Recovery of heavy metals from municipal solid waste incinerator fly ash : a literature review of recovery methods and economic feasibility

Abstract

This bachelor's thesis examines the potential of treating municipal solid waste incinerator fly ash at an industrial scale, with focus on Zn, Cu, Pb and Cd. The increasing use of waste-to-energy incineration in Europe has led to growing amounts of heavy-metal-rich fly ash, creating challenges related to its disposal. The study is based on literature review of the most relevant extraction and recovery methods, including chemical leaching, bioleaching, electrochemical processes and thermal treatment, which are compared in terms of extraction and recovery efficiencies and economic performance with emphasis on their application at an industry level.

The results indicate that chemical leaching is currently the most effective and industrially applicable method for dissolving heavy metals from fly ash. A process called FLUWA has shown great extraction of heavy metals and from fly ash using chemical leaching and FLUREC in recovering Zn through electrolysis. Bioleaching offers advantages in terms of lower acid consumption, but its industrial application is often limited by long processing times. Electrochemical methods such as electrodialysis and bioelectrochemical systems have shown great energy savings in recovering heavy metals compared to classic electrolysis although effective recovery of heavy metals are currently selective. The application of thermal processes provides high recovery rates for several heavy metals, but their relatively low zinc recovery is hindrance.

It is concluded that economic feasibility is achievable under specific conditions, particularly when fly ash contains high concentrations of zinc, process integration is optimized, and disposal costs can be reduced. The most promising approach is an integrated process chain combining efficient leaching with subsequent metal recovery in centralized treatment facilities.

Tämä kandidaatintyö tarkastelee jätteenpolton lentotuhkan käsittelyn potentiaalia teollisessa mittakaavassa keskittyen sinkkiin, kupariin, lyijyyn ja kadmiumiin. Jätteenpolton lisääntynyt käyttö Euroopassa on lisännyt raskasmetallipitoisen lentotuhkan määrää, mikä on aiheuttanut haasteita sen käsittelyyn ja loppusijoitukseen. Työ perustuu kirjallisuuskatsaukseen keskeisimmistä erotus- ja talteenottomenetelmistä, kuten kemiallisesta liuotuksesta, bioliuotuksesta, sähkökemiallisista prosesseista sekä termisistä käsittelymenetelmistä, joita vertaillaan tehokkuuden, taloudellisen suorituskyvyn ja teollisen sovellettavuuden näkökulmasta.

Tulokset osoittavat, että kemiallinen liuotus on tällä hetkellä tehokkain ja teollisesti soveltuvin menetelmä raskasmetallien liuottamiseen lentotuhkasta. FLUWA mahdollistaa tehokkaan metallien erotuksen ja FLUREC sinkin talteenoton elektrolyysillä. Bioliuotus kuluttaa vähemmän happoa, mutta sitä rajoittavat pitkät käsittelyajat. Sähkökemialliset menetelmät tarjoavat energiansäästöpotentiaalia, mutta talteenotto on vielä selektiivistä osalle raskasmetalleista. Termiset prosessit mahdollistavat korkeat talteenottoasteet useille raskasmetalleille, mutta sinkin talteenotto jää alhaiseksi.

Johtopäätöksenä taloudellinen toteutettavuus on mahdollista tietyissä olosuhteissa, erityisesti korkean sinkkipitoisuuden, prosessi-integraation ja pienempien loppusijoituskustannusten tapauksissa. Lupaavin ratkaisu on integroitu prosessiketju, jossa liuotus yhdistetään metallien jatkotalteenottoon keskitetysti.