DE102021205637A1

DE102021205637A1 - Verfahren zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff

Info

Publication number: DE102021205637A1
Application number: DE102021205637.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Eisert
Original assignee: Impulstec GmbH
Current assignee: Impulstec GmbH
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-12-08
Also published as: EP4334101A1; KR20240013816A; CN117355401A; US20240100745A1; WO2022253616A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks (4) aus galvanisierten Kunststoff, wobei das Werkstück (4) mittels einer Fragmentierungseinheit (22) unter Anwendung des elektrohydraulischen Effekts zu einer Suspension mit einem Kunststoffgranulat (32) und mit einem Beschichtungsgranulat (34) entschichtet wird, wobei die Suspension entwässert wird, und wobei mittels eines Magnetscheiders (42) das Kunststoffgranulat (32) von dem Beschichtungsgranulat (34) durch magnetische Abscheidung separiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des elektrohydraulischen Effekts zur Entschichtung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff.
Werkstücke aus Kunststoff werden heutzutage beispielsweise aufgrund ihres geringen Baugewichts, chemischen Stabilität, und einfachen und kostengünstigen Herstellung mittels Spritzgießen in vielfältigen Anwendungen verwendet. Zur Verbesserung der optischen, elektrischen, mechanischen, oder thermischen Eigenschaften ist es möglich, den Kunststoff mit eine Metall zu beschichten.
Die Beschichtung von Kunststoffen mit Metallen kann beispielsweise über eine galvanische Abscheidung erfolgen, welche auch als Kunststoffgalvanisierung oder Plating On Plastics (POP) bezeichnet ist. Üblicherweise sind Kunststoffe nicht elektrisch leitfähig, so dass die Kunststoffoberfläche für eine anschließende elektrolytische Beschichtung erst mit einer gut haftenden, elektrisch leitfähigen Schicht überzogen wird.
Aufgrund der resultierenden guten Haftung der Metallschicht auf dem Kunststoffmaterial ist ein Recycling beziehungsweise eine recyclingtechnische Aufbereitung von galvanisierten Kunststoffen vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv. Insbesondere ist eine vergleichsweise hohe Qualität und Reinheit bei Sekundärkunststoffen, also recycelten Kunststoffen, gefordert, um diese als Ersatz für Primärkunststoffe nutzen zu können. Bisher ist eine Entschichtung von Galvanikprodukten oder galvanisierten Kunststoffen auf rein mechanischem Wege ohne Qualitätsverlust des Recyclingkunststoffes (Downcycling) nicht möglich, so dass die Sekundärkunststoffe die Qualitätsanforderungen für eine Kreislaufführung der Kunststoffe in der Regel nicht erreichen. Es besteht daher Bedarf an einer effizienten Recyclinglösung um Kunststoff-Rohstoffe effektiv zu nutzen, und in Produktion zurückzuführen anstatt minderwertig zu entsorgen.
Die DE 10 237 960 A1 beschreibt eine gestufte Ätzung einer Galvanikschicht eines galvanisierten Kunststoffteils mittels Salzsäure, Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure. Dieser Prozess verbraucht die eingesetzten Chemikalien Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure weitestgehend und bedarf einer anschließenden Polymerwäsche und Trocknung. Weiterhin führt der Säureeinsatz zu Schäden an der Polymerstruktur des Kunststoffs und mindert den Materialwert des Recyclats. Der bekannte Entmetallisierungsprozess greift den Kunststoff derart stark an, dass er nicht wieder in der Galvanik eingesetzt werden kann. Die Recycling-Produkte eines solchen Verfahrens können daher lediglich für minderwertige Anwendungen eingesetzt werden.
Aus der EP 2 771 120 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum materialselektiven Zerlegen eines Recyclinggutes in wiederverwertbare Materialien mittels des elektrohydraulischen Effektes bekannt, bei dem zwischen einer behälterbodenseitigen Elektrode und einer Anzahl von behälterdeckelseitig angeordneten Elektroden eine Stoßentladung mit einer Entladungsenergie zwischen 200 J (Joule) und 1500 J je Elektrode im Wesentlichen in der Flüssigkeit erzeugt werden. Dabei ist die mittlere elektrische Feldstärke kleiner als 5 kV/mm (Kilovolt pro Millimeter) und die Wiederholrate der Hochspannungsimpulse kleiner als 10 Hz (Hertz). Konkret werden die Anwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung auf Elektroschrott, beschichtete Metallfolien, Leiterplatten und Akkumulatoren beschrieben.
Die WO 2017/037129 A1 beschreibt ein Verfahren zum Recycling von Kompositwerkstoffen aus Glas-Halbleiter-Polymerverbunden, bei welchem der Glasanteil mittels des elektrohydraulischen Effekts separiert wird. Hierbei sind Stoßentladungen mit einer Entladungsenergie zwischen 200 J und 1500 J je Elektrode und Hochvoltspannung im Bereich zwischen 30 kV (Kilovolt) und 50 kV sowie Wiederholraten der Hochspannungspulse kleiner als 10 Hz vorgesehen.
In der WO 2019/234109 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Zerlegen eines Gutes mittels des elektrohydraulischen Effekts offenbart. Die verwendeten Stoßentladungen weisen hierbei eine Entladungsenergie kleiner 100 J und Hochvoltspannungen im Bereich zwischen 30 kV und 50 kV sowie Wiederholraten der Hochspannungspulse zwischen 20 Hz und 100 Hz auf. Die Anwendung erfolgt hierbei bei spröden Materialien oder Produkten mit spröden Bestandteilen, insbesondere Silikate, Keramik, Silizium, Siliziumkarbid, Materialien mit hohen Reinheitsanforderungen, insbesondere Glas, Keramiken, Halbleitermaterial, Glas-Polymer-Verbunde, insbesondere Solarmodule, Verbundsicherheitsglas, und/oder metallurgische Schlacken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff anzugeben. Insbesondere soll als Weiterverarbeitungs-Zielgröße ein Kunststoffgranulat mit einer möglichst hohen Reinheit und Qualität realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Vorrichtung übertragbar und umgekehrt.
Sofern nachfolgend Verfahrensschritte beschrieben werden, ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen für die Vorrichtung insbesondere dadurch, dass diese dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere dieser Verfahrensschritte auszuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff vorgesehen, sowie dafür geeignet und ausgestaltet.
Unter einer recyclingtechnischen Aufbereitung ist hier und im Folgenden insbesondere ein Zerlegen eines aus mehreren Bestandteilen bestehenden Werkstücks oder Recyclinggutes in wiederverwertbare Materialien (Recyclat) verstanden. Unter einem galvanisierten Kunststoff ist hier und im Folgenden insbesondere eine Kunststoffmetallisierung, also eine Beschichtung eines Werkstoffs aus Kunststoff mit einer Metallschicht (Metallbeschichtung), zu verstehen, wobei die Metallschicht insbesondere durch galvanische Abscheidung auf den Kunststoffwerkstoff aufgebracht ist (Galvanikschicht).
Das Werkstück ist beispielsweise ein Galvanikprodukt oder ein Galvanikabfall. Der Kunststoff beziehungsweise das Kunststoffmaterial des Werkstücks ist beispielsweise ein Thermoplast, insbesondere ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) oder ein Polyamid (PA) oder ein ABS und Polycarbonat (PC). Die galvanische Beschichtung beziehungsweise die Metallschicht ist insbesondere aus Kupfer (Cu), Nickel (Ni), und/oder Chrom (Cr) hergestellt.
Das Werkstück wird verfahrensgemäß in einem Entschichtungsprozess oder einem Entschichtungsschritt mittels einer Fragmentierungseinheit unter Anwendung des elektrohydraulischen Effekts mechanisch entschichtet. Vorzugsweise wird hierbei ein Schockwellenverfahren in einer Flüssigkeit, beispielsweise in Wasser oder destillierten Wasser, verwendet, bei welchem mittels intensiver Druckwellen, sogenannter Schockwellen, eine Entschichtung der Galvanikprodukte oder galvanisierten Kunststoffe realisiert wird. Unter „entschichten“ oder einer „Entschichtung“ ist hierbei insbesondere eine Separierung oder Trennung des Kunststoff-Werkstoffes und der Metallschicht zu verstehen. Dies bedeutet, dass erfindungsgemäß ein Schockwellenverfahren zur Entschichtung eines galvanisierten Kunststoffs verwendet wird.
Das Werkstück kann als gesamtes Bauteil oder als ein (vor-)zerkleinertes Bauteil (Kunststoffbruchstücke) ausgeführt sein. Vorzugsweise wird das Werkstück vor der Schockwellenbehandlung der Fragmentierungseinheit zunächst in einem vorgeschalteten Vorzerkleinerungsschritt mittels einer Zerkleinerungsvorrichtung in ein Werkstückgranulat (Mahlgut) zerkleinert. Dadurch wird eine Homogenisierung des Werkstückmaterials für die nachfolgende Aufbereitung gewährleistet. Das Werkstück wird hierbei beispielsweise zu einem Werkstückgranulat mit einer durchschnittlichen Stück- oder Korngröße kleiner 50 mm, insbesondere kleiner 20 mm, zerkleinert. Dieser mechanische Vorbehandlungs- oder Zerkleinerungsschritt kann hierbei bereits eine Teilentschichtung des Kunststoffs und der Galvanikschicht bewirken. Des Weiteren erhöht die Vorzerkleinerung die Effizienz der Fragmentierungseinheit beziehungsweise der Schockwellenbehandlung.
Die Fragmentierungseinheit erzeugt als Ausgangsmaterial eine Suspension der Flüssigkeit und eines Kunststoffgranulats sowie eines Beschichtungsgranulats. Mit anderen Worten wird das Werkstück oder das Werkstückgranulat mittels der Fragmentierungseinheit in ein Kunststoffgranulat und in ein Beschichtungsgranulat zerlegt. Unter einem Kunststoffgranulat ist hier und im Folgenden insbesondere eine Kunststofffraktion oder ein Granulat und Bruchstücke aufweisendes Kunststoffprodukt zu verstehen. Entsprechend ist hier und im Folgenden unter einem Beschichtungsgranulat insbesondere eine Beschichtungsfraktion oder Beschichtungsprodukt mit Granulat und Bruchstücken zu verstehen. Das Beschichtungsgranulat setzt sich hierbei aus magnetischen Granulatpartikeln der abgelöste Beschichtung und aus schwach magnetischen Granulatpartikeln von Kunststoffbruchstücken mit Beschichtungsresten zusammen.
Beispielsweise erfolgt anschließend zur Schockwellenbehandlung eine Siebung zur Abtrennung eines metallreichen Feinanteils, zusätzlich kann bei Bedarf auch ein Waschschritt hinzugefügt werden, um die Kunststoffe oberflächlich zu reinigen/abzuwaschen.
Das Ausgangsmaterial der Fragmentierungseinheit beziehungsweise die Suspension wird hernach (vor-)entwässert und beispielsweise getrocknet. Somit wird die Flüssigkeit aus der Suspension entfernt, so dass im Wesentlichen lediglich das heterogene Gemisch oder Gemenge aus dem Kunststoff- und Beschichtungsgranulat verbleibt. Durch eine Vorentwässerung des Zerkleinerungsproduktes des Werkstücks und gegebenenfalls einer Trocknung wird eine Sortierbarkeit des Gemenge-Materials vereinfacht. Vorzugsweise weist das Gemenge aus dem Kunststoff- und Beschichtungsgranulat nach der Entwässerung und gegebenenfalls Trocknung eine Restfeuchte kleiner 10 m% (Masseprozent), insbesondere kleiner 5 m%, auf.
Mittels eines Magnetscheiders wird abschließend das Kunststoffgranulat von dem Beschichtungsgranulat durch magnetische Abscheidung separiert oder getrennt. Mit anderen Worten erfolgt eine Sortierung des Kunststoff- und Beschichtungsgranulat-Gemenges. Mittels einer ein- oder mehrstufigen Magnetscheidung werden die abgelösten Beschichtungsbestandteile, welche nicht bereits durch die Vorsiebung abgetrennt wurden, von den Kunststoffen abgetrennt. Zusätzlich können mit Hilfe der Magnetscheidung auch Kunststoffbruchstücke mit verbliebenen Beschichtungsresten effizient heraussortiert werden. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren realisiert.
Als Ergebnis werden ein sauberes (nicht magnetisches) Kunststoffprodukt oder Kunststoffgranulat mit einer Reinheit größer 99 m%, beispielsweise 99,9 m%, erreicht, ein stark magnetisches Produkt (abgelöste Beschichtung) und ein schwach magnetisches Produkt (Kunststoffbruchstücke mit Beschichtungsresten) erhalten. Das Kunststoffprodukt beziehungsweise das Kunststoffgranulat wird beispielsweise in einer Abfüllstation, insbesondere mittels einer Big-Bag-Abfüllung, abgefüllt.
Das schwach magnetisches Produkt (Kunststoffbruchstücke mit Beschichtungsresten) kann dem schockwellenbasierten Entschichtungsprozess der Fragmentierungseinheit erneut zugeführt werden.
Vorzugsweise weist das Kunststoffgranulat beziehungsweise der Recyclingkunststoff eine ausreichend hohe Qualität oder einen ausreichend hohen Reinheitsgrad für eine direkte Rückführung oder ein direkter Wiedereinsatz in der Produktion und damit Ersatz oder eine Einsparung von Neuware beziehungsweise Primärkunststoff ermöglicht. Das Kunststoffgranulat weist beispielsweise eine Reinheit größer als 99 m%, insbesondere größer als 99,9 m%, auf. Dies bedeutet, dass der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereitete Sekundärkunststoff im Wesentlichen kein Downcycling aufweist, und qualitativ einem Primärkunststoff entspricht.
Durch die erfindungsgemäße Entschichtung des Werkstücks mittels des elektrohydraulischen Effekts beziehungsweise mittels des Schockwellenverfahrens, ist ein besonders einfaches und aufwandreduziertes Verfahren realisiert, bei welchem lediglich ein elektrischer Strom und eine mechanische Druckwelle verwendet wird. Verfahrensgemäß wird somit kein chemisches und/oder thermisches Verfahren zum Abtrag der Beschichtung benötigt.
Durch den Schockwellenprozess werden die Kunststoffe lediglich gering mechanisch beansprucht, wodurch die Stück- oder Korngröße weitestgehend konstant gehalten wird. Insbesondere entsteht lediglich ein sehr geringer Anteil an Feinfraktion während des Entschichtungsprozesses. Beispielsweise beträgt der Anteil einer Feinfraktion mit einer Korngröße kleiner 1 mm weniger als 10 m%, insbesondere weniger als 5 m%, vorzugsweise weniger als 2 m%. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine schmale Korngrößenverteilung des Kunststoffgranulats gewährleistet, was als Eingang für Industrieprozesse vorteilhaft ist.
Das Verfahren ermöglicht weiterhin eine Rückgewinnung einer verwertbaren Metallfraktion oder eines verwertbaren Metallkonzentrats aus der (Galvanik-/Metall-)Beschichtung des Werkstücks, da die Beschichtung im Zuge des Verfahrens wird nicht zersetzt wird. Insbesondere ist eine einfache Sortiermethodik mittels des Magnetscheiders realisiert, da die Restverbunde (Kunststoffbruchstücke mit Beschichtungsresten) schwach magnetisch sind und dadurch einfach heraussortiert und zurückgeführt werden können.
In einer möglichen Weiterbildung wird die Flüssigkeit der Suspension im Zuge der Entwässerung in die Fragmentierungseinheit zurückgeführt. Dadurch wird der Flüssigkeitsverbrauch der Fragmentierungseinheit reduziert. Die dadurch realisierte Kreislaufführung der (Prozess-)Flüssigkeit (Prozesswasser) erfolgt solange, bis eine Grenzleitfähigkeit erreicht ist. Mit anderen Worten wird die Flüssigkeit der Suspension hinsichtlich einer elektrischen Leitfähigkeit untersucht, und mit einem hinterlegten Schwellwert oder Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert nicht erreicht oder unterschritten, wird die Flüssigkeit zurück in die Fragmentierungseinheit geleitet. Wird der Grenzwert erreicht oder überschritten, wird die Flüssigkeit entsorgt, und eine neue Flüssigkeit in die Fragmentierungseinheit eingeleitet. Die Grenzleitfähigkeit beträgt beispielsweise weniger als 5 mS/cm (Millisiemens pro Zentimeter), insbesondere weniger als 2 mS/cm.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren automatisch, also selbsttätig durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass das Werkstückmaterial beispielsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich von einem Verfahrensschritt zum nächsten geführt ist, wobei die Verfahrensschritte vorzugsweise im Wesentlichen zeitlich parallel zueinander erfolgen. Dadurch ist ein hoher Durchsatz zur Aufbereitung der galvanisierten Kunststoffe realisiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Vorrichtung ist konkret zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff ausgebildet.
Die Vorrichtung weist beispielsweise eine Zerkleinerungsvorrichtung als Vorzerkleinerung des Werkstücks in ein Werkstückgranulat auf. Die Zerkleinerungsvorrichtung ist hierbei beispielsweise als eine Schneidmühle, ein Shredder, oder als ein Querstromzerspaner ausgebildet.
Die Vorrichtung weist eine Fragmentierungseinheit zur elektrohydraulischen Entschichtung des Werkstücks beziehungsweise des Werkstückgranulats auf. Hierbei wird das Werkstück mittels einer Schockwellenbehandlung mit (niedriger) Pulsenergie zu einem Kunststoffgranulat und einem Beschichtungsgranulat zersetzt. Die Zuführung des Werkstücks oder Werkstückgranulats in die Fragmentierungseinheit erfolgt beispielsweise mittels Fördertechnik (Bänder, Saugförderer).
Der Materialaustrag des zerkleinerten Gutes aus der Fragmentierungseinheit kann mittels eines Förderbands oder einer Förderschnecke, einer Wasserspülung, einer Mammutpumpe (Druckluftheber) oder einer Kombination hieraus erfolgen. Das zerkleinerte Gut beziehungsweise die Granulate sind im Zuge des Materialaustrags in einer Flüssigkeit der Fragmentierungseinheit suspendiert, wobei die resultierende Suspension mittels eines Trockners (vor-)entwässert und beispielsweise getrocknet wird. Der Trockner ist hierbei beispielsweise als ein Waschsieb, als ein (Kunststoff-)Granulattrockner mit Heißluft, als ein Fließbretttrockner, als ein Zentrifugaltrockner, oder als eine Kombination hieraus ausgeführt. Als Ausgangsmaterial des Trockners ergibt sich im Wesentlichen ein heterogenes Gemenge des Kunststoffgranulats und des Beschichtungsgranulats. Das Gemenge weist hierbei vorzugsweise eine Restfeuchte kleiner 10 m%, insbesondere kleiner 5 m%, auf.
Das getrocknete Gemenge wird in einem Magnetscheider gespeist, welcher das Gemenge mittels magnetischer Abscheidung in das Kunststoffgranulat und das Beschichtungsgranulat sortiert. Der beispielsweise ein- oder mehrstufige Magnetscheider ist hierbei beispielsweise als eine Magnettrommel oder als ein Bandmagnet ausgeführt. Der Magnetscheider weist hierbei insbesondere eine Magnetfeldstärke zwischen 1000 G (Gauss) und 25000 G auf.
Dadurch ist eine besonders geeignete Vorrichtung zur Aufbereitung von Werkstücken aus galvanisiertem Kunststoff realisiert. Vorzugsweise weist die Vorrichtung hierbei einen Durchsatz von 50 kg/h (Kilogramm pro Stunde) bis 500 kg/h Ausgangsmaterial (Werkstück, Werkstückgranulat) auf.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist die Fragmentierungseinheit einen Zerkleinerungsreaktor für die Stoßwellenbehandlung des Werkstücks auf. Der Zerkleinerungsreaktor weist hierbei einen mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, gefüllten Behälter (Zerkleinerungsbehälter) und eine Impulsstromquelle auf. Die Impulsstromquelle ist mit mindestens zwei in der Flüssigkeit versenkten Elektroden in den Behälter geführt. Eine der Elektroden ist hierbei beispielsweise als eine Masseelektrode ausgeführt, wobei die andere Elektrode als eine Hochspannungselektrode ausgebildet ist. Zwischen den Elektroden ist eine Unterwasserfunkenstrecke gebildet, wobei die Elektroden im Betrieb mittels Hochspannungsimpulsen eine Stoßentladung in der Flüssigkeit erzeugen. Das Werkstück oder das Werkstückgranulat sind hierbei durch die Unterwasserfunkenstrecke geführt. Optional ist ein Verschluss des Zerkleinerungsreaktors mit einer prozessstabilen Klappe möglich, wodurch eine Verweildauer des zu zerkleinernden Materials im Zerkleinerungsbehälter beliebig oder universell eingestellt werden kann.
Die Parameter der Stoßentladung, insbesondere eine Puls- oder Entladungsenergie, der Betrag der Hochspannung zwischen den Elektroden, eine Wiederholfrequenz der Hochspannungsimpulse und/oder die Anordnung der Elektroden, sind bei der Fragmentierungseinheit derart gewählt, dass eine Abtrennung der galvanischen Beschichtung von dem Kunststoff erfolgt. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Arbeitsspannung beispielsweise zwischen 25 kV und 50 kV, wobei die Puls- oder Entladungsenergie der Stoßentladung kleiner 50 J, beispielsweise zwischen 2 J und 50 J, ist. Eine Pulsfolgenfrequenz ist beispielsweise auf 10 bis 50 Entladungen pro Sekunde dimensioniert, wobei der Elektrodenabstand beispielsweise 5 mm bis 40 mm beträgt.
In einer geeigneten Ausführung weist die Impulsstromquelle mindestens einen Elektrodenstack mit drei bis vier (Hochspannungs-)Elektroden auf, welche entlang einer Förderrichtung hintereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Impulsstromquelle einen oder mehrere Elektrodenstacks mit jeweils drei bis vier parallel arbeitenden Elektroden und mit jeweils einer bis vier Messelektroden auf. Die Elektrodenstacks können hierbei zur Prozessregelung mittels eines (Verstell-)Zylinders während des Schockwellenprozesses nachgestellt werden. Mit anderen Worten ist eine Abstandsanpassung, also eine Veränderung der Abstände zwischen den Elektrodenstacks beziehungsweise den Elektroden, möglich. Dadurch ist eine zuverlässige Entschichtung des Werkstücks beziehungsweise des Werkstückgranulats gewährleistet. Zur Skalierung werden beispielsweise die Anzahl der Impulsstromquellen und/oder der Elektrodenstacks variiert.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Fragmentierungseinheit einen den Zerkleinerungsreaktor aufnehmenden Zerkleinerungscontainer aufweist. Insbesondere sind ein Schallschutz- und/oder eine EMV-Schutz-Kabine der Fragmentierungseinheit in einer Containerbauweise ausgeführt. Dadurch ist ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Fragmentierungseinheit gewährleistet.
Die Zuführung des Werkstücks oder des Werkstückgranulats kann hierbei beispielsweise seitlich oder über ein Dach des Zerkleinerungscontainers erfolgen. Hierzu weist das Dach beispielsweise einen (Einfüll-)Stutzen oder eine Öffnung auf. Geeigneterweise wird das Werkstück hierbei schwerkraftbedingt direkt, also unmittelbar, zu jedem Elektrodenstack, einer Gruppenschaltung aus drei bis vier Hochspannungselektroden, zwischen zwei benachbarte Elektrodenstacks oder zentral in den Zerkleinerungsreaktor positioniert oder zugeführt. Dadurch wird das zu entschichtende Werkstück direkt in den Bereich mit den höchsten Druckgradienten eingebracht, so dass eine zuverlässige Entschichtung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird der elektrohydraulischen Effekts zur Entschichtung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff mittels einer Schockwellenbehandlung verwendet. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder der Vorrichtung sinngemäß auch für die Verwendung und umgekehrt.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks aus galvanisierten Kunststoff in einer ersten Ausführungsform,
2 in perspektivischer Darstellung eine Fragmentierungseinheit der Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
3 in perspektivischer Darstellung eine Fragmentierungseinheit der Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform, und
4 in schematischer Darstellung die Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung 2. Die Vorrichtung 2 ist als eine Aufbereitungsanlage zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks 4 aus galvanisierten Kunststoff ausgeführt. Das in 1 dargestellte Anlagenkonzept ist hierbei beispielsweise für einen automatischen Durchsatz von 100 kg/h Ausgangsmaterial ausgeführt. Dies bedeutet, dass mittels der Vorrichtung 100 kg an Werkstücken 4 pro Stunde automatisch, kontinuierlich oder diskontinuierlich, aufbereitet werden können. Die nachfolgenden Ausführungen sind beispielhaft auf lediglich ein einzelnes Werkstück 4 bezogen.
Das Werkstück 4 ist hierbei insbesondere ein Galvanikabfall oder ein galvanisierter Kunststoff aus ABS-Kunststoff mit einer Beschichtung aus Chrom, Nickel und/oder Kupfer.
Die Vorrichtung 2 weist hierbei sechs Prozess- oder Verfahrensschritte zur Aufbereitung auf. In einem ersten Verfahrensschritt, welcher nachfolgend auch als Vorzerkleinerung 6 bezeichnet ist, wird das Werkstück 4 mittels einer Schneidmühle 8 zu einem Werkstoffgranulat 10 zerkleinert. Dadurch wird eine Homogenisierung des Eingangsmaterials für eine nachfolgende Schockwellenbehandlung realisiert. Das Werkstückgranulat 10 weist hierbei beispielsweise eine durchschnittliche Korngröße kleiner 20 mm auf.
Die Schneidmühle 8 ist beispielsweise für eine Zerkleinerung in ein Werkstückgranulat 10 mit einer durchschnittlichen Korngrößer kleiner 20 mm ausgebildet. Die Schneidmühle 8 weist hierbei beispielsweise zwei Rotormesserreihen zur Zerkleinerung auf.
Das Werkstoffgranulat 10 weist für die weitere Verarbeitung vorzugsweise eine schmale Korngrößenverteilung mit einer oberen Korngrößengrenze und einer unteren Korngrößengrenze auf. In einem zweiten Verfahrensschritt, welcher nachfolgend auch als Siebklassierung 12, bezeichnet ist, wird das Werkstückgranulat 10 daher mittels einer Siebanlage 14 gesiebt. Beispielsweise ist die Siebanlage 14 als ein Linearschwingsieb oder als ein Rundsieb/Taumelsieb ausgebildet. Mittels der Siebanlage 14 werden Grobkörner 16 und Feinkörner 18 aus dem Werkstückgranulat 10 gesiebt oder entfernt. Unter einem Feinkorn 18 ist hierbei ein Granulatpartikel mit einer Korngröße kleiner der unteren Korngrößengrenze, beispielsweise kleiner 1 mm, zu verstehen. Unter einem Grobkorn 16 ist entsprechend ein Granulatpartikel mit einer Korngröße größer der unteren Korngrößengrenze, beispielsweise größer als 10 mm, zu verstehen. Dadurch weist das gesiebte Werkstückgranulat 10' beispielsweise Korngrößenverteilung zwischen 1 mm und 10 mm auf.
Das gesiebte Werkstückgranulat 10' wird in einem als Entschichtung 20 bezeichneten Verfahrensschritt einer Fragmentierungseinheit oder Schockwellenanlage 22 zugeführt.
Die Fragmentierungseinheit 22 ist in der 2 einzeln dargestellt. Die Fragmentierungseinheit 22 ist hierbei zur Entschichtung des Werkstückgranulats 10' mittels des elektrohydraulischen Effekts vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Insbesondere ist die Fragmentierungseinheit 22 für eine kontinuierliche Schockwellenbehandlung mit niedriger Pulsenergie geeignet und eingerichtet.
Die Fragmentierungseinheit 22 weist hierbei einen nicht näher dargestellten Zerkleinerungsreaktor für die Entschichtung des Werkstückgranulats 10' mittels einer Stoßwellenbehandlung auf. Der Zerkleinerungsreaktor weist hierbei einen mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, gefüllten Behälter (Zerkleinerungsbehälter) und mindestens eine Impulsstromquelle auf. Die Impulsstromquelle ist mit mindestens zwei in der Flüssigkeit versenkten Elektroden in den Behälter geführt. Eine der Elektroden ist hierbei beispielsweise als eine Masseelektrode ausgeführt, wobei die andere Elektrode als eine Hochspannungselektrode ausgebildet ist. Die Impulsstromquelle versorgt vorzugsweise drei bis vier (Hochspannungs-)Elektroden auf, welche als Elektrodenstacks angeordnet sind. Die Fragmentierungseinheit 22 weist beispielsweise eine Anzahl von Impulsstromquellen auf, welche wiederrum jeweils einen oder mehrere Elektrodenstacks mit jeweils drei bis vier Hochspannungselektroden versorgen. Die Elektrodenstacks können hierbei zur Prozessregelung mittels eines (Verstell-)Zylinders während des Schockwellenprozesses nachgestellt werden.
Durch eine Variiation der Impulsstromquellen und/oder Hochspannungselektrodenanzahl ist eine einfache und geeignete Skalierung der Fragmentierungseinheit 22 hinsichtlich eines gewünschten Durchsatzes möglich.
Zwischen den Elektroden ist eine Unterwasserfunkenstrecke gebildet, wobei die Elektroden im Betrieb mittels Hochspannungsimpulsen eine Stoßentladung in der Flüssigkeit erzeugen, welche das Werkstückgranulat 10' entschichtet. Das Werkstückgranulat 10' ist hierbei durch die Unterwasserfunkenstrecke geführt.
Die Parameter der Stoßentladung, insbesondere eine Puls- oder Entladungsenergie, der Betrag der Hochspannung zwischen den Elektroden, eine Wiederholfrequenz der Hochspannungsimpulse und/oder die Anordnung der Elektroden, sind bei der Fragmentierungseinheit derart gewählt, dass eine Abtrennung der galvanischen Beschichtung von dem Kunststoff erfolgt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist Hochspannung kleiner 50 kV, wobei die Puls- oder Entladungsenergie der Stoßentladung kleiner 50 J, beispielsweise zwischen 5 J und 50 J, ist.
Der Zerkleinerungsreaktor ist in einem Zerkleinerungscontainer 24 als Schallschutzkapselung eingehaust. Der Schallpegel im Betrieb der Fragmentierungseinheit ist vorzugsweise kleiner als 85 dB(A). Ein Steuerschrank 26, in welchem eine Steuerelektronik, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), für die mindestens eine Impulsstromquelle aufgenommen ist, ist benachbart an dem Zerkleinerungscontainer 24 angeordnet. Die Impulsstromquelle beziehungsweise ein (Impulsstrom-)Generator ist in einem nicht näher gezeigten Generatorschrank aufgenommen, welcher getrennt zu dem Steuerschrank 26 angeordnet ist.
Die Fragmentierungseinheit 22 weist eine als Saugförderer ausgeführte Fördereinrichtung 28 zur Materialzuführung auf, welcher das Werkstückgranulat 10' über eine Rampe zu einer Öffnung im Dach des Zerkleinerungscontainers 24 führt. Geeigneterweise wird das Werkstückgranulat 10' hierbei schwerkraftbedingt direkt, also unmittelbar, zu jedem Elektrodenstack, einer Gruppenschaltung aus drei bis vier Hochspannungselektroden, zwischen zwei benachbarte Elektrodenstacks oder zentral in den Zerkleinerungsreaktor positioniert oder zugeführt. Dadurch wird das zu entschichtende Werkstückgranulat 10' direkt in den Bereich mit den höchsten Druckgradienten eingebracht, so dass eine zuverlässige Entschichtung gewährleistet ist.
In der 3 ist eine zweite Ausführungsform der Fragmentierungseinheit 22' gezeigt. Die Fragmentierungseinheit 22' weist hierbei im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform einen größeren Zerkleinerungscontainer 24' auf. Beispielsweise ist der Zerkleinerungscontainer 24' viermal größer als der Zerkleinerungscontainer 24. In einer denkbaren Dimensionierung ist der Zerkleinerungscontainer 24 als 10-Fuß-Container ausgeführt, wobei der Zerkleinerungscontainer 24' als 40-Fuß-Container ausgeführt ist. Der 10-Fuß-Container weist beispielsweise einen Durchsatz von 100 kg/h auf, wobei der 40-Fuß-Container insbesondere etwa 500 kg/h als Durchsatz aufweist. Die Fragmentierungseinheit 22' weist beispielsweise zwei Steuerschränke 26 auf. Die Fördereinrichtung 28 der Fragmentierungseinheit 22' ist beispielsweise als ein Förderband ausgeführt.
Der Materialaustrag des zerkleinerten Gutes aus der Fragmentierungseinheit 22, 22' kann mittels eines Förderbands oder einer Förderschnecke, einer Wasserspülung, einer Mammutpumpe (Druckluftheber) oder einer Kombination hieraus erfolgen.
Die Fragmentierungseinheit 22 erzeugt als Ausgangsmaterial eine Suspension. Die Suspension setzt sich hierbei aus der Flüssigkeit 30 des Zerkleinerungsreaktors und den entschichteten Bestandteilen 32, 34 des Werkstückgranulats 10' zusammen. Insbesondere weist die Suspension hierbei ein Kunststoffgranulats 32, also ein Granulat der Kunststoffbestandteile, und ein Beschichtungsgranulat 32, also ein Granulat aus Metallfragmenten der Galvanikbeschichtung und Kunststoffpartikel mit einer Restbeschichtung, auf.
Die Suspension wird in einem anschließenden Verfahrensschritt, welcher nachfolgend auch als Trocknung und Entwässerung 36 bezeichnet ist, mittels eines Trockners 38 entwässert und getrocknet. Bei der Entwässerung 36 wird die Flüssigkeit 30 von den festen Bestandteilen 32, 34 getrennt. Vorzugsweise erfolgt hierbei eine Siebung zur Abtrennung eines metallreichen Feinanteils des Beschichtungsgranulats 34, zusätzlich kann bei Bedarf auch ein Waschschritt hinzugefügt werden. Der Feinanteil ist hierbei durch Metallfraktionen 40, also durch metallische Bruchstücke der Galvanikbeschichtung, gebildet, welche eine Partikelgröße kleiner 1 mm aufweisen.
Die nachgelagerte Trocknungs-/Entwässerungsstrecke der Trocknung und Entwässerung 36 weist beispielsweise eine Zentrifuge zur Herstellung einer Restfeuchte kleiner 5 m% auf. Hierzu ist der Trockner 38 beispielsweise als ein Zentrifugaltrockner ausgeführt, welcher mittels einer zentrifugalen Entwässerung die Flüssigkeit 30 von den Bestandteilen 32, 34 trennt. Zweckmäßigerweise weist der Trockner 38 hierbei eine Siebtrommel zur integrierten Abtrennung des Restfeinguts beziehungsweise der Metallfraktionen 40 auf.
Alternativ kann der Trockner 38 auch als ein Entwässerungssieb ausgeführt sein. Der Trockner 38 ist hierbei insbesondere als ein Linearschwingsieb mit drei Segmenten ausgeführt. Das erste Segment weist integrierte Waschdüsen zur Reinigung auf. Im zweiten Segment erfolgen eine Siebung und Vorentwässerung zur Abtrennung aller Partikel kleiner 2 mm. Im dritten Segment werden die Granulate 32, 34 mittels eines Heißluftgebläses getrocknet.
Das dritte Segment zur Heißlufttrocknung kann auch als separates Linearschwingsieb ausgeführt sein. Dies bedeutet, dass die ersten zwei Segmente des Trockners 38 in einen eigenen Schwingsieb zur Vorentwässerung angeordnet und das dritte Segment des Trockners 38 in einem separaten Linearschwingsieb mit Heißlufttrocknung angeordnet sind.
Das Ausgangsmaterial der Trocknung und Entwässerung 36 ist ein heterogenes Gemenge des Kunststoffgranulats 32 und des Beschichtungsgranulats 34. Das Gemenge weist hierbei vorzugsweise eine Restfeuchte kleiner 10 m%, insbesondere kleiner 5 m%, auf.
Die im Zuge der Entwässerung aus dem Trockner 38 abgeführte Flüssigkeit 30 wird vorzugsweise wieder in die Fragmentierungseinheit zurückgeführt. Hierzu durchläuft die Flüssigkeit zunächst eine Abwasseraufbereitung zur Feststoffabscheidung. Hierzu ist ein nicht näher bezeichneter Feststoffabscheider vorgesehen, mittels welchen grobe und feinpartikuläre Bestandteile, wie beispielsweise die Metallfraktion 40, aus der Flüssigkeit abgetrennt werden. Der Feststoffabscheider ist beispielsweise als ein Schrägfilter oder Vakuumbandfilter ausgebildet. Die Flüssigkeit 30 wird entsorgt und mit neuer Flüssigkeit ersetzt, wenn eine Grenzleifähigkeit erreicht wird.
Das getrocknete Gemenge wird mittels eines Magnetscheiders 42 in einem als Abscheidung magnetischer Partikel 44 bezeichneten Verfahrensschritt getrennt in das nicht-magnetische Kunststoffgranulat 32 und das (zumindest teilweise) magnetische Beschichtungsgranulat 34. Mit anderen Worten wird das getrocknete Gemenge in den Magnetscheider 42 gespeist, welcher das Gemenge mittels magnetischer Abscheidung in eine magnetische Fraktion bestehend aus abgelöster Beschichtung und Kunststoffgranulaten mit Restbeschichtung (Beschichtungsgranulat 34) und einer nicht-magnetischen Fraktion des Kunststoffstückgutes (Kunststoffgranulat 32) mit einer Reinheit größer 99 m% trennt.
Der ein- oder mehrstufige Magnetscheider 42 ist hierbei beispielsweise als eine Magnettrommel oder als ein (Über-)Bandmagnet ausgeführt. Der Magnetscheider weist hierbei insbesondere eine Magnetfeldstärke zwischen 3500 G und 20000 G auf. Die Zuführung des Gemenges erfolgt hierbei beispielsweise über eine Vibrationsrinne, wobei eine kontinuierliche Abtrennung magnetischer Partikel wie abgetragener Metallisierung und Granulate mit Restbeschichtung erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt hierbei eine Rückführung von abgetrennten Granulaten mit Restbeschichtung des Beschichtungsgranulats 34 zur Fragmentierungseinheit 22, wobei die metallischen Granulate des Beschichtungsgranulats 34 als Recyclinggut weiter verarbeitbar sind.
Das saubere (nicht magnetische) Kunststoffprodukt oder Kunststoffgranulat 32 weist eine Reinheit größer 99 m%, beispielsweise 99,9 m%, auf. Das Kunststoffgranulat 32 wird anschließend in einem als Abfüllung 46 bezeichneten Verfahrensschritt mit einer Abfüllstation 48 abgefüllt. Insbesondere erfolgt hierbei eine Big-Bag-Abfüllung des Kunststoffgranulats 32.
Die in der 4 gezeigte Vorrichtung 2' entspricht im Wesentlichen der vorstehend beschriebenen Ausführung, wobei zusätzlich eine Aufgabestation 50 zur Materialaufgabe 52 des Werkstücks 4 vorgesehen ist, welche der Vorzerkleinerung 6 vorgeschaltet ist.
Die Vorrichtung 2' weist weiterhin eine optionale Abwasseraufbereitung 54 zur Prozesswasseraufbereitung 56 auf, welche die gelösten Bestandteile aus der Flüssigkeit 30 des Trockners 38 abscheidet und eine aufbereitete oder gereinigte Flüssigkeit 30' dadurch einleitfähig macht. Die Flüssigkeit 30' wird hierbei in die Fragmentierungseinheit 22, 22' zurückgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2, 2': Vorrichtung
4: Werkstück
6: Vorzerkleinerung
8: Schneidmühle
10, 10': Werkstückgranulat
12: Siebklassierung
14: Siebanlage
16: Grobkorn
18: Feinkorn
20: Entschichtung
22: Fragmentierungseinheit
24, 24': Zerkleinerungscontainer
26: Steuerschrank
28: Fördereinrichtung
30, 30': Flüssigkeit
32: Kunststoffgranulat
34: Beschichtungsgranulat
36: Trocknung und Entwässerung
38: Trockner
40: Metallfraktion
42: Magnetscheider
44: Abscheidung magnetischer Partikel
46: Abfüllung
48: Abfüllstation
50: Aufgabestation
52: Materialaufgabe
54: Abwasseraufbereitung
56: Prozesswasseraufbereitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10237960 A1 [0005]
EP 2771120 B1 [0006]
WO 2017037129 A1 [0007]
WO 2019234109 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks (4) aus galvanisierten Kunststoff, - wobei das Werkstück (4) mittels einer Fragmentierungseinheit (22) unter Anwendung des elektrohydraulischen Effekts zu einer Suspension mit einem Kunststoffgranulat (32) und mit einem Beschichtungsgranulat (34) entschichtet wird, - wobei die Suspension entwässert wird, und - wobei mittels eines Magnetscheiders (42) das Kunststoffgranulat (32) von dem Beschichtungsgranulat (34) durch magnetische Abscheidung separiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgranulat (32) einen Reinheitsgrad aufweist, welcher ausreichend für eine direkte Rückführung oder einen direkter Wiedereinsatz in der Produktion von galvanisierten Kunststoffen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgranulat (32) eine Reinheit größer als 99 m% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) vor einer Zuführung in die Fragmentierungseinheit (22) zu einem Werkstückgranulat (10) zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (30, 30') der Suspension im Zuge der Entwässerung (36) in die Fragmentierungseinheit (22) zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren automatisch durchgeführt wird.
Vorrichtung (2, 2') zur recyclingtechnischen Aufbereitung eines Werkstücks (4) aus galvanisierten Kunststoff, aufweisend - eine Fragmentierungseinheit (22, 22') zur elektrohydraulischen Entschichtung des Werkstücks (4), - einen Trockner (38) zur Entwässerung einer aus der Fragmentierungseinheit (22, 22') kommenden Suspension mit einem Kunststoffgranulat (32) und mit einem Beschichtungsgranulat (34), und - einen Magnetscheider (42) zur magnetischen Abscheidung des Kunststoffgranulats (32) von dem Beschichtungsgranulat (34).
Vorrichtung (2, 2') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die Fragmentierungseinheit (22, 22') einen Zerkleinerungsreaktor mit einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter und mit einer Impulsstromquelle mit mindestens zwei in der Flüssigkeit versenkten Elektroden aufweist, zwischen denen eine Unterwasserfunkenstrecke gebildet ist, und welche mittels Hochspannungsimpulsen eine Stoßentladung in der Flüssigkeit erzeugen, und - dass das Werkstück (4) durch die Unterwasserfunkenstrecke geführt ist.
Vorrichtung (2, 2') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsstromquelle mindestens einen Elektrodenstack mit drei bis vier Elektroden aufweist.
Vorrichtung (2, 2') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Impulsstromquellen und/oder die Anzahl der Elektrodenstacks skalierbar ist.
Vorrichtung (2, 2') nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Puls- oder Entladungsenergie der Stoßentladung kleiner 50 J bei einer Hochspannung kleiner 50 kV ist.
Vorrichtung (2, 2') nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fragmentierungseinheit (22, 22') einen den Zerkleinerungsreaktor aufnehmenden Zerkleinerungscontainer (24, 24') aufweist.
Vorrichtung (2, 2') nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) über ein Dach des Zerkleinerungscontainers (24, 24') derart zugeführt ist, dass das Werkstück (4) schwerkraftbedingt direkt vor den Elektroden des Zerkleinerungsreaktors positioniert wird.
Verwendung des elektrohydraulischen Effekts zur Entschichtung eines Werkstücks (4) aus galvanisierten Kunststoff mittels einer Schockwellenbehandlung.