Kadmiumin poisto soodakattilan lentotuhkasta

Abstract

Kadmium (Cd) on ihmisille ja ympäristölle myrkyllinen raskasmetalli, joka on helposti kertyvää sekä haitallista jo pieninä määrinä. Sellutehtaan kemikaalikierrossa kadmium on vierasaine eli tarpeeton kemikaalikierron toiminnalle. Kadmium kertyy kemikaalikierron sivuvirtoihin hankaloittaen niiden hyödyntämistä esimerkiksi lannoitekäytössä, minkä takia kadmiumia haluttaisiin poistaa kemikaalikierrosta. Koska kadmium on polttolämpötiloissa helposti haihtuva metalli, se rikastuu mustalipeää poltettaessa soodakattilan lentotuhkaan, josta kadmiumin poisto voi onnistua helposti ja nopeasti.

Tämä työ on kirjallisuustutkimus, jonka tarkoituksena on selvittää, millaisilla menetelmillä kadmiumia voitaisiin poistaa soodakattilan lentotuhkasta ja kuinka tehokkaita menetelmät ovat. Koska valmiita tutkimuksia aiheesta löytyy vain vähän ja käytännön tasolla tehdasympäristössä kadmiuminpoistoa ei ole tehty juuri lainkaan, korostuu taustatutkimuksen merkitys työssä. Kadmium on peräisin sellun valmistukseen käytetystä puuaineksesta ja se kulkeutuu sellutehtaan kemikaalikierrossa mustalipeän mukana soodakattilaan. Mustalipeää poltettaessa suurin osa sen sisältämästä kadmiumista haihtuu ja tiivistyy lentotuhkaan, joka kerätään sähkösuodattimilla savukaasujen joukosta. Lentotuhka koostuu suureksi osaksi natriumyhdisteistä, joita hyödynnetään sellunkeittoprosessissa. Tämän takia lentotuhka kierrätetään takaisin kemikaalikiertoon, jolloin myös kadmiumia alkaa kertyä prosessiin ja sitä päätyy lentotuhkan lisäksi entistä enemmän myös muihin kemikaalikierron sivuvirtoihin.

Työssä tarkastellaan kolmea eri kadmiuminpoistomenetelmää, jotka ovat potentiaalisia soodakattilan lentotuhkan käsittelyä varten. Käsiteltävät menetelmät ovat saostaminen liuoksesta, ioninvaihto ja elektrodialyysi. Kadmiumin erotus muista aineista tapahtuu useimmissa olemassa olevissa sovellutuksissa vesiliuoksesta. Tämän takia kadmiumin poistamiseksi lentotuhka liuotetaan veteen, jolloin muodostuu alkalinen liuos. Saostusmenetelmässä kadmium saostuu hydroksidina alkalisesta lentotuhkan vesiliuoksesta. Tätä saostusmenetelmää on tutkittu suomalaisilla lentotuhkanäytteillä sekä testattu Ruotsissa eräällä sellutehtaalla ja menetelmä on kokemuksien mukaan toimiva sekä kadmiumin että muiden raskasmetallien poistamiseksi soodakattilan lentotuhkasta. Ioninvaihdossa ja elektrodialyysissä kadmiumin tulee olla ionimuodossa eli liuenneena, jolloin lentotuhkaliuos täytyy muuttaa happamaksi. Ioninvaihtoon voitaisiin käyttää joko ioninvaihtohartseja tai kadmiumille selektiivisiä, 3D-tulostettuja sieppareita, jotka keräävät metallin nopeasti ja tarkasti. Siepparien etuna on mukautuvuus erilaisiin jo olemassa oleviin prosesseihin. Elektrodialyysissä puolestaan kadmiumionit kulkeutuvat sähkövirran mukana kohti katodia vain kadmiumionit läpi päästävän kalvon läpi.

Kaikilla kadmiuminpoistomenetelmillä saavutetaan hyvä, vähintään 80 %:n poistotehokkuus. Koska työssä esitellyt menetelmät eivät kuitenkaan ole yleisesti käytössä eikä ioninvaihtoa ja elektrolyysiä ole testattu soodakattilan lentotuhkalle, tulisi jatkossa menetelmien toimivuutta tutkia enemmän ja niiden soveltuvuutta olemassa oleviin sellutehtaan prosesseihin yhdistämiseen arvioida.