Genese von KVA-Flugaschen: Neue Einblicke mittels thermodynamischer Modellierung

Mittels Batch-Simulationen wurde für verschiedene Rauchgaszusammensetzungen die Abkühlung des Rauchgases von 850 auf 100 °C modelliert, um die Einflüsse der Rauchgaszusammensetzung und Temperatur auf die Phasenbestände und Schwermetallbindungsformen zu untersuchen. Es hat sich gezeigt, dass die Variationen des S/Cl-Verhältnisses des Rauchgases größere Auswirkungen auf die Gleichgewichtsphasenanordnungen hatten als die Variation des O2-Gehalts und insbesondere das Molverhältnis zw. S und Cl entscheidend war, ob die Schwermetalle als Sulfate oder Chloride ausfallen.
Flugasche aus der Verbrennung von Siedlungsabfällen enthält erhebliche Mengen an Schwermetallen und wird daher auf Deponien abgelagert. Die Rückgewinnung und das Recycling dieser Schwermetalle leisten einen wertvollen Beitrag zur nachhaltigen Schließung von Stoffkreisläufen, da die Metalle aus dem Primärrohstoffabbau teilweise ersetzt werden können. KVA-Flugasche besteht aus Kessel- und Elektrofilterasche und zeigt erhöhte Konzentrationen an Schwermetallen (z.B. Zn, Cu, Cd, Pb). Ab dem Jahr 2026 wird es schweizweit erforderlich sein, die Schwermetalle aus der Flugasche vor der Deponierung zurückzugewinnen, z. B. durch die saure Wäsche (bspw. FLUWA-Verfahren (Bühler & Schlumberger 2010). Im Hinblick auf eine Optimierung der Schwermetallausbeute bei der sauren Wäsche von KVA-Flugasche sind detaillierte Kenntnisse über die
geochemischen Eigenschaften und insbesondere über die Bindungsformen der Schwermetalle von großer Bedeutung. In einer früheren Studie (Wolffers et al. 2021) wurde bereits eine detaillierte chemische und mineralogische Charakterisierung der verschiedenen KVA-Aschen durchgeführt.
Dabei wurde in sechs Schweizer KVAs die Flugasche ortsaufgelöst untersucht, d.h. alle sich entlang des Rauchgasweges bildenden Fraktionen (Leerzugasche (EA), Kesselasche (BOA) und Elektrofilterasche (ESPA)) separat beprobt und charakterisiert. Es hat sich gezeigt, dass die Charakterisierung der sehr feinkörnigen Aschen, insbesondere für Schwermetalle mit geringen Konzentrationen (Cu, Pb, Cd), mit konventionellen Methoden (XRD, SEM) an ihre Grenzen stößt und dass weitere Methoden notwendig sind, um Erkenntnisse über die Bindungsformen zu erhalten.
In dieser Studie wird daher thermodynamische Modellierung als ergänzenden Ansatz verwendet, um Informationen über die vorhandenen und thermodynamisch stabilen Schwermetallbindungsformen entlang des Rauchgaskühlpfades zu erhalten.