Elektrochemische Aufbereitung von Grubenwässern

Laufzeit: 08/2006 - 12/2008

Forschung: LMBV/VKTA

 

Verfahren

Der VKTA - Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf e. V. arbeitet seit 1995 auf dem Gebiet der Aufbereitung schwefelsaurer Wässer aus Tagebau-Restseen. Eine Methode zur Verringerung der Sulfat-Konzentration der Seewässer bei gleichzeitiger Schwermetallfällung stellt die elektrochemische Wasseraufbereitung (Kopplung von Elektrolyse und Membran-Trennprozess) nach dem RODOSAN®-Verfahren (VKTA) dar. Dabei handelt es sich um einen elektrochemischen Prozess, bei dem mit Hilfe einer Ionenaustauschermembran in Kombination mit einem elektrischen Feld ionogene Bestandteile aus dem Seewasser abgetrennt werden. Als unmittelbare Folge erhöht sich der pH-Wert des Wassers. Die abgetrennten Sulfat-Ionen können zu Wertstoffen (z.B. Ammoniumsulfat) umgesetzt werden. Damit besteht die Möglichkeit, die Aufbereitung schwefelsaurer Wässer auf elektrochemischem Wege mit einer Produktsynthese zu koppeln, was abgesehen von positiven wirtschaftlichen Effekten auch mit einer echten Verwertung von Wasserschadstoffen einhergeht.

 

F&E-Bedarf

Entscheidend für die Rentabilität des Verfahrens im großtechnischen Maßstab ist die Minimierung des spezifischen Energieverbrauchs für die Elektrolyse bei gleichzeitiger Optimierung von Sulfatabtrennung und Raum-Zeit-Ausbeute sowie die optimale Verwertung der beim Elektrolyseprozess entstehenden Koppelprodukte. Durch das HZDR (ehem. FZD) wurden deshalb prozessbegleitende Untersuchungen sowohl zur Optimierung des Elektolyseprozesses als auch zur Aufbereitung der Koppelprodukte durchgeführt.

 

Optimierung des Zell-Designs im Labormaßstab

  • Optimierung der strömungsführenden Einbauten
  • Zuverlässiger Abtransport von Nebenprodukten (Elektrolysegas, Fällungsprodukte)
Labor-Elektrolysezelle für den Einsatz
optischer Messverfahren
Blasenströmung in der Elektrolysezelle

Ergebnis: Design für Prototyp-Zelle

Ermittlung  von hydrodynamischen Parametern und chemischen Umsätzen in industriellen Elektrolysezellen

  • Konzeption und Errichtung eines Elektrolyse-Versuchsstandes zur Ermittlung von Prozessparametern unter industrienahen Bedingungen
  • Ermittlung von Leistungsparameter im Elektrolysebetrieb zur Identifikation von Optimierungspotenzialen
  • Untersuchung von Verweilzeitverteilungen und Strömungsprofilen in halbtechnischen Elektrolysezellen mittels laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) zur Optimierung des Zellen-Designs und der Betriebsbedingungen
Elektrolysezelle mit segmentierter Katode Gasblasen im Katodenraum

Untersuchungen zur Koppelprodukt-Aufbereitung

  • Untersuchung des Löslichkeits- und Kristallisationsverhaltens der Koppelprodukte im Labormaßstab
  • Bestimmung thermodynamischer Kristallisations-Parameter
  • Untersuchungen zur Produktqualität
  • stoffliche und energetische Bilanzierung der Verfahrensstufe Koppelprodukt-Aufbereitung

Kristallisationsexperiment im RC1 Kristallines Koppelprodukt

Kooperation

VKTA

Kontakt/Ansprechpartner

Dr. H. Kryk, M. Schubert