Release of critical metals from furnace wastes using the process of bioleaching in various variants

The aim of this work was to determine the influence of various variants of bioleaching on effectivity of releasing chosen critical metals: rhodium, cadmium, indium, niobium and chromium from ashes which are a byproduct of municipal waste and sewage sludge thermal processing. The research was conducted in 3 variants that considered different process factors such as temperature (24ºC and 37ºC), mixing intensity and aeration. After 5 days of the process the analyses were made of metals content, sulfate concentration, pH, general number of bacteria number, index of sulfur oxidizing bacteria. The best results of bioleaching were achieved by running the process at the temperature of 24ºC with aeration. The efficiency of rhodium and cadmium release from the byproduct of municipal waste thermal processing was above 90%. The efficiency of indium and chromium release reached 50–60%. Only niobium leached better in mixing conditions. The byproduct of sewage sludge thermal processing was far less susceptible to bioleaching. The highest effectivity (on a level of 50%) was reached for indium in temperature of 24°C with aeration. The efficiency of bioleaching depended on waste’s physiochemical properties and type of metal which will be released. Aeration with compressed air had a positive influence on the increase of sulfur oxidizing bacteria what corresponded with almost double increase of sulfate concentration in leaching culture. Such conditions had a positive influence on the increase of the efficiency of bioleaching process. Heightening the temperature to 37°C and slowly mixing did not impact bioleaching in a positive way.

Celem niniejszych badań była ocena wpływu różnych wariantów bioługowania na efektywność uwalniania wybranych metali krytycznych takich jak rod, kadm, ind, niob i chrom z odpadów będących produktami ubocznymi termicznego przetwarzania odpadów komunalnych i osadów ściekowych. Badania były prowadzone w 3 wariantach uwzględniających różne parametry procesu, takie jak: temperatura (24ºC i 37ºC), intensywność mieszania i napowietrzanie. Po 5 dniach prowadzenia procesu zostały wykonane oznaczenia: zawartości metali, stężenia siarczanów, pH, ogólnej liczby bakterii, miana bakterii utleniających siarkę. Najlepsze rezultaty osiągnięto przy prowadzeniu procesu w temperaturze 24°C, w warunkach napowietrzania. W przypadku próbki popiołu z termicznego przetwarzania odpadów komunalnych efektywność uwalniania rodu i kadmu wyniosła powyżej 90%, natomiast indu i chromu kształtowała się na poziomie 50–60%. Tylko niob ługował się lepiej w warunkach mieszania. Próbka popiołu ze spalania osadów ściekowych była mniej podatna na bioługowanie. Najwyższą efektywność – na poziomie 50% osiągnięto dla indu w temperaturze 24°C, w warunkach napowietrzania. Efektywność zależała od typu odpadu oraz rodzaju uwalnianego metalu. Napowietrzanie sprzężonym powietrzem miało pozytywny wpływ na wzrost liczebności bakterii utleniających siarkę, co korespondowało z prawie dwukrotnym wzrostem zawartości siarczanów w hodowlach ługujących. Takie warunki sprzyjały zwiększeniu skuteczności procesu. Zastosowanie temperatury 37°C i powolnego mieszania nie wpłynęło korzystnie na bioługowanie.