Fraktionierung von Müllverbrennungsschlacke mittels Dichtesortierung

Abstract

Der massenmäßig wichtigste Rückstand bei der Verbrennung von Siedlungsabfällen stellt die Müllverbrennungsschlacke dar. Jährlich werden in Wien bis zu 200.000 Tonnen dieses sekundären Abfalls auf der Deponie Rautenweg abgelagert. Im Rahmen des Christian Doppler Labors für anthropogene Ressourcen wurde eine detaillierte Charakterisierung von Müllverbrennungsschlacke (unterteilt nach unterschiedlichen Materialien und Korngrößen) durchgeführt, mit dem Ziel zu eruieren welche Fraktionen der Schlacke sich für eine Verwertung eignen. Aufbauend darauf wurden im Rahmen der gegenständlichen Masterarbeit Untersuchungen zur Dichtefraktionierung von Müllverbrennungsschlacken durchgeführt. Konkretes Ziel war es festzustellen inwiefern sich Schlacken aus der Abfallverbrennung durch Dichteseparation auftrennen lassen und wie sich die Qualität der unterschiedlichen Fraktionen darstellt. Für die Beantwortung dieser Forschungsfragen wurde in einem ersten Schritt ein praktikables Dichtesortierungsverfahren im laboratorischen Maßstab entwickelt. Dabei wurden mit einem Schwimm-Sink Sortierungsverfahren unter Verwendung von Ferrosilizium drei Müllverbrennungsschlackenproben mit einer Korngröße von 4-8 mm in unterschiedlichen Dichtefraktionen fraktioniert. Nach optischer und magnetischer Trennung der dadurch erhaltenen Fraktionen wurden die mineralischen Bestandteile und die erhaltenen Gläser für die chemische Analytik aufbereitet und danach mittels ICP-OES und RFA auf relevante Elemente analysiert. Der Ergebnisse der Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: 6 -15% der Proben weisen eine Dichte kleiner als 1700 kg/m, 68-84% eine Dichte zwischen 1700 kg/m und 2400 kg/m auf und rund 8-18% der Schlacke besitzt eine Dichte größer 2400 kg/m. In der höchsten Dichtefraktion mit einer Dichte größer als 3000 kg/m3, wurde eine Mindestkonzentration von Metallteilen von 75% erreicht. Die mineralischen Fraktionen mit einer Dichte größer als 2400 kg/m3 haben einen Metallanteil zwischen 30% und 50%, deswegen könnten die in der Metallurgie verwertet werden. Anreicherungen von Schwermetallen im Glas befinden sich in den Fraktionen mit einer Dichte größer als 2400 kg/m3, bedingt durch Chalkogenidgläser.

The major residue in the incineration of municipal solid waste in terms of mass is waste incineration bottom ash. Every year, up to 200,000 tonnes of this secondary waste are deposited at the Rautenweg landfill in Vienna. Within the framework of the Christian Doppler Laboratory for Anthropogenic Resources, a detailed characterization of waste incineration bottom ash (subdivided into different materials and particle sizes) was carried out with the aim of finding out which fractions of the bottom ash are suitable for recycling. Based on this, studies on density fractionation of waste incineration bottom ash were carried out as part of the present master's thesis. The concrete goal was to determine to what extent bottom ash from waste incineration can be separated by density separation and what the quality of the different fractions is. In order to answer these research questions, a practicable density separation procedure on a laboratory scale was developed as a first step. Hereby, using a floating-sink sorting method using ferrosilicon, three waste incineration bottom ash samples having a grain size of 4-8 mm were fractionated in different density fractions. After optical and magnetic separation of the resulting fractions, the mineral constituents and the glasses obtained were prepared for chemical analysis and then analyzed for relevant elements by means of ICP-OES and RFA. The results of the work can be summarized as follows: 6 -15% of the samples have a density of less than 1700 kg/m, 68-84% have a density between 1700 kg/m and 2400 kg/m and around 8-18% of the bottom ash samles have a density of more than 2400 kg/m , The mineral fractions with a density greater than 2400 kg/m3 have a metal content greater than 75%, which could be used in metallurgy. In the highest density fraction with a density greater than 3000 kg/m3, a minimum metal content of 75% was achieved. High concentrations of heavy metals in the glass are found in the fractions with a density greater than 2400 kg/m3, due to chalcogenide glasses.