В Европейском Союзе почти 78 миллионов тонн отходов ежегодно сжигаются на установках по преобразованию отходов в энергию. Таким образом, образуемые твердые остатки содержат в общей сложности около 72 000 т/год Zn, из которых более 50 % накапливаются в остатках загрязнителей воздуха.
Интенсивные исследования, направленные на рекуперацию Zn из таких остатков, недавно привели к созданию крупномасштабного цеха по рекуперации Zn на швейцарском мусоросжигательном заводе. При кислотном выщелачивании и последующем электролизе данная технология (FLUREC) позволяет получать Zn с чистотой металла >99,9%. Давайте разберем экономическую целесообразность технологии FLUREC в отношении рекуперации Zn из различных твердых остатков сжигания отходов.
В 2011 году около 23% муниципальных твердых бытовых отходов (ТБО), образующихся в Европейском Союзе, подверглись термической оценке, что составляет около 78 млн. тонн отходов. Помимо производства электричества и тепла, сжигание ТБО сопровождается образованием шлака и остатков контроля загрязнения воздуха, а именно летучей золы (включая золу котлов и фильтровальную золу) и фильтровального кека.
Хотя во многих странах шлаковая зола уже перерабатывается с целью извлечения некоторых металлов (в основном железосодержащих, но также алюминия и меди), на данный момент почти не рассматривается возможность извлечения остаточных материалов (которые в целом составляют около 2 миллионов тонн в Европейском Союзе).
Во всех европейских странах они классифицируются как опасные отходы, что является результатом экологических проблем, связанных с вымыванием легкорастворимых солей (таких как Cl, Na или K) и тяжелых металлов (таких как Cd, Pb, Cu или Zn) и содержанием в них диоксинов. Последние трудно поддаются выщелачиванию, но вызывают серьезную озабоченность в связи с их токсичностью.
Благодаря этим характеристикам остатки загрязнений либо захоронены на полигонах опасных отходов (также засыпка бывших соляных шахт), либо стабилизированы цементом или другими химическими веществами в целях соблюдения нормативных предельных значений для приема отходов на неопасных полигонах.
Оба метода связаны со значительными затратами (до € 200/т летучей золы) и потерей ценных материалов. Лишь в немногих европейских странах предпринимаются попытки утилизации отходов или, по крайней мере, их части. В Нидерландах, например, летучая зола частично заменяет наполнительный материал в асфальте, используемом в дорожном строительстве.
Даже если инкапсулирование в асфальт может длиться дольше, чем в цемент, разбавление и рассеивание загрязнителей, возникающие в результате этой практики, должны подвергаться критике с экологической точки зрения.
В Швейцарии несколько мусоросжигательных заводов обрабатывают свою летучую золу с помощью кислотной промывки. Таким образом, соли/растворы (например, для регенерации ионообменников или противообледенительных реагентов для дорог в зимнее время), а также тяжелые металлы отделяются от летучей золы, и переработанная масса "почти без тяжелых металлов" размещается вместе с шлаком.
Фильтрат, обогащенный тяжелыми металлами, нейтрализуется и образующийся таким образом гидроксидный шлам (с высоким содержанием цинка) может быть направлен на специальную установку по переработке цинка (процесс FLUWA).
За последние несколько лет этот так называемый FLUWA-процесс был усовершенствован и расширен таким образом, что цинк может быть восстановлен непосредственно на мусоросжигательной установке. Эта новая технология (FLUREC) недавно была широко представлена на заводе по переработке отходов в энергию (WtE) в Швейцарии.
В целом, извлечение Zn из летучей золы ТБО в последнее время вызывает повышенный интерес, в том числе и за пределами Швейцарии. В различных европейских странах проводятся многочисленные исследования по извлечению тяжелых металлов, содержащихся в остатках ТБО.
Однако большинство исследований, проведенных до сих пор, были сосредоточены в основном на технической и экологической оценке извлечения тяжелых металлов. Экономические соображения в отношении извлечения металлов довольно редки и в лучшем случае ограничиваются остатками на некоторых установках WtE.
Результаты анализа показывают, что затраты на извлечение обычно выше, чем текущая рыночная цена Zn, что означает, что ни один из выявленных ресурсов Zn, присутствующих в остатках сжигания, не может быть экономически извлечен и поэтому не может быть отнесен к категории запасов.
Только примерно для 7 200 т/год Zn добыча будет экономически выгодной, что означает, что затраты на извлечение лишь немного (менее 50%) выше, чем текущая рыночная цена на Zn. Для остальных ресурсов себестоимость добычи Zn в 3-5 раз (10 800 т/год) и в 20-80 раз (54 000 т/год Zn) выше рыночной цены.