Grote proef met katalysator voor cyanideverwijdering

Ontwikkeld bij onderzoekszwaartepunt Sustainable Chemistry; opmaat naar industriële toepassing

27 september 2017

Een katalysator voor de verwijdering van cyanide uit afvalwater, ontwikkeld door dr. Paula Oulego, dr. Raveendran Shiju en prof.dr. Gadi Rothenberg van het Van ‘t Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS), wordt momenteel op industriële schaal getest. Met een capaciteit van 1000 liter industrieel afvalwater per uur is de proefinstallatie de laatste stap op weg naar industriële toepassing bij het winnen van goud, het verwerken van edelmetalen en de productie van staal.

De katalysator werd in 2015 ontdekt bij het onderzoeks- zwaartepunt Sustainable Chemistry. Hij is gebaseerd op een eenvoudig en goedkoop koperoxide en zorgt voor een snelle reactie van cyanide-ionen met waterstofperoxide, bij 40 °C en atmosferische druk. De reactie is zo snel dat het mogelijk is cyanideconcentraties te behandelen uiteenlopend van 1 mg/liter tot 10 g/liter. Daardoor is de katalysator te gebruiken voor de behandeling van een breed scala aan industriële afvalwaterstromen.

Goud, edelmetalen en staal

Cyanidevervuiling is vooral een probleem bij de winning van goud, het verwerken van edelmetalen en de productie van staal. Bij de winning van goud en andere edelmetalen worden grote hoeveelheden cyanidezouten gebruiken om de metalen vrij te maken uit het erts. Bedrijven die edelmetalen verwerken gebruiken op vergelijkbare wijze hoge concentraties van cyanidezouten bij zuiveringsprocessen en bij het aanbrengen van dunne metaallagen.

Bij de productie van staal wordt geen cyanide toegevoegd, maar ontstaat het bij de hoge temperaturen van de hoogovens. Het gaat hier om relatief geringe concentraties, maar wel om enorm grote afvalwaterstromen. Staalfabrikanten behandelen hun afvalwater doorgaans in grote bassins met behulp van allerlei chemische reacties

De staalindustrie behandelt cyanide-houdend afvalwater in grote open bassins. Foto: HIMS.

De Universiteit van Amsterdam heeft octrooi aangevraagd op de katalysator. Samen met de Innovation Exchange Amsterdam (IXA) hebben de onderzoekers industriële partners benaderd voor de verdere ontwikkeling. Dit leidde tot kleinschalige tests in samenwerking met de goud- en staalindustrie. De positieve resultaten van die tests waren aanleiding voor de bouw van een grootschalige proefinstallatie in opdracht van bedrijven uit een consortium van Europese metaalindustrieën.

Continu en opschaalbaar

De bouw van de proefinstallatie is een prestatie van formaat aangezien veel katalysatoren nooit dit stadium van ontwikkeling bereiken. Op de foto Rothenberg naast de kolom met daarin de katalysatorpellets. Foto: HIMS.

De proefinstallatie, gebouwd door Logisticon BV uit Groot-Ammers, is uitgevoerd als een continu flow proces. Zowel het afvalwater als de waterstofperoxide stromen daarbij over een kolom met de katalysator pellets. Het systeem kan 1 m3 afvalwater per uur behandelen; dankzij het eenvoudige design is opschalen naar grotere volumes relatief eenvoudig.

De kolom van de proefinstallatie bevat enkele honderden kilogrammen van de katalysator. Dat is véél meer dan de Amsterdamse researchers in hun lab kunnen synthetiseren - doorgaans produceren ze daar  slechts enkele grammen katalysatormateriaal. De pellets voor de proefinstallatie werden vervaardigd door EuroSupport BV en de UvA onderzoekers kregen 10 kilo voor gebruik bij onderzoek en onderwijs. Rothenberg: "Meestal laten we in onze colleges en cursussen voorbeelden zien van industriële katalysatoren; we kunnen nu voor het eerst een eigen industriële katalysator tonen".

Rothenberg en Shiju zijn maar wat trots op de nieuwe katalysator en verwachten dat deze van nut zal zijn bij het oplossen van het cyanideprobleem van de genoemde industrietakken. Ze zijn vol vertrouwen dat de proefinstallatie de haalbaarheid van het proces zal aantonen, en hopen dat dit het begin is van daadwerkelijke grootschalige industriële toepassing.

Shiju (left) en Rothenberg met de eerste twee vaten katalysatorpellets. Foto: HIMS.

Patent

Method for removing cyanide compounds from wastewater.
P. Oulego Blanco, N.R. Shiju and G. Rothenberg, WO2016/120394 (January 29, 2015).

Gepubliceerd door  HIMS