch nachÖNORM EN 14346 (2007) – Verfah-

ren A bestimmt. Der Fokus liegt aufden Fraktionen <16mm. Zu den Frak-tionen >16mm liegen derzeit keinechemischen Analysen vor.

3.3.4 Sensorbasierte Sortierung

Die NE-Fraktionen (6,3–10mm und10–16mm) wurden zur Separierung vonZink, Messing, Kupfer (Cu/Zn), Edel-stahl (Fe, Cr/Fe, Ni/Fe Legierungen)und Edelmetallen (Au, Ag) zum Pro-jektpartner BT-Wolfgang Binder GmbH(Redwave) geschickt.

Dort wurden Versuche mit einemSortierer durchgeführt, der auf Basisder RFA-Technologie (Röntgenfluores-zenz) arbeitet. Die Detektion erfolgteüber Silicium-Driftdetektoren (SDD),um höchstmögliche Energieauflösungund Detektionseffizienz zu erreichen.Die Tests wurden ohne spezielle Vorbe-handlung der NE-Fraktionen (Oberflä-chenabreinigung) durchgeführt. Für dieNE-Fraktion 6,3–10mm kam ein Band-sortierer zum Einsatz. Die Fraktion10–16mm wurde im ersten Durchlaufmit dem Band- und in einem zwei-ten Versuch mit dem Rutschensortierersortiert.

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung 155

Originalarbeit

Abb. 6 Röntgendiffraktogramm, elektronenmikroskopischeAufnahme, Foto undchemischeZusammensetzungdesauseinerMVA-RostascheerzeugtenKalziumkarbonats sowiedieZusammensetzungdesAusgangsmaterials zumVergleich (inMasse-%)

Da die Methode der sensorbasiertenRFA-Sortierung derzeit auf >6mm be-grenzt ist und die Mindestgehalte desauszusortierenden Merkmals im Pro-zentbereich liegen müssen, wurden dieFraktionen 0–6mm keiner Sortierungunterzogen.

4 Ergebnisse und Diskussion

4.1 Karbonatisierung derentmetallisierten MVA-Rostasche

4.1.1 Löseprozess

Bei der Auflösung der MVA-Rostaschein 8%iger HCl kam es zu einer in-kongruenten Auflösung des Meliliths,während sich Quarz passiv im Lösungs-rückstand anreicherte (Abb. 5). DieGesamtmenge des Feststoffes blieb imVersuch mit 50g konstant. Dies kanndadurch erklärt werden, dass es zu einerhydraulischen Reaktion, d.h. zur Bil-dung von Hydratphasen unter Aufnah-me von Wasser kam. Diese Hypothesewird dadurch gestützt, dass die Filtra-tion extrem langsam ablief und sich

ein gelartiger Filterkuchen bildete, dereinen Glühverlust von 35 Masse-% auf-wies. Die chemische Analyse (57% SiO2;12% CaO; 12% Fe2O3; 10% Al2O3) zeigtin Verbindung mit der mineralogischenAnalyse (Abb. 6), dass der Rückstanddes Löseprozesses neben reliktischemQuarz aus einem amorphen Ca-Fe-Al-Silikat-Hydrat besteht.

Durch den Löseprozess wurde dasv.a. im Melilith und in den Glaspha-sen gebundene Calcium aus der MVA-Rostasche extrahiert, während sich Si-lizium im Rückstand angereichert hat.Das wässrige Extrakt weist eine Ca-Konzentration von 11g/L auf, ist je-doch durch eine fast ebenso hohe Fe-Konzentration (10g/L) sowie signifi-kante Konzentrationen an Al (3,6g/L),Mg (1,2g/L) und Na (1,2g/L) gekenn-zeichnet. Die umweltrelevanten Schwer-metalle Cu (130mg/L), Pb (21mg/L)und Zn (180mg/L) werden ebenfallsteilweise extrahiert, was damit über-einstimmt, dass ihre Konzentrationenim Lösungsrückstand (Cu 1690mg/kg;Pb 74mg/kg; Zn 120mg/kg) gerin-ger sind als im Ausgangsmaterial (Cu

2880mg/kg, Pb 310mg/kg; Zn 1650mg/kg).

4.1.2 Fällungsprozess

Durch die Zugabe von NH3 zum Filtratdes Löseprozesses und den dadurchbewirkten Anstieg des pH-Werts auf9 kam es zur Ausfällung eines eisen-reichen Niederschlags, dessen weiterechemische Hauptkomponenten SiO2,Na2O, Al2O3, NH4 und Cl sind. Mi-neralogische Analysen zeigen, dassSalmiak (NH4Cl) die einzige kristal-line Phase in diesem Nebenproduktdarstellt, sodass alle übrigen Kompo-nenten in Form amorpher Phasen vor-liegen. Eisen, welches zuvor noch ineiner Konzentration von 10g/L vorhan-den war, ist nach dem Fällungsprozessnur noch in Spuren (2mg/L) nach-weisbar, Ähnliches gilt für Al (4mg/L)und Mg (56mg/L) sowie das umwelt-relevante Schwermetall Pb (<1mg/L).Dagegen bleiben Cu (106mg/L) undZn (84mg/L) gemeinsam mit demWertmetall Ca (9,4g/L) überwiegendin Lösung.

156 Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung

Originalarbeit

Abb. 7 ChemischeZusammensetzungSchwerfraktion0–16mminmg/kg–Einteilungkritischer undpotenziell kritischer ElementenachBMVIT (2015)

Abb. 8 KorngrößenspezifischeVerteilungKE&PKE inMassen-%

4.1.3 Karbonatisierungsprozess

Durch Injektion von CO2 in das Fil-trat des Fällungsprozesses wurden 9,8geines chemisch gefällten Kalziumkar-bonats (precipitated calcium carbona-te, PCC) erzeugt (Abb. 6). Dieses istüberwiegend in der metastabilen Va-terit-Modifikation auskristallisiert undweist einen Reinheitsgrad von 79% auf.Dieser liegt unter den für die Papier-industrie geforderten 98%, sodass nureine niederwertige Verwertung möglichist. Die verbleibende Restlösung ent-hält kaum noch gelöstes Ca (27mg/L)und besteht überwiegend aus gelöstemK (230mg/L) und Na (880mg/L). Unterden Schwermetallen verbleibt vor allemKupfer (65mg/L) in Lösung, währendZn (3mg/L) mit dem Vaterit mitgefälltwird (2310mg/kg). Aus Sicht der CO2-

Speicherung sind rund 4g CO2 in 50gMVA-Rostasche gespeichert.

4.2 Aufbereitung der Fraktion „SchwereMetalle“

4.2.1 Chemische Zusammensetzungder Schwerfraktion 0–16mm

Die chemischen Analysen der Korn-größenfraktionen 0–1mm, 1–3,15mm,3,15–6,3mm, 6,3–10mm und 10–16mmzeigen, dass die Schwerfraktion 0–16mm(SF 0–16mm) 200.440mg/kg potenzi-ell kritische Elemente und 9133mg/kgkritische Elemente enthält. Zur Kate-gorie „sonstige Elemente“ zählen dieWertmetalle Kupfer, Eisen, Alumini-um, Silber und Gold. Auf sie entfallen782.419mg/kg. 8007mg/kg sind Ele-mente, die nicht Teil des ausgewählten

Parameterumfangs waren bzw. unterden jeweiligen Bestimmungsgrenzender Analysemethode (ICP-MS) lagen.Die Ergebnisse des ICP-MS-Screeningsbeziehen sich auf die Trockensubstanzund sind in Abb. 7 grafisch dargestellt.

186.592mg/kg der SF 0–16mm ent-fallen auf das potenziell kritische Me-tall Zink. Zinkerze werden bereits ab3%, üblicherweise aber bei Metallge-halt im Erz von 6–10% abgebaut (Pohl2005). Da die SF 0–16mm fast dop-pelt so viel Zink enthält wie Primärer-ze, ist sie als mögliche Sekundärroh-stoffquelle einzustufen. Die potenzi-ell kritischen Elemente (PKE) Nickel,Zinn und Mangan haben Anteile vonjeweils 8184mg/kg, 3520mg/kg und1915mg/kg. Bei den kritischen Elemen-ten (KE) ist Chrom mit 6877mg/kg dermengenmäßig stärkste Vertreter. DieGehalte für alle übrigen PKE und KEliegen unter 1000mg/kg. Nachfolgendwerden nur noch Elemente mit Gehal-ten >1000mg/kg in der SF 0–16mmdiskutiert (Zink, Nickel, Zinn, Manganund Chrom).

4.2.2 Korngrößenspezifische Verteilungder kritischen Metalle

Abb. 8 zeigt die Verteilung der, in derSF 0–16mm enthaltenen PKE und KE.An den ersten beiden Balken ist ab-zulesen, dass sich sowohl die PKE alsauch KE in den Korngrößenfraktionen6,3–10mm und 10–16mm aufkonzen-trieren. Auf die Fraktion 6,3–10mm ent-fallen 43% der PKE und 76% der KE.44% der PKE und 15% der KE findensich in der Fraktion 10–16mm wieder.

87% des Zinks sammeln sich inden Fraktionen 6,3–10mm (42%) bzw.10–16mm (45%). Ähnlich verhält sichMangan (6,3–10mm: 40%; 10–16mm:49%). Die Elemente Nickel und Zinnreichern sich in der Fraktion 6,3–10mman. 85% des Chroms gelangen in dieKorngrößenfraktion 6,3–10mm.

4.2.3 Chemische Analysen –Outputfraktionen Fe-/NE-Scheidung

Abb. 9 zeigt die Verteilung der PKE undKE der Korngrößenfraktionen6,3–10mmund 10–16mm auf die Outputströmeder Fe/NE-Scheidung.

Die PKE finden sich für beide Korn-größenbereiche überwiegend in denNE-Fraktionenwieder (6,3–10mm: 70%;10–16mm: 75%), während sich die KEin den Fe- und Restfraktionen auf-

Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung 157

Originalarbeit

Abb. 9 VerteilungPKE&KEauf dieOutputströmeder Fe/NE-Scheidung6,3–10mmund10–16mminMassen-%

Tab. 5 Ergebnisse sensorgestützteSortierungRA-SchwerErgebnisse sensorgestützte Sortierung Menge Reinheit Durchsatz

[kg] [%] [kg/h]

(1) RA-Schwer Korngröße 6,3–10mm, BandmaschineInput 24,00 k.A. k.A.

Auswurf 6,83 k.A. k.A.

Fe und Fe-Legierungen 0,45 k.A. k.A.

Cu/Zn 1,75 92,40 120

Zn 4,63 79,75 79

Durchlauf 17,17 k.A. k.A.

(2a) RA-Schwer Korngröße 10–16mm, BandmaschineInput 25,00 k.A. k.A.

Auswurf 14,01 k.A. k.A.

Ag, Au, W, Co 0,04 k.A. k.A.

Fe und Fe-Legierungen 1,74 k.A. k.A.

Cu/Zn 5,85 87,30 159

Zn 6,38 84,54 215

Durchlauf 10,99 k.A. k.A.

(2b) RA-Schwer Korngröße 10–16mm, RutschentypInput 25,00 k.A. k.A.

Auswurf 11,95 k.A. k.A.

Ag, Au, W, Co 0,13 k.A. k.A.

Fe und Fe-Legierungen 0,20 k.A. 247

Cu/Zn 2,42 96,02 306

Zn 4,36 87,71 297

Cu 4,84 81,97 270

Durchlauf 13,05 k.A. k.A.

k.A. keine Angabe

158 Rohstoffpotenzial vonMVA-Rostaschen für Metallrück gewinnung und Karbonatisierung

Originalarbeit

konzentrieren. Ein positives Ergebniskonnte für das im Fokus stehende Zinkerreicht werden, welches sich zu 77%in der NE-Fraktion 10–16mm bzw. zu72% in der NE-Fraktion 6,3–10mm an-reichert. Auch für Zinn konnte eineAnreicherung durch die Wirbelstrom-scheidung erreicht werden. Die Wertefür Mangan und Chrom liegen in denNE-Fraktionen unter 6% und findensich in etwa gleichen Teilen in denmagnetischen Fraktionen bzw. Rest-fraktionen wieder.

Auf Basis der vorliegenden Ergebnis-se wurde entschieden, die NE-Fraktio-nen einer sensorbasierten Sortierung zuunterziehen um die darin enthaltenenPKE Zink und Zinn weiter aufzukonzen-trieren.

4.2.4 Sensorbasierte Sortierung

Durch die sensorbasierte Sortierungmit dem RFA-System sollen vor allemZink und Messing (Cu/Zn) aussortiertwerden. Zudem wurden Eisen bzw. Fe-Legierungen (Edelstahl) sowie Wertme-talle ausgebracht. Die Ergebnisse sindin Tab. 5 zusammengefasst. Die Rein-heiten der Zinkfraktionen aus den NE-Fraktionen 6,3–10mm und 10–16mmliegen zwischen rd. 80 und 85%, jenefür Messing zwischen rd. 87 und 96%.

5 Zusammenfassung und Ausblick

MVA-Rostaschen stellen einen bisherin Österreich noch kaum verwertetenSekundärabfallstrom dar. Die Montan-universität Leoben erforscht seit Jahrengemeinsam mit der Brantner Gruppe

Literatur

neue Methoden der Verwertung die-ser Materialien. Die Nassaufbereitungmit dem BWS-Verfahren ermöglichtdabei die Erzeugung hochqualitativermineralischer und metallischer Zwi-schenprodukte, die dann mittels Kar-bonatisierung für CO2-Speicherung undVerwertung bzw. mithilfe mechanischerAufbereitung und sensorgestützter Sor-tierung für die Rückgewinnung kriti-scher Metalle verwertet werden kön-nen.

Im Rahmen des Research StudioAustria CarboResources konnte gezeigtwerden, dass es möglich ist, durch dieEntkopplung von Lösungsprozess undKarbonatisierung Schad- und Störstoffeweitgehend zu entfernen und Kalzium-karbonat für industrielle Anwendungenzu synthetisieren. Somit kann ein si-multaner Beitrag zu Klimaschutz undRessourceneffizienz geleistet werden.

Im Rahmen des Projekts AKRosA IIwurde ein mechanisches Aufberei-tungskonzept entwickelt, in dem diemeisten kritischen Metalle in der Korn-größenfraktion 6,3–10mm sowie diemeisten potenziell kritischen Metal-le (z.B. Zn) zudem in der Fraktion10–16mm angereichert werden konn-ten. Durch sensorgestützte Sortierungkonnten hochwertige Konzentrate fürdas pyrometallurgische Recycling kriti-scher und potenziell kritischer Metalleerzeugt werden. Dies ermöglicht eineReduktion der Importabhängigkeit Ös-terreichs und eine Schonung der durchden Bergbau auf kritische Metalle starkbelasteten Umwelt.

Durch Schmelzversuche und che-mische Analysen sollen im abschlie-

ßenden Schritt Daten über die tat-sächlichen Ausbringungsraten und dieerzielten Metallreinheiten gesammeltwerden, um die metallurgische Ein-satzfähigkeit der Konzentrate zur Roh-stoffrückgewinnung zu verifizieren.

Danksagung Die Autoren danken al-len PartnerInnen aus Wissenschaft undWirtschaft, insbesondere dem Studio-leiter Prof. Markus Lehner vom Lehr-stuhl für Verfahrenstechnik des indus-triellen Umweltschutzes, seiner Mit-arbeiterin DI Iris Berneder, den stu-dentischen MitarbeiterInnen MarkusStöllner und Cornelia Riegler sowie derLeiterin der Arbeitsgruppe Umweltana-lytik Dr. Alexia Aldrian.

Förderung Die Projekte Research Stu-dio Austria CarboResources sowie AKRo-sA II wurden bzw. werden von der Ös-terreichischen Forschungsforderungs-gesellschaft (FFG) gefördert.

Funding Open access funding providedby Montanuniversity Leoben.

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