Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlammasche zur Bewältigung des Problems der schwindenden Versorgung mit Phosphorerzen

Aus der Klärschlammasche, die nach der Verbrennung des Klärschlamms zur Stromerzeugung zurückbleibt, könnten wertvolle Phosphorvorräte zurückgewonnen werden. Die Methode wurde von den Chemieingenieuren Yuuki Mochizuki und Naoto Tsubouchi am Center for Advanced Research of Energy and Materials der Universität Hokkaido entwickelt. Ihre Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Ressourcen, Erhaltung und Recycling.

Phosphorhaltige Verbindungen werden in großem Umfang für Anwendungen wie Düngemittel, Medikamente und viele alltägliche Konsumgüter hergestellt. Derzeit wird Phosphor hauptsächlich aus Phosphorerzen gewonnen. In den letzten Jahren sind jedoch die Erschöpfung und der steigende Preis hochwertiger Phosphorerze zu einem Problem geworden, das die Industrien, die auf diese Vorräte angewiesen sind, unter Druck setzt.

„Die Nutzung neuer Phosphorressourcen, um die schnell zur Neige gehenden Reserven zu ersetzen, und die Entwicklung von Methoden zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abfallströmen werden immer wichtiger“, sagt Tsubouchi.

Klärschlamm, der in großen Mengen vorhanden ist, wird derzeit in großen Mengen zur Stromerzeugung und auch zur Volumenreduzierung verbrannt. Die verbleibende Asche ist relativ reich an Phosphor, was zu zunehmenden Bemühungen führt, effiziente Wege zur Rückgewinnung des Phosphors zu finden.

Bestehende Methoden stoßen jedoch auf mehrere erhebliche Probleme, darunter chemische Kontamination, die eine weitere Reinigung erfordert, und eine komplizierte, teure chemische Verarbeitung.

Die Hokkaido-Forscher haben zuvor Methoden zur Rückgewinnung von Phosphor und anderen Elementen, darunter Kalzium, Magnesium und Eisen, durch Wärmebehandlung von Klärschlamm untersucht.

Diese bisherigen Untersuchungen legten nahe, dass der Prozess der Verflüchtigung, bei dem verschiedene Elemente selektiv in gasförmige Formen umgewandelt und so vom Rest der behandelten Asche getrennt werden können, ein vielversprechender Ansatz zur Rückgewinnung von Phosphor in Form hitzestabiler Verbindungen sein könnte .

Sie untersuchten daher das Verflüchtigungsverhalten der verschiedenen Elemente in der Klärschlammasche unter verschiedenen chemischen Bedingungen, insbesondere mit und ohne Kohlenstoffzugabe während eines Schlammbehandlungsprozesses mit Chlor. Dadurch konnten sie eine wirksame Methode zur Abtrennung nützlicher phosphorhaltiger Verbindungen mithilfe einer Kombination von Chlorierungsschritten mit und ohne Anwesenheit von Kohlenstoff entwickeln.

Mochizuki sagt: „Die von uns entwickelte Methode kann mit geringerem Energiebedarf, geringeren CO2-Emissionen und geringeren Kosten umgesetzt werden als herkömmliche Technologien zur Phosphorrückgewinnung aus Phosphaterzen. Bei unserer Methode wird Phosphor in den wertvollen Phosphorchloridformen zurückgewonnen, was auch möglich ist.“ durch Auflösen in Wasser in Phosphorsäure umgewandelt.“

„In Japan entspricht die Gesamtmenge an Phosphor, die in sekundären Phosphorressourcen wie Stahlschlacke, Viehmist und Klärschlamm enthalten ist, etwa der Hälfte der Gesamtmenge an Phosphor, die in das Land gebracht wird. Unser nächster Schritt besteht darin, unsere Technik zu untersuchen.“ könnte genutzt werden, um den Bedarf an Phosphorimporten zu reduzieren“, schließt Tsubouchi.