Investigation of Antimony Chemistry in Municipal Solid Waste (MSW) Incinerator Fly Ashes and Supercritical Fluid Extraction of Toxic Metals

Research Project, 2019 – 2021

Antimon är en viktig metall som används tekniskt bland annat i legeringar, t.ex. i blybatteriers elektroder, och i form av Sb2O3 i flamskyddade material, såsom textilier och elektronik. I flamskyddade material används antimonoxiden tillsamman med bromerade organiska föreningar för att få den mest effektiva flamdämpande effekten. Många flamskyddade material och produkter är svåra att återvinna vilket innebär att de går till förbränning i avfallspannor. Där förbränns de tillsammans med annat hushållsavfall och antimon deltar i kemiska reaktioner med såväl det organiska materialet som oorganiska föreningar och andra metaller. Förbränning av hushållsavfall är en central del av avfallshanteringssystemet i många länder, speciellt i Sverige där mindre en 1% av hushållsavfallet deponeras. Även om avfallsförbränningen har viktiga fördelar har den också med sig ett viktigt problem - bildandet av miljoner ton aska som innehåller giftiga kemiska föreningar, till exempel vissa metallföreningar som bildats från material i avfallet. Fokus i det föreslagna projektet är att visa vilka antimmonföreningar som finns i flygaska från avfallsförbränning samt hur antimonföreningar i avfall som går in till förbränning reagerar med andra mineral som finns i avfallet och i askorna och dessutom hur antimon och andra metaller kan extraheras ur avfallsaskan med en extraktionsmetod baserad på superkritisk koldioxid. Superkritisk koldioxid är koldioxid som har ett tryck av 72.8 atm och en temperatur på 31.1°C. Den har då egenskaper som liknar både gasers och vätskors. Det gör att den kan lösa olika material på ett sätt som inte skulle varit möjligt om den inte hade varit i superkritiskt tillstånd. Till exempel kan man lösa metallföreningar och extrahera dem med lämpliga tillsatser till den superkritiska koldioxiden. Fördelarna med en extraktionsprocess som använder superkritisk koldioxid jämfört med konventionella extraktionsprocesser är Låg kostnad för kemikalier och process, Icke brännbart och miljövänligt lösningsmedel som kan återanvändas, Effektiv upplösning och tranport av upplöst material, Utrustningens storlek kan hållas låg, Processen är lätt att styra. Kunskapen om vilka reaktioner antimon deltar i under förbränningen och vilka antimoninnehållande produkter som bildas är mycket bristfällig. Detta är inte bra eftersom antimon är en av de giftigare metallerna som vi inte vill ska spridas ut i miljön. I det föreslagna projektet kommer vi att använda avancerade röntgenbaserade metoder för att identifiera antimonföreningarna i avfallsflygaska. Vi kommer också att göra experiment där vi studerar hur dessa föreningar kan bildas för de antimonföreningar som förekommer i avfallet, till exempel antimonbaserade flamskyddsmedel i plaster och textilier. Antimonföreningar har viktiga tekniska användningsområden där de inte enkelt kan ersättas med andra kemiska föreningar och återvinningen av antimon är mycket liten. Eftersom de kända reserverna av antimon i berggrunden är små ser det ut som att det antimon vi har tillgängligt kommer att räcka bara till ca 2030. Däremot har vi en ansenlig mängd antimon i våra material och om vi förstår de kemiska system där antimon ingår, t.ex. i förbränning av hushållens avfall, får vi möjligheter att återvinna det för återanvändning.