DE102004024754B3 - Separating a mixture of plastics comprises electrostatic sorting after plasma treatment and triboelectric charging - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Chemie und der Abfallwirtschaft und betrifft ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen, welches beispielsweise für Kunststoffabfälle in der Automobil- und Elektroindustrie zur Anwendung kommen kann.The This invention relates to the fields of chemistry and waste management and relates to a process for the electrostatic separation of plastic mixtures, which for example Plastic waste can be used in the automotive and electrical industries.
Zunehmend wird dazu übergegangen, auch Kunststoffabfälle neben einer thermischen Entsorgung auch roh- und werkstofflich wiederzuverwerten. Allerdings liegen Kunststoffabfälle meist als Verbund oder als Gemisch verschiedener Kunststoffe vor. Für eine werkstoffliche Verwertung der Kunststoffabfälle ist eine Trennung in sortenreine Komponenten zwingend notwendig.Increasingly is transferred to also plastic waste in addition to a thermal disposal also raw and material recyclable. Indeed are plastic waste usually as a composite or as a mixture of different plastics. For one Material recycling of plastic waste is a separation into varietal Components mandatory.
Prinzipiell
können
Kunststoffgemische nach einer triboelektrischen Aufladung in einem
elektrostatischen Feld getrennt werden (E. Németh: Dissertation, Technische
Universität
Bergakademie Freiberg, 2003; V. Albrecht, u.a.: J. Electrostatics
58, 3–16 (2003);
G. Schubert, u.a. Tagungsband 2. Kolloquium Sortieren Innovationen
und Anwendungen, Technische Universität Berlin, 11.10.–12.10.2001,
Berlin;
Der geringe Energieaufwand, der hierzu notwendig ist, stellt einen entscheidenden wirtschaftlichen Vorteil gegenüber anderen Trennverfahren zur Kunststoffsortierung dar.Of the Low energy input, which is necessary for this, represents a crucial economic advantage other separation method for sorting plastic.
Für eine Trennung werden die Verbundwerkstoffe und andere Kunststoffabfälle zunächst auf eine Korngröße von einigen Millimetern zerkleinert. Die triboelektrische Aufladung der Granulate erfolgt in Aufladeeinheiten unterschiedlicher Bauart (z.B. Drehtrommel, Wirbelschicht- oder Schüttelapparatur). Während des Aufladevorgangs werden die Teilchen des zu trennenden Gemischs mechanisch kontaktiert (Stoß). Dabei laden sie sich stoffspezifisch positiv oder negativ elektrostatisch auf. Die aufgeladenen Teilchen separieren stoffspezifisch entsprechend ihrer Aufladung beim Durchgang durch das Feld eines elektrostatischen Freifallscheiders.For a breakup The composites and other plastic waste are initially on a grain size of some Crushed millimeters. The triboelectric charging of the granules takes place in charging units of different types (for example, rotary drum, Fluidized bed or shaking apparatus). While the charging process, the particles of the mixture to be separated mechanically contacted (shock). In doing so, they charge substance-specific positive or negative electrostatic on. The charged particles separate material-specifically accordingly their charge when passing through the field of an electrostatic Free-fall separator.
Gut trennbar sind Gemische, deren Komponenten die sich triboelektrisch stark und mit umgekehrten Vorzeichen aufladen.Well separable are mixtures whose components are triboelectrically charge strongly and with opposite signs.
Trennprobleme stellen Kunststoffkomponenten dar, die sich nicht oder nur geringfügig aufladen. Kunststoffgemische aus solchen Komponenten lassen sich nicht sortenrein trennen. Zu diesen Kunststoffgemischen gehören auch Polyolefingemische, wie beispielsweise Polyethylen/Polypropylen und andere.separation problems represent plastic components that do not or only slightly charge. Plastic mixtures such components can not be separated by type. To belong to these plastic mixtures also polyolefin blends, such as polyethylene / polypropylene and other.
Diese Polyolefingemische stellen aufgrund ihres hohen Produktionsvolumens und ihres weiten Anwendungs- und Einsatzspektrums die Hauptkomponente des Gesamtaufkommens bei Kunststoffabfällen dar.These Polyolefin blends pose due to their high production volume and its broad application and application spectrum is the main component of the total volume of plastic waste.
Kunststoffgemische, die aus Polyolefinen, insbesondere aus Polyethylen- und Polypropylentypen bestehen, lassen sich weder durch die konventionelle elektrostatische Aufladung noch durch andere Separationsprinzipien in hinreichender Sortenreinheit trennen.Plastic mixtures, those of polyolefins, in particular of polyethylene and polypropylene types can not be passed through the conventional electrostatic Charging still by other separation principles in sufficient Separate variety purity.
Weiterhin bekannt ist die Behandlung von Kunststoffen mit einem Niedertemperatur-Niederdruck-Plasma (z.B. E. Occhiello u.a.: J. Appl. Polym. Sci. 42, 551–559 (1991), R. Foerch u.a.: J. Appl Polym. Sci. Symp. 46, 415 (1990)). Diese Behandlung kann mit unterschiedlichen Prozessgasen realisiert werden. Es dient zur Aktivierung und Funktionalisierung von Kunststoffoberflächen, um ihre Benetzbarkeit gegenüber polaren Flüssigkeiten zu erhöhen, Zentren für chemische Folgereaktionen zu schaffen oder die Adhäsion oder Kompatibilität zu einer zweiten Komponente zu verbessern.Farther the treatment of plastics with a low-temperature low-pressure plasma is known (e.g., E. Occhiello et al .: J. Appl. Polym. Sci., 42, 551-559 (1991), R. Foerch et al .: J. Appl Polym. Sci. Symp. 46, 415 (1990)). These Treatment can be realized with different process gases. It serves to activate and functionalize plastic surfaces their wettability polar liquids to increase, centers for chemical To create follow-up reactions or the adhesion or compatibility to one second component.
Bekanntermaßen unterscheiden sich derart behandelte Polyolefine bezüglich der gewünschten Modifizierungseffekte nicht oder nur sehr wenig, wenn sie unter gleichen Bedingungen und mit dem gleichen Prozeßgas behandelt wurden.As you know, different Such treated polyolefins have the desired modification effects not or very little if they are in the same conditions and with the same process gas were treated.
Eine Plasmabehandlung wurde bisher nur als prozessvorbereitender Schritt bei der bekannten nasschemischen Trennung von Kunststoffen unter Verwendung von Tensiden (O. Stückrad, Dissertation, Technische Universität Clausthal, 1996) erwogen. Dort soll die Plasmabehandlung zu einer selektiven Tensidadsorption führen.A Plasma treatment has so far only been a process-preparing step in the known wet-chemical separation of plastics using of surfactants (O. Dissertation, Clausthal University of Technology, 1996). There, the plasma treatment to a selective Tensidadsorption to lead.
Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass sie einerseits keine ausreichend sortenreine Trennung realisieren können und andererseits dazu aufwendige und teuere Verfahren einsetzen.all known solutions is common that they on the one hand no sufficiently pure separation can realize and on the other hand to use complex and expensive procedures.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen anzugeben, durch dass eine nahezu vollständig sortenreine Trennung realisiert werden kann.The The object of the invention is a method for electrostatic Specify separation of plastic mixtures, by an almost completely sorted Separation can be realized.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Is solved the object by the invention specified in the claims. Further developments are the subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen werden Produkte aus Kunststoffgemischen, die ganz oder teilweise aus Kunststoffen bestehen, die sich nicht oder nur gering triboelektrisch aufladen lassen, oder die aus mindestens zwei Kunststoffen bestehen, die sich nicht ausreichend selektiv triboelektrisch aufladen lassen, zerkleinert, anschließend einer Niedertemperatur-Niederdruck-Plasmabehandlung unterzogen, danach mindestens 10 Minuten gelagert, nachfolgend einer triboelektrischen Aufladung und im wesentlichen unmittelbar danach einer Elektrosortierung unterzogen.In the inventive method for the electrostatic separation of plastic mixtures are products of plastic mixtures, the whole or partially made of plastics which can not be charged with triboelectrics, or which consist of at least two plastics which can not be charged sufficiently triboelectrically, comminuted, then subjected to a low-temperature, low-pressure plasma treatment, then stored for at least 10 minutes, subsequently subjected to a triboelectric charging and essentially immediately after an electrosorting.
Vorteilhafterweise werden Produkte aus Kunststoffgemischen eingesetzt, die Polyolefinkomponenten enthalten oder die aus Polyolefinen bestehen, noch vorteilhafter die aus Gemischen aus Polyolefinen bestehen und noch vorteilhafterweise die aus Gemischen aus Polyethylen und Polypropylentypen bestehen.advantageously, Products made of plastic mixtures are used, the polyolefin components contain or consist of polyolefins, even more advantageous which consist of mixtures of polyolefins and even more advantageously which consist of mixtures of polyethylene and polypropylene types.
Weiterhin vorteilhafterweise wird die Niedertemperatur-Niederdruck-Plasmabehandlung bei Drücken zwischen 10–6 und 1 Pa, in Mikrowellen-Plasmen oder in RF-Plasmen, bei einer Plasmaleistung von 50 bis 600 W, innerhalb von 1 bis 1000 s, unter reaktiven und/oder inerten Prozessatmosphären und insbesondere unter Sauerstoff-, Stickstoff-, Ammoniak-, Stickoxidatmosphäre und/oder Luft oder unter einer Edelgasatmosphäre durchgeführt.Further advantageously, the low-temperature, low-pressure plasma treatment at pressures between 10 -6 and 1 Pa, in microwave plasmas or RF plasmas, at a plasma power of 50 to 600 W, within 1 to 1000 s, under reactive and / or inert process atmospheres and in particular under oxygen, nitrogen, ammonia, nitrogen oxide atmosphere and / or air or under a noble gas atmosphere performed.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird eine Lagerung der plasmabehandelten Kunststoffgemische vor einer Weiterbehandlung von 10 min bis 30 Tagen und insbesondere zwischen 10 und 40 Stunden und noch vorteilhafterweise zwischen 20 bis 30 Stunden durchgeführt.Also Advantageously, a storage of the plasma-treated plastic mixtures before a further treatment of 10 min to 30 days and in particular between 10 and 40 hours and more advantageously between 20 to 30 hours.
Von Vorteil ist auch, wenn die triboelektrische Aufladung der plasmabehandelten und gelagerten Kunststoffgemische in einer Wirbelkammer bei einem Luftstrom von 1 bis 10 m/s und bei einer relativen Luftfeuchte von 0 bis 95 % und einer Temperatur von 0 bis 140°C für mindestens 10s oder in einem Schütteltopf bei einer relativen Luftfeuchte von 0 bis 95 % und einer Temperatur von 0 bis 140°C für mindestens 10s realisiert wird.From Another advantage is when the triboelectric charging of the plasma-treated and stored plastic mixtures in a vortex chamber at an airflow from 1 to 10 m / s and at a relative humidity of 0 to 95 % and a temperature of 0 to 140 ° C for at least 10s or in one Schütteltopf at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature from 0 to 140 ° C for at least 10s is realized.
Und weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Elektrosortierung in einem elektrischen Feld eines Freifallscheiders mit elektrischen Feldstärken zwischen 1 und 10 kV/cm durchgeführt wird.And Furthermore, it is advantageous if the electric sorting in one electric field of a free fall separator with electric field strengths between 1 and 10 kV / cm performed becomes.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es auf einfache und preiswerte Weise möglich, bisher nur schwer und mit geringer Effektivität trennbare Kunststoffgemische, die mindestens Polyolefinkomponenten enthalten oder daraus bestehen, nun sortenrein mit hoher Effektivität zu trennen. Dies ist überraschenderweise durch die Behandlung der Kunststoffgemische, die mindestens Polyolefinkomponenten enthalten oder daraus bestehen, mit einem Niedertemperatur-Niederdruck-Plasma möglich, was bisher weder bekannt noch aus den bekannten Lösungen ableitbar gewesen wäre. Der Einfluss einer Plasmabehandlung auf die elektrostatische Aufladbarkeit von Kunststoffen ist bisher nicht untersucht worden und daher nicht bekannt.By the inventive method It is possible in a simple and inexpensive way, so far only difficult and with low effectiveness Separable plastic mixtures containing at least polyolefin components contain or consist of now sorted separated with high efficiency. This is surprisingly by treating the plastic mixtures containing at least polyolefin components contain or consist of a low temperature low pressure plasma possible, what was previously neither known nor derivable from the known solutions would have been. The influence of a plasma treatment on the electrostatic chargeability of plastics has not been studied so far and therefore not known.
Überraschenderweise wirkt sich eine Plasmabehandlung dieser Kunststoffgemische, die mindestens Polyolefinkomponenten enthalten oder daraus bestehen, stark und selektiv auf das Aufladeverhalten der einzelnen Kunststoffe in dem Gemisch aus, so dass eine leichte und sortenreine Trennung möglich ist. Insbesondere bei Zweikomponenten-Polyolefingemischen, wie beispielsweise Poylethylen und Polypropylen, laden sich die Komponenten stoffspezifisch mit unterschiedlichen Vorzeichen auf und lassen sich dadurch leicht separieren.Surprisingly Affects a plasma treatment of these plastic mixtures, the contain or consist of at least polyolefin components, strong and selective on the charging behavior of the individual plastics in the mixture, so that a light and unmixed separation is possible. Especially in two-component polyolefin blends, such as Polyethylene and polypropylene, the components are substance-specific with different signs and thus can be easily separate.
Ein Zusatz von Additiven, wie Tensiden, Polyelektrolyten, Weichmachern, Farbstoffen und anderen oberflächenaktiven Substanzen, die die Trennung mehr oder weniger selektiv beeinflussen können, ist nicht erforderlich. Dadurch können Kontaminationen, die sich bei der Aufbereitung und Weiterverwertung der separierten Kunststofftypen als nachteilig erweisen können, vermieden werden. Da auch der Separationsprozess beim Einsatz von Additiven durch zusätzliche Parameter (einzusetzende Additivmenge, Applikationsverfahren, Homogenität der Additivadsorption, Lösungsmittelwahl etc.) erheblich schwerer zu steuern ist, kann durch den Wegfall von Additiven das Trennverfahren insgesamt einfacher gestaltet werden.One Addition of additives, such as surfactants, polyelectrolytes, plasticizers, Dyes and other surface-active Substances that influence the separation more or less selectively can, not necessary. This can contaminate yourself in the processing and reuse of separated plastic types may be detrimental be avoided. Since also the separation process with the employment of Additives through additional Parameters (amount of additive to be used, method of application, homogeneity of additive adsorption, Solvent selection etc.) is considerably harder to control, can by eliminating of additives, the separation process can be made simpler overall.
Prinzipiell beeinflusst aber der Zusatz derartiger Additive den Trenneffekt, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht wird, nicht negativ.in principle but the addition of such additives influences the separation effect, the by the inventive method is achieved, not negative.
Im weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.in the Further, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
Dabei zeigt:there shows:
Beispielexample
Ein Kunststoffgemisch (300 g) aus Polypropylen (150 g) und Polyethylen (150 g) wurde zunächst in einer Drehtrommel 120 s homogenisiert. Anschließend wurde das Gemisch einer Niedertemperatur-Niederdruck-Sauerstoff-Plasmabehandlung unterzogen (Plasmaleistung: Mikrowelle 300 W, Prozeßgas: 30 % O2 bei einem Fluß von ca. 60 sccm, Druck 48–50 Pa, Behandlungszeit 600 s). Während der Plasmabehandlung blieb die Drehtrommel in Rotation mit 40 U/min.A plastic mixture (300 g) of polypropylene (150 g) and polyethylene (150 g) was first homogenized in a rotary drum for 120 s. Subsequently, the mixture was subjected to a low-temperature low-pressure oxygen plasma treatment (plasma power: microwave 300 W, process gas: 30% O 2 at a flow of about 60 sccm, pressure 48-50 Pa, treatment time 600 s). While In the plasma treatment, the rotary drum remained in rotation at 40 rpm.
Nach einer Lagerung wurde das plasmabehandelte Kunststoffgemisch, in der Wirbelschicht-Aufladeeinheit (Luftgeschwindigkeit ca. 5 m/s) des elektrostatische Freifallscheiders über 2 min bei 25°C und einer relativen Luftfeuchte von 10 % aufgeladen und erfolgreich im Freifallscheider (Feldstärke 4,5 – 2,0 kV/cm bei einem Potential von ± 72 kV) in eine Polyethylen- und eine Polypropylenfraktion getrennt. Es konnte eine vollständige sortenreine Trennung von Polyethylen und Polypropylen erreicht werden.To a storage was the plasma - treated plastic mixture, in the fluidized bed charging unit (air speed approx. 5 m / s) the electrostatic free-fall separator for 2 min at 25 ° C and a Relative humidity of 10% charged and successful in the free fall separator (Field strength 4.5 - 2.0 kV / cm at a potential of ± 72 kV) separated into a polyethylene and a polypropylene fraction. It could a complete unmixed separation of polyethylene and polypropylene can be achieved.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |