Immobilisatie van baggerspecie, Uitvoeringsvormen thermische immobilisatie

Bij thermische immobilisatie van baggerspecie worden verontreinigingen vastgelegd door verhitting van de specie. Hieronder worden de twee uitvoeringsvormen beschreven.

Sinteren; productie Ecogrind
In dit proces wordt baggerspecie verhit tot circa 1170 °C. De volgende stappen kunnen in het proces onderscheiden worden: fractiescheiding, mengen, pelletiseren, drogen, oxideren, sinteren en afkoelen. In onderstaande figuur wordt het hele proces schematisch weergegeven. Tijdens de voorbehandeling wordt al het zand (>63 µm) afgescheiden, vervolgens wordt een deel daarvan weer bijgemengd, om een goede samenstelling te bereiken. Hierna wordt het slib mechanisch ontwaterd. Deze stappen kunnen eventueel elders uitgevoerd worden. De verschillende stappen in het thermisch proces (drogen, oxideren en sinteren) vinden plaats in afzonderlijke units. Daar echter de rookgasstromen hierbij zijn gekoppeld i.v.m. warmteterugwinning, zijn de processen niet afzonderlijk te bedrijven. Het drogen gebeurt in een banddroger of draaitrommel. Het oxideren en sinteren wordt uitgevoerd in separate draaitrommelovens. Bij de sintering luistert de temperatuur en de verblijftijd heel nauw: een te lage temperatuur leidt tot poreuze korrels met een lage druksterkte; een te hoge temperatuur of een te lange verblijftijd leidt tot verkleving van de individuele korrels.

Smelten
De ervaring met smelten is nog vrij beperkt. Er is onder andere een proef uitgevoerd met een cokesbed smeltoven met een invoercapaciteit van 100 kg/uur (bij invoer met 80% droge stof). Onder in de oven bevindt zich een bed van cokes, dat als brandstof dienst doet. De cokes wordt aangestoken, en door de hitte (ca. 1500 °C) smelt het slib en druppelt door het bed naar beneden. Om te voorkomen dat een groot deel van het slib met de rookgassen wordt meegevoerd, wordt het slib als pellets met de cokes in de oven gebracht. In de oven heerst een reducerende atmosfeer. In onderstaande figuur is de smeltreactor schematisch weergegeven.

Op basis van deze en andere ervaringen is een ontwerp gemaakt voor een grootschalige smeltinstallatie. In onderstaande figuur is de verwerking van de specie in een dergelijke installatie schematisch weergegeven. De voorbehandeling bestaat uit scheiding d.m.v. hydrocyclonage, eventueel in combinatie met flotatie. Met behulp van een zeefbandpers en een hogedrukpers wordt het materiaal verder ontwaterd, waarna de pellets gevormd worden. Het drogen en verbranden van die pellets kan gebeuren op een banddroger, m.b.v. restwarmte uit de oxidatieoven. Voor het smelten is in deze opzet gekozen voor een draaiende trommeloven, waarin, in tegenstelling tot de cokesbedoven, een oxiderende atmosfeer heerst.

Onder reducerende omstandigheden treedt een sterke vervluchtiging van de metalen op, en kan een deel van de metalen gescheiden afgetapt worden (‘metaalslakken’). Daardoor blijven minder metalen achter in het immobilisaat. Er wordt een relatief klein volume afgas geproduceerd, waardoor de capaciteit van de rookgasreinigingsinstallatie niet zo groot hoeft te zijn als bij de oxiderende technieken.
Onder oxiderende omstandigheden treedt minder vervluchtiging van metalen op (meer vastlegging in het immobilisaat). Een nadeel is dat er een grotere afgasproductie plaatsvindt (in m3), al is het gas relatief schoon ten opzichte van de reducerende smelttechnieken. Het idee bestaat dat onder oxiderende omstandigheden de metalen beter worden vastgelegd.

Combinatie van technieken
Er zijn een aantal technieken ontwikkeld die thermische verwerking combineren met vastlegging door middel van cementering. Door de thermische behandeling (verbranden dan wel sinteren) zijn alle organische verontreinigingen uit het materiaal verwijderd. De koude immobilisatie moet vervolgens de vastlegging van de metalen bewerkstelligen.
UTR (Duitsland) heeft een koud immobilisatieprocédé ontwikkeld voor de verwerking van vliegas uit huisvuilverbrandingsinstallaties. De techniek is ook getest met assen van de verbranding van baggerspecie en flotatieresidu. De maximale beschikbaarheid van metalen in het product, een betonachtig materiaal dat ingezet wordt in de mijnbouw, is nog hoog; dit wordt mede veroorzaakt door de hoge pH van het materiaal. Als vormgegeven materiaal voldoet het wel aan de eisen die hieraan in het Bbk gesteld worden, al bestaat er twijfel over het gedrag van de metalen op langere termijn, daar tijdens de diffussieproef een toename van de uitloging werd waargenomen.