DE19507513A1 - Verfahren zur Verwertung von gemischten Kabelabfällen zu sortenreinen Metall- und Kunststofffraktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wieder- oder Weiter­ verarbeitung von Altprodukten aus Verbünden unterschiedlicher Werkstoffe zu neuen Fertigteilen oder Halbzeugen. Bei dem Ver­ fahren handelt es sich um ein Recycling von Kabelabfällen, die zunächst durch eine Verbundtrennung in ihre Bestandteile zer­ legt und anschließend zu sortenreinen Werkstofffraktionen sor­ tiert werden.

Die in der Praxis existierenden Recyclingverfahren setzen meist eine mechanische Zerkleinerung voraus. Die Kabelabfälle werden hierzu mit Hilfe von Schreddern und Mühlen fein zerkleinert und über Rüttelsiebe, Windsichter, Spültische, etc. in eine Metall- und Kunststofffraktion sortiert. Bei einem weiteren Verfahren, das in erster Linie für Kabelbäume aus dem Kfz-Bereich einge­ setzt werden soll, wird eine bestimmte Kunststoffsorte mittels eines Lösungsmittels gequollen. Durch das Quellen kann der Kunststoff bei geringer mechanischer Beanspruchung von den Me­ talleitern abgelöst werden. Eine Zerkleinerung der Kabel ist hierzu nicht notwendig. Mit dem Verfahren besteht die Möglich­ keit, sortenreine Kunststofffraktionen zurückzugewinnen.

Verfahren, die mit einer Feinzerkleinerung der Kabel arbeiten, haben den Nachteil, daß sie große Energiemengen benötigen und einen hohen Instandsetzungsaufwand durch das Nachschleifen von Schneidmessern der Mühlen und Schredder verursachen. Außerdem können bei diesen Verfahren lediglich mehr oder minder sorten­ reine Metallfraktionen zurückgewonnen werden. Die verschiedenen Kunststoffe werden gemeinsam in einer Leichtfraktion angerei­ chert, so daß nur ein Kunststoffrezyklat minderer Qualität er­ reicht wird, für das meist keine Absatzmärkte gefunden wird. Hinzu kommt, daß durch den metallischen Feinstaub, der beim Mahlen der Altkabel entsteht, der polymere Abbau beschleunigt wird, und damit die Qualität des Kunststoffrezyklats weiter ab­ nimmt. Der überwiegende Teil dieser Kunststoffrezyklate muß da­ her auf einer Deponie entsorgt werden. Das Verfahren, das mit dem Quellen einer bestimmten Kunststoffsorte arbeitet, hat ge­ genüber den mechanischen Verfahren zwar entscheidende Vorteile im Hinblick auf die Rezyklatqualität, ist aber wegen des hohen Energieverbrauchs bei der Lösungsmittelrückgewinnung ähnlich umweltbelastend und kostenintensiv.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, nach der eine Recyc­ linganlage gebaut werden kann, die eine energetisch und wirt­ schaftlich günstige Aufbereitung von Altkabeln ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß An­ spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kabelabfälle grob vorzerkleinert und dann durch Quetschen oder Pressen derart me­ chanisch vorbehandelt, daß der Werkstoffverbund teilweise auf­ gelöst wird. Eine Erwärmung der Kabelabfälle nach der Vorzer­ kleinerung erleichtert die mechanische Vorbehandlung und unter­ stützt die Einleitung der Verbundtrennung in diesem Stadium. Mit Hilfe einer gezielten Materialerwärmung erreicht man im weiteren Verlauf des Verfahrens eine Fraktionierung der Kunst­ stoffkomponenten. Anschließend werden die Kabelstücke in eine Flüssigkeit gegeben und in einem Rührwerk oder Mischer in ihre Werkstoffkomponenten (Metalle und Kunststoffe) getrennt. Durch die Bewegung des Gemisches erhält man eine Fraktionierung der unterschiedlichen Komponenten. Das Verfahren erlaubt eine mate­ rialschonende und energiearme Aufbereitung von Kabelabfällen. Die Kunststoffe der Kabelabfälle können sortenrein zurückgewon­ nen und zu hochwertigen Rezyklaten aufbereitet werden. Durch den Verzicht auf Feinzerkleinerung mittels Mühlen entsteht kein Metallstaub und damit auch nur eine geringe Schädigung des Kunststoffs durch polymeren Abbau. Der weitestgehende Verzicht auf den Einsatz von Lösungsmitteln ermöglicht eine kostengün­ stige Kabelaufbereitung, da der Aufwand für die Lösungsmittel­ rückgewinnung nicht anfällt bzw. sehr gering ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß beim Aufbereitungsprozeß ein hohes Maß an mechanischer Zerkleinerung sowie eine zu starke Flüssigkeitsaufnahme durch die Kunststofffraktionen ver­ mieden wird. Die weiterhin mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß keine Feinzerkleinerung der Altkabel und kein Lösungsmitteleinsatz erforderlich ist. Sollte als Zusatz­ maßnahme für die Verbundtrennung dennoch ein Lösungsmittel ein­ gesetzt werden, sind schon geringe Lösungsmittelkonzentrationen im Kunststoff ausreichend. Durch die Möglichkeit, eine Aufbe­ reitung ohne Feinzerkleinerung durchführen zu können, verhin­ dert man den sonst vorherrschenden Metallverlust durch die Bil­ dung von Feinstaub. Außerdem umgeht man damit die Verunreini­ gung der Kunststoffmaterialien durch Metallstaub mit seinen kunststoffschädigenden Eigenschaften.

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß man sortenreine Kunststoffe zurückgewinnen kann. Dies ist von großer Bedeutung, da nur sortenreine Kunststoffe ein qualitativ hochwertiges Eigenschaftsniveau besitzen. Gegen­ über dem Verfahren, das mit hohen Lösungsmittelkonzentrationen im Kunststoff arbeitet, hat das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren den entscheidenden Vorteil, daß der enorme Energie­ verbrauch bei der Lösungsmittelrückgewinnung nicht anfällt. Sollte dennoch, wie oben erwähnt, Lösungsmittel eingesetzt wer­ den, dann nur in geringen Mengen. Außerdem ist die Quellzeit durch die mechanische Vorbehandlung deutlich verkürzt, so daß das Lösungsmittel nur in die äußeren Schichten der Kunststoff­ isolationen eindiffundiert, wo es bei der Lösungsmittelrückge­ winnung mit geringerem energetischem Aufwand wieder verdampft werden kann.

Die Altkabel werden zunächst durch eine Wärmebehandlung er­ weicht und dann flach gepreßt oder gequetscht. Die metallischen Leiter wirken dabei als Scherelemente, die die Isolations­ schichten aufbrechen bzw. zerschneiden, so daß anschließend be­ reits durch geringe mechanische Beanspruchung eine vollständige Verbundtrennung erzielt werden kann. Die Erwärmung der Kabel­ stücke dient einerseits zur Erleichterung des Quetsch- bzw. Preßvorgangs durch Erweichung der Isolationsschichten. Ande­ rerseits kann durch die Erwärmung der Kabelstücke auf eine be­ stimmte Temperatur, bei der nur eine Kunststoffsorte in den weichelastischen Bereich geführt werden kann, die Verbundtren­ nung auf einen Kabeltyp mit einem Kunststoffmantel einer be­ stimmten Kunststoffsorte beschränkt werden. Dazu müssen Materi­ alvorbehandlung und Verbundtrennung bei den beschriebenen Tem­ peraturen durchgeführt werden. Da der überwiegende Teil der Altkabel PVC-Isolationen aufweist und dieses Weich-PVC schon bei Temperaturen ab ca. 90°C weichelastisch wird, kann in ei­ nem ersten Recyclingschritt nach der Verbundtrennung dieses Ka­ belanteils mit Hilfe einer Dichtetrennung eine sortenreine PVC- Fraktion aus dem Werkstoffgemisch aussortiert werden.

Für die Materialerwärmung können verschiedene Methoden gewählt werden. Die Erwärmung kann über Flüssigkeiten, Gase oder Strah­ lung erreicht werden. Zur Abtrennung des PVC-Anteils aus Altka­ beln kann als Wärmeträger und Trennmedium bei der Dichtetren­ nung heißes Wasser verwendet werden. Eine weitere Methode ist das Erwärmen der Metallteile durch energiereiche Strahlung. An­ schließend können die Kabelstücke z. B. in einer Presse mit er­ wärmten Platten gepreßt werden. Dadurch wird erreicht, daß die Metallteile durch thermoplastische Isolationsschichten ge­ schweißt werden. Gummiisolierte Kabel werden dabei nicht ge­ trennt und können so anschließend durch eine Dichtetrennung aus dem Werkstoffgemisch sortiert werden. Bei Einstellung einer be­ stimmten Temperatur kann die Verbundtrennung auch bei dieser Methode auf Kabel mit einer bestimmten Kunststoffsorte be­ schränkt werden.

Der Einsatz von Lösungsmitteln, die nur eine bestimmte Kunst­ stoffsorte quellen, kann den Effekt zur Beschränkung der Ver­ bundtrennung auf einen Kabeltyp mit einem bestimmten Isolati­ onsmantelmaterial verstärken, ist jedoch nicht zwingend erfor­ derlich. Die mechanische Beanspruchung zur vollständigen Ver­ bundtrennung kann mit Hilfe eines Rührwerks oder Mischers auf­ gebracht werden. Zur Verbesserung der Beweglichkeit der Kabel­ stücke in Rührwerk oder Mischer und zur Unterstützung der Frak­ tionierung wird eine Flüssigkeit als Trägermedium eingesetzt. Die Fraktionierung der verschiedenen Werkstoffkomponenten er­ folgt unter Ausnutzung der Dichteunterschiede. Durch Bewegung der Kabelfragmente in der Flüssigkeit schwimmen leichtere Teile auf und schwerere setzen sich auf dem Grund des Flüssigkeitsbe­ hälters (Rührwerk oder Mischer) ab.

Bei Verwendung von Lösungsmitteln reichen bereits geringe Lö­ sungsmittelkonzentrationen im Kunststoff aus, um eine Ver­ bundtrennung zu realisieren. Aufgrund der Schwachstellenbildung in den Isolationsschichten bei der vorangestellten mechanischen Vorbehandlung ist nur eine geringe Lösungsmittelaufnahme erfor­ derlich, um die Verbundtrennung zu bewerkstelligen, die durch die endgültige Durchtrennung der Schwachstellen erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren eignet sich ins­ besondere für die Aufbereitung von Kabeln mittlerer und größe­ rer Leitungsdurchmesser, wie sie häufig bei Endloskabeln anzu­ treffen sind. Bei diesen Kabeln bestehen die Isolationsschich­ ten meist aus Weich-PVC. Ziel des Verfahrens dieses Ausfüh­ rungsbeispiels ist deshalb die sortenreine Rückgewinnung der Metall- und PVC-Fraktion. Der Verfahrensablauf ist in Fig. 1 wiedergegeben. Demnach werden die Kabelabfälle mit Hilfe eines Zwei- oder Dreiwellen-Schredders 10 zunächst auf eine Länge von ca. 2 cm gekürzt und anschließend in einem Wasserbad 12 im Rahmen einer kontinuierlichen Materialvorwärmung 14 auf eine Temperatur von ca. 90°C erwärmt. In erwärmtem Zustand werden die Kabelstücke über mehrere Walzwerke 16 solange gequetscht, bis die Isolationsschichten durchtrennt werden. Die vorbehan­ delten Kabelstücke gelangen dann unmittelbar in einen Mischer 18, der ebenfalls mit heißem Wasser gefüllt ist. Durch das Mischwerk wird eine Verbundtrennung der mit PVC ummantelten Ka­ bel erreicht. Da das gesamte Gemisch (Kabel und Wasser) in Ro­ tation versetzt wird, setzen sich die Metallteile nach unten ab, und die leichteren Kunststoffteile schwimmen auf. Die Me­ tallteile werden über einen Bodenauslaß 20 und die Kunststoff­ teile über eine Überlaufrinne 22 im oberen Bereich des Mischers 18 ausgetragen. Nicht abgelöste Kabelstücke mit einem Isolati­ onsmantel aus Gummi oder PE verbleiben im Mischer. Erreicht die Menge dieser Kabelstücke ein bestimmtes Maß, wird der gesamte Mischer entleert. Die Kunststofffraktionen werden anschließend in einer Zentrifuge 24 vorgetrocknet und in einen Entgasungsex­ truder 26 mit Materialansaugung überführt, in dem die Kunst­ stoffe von Lösungsmittelresten befreit werden. Anschließend werden die getrockneten und entgasten Kunststoffteile granu­ liert. Auf diese Weise können hochwertige Granulate bestimmter Kunststoffsorten erhalten werden.

Claims (17)

1. Verfahren zur Verwertung von gemischten Kabelabfällen zu sortenreinen Metall- und Kunststofffraktionen dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelabfälle zunächst auf eine bestimmte Länge gekürzt (10), und erwärmt (12, 14) oder nicht erwärmt einer mechanischen Vorbehandlung (16) unterzogen werden, bei der die Isolations­ schichten durch Quetschen, Pressen oder eine andere Art von Krafteinwirkung aufbrechen. Die vorbehandelten Kabelabfälle werden dann in eine Flüssigkeit gegeben und unter erneuter me­ chanischer Beanspruchung, durch Aufbringen von Scherkräften, z. B. mit Hilfe eines Rührwerkes (18), in ihre Komponenten zer­ legt. Um eine Entmischung der Werkstoffkomponenten zu errei­ chen, werden die Partikel der Kabelstücke in der Flüssigkeit bewegt und aus der Bewegung heraus sortenrein abgetrennt (20, 22).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abfälle von Endloskabel, je nach Komplexität ihres Aufbaus und ihrer werkstofflichen Zusammensetzung, auf eine bestimmte Länge zwischen ca. 1 cm und 10 cm geschnitten werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzerkleinerten Kabelstücke erwärmt (12, 14) werden, um ein Erweichen der Kunststoffbestandteile zu erreichen, damit die nachfolgende mechanische Vorbehandlung erleichtert und das Aufbrechen der Isolationsschichten unterstützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Bestandteile der vorzerkleinerten Kabel­ stücke mit Hilfe von Mikrowellen oder sonstiger energiereicher Strahlung auf eine bestimmte Temperatur (Erweichungstemperatur einer bestimmten Kunststoffsorte) erwärmt werden, um sie durch Pressen oder Quetschen dich die Isolationsschichten einer be­ stimmten Kunststoffsorte drücken zu können, und dadurch an­ schließend die Sortierung einer bestimmten Kunststoffsorte aus dem Kunststoffgemisch zu ermöglichen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die polaren Kunststoffbestandteile der Isolationsschichten (z. B. PVC) durch eine hochfrequente Strahlung angeregt und da­ durch erwärmt bzw. erweicht werden, um eine Verbundtrennung von Kabeln einer bestimmten Kunststoffsorte durchführen zu können.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelstücke durch Pressen oder Quetschen, z. B. mit Hilfe eines Walzenpaares 16 derart beansprucht werden, daß die innen­ liegenden Metalleiter als Scherelemente wirken und ein Auftren­ nen der Isolationsschichten verursachen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kabelstücke mit unterschiedlichem Durchmesser an einem Ende auf die gleiche Stärke flach gepreßt und/oder in eine Quetschvorrichtung (16) eingeführt und dann vollständig flach gepreßt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Quetschvorgang mit den nicht ausreichend gepreßten Ka­ belstücken mehrfach wiederholt wird, bis alle Isolationsschich­ ten durchtrennt sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einem Lösungsmittel oder heißem Wasser oder einer anderen reaktiven Flüssigkeit besteht, die die durch die mechanische Vorbehandlung aufgebrachten Schwachstellen ver­ stärkt und dadurch eine vorzeitige Verbundtrennung ermöglicht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einem Lösungsmittel besteht, in dem ein bestimmter Kunststoff der vorbehandelten Kabelstücke aufquillt bzw. angelöst wird, und dadurch die Verbundtrennung auf einen Teil der Kabelabfälle mit einem bestimmten Isolationskunststoff beschränkt wird, was im Vergleich zu den anderen Kunststoffsor­ ten des Werkstoffverbunds zu einer Verbundtrennung bei geringe­ rer mechanischer Beanspruchung führt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit auf eine definierte Temperatur erwärmt wird, bei der ein bestimmter Kunststoff der vorbehandelten Ka­ belstücke erweicht, um dadurch die Verbundtrennung auf einen Teil der Kabelabfälle mit einem bestimmten Isolationskunststoff zu beschränken, wodurch im Vergleich zu den anderen Kunst­ stoffsorten des Werkstoffverbunds eine Verbundtrennung bei ge­ ringerer mechanischer Beanspruchung erreicht wird.

12. Verfahren nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelfragmente nach der Verbundtrennung in der Flüssig­ keit bewegt werden, um eine Fraktionierung der unterschiedli­ chen Komponenten in eine Metall-, Kunststoff- und eine Fraktion mit ungelösten Kabeln zu erlangen.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Werkstofffraktionen, die durch ihre un­ terschiedliche Dichte aufschwimmen (abgelöste Kunststoffe) bzw. absinken (reine Metalle) aus der Bewegung heraus aus dem Werk­ stoff-Flüssigkeits-Gemisch entfernt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Werkstoff-Flüssigkeits-Gemisch kontinuierlich Kabel­ stücke zugeführt, sortenreine Kunststoff- und Metallteile ent­ nommen und ungelöste Kabelverbunde in der Flüssigkeit angerei­ chert werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Werkstoff-Flüssigkeits-Gemisch abgetrennten sortenreinen Kunststoffteile, z. B. mittels einer Presse oder Zentrifuge (24), mechanisch vorgetrocknet werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten sortenreinen Kunststoffteile mit oder ohne Vortrocknung einem Entgasungsextruder (26) oder einem Extruder ohne Entgasungszone zugeführt und zu einem Halbzeug (z. B. Gra­ nulat, Profil) oder Fertigprodukt (Bodenplatte) verarbeitet werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelstücke nach der mechanischen Vorbehandlung mit Hilfe eines entsprechenden Lösungsmittels gequollen werden, so daß die durch das Pressen oder Quetschen in den Isolations­ schichten entstandenen Schwachstellen weiter verstärkt werden und die anschließende mechanische Verbundtrennung erleichtert wird.