Projekt 24557/01

Metallurgisches Phosphor-Recycling aus Klärschlämmen und Filterstäuben als Voraussetzung für die wirtschaftliche Erzeugung eines hochwertigen Phosphor-Düngemittels aus Abfällen

Projektträger

ingitec Bürogemeinschaft für Gießereitechnik GbR
Paul-Langheinrich-Str. 14a
04178 Leipzig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufgabe waren Untersuchungen zum metallurgischen Phosphorrecycling aus Klärschlämmen und Filterstäuben. Ziel war ein hochwertiges Phosphor-Düngemittel wirtschaftlich zu erzeugen. Eine ökologisch / ökonomische Bilanzierung in Abgrenzung zum Stand der Technik war vorzunehmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Einsatzstoffe wurden abhängig vom erwarteten Aufkommen, der Verfügbarkeit und der Analyse relevanter Randbedingungen und der Interessenslage potenzieller Anwender ausgewählt. Es wurden Rezepturen erstellt, Formlinge hergestellt, der Schacht-Schmelz-Vergasung unterzogen und die geschmolzenen Schlacken nass granuliert. Im Vorfeld wurden Festlegungen zu Analysemethoden und -labors für eine objektive Bewertung der Schlacken getroffen.

Arbeitsschritte
Erfassung der Randbedingungen zum Projekt, Aufkommen der Abfälle, Bewertung des Standes der Technik (Literatur, Patente), Verfahrensprinzip Mephrec, Basis der Versuche (KKA Bergakademie Freiberg), Untersuchungsmethodik (Analytik, Vergleichsmaßstäbe), Kompaktierung, Auswahl der Abfälle,
Analytik der Abfälle, Versuchsdurchführung (Ofenparameter, Schlackeanalytik, Eisenanalytik, Ofengasanalytik, Stauberfassung), ökologische Bilanzierung (Stoffbilanzen, Zitronensäurelöslichkeit, Schwermetallgehalte), Ökonomische Bilanzierung (GuV)


Ergebnisse und Diskussion

Das entwickelte Mephrec-Verfahren ist patentrechtlich geschützt. Es betrifft das metallurgische P-Recycling aus Abfällen bei maximalem Aushalten von Schadstoffen und gleichzeitiger Verwertung des Energieinhalts. Es besitzt folgende Alleinstellungsmerkmale:
==> Wirtschaftliche Prozessführung durch gleichzeitige stoffliche und energetische Verwertung
==> Eignung für das P-Recycling aus nahezu allen festen, staubförmigen oder pastösen P-haltigen
Abfällen
==> Extrem niedrige Schwermetall-Gehalte im erzeugten Produkt (niedrigste Cd-, U- und Tl-Gehalte)
==> Hohe Pflanzenverfügbarkeit der im erzeugten Produkt enthaltenen Phosphate
Das Verfahren wurde in einer Testanlage der TU Freiberg unter technischen Bedingungen getestet (modifizierter Schachtofen; Durchsatz ca. 300 kg/h Abfall-Briketts). Brikettherstellung: Verarbeitung von Klärschlamm (25 % TS), Tiermehl u. Aschen aus der Monoverbrennung dieser Abfälle. Schmelzen der Briketts unter reduzierenden Bedingungen, Erzeugung von flüssiger Schlacke, Abstich mit ca. 1450 °C und Wasserbadgranulierung. Das Granulat hat extrem niedrige Schwermetall-Gehalte, eine hohe Pflanzenverfügbarkeit der Phosphate und stellt ein Vorprodukt für P-, NP- oder NPK-Dünger dar. Sein Feinanteil kann direkt als P-Dünger eingesetzt werden. Beim gegenwärtigen Stand der Technik schließen sich die stoffliche und die energetische Nutzung von Klärschlamm und Tiermehl, d.h. Düngung vs. Verbrennung, gegenseitig aus. Mit dem Mephrec -Verfahren wird dieser Nachteil überwunden, indem beim Schmelzen der Abfall-Briketts ein CO- und H2-haltiges Abgas erzeugt wird, das nach Reinigung zur Energie-Erzeugung eingesetzt werden kann. Vermarktung des Verfahrens bereits während der Projektbearbeitung durch zahlreiche Kontakte zu Firmen und Instituten sowie aktive Öffentlichkeitsarbeit (Veröffentlichungen; Vorträge). Der Vergleich mit Wettbewerbern zeigt die Vorteile des Mephrec-Verfahrens, durch den möglichen Einsatz für verschiedenste P-Quellen und an unterschiedlichsten Standorten.
Ökologische Bilanzierung: alle im Klärschlamm / Tiermehl enthaltenen organischen Schadstoffe werden durch das reduzierende Schmelzen bei Temperaturen bis zu 2.000 °C vollständig zerstört, Schwermetall-Gehalte der Mephrec-Schlacke sind viel niedriger sind als die gemäß AbfKlärV zulässigen Gehalte für die Klärschlamm-Düngung, die in der Schlacke verbleibenden Metalle oder Metalloxide werden eluatsicher in die glasig erstarrte Schlackenmatrix eingebunden. Ökonomische Bilanzierung (Wirtschaftlichkeitsbetrachtung): Basis ist prozesstechnisches Kalkulationsprogramm; ausgehend von den eingesetzten Mengen, den Elementar- und Oxidanalysen der verwendeten Einsatzmaterialien, den prozesstypischen Zusatz- und Brennstoffen und dem Verbrennungsmittel Luft und/oder Sauerstoff werden unter Berücksichtigung der erwarteten energetischen und stofflichen Umsatzreaktionen im Schacht-Schmelz-Vergaser die erzeugbaren Mengen und Qualitäten an Flüssigmetall, Schlacke und Rohgas kalkuliert.
Die Wirtschaftlichkeit wird als GuV-Rechnung (Berücksichtigung der Anfang 2009 gültigen spezifischen Kosten) betrachtet. Die spezifischen Kosten sind wie die Erlöse aus der Abfallannahme und dem Produktverkauf sowohl von den aktuell gültigen Marktbedingungen als auch von den konkreten Projektbedingungen abhängig. Das dargestellte Ergebnis ist somit als Beispiel zu betrachten, welches für spezifische Anwendungsfälle zu konkretisieren ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es wurden bereits Anwendungen akquiriert, Prinziplösungen für den praktischen Einsatz des Mephrec-Verfahrens erarbeitet und öffentlich gemacht (Veröffentlichungen, nationale/internationale Konferenzen, Schutzrechte)


Fazit

Das metallurgische Phosphor-Recycling zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch Alleinstellungsmerkmalen aus.
Bei der ökologischen Bilanzierung ist hervorzuheben, dass alle im Klärschlamm und im Tiermehl enthaltenen organischen Schadstoffe durch das reduzierende Schmelzen bei Temperaturen bis zu 2.000 °C vollständig zerstört werden und dass durch das Schmelzen unter reduzierenden Bedingungen die Schwermetall-Gehalte der Mephrec-Schlacke viel niedriger sind als die gemäß AbfKlärV zulässigen Gehalte für die Klärschlamm-Düngung. Die in der Schlacke verbleibenden Metalle oder Metalloxide werden eluatsicher in die glasig erstarrte Schlackenmatrix eingebunden.
Die ökonomische Bilanzierung basiert auf dem im Rahmen des Projektes erstellten prozesstechnischen Kalkulationsprogramm. Die Wirtschaftlichkeit ist bezogen auf die Anfang 2009 gültigen spezifischen Kosten gegeben.
Wesentlich ist, dass die spezifischen Kosten, wie die Erlöse aus der Abfallannahme und dem Produktverkauf, sowohl von den aktuell gültigen Marktbedingungen als auch von den konkreten Projektbedingungen abhängig sind und das dargestellte Ergebnis somit als Beispiel zu betrachten ist.