DE19510865A1 - Verfahren zur Herstellung von Wertstoffen aus einem Altpapier-Restgemisch (Reject) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren von Wertstoffen, wie Baumaterialien, Verpackungsmaterialien oder Filtermaterialien aus einem Altpapier-Restgemisch (Reject).

Die Verwendung von Altpapier in einer aufbereiteten Form für sich selbst oder als Zusatz zu anderen Produkten ist be­ kannt. So wird in einer Reihe von Patentanmeldungen die Her­ stellung von biologisch unbedenklichen Produkten durch Zumi­ schung von Altpapier als Strukturkörper zu Zement, Gips, Kalk­ sandstein und ähnlichem beschrieben (DE 36 11 080; DE 35 23 115; DE 37 20 134; DE 37 34 792; US 4 123 489) mit dem Vorteil erhöhter Biegefestigkeit und der Verwertung billigen Rohstof­ fes. Nachteilig für viele Einsatzgebiete ist die erreichte hohe Dichte des Endproduktes, die es z. B. als Dämm- und Iso­ lierstoff oder als Füllmaterial schlecht geeignet macht.

In der US-A-4 123 489 wird eine Methode zur Konservierung von Altpapier in verwertbare Formen detailliert beschrieben. Es kann sowohl gehacktes als auch gemahlenes Altpapier ver­ wendet werden. Die Endprodukte finden als Pflanzenmulchmateri­ al, Dünger, Brennstoff, Tierfutter und Aggregationshilfsmittel Anwendung. Als plastifizierbare Zuschlagstoffe werden Futter­ pflanzen, die für die Tierernährung eingesetzt werden, ver­ wendet.

In der DE 38 33 178 ist ein Papierschaumgranulat be­ schrieben, das durch Extrusion von Altpapier und Biopolymeren, wie Stärke, Stärkederivate, Dextrine, Zellulosederivate, tie­ rische und pflanzliche Proteine, pflanzlicher Gummi, syntheti­ sche Hydrokolloide sowie Getreide- oder Knollenmehl, versetzt mit Düngekonzentrat, hergestellt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die zu kurze Verweilzeit im Boden und vor allem der rapide Strukturverlust.

Allen Methoden ist gemeinsam, daß bisher für die Verar­ beitung von Altpapier nur artenreine Chargen verwendet und expandierfähige Stoffe zugesetzt wurden, wenn anschließend extrudiert wurde.

Der Erfindung liegt die neue Aufgabe zugrunde, das bei der Aufarbeitung von gesammeltem Altpapier anfallende, bereits von Zellulose weitgehend abgereicherte Rückstandsmaterial bzw. Altpapier-Restgemisch (Reject) zu Wertstoffen zu verarbeiten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Herstel­ lungsverfahren gelöst, bei dem ein zerkleinertes, aus Papier, plastikbeschichteten Pappen und aluminiumfoligen Kartonen bestehendes Reject

• a) mit einer Kulturlösung mit cellulytischer und hemicellulytischer Aktivität kultiviert, anschließend von den festen Bestandteilen abgetrennt, und das flüssige oder halb­ flüssige Produkt in einem Extruder bei Temperaturen im Bereich von 110 bis 200°C extrudiert wird; oder
• b) mit einem Hydrophilierungsmittel hydrophiliert und mit Tonen und/oder Mineralien und/oder Gläsern vermischt wird und die Mischung bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1000°C gesintert wird unter gleichzeitiger Vergasung oder Verko­ kung; oder
• c) mit einem Hydrophilierungsmittel hydrophiliert und homoge­ nisiert wird, und unter Zusatz von Hydrophobierungsmitteln und/oder bioziden Mitteln zu einem Granulat verarbeitet wird;

und das hergestellte extrudierte, gesinterte oder granulierte Produkt direkt als Wertstoff verwendet oder nach weiterer Formgebung in einen weiterverwendbaren Wertstoff umgewandelt wird.

Das bei dem vorliegenden Verfahren eingesetzte Ausgangs­ gemisch ist ein Restgemisch, das in Papierfabriken beim Recycling von unsortiertem Altpapier aus Industrie und Haus­ halten anfällt. Derartiges Altpapier liegt zum überwiegenden Teil als Gemisch von Papier, plastikbeschichteten Pappen/Papieren und mit Aluminiumfolie beschichteten Kartonen (Milchbehälter, Saftbehälter) vor, die beim Recycling bis auf einen Restgehalt von 20 bis 25% Zellulose in der Papierfabrik aufgearbeitet werden. Das in der Papierfabrik anfallende Rest­ gemisch aus Zellulose, Kunststoffbestandteilen (teilweise noch am Papier haftend) und Aluminiumbestandteilen (teilweise noch am Karton haften), das insgesamt auch als "Reject" bezeichnet wird, wird gegenwärtig auf Deponien verbracht. Eine Verbren­ nung würde durch das Vorhandensein halogenhaltiger Kohlenwas­ serstoffe eine aufwendige Abluftreinigung zur Vermeidung von Dioxinemissionen erfordern.

Eine vollständige Kompostierung dieses Rejects ist durch die eingeschränkte bzw. unmögliche Abbaubarkeit von Plastik- und Aluminiumbestandteilen ausgeschlossen.

Das oben genannte neue Verfahren läßt erstmals die voll­ ständige Aufarbeitung dieses Rejectes zu, indem recyclefähige oder biologisch abbaubare Wertstoffe für unterschiedliche Anwendungszwecke damit hergestellt werden.

Bei der Verfahrensvariante a) wird das Reject, das in wasserhaltiger Form vorliegen kann, zuerst mit einer Kultur­ lösung mit cellulytischer oder hemicellulytischer Aktivität behandelt. Die dafür einzusetzenden Stämme, z. B. von Pilzen, können beliebige von den für diesen Zweck bekannten Stämmen sein. Die Kultivierung erfolgt bei 15 bis 35°C unter Rühren in einem Zeitraum von 2 bis 150 Stunden, wobei die Dauer von verschiedenen Faktoren wie Zellulosegehalt, Temperatur, Art des Stammes oder Stammgemisches usw. abhängt. Auch ein eventueller Zusatz einer Stickstoffquelle beeinflußt die Zeit­ dauer.

Danach werden die festen Bestandteile abgetrennt, bei­ spielsweise mittels einer Filterpresse, und das flüssige oder halbflüssige Filtrat wurde extrudiert. Es kann ein beliebiges Extruderverfahren gewählt werden, wenn gewährleistet wird, daß das Wasser während der Extrudierung verdampft und die ge­ wünschte Produktform anfällt (z. B. Schneckenextruder, Spritz­ guß-Extruder, By-pass-Extruder). Das Endprodukt ist vorzugs­ weise ein granuliertes Produkt, damit eine Weiterverarbeitung zu geformten Produkten, wie Füll- und Polstermaterial, Leicht­ baustein usw., vereinfacht wird.

Überraschenderweise ist das durch den mikrobiologischen Abbau gebildete Produkt so expansionsfähig, daß ein Zusatz von Expansionsmittel beim nachfolgenden Extrudieren nicht erfor­ derlich ist. In Abhängigkeit von dem herzustellenen Endprodukt kann dadurch die mikrobiologische Reaktion an einer Stufe angehalten werden, wo noch genügend Zellulosefaserstruktur vorhanden ist, andererseits bereits genügend expandierfähiges Material zur Gewährleistung der Extrusionsfähigkeit gebildet ist. Je nach Reaktionsführung und damit Zusammensetzung der Pulpe bezüglich dieses Verhältnisses (Zellulose/expandierfähi­ ger Anteil) können unterschiedliche Eigenschaften der Extruda­ te hinsichtlich Festigkeit, Dichte, Wärmeleitfähigkeit und ähnliches eingestellt werden.

Weiterhin kann durch Zusatz von beispielsweise Hydropho­ bierungsmitteln wie Natron- oder Kaliwasserglas vor oder wäh­ rend der Extrudierung das Wasseraufnahmeverhalten und das Quellverhalten des Extrudates reguliert werden. Zusätzlich können auch Sporenpräparate von Mikroorganismen mit antagoni­ stischer (antifungaler, antibakterieller, antiviraler) Wirkung die Stabilität gegenüber Mikroorganismenbefall sichern.

Das Extrudat kann mit mineralischen Erden vermischt wer­ den zur Herstellung von Baustoffen in unterschiedlichen For­ men, wie Ziegeln und Platten mit guten Wärmedämmeigenschaften. Das Extrudat wird auch direkt als Mulchmaterial oder als Dün­ gemittelträger eingesetzt sowie als Adsorbenz zur Abluftreini­ gung.

Das nach der Kultivierung abgetrennte feste Produkt be­ steht im wesentlichen aus Kunststoff- und Aluminiumbestand­ teilen. Nach Abtrennung der Aluminiumanteile können diese wieder in den Stoffkreislauf eingeführt werden. Die Kunst­ stoffanteile können nach bekannten Verfahren zur Verarbeitung von Recyclingkunststoffen weiterverarbeitet werden.

Besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist es, daß als Hauptprodukt ein Produkt anfällt, das im wesentlichen Altpapier ist und das damit biologisch abbaubar bzw. recycle­ fähig und schadstofffrei ist. Der Wegfall von gesondert zuzusetzenden Expansionsmitteln durch Steuerung des o.g. Ver­ hältnisses bei der mikrobiologischen Reaktion ermöglicht ein fremdstofffreies Produkt.

Bei der Verfahrensvariante b) wird das Reject mit einem Hydrophilierungsmittel und gegebenenfalls mit bakterien- und pilzwachstumshemmenden Mitteln vermischt, zerkleinert und anschließend mit Tonen und/oder Mineralien und/oder Gläsern vermischt und unter Luftabschluß gesintert.

Es können verschiedene Tone unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung eingesetzt werden, die aus verschiedenen Tonmineralien, Quarz, Phyllosilicaten wie z. B. Glimmer, Feld­ späten und Carbonat-Mineralien bestehen. Die Auswahl der Tone wird im wesentlichen von den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes und der Verarbeitbarkeit mit dem Reject bei der Sinterung bestimmt.

Als zu sinternde Mineralien können ebenfalls in Abhängig­ keit von den Eigenschaften der Endprodukte und der Verarbeit­ barkeit mit dem Reject insbesondere silicatische Mineralien ausgewählt werden aber auch Oxide, Hydroxide oder Carbonat sowie gegebenenfalls auch Schlacken sind einsetzbar, sofern sie keine für das Endprodukt unerwünschte Bestandteile auf­ weisen.

Es können auch Gläser, z. B. gemahlenes Altglas zur Sinte­ rung mit dem Reject verwendet werden, um z. B., Schaumglas herzustellen. Ein Gemisch eines Tones mit einem Glas ist vorteilhaft zu sintern.

Mit der Sinterung und der dabei unter Luftabschluß erfol­ genden Vergasung bzw. Verkokung der Papier- und Kunststoff­ anteile wird, im Falle von Ton, eine hochporöse Keramik erhal­ ten, die sich besonders für den Einsatz als Baustoff, Dämm­ stoff oder Adsorptionsfilterstoff eignet.

Als Tone werden z. B. solche eingesetzt mit der Zusammen­ setzung 50-70% SiO₂, 11-22% Al₂O₃, 0,2-6% MgO/CaO, 0,5-5% Na₂O/K₂O und einem Glühverlust von 12%.

Die Sinterung erfolgt bei Temperaturen im Bereich von 600 bis 1000°C, insbesondere im Bereich von 700 bis 950°C, wobei die Temperaturen entsprechend dem eingesetzten Ton, Mineral und/oder Glas so gewählt werden, daß Festkörperreaktionen noch keine wesentliche Rolle spielen.

Die bei der Verfahrensvariante b) erhaltenen Produkte weisen durch ihre spezielle porige Struktur eine große innere Oberfläche auf und eigenen sich dadurch insbesondere als Dämm­ bzw. Filtermaterialien.

Bei der Verfahrensvariante c) wird das Reject mit einem Hydrophilierungsmittel behandelt und homogenisiert. Danach wird gegebenenfalls ein weiteres zellulosehaltiges Abfallpro­ dukt wie z. B. kleinteiliges Abfallholz zugesetzt. Im Anschluß daran erfolgt die Zugabe eines Hydrophobierungsmittels und eines bioziden Mittels, und das Produkt wird in Form eines Granulates oder als Platte getrocknet, um z. B. als Dämmaterial eingesetzt zu werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß dieses Material keine Microfaserstrukturen enthält und somit gegenüber Mineralwolle physiologisch unbedenklich ist. Auch der Zusatz von strukturbeeinflussenden Mitteln, wie bestimmten Bindemittelharzen, ist nicht erforderlich, da das Material in sich eine ausreichende Bindungskraft aufweist, die durch den Zusatz des weiteren zellulosehaltigen Abfallproduktes genauer eingestellt werden kann. Überraschenderweise werden trotz der vorhandenen Al-Anteile sehr gute Wärmedämmwerte erhalten.

Die vorliegende Erfindung stellt aus einem Deponieprodukt Wertstoffe her, die unmittelbar eingesetzt oder durch formge­ bende Bearbeitungsverfahren oder Vermischen mit bekannten Materialien wie Ton oder mit Baustoffen wie Lehm zu wertvollen Produkten verarbeitet werden können. Sie stellen z. B. als Granulat Alternativlösungen zu Styropor®, Perlite®, Isoflock®, Blähton oder Agroverm® dar und können in den für diese bekann­ ten Stoffe üblichen Applikationsgebieten eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

5 kg eines Rejectes, bestehend aus 22% Zellulose, 26% Kunststoffolienresten, 9% Aluminiumfolienresten und Wasser wurden in einem Pilznährmedium (modifizierte Czapek-Dox-Lö­ sung, bestehend aus Natriumnitrat, Dikaliumhydrogenphosphat, Kaliumchlorid, Magnesiumphosphat, Eisen(II)sulfat, Wasser) kultiviert worden war, unter Zusatz von Natriumnitrat bei 33°C bis 35°C über 12 Stunden unter Rühren gehalten.

Danach wurde das Gemisch auf ein Filtersieb gegeben, und das erhaltene Siebdurchgang nach Zugabe von 100 g Natriumwas­ serglas und einem bioziden Mittel (z. B. einem Fettalkylthiuro­ niumsalz) einem By-pass-Extruder zugeführt, dessen Temperatur in der ersten Metering-Zone bei 160 bis 170°C lag. Wasser wurde in der Entgasungszone abgezogen.

Das extrudierte Material wurde als Granulat erhalten und mit Lehm zu einem Lehmleichtziegel verpreßt, anschließend getrocknet und gebrannt.

Beispiel 2

20 kg eines Rejectes wie im Beispiel 1 wurden mit 2 l einer 1%igen Hydrophilierungsformulierung auf Polyoxyethylen-Basis (nicht-ionisch) behandelt. Danach wurde das Produkt mit einem Ton der Zusammensetzung 65% SiO₂, 17% Al₂O₃, 2,5% MgO, 1,7% Na₂O verschlickert, zu einzelnen Formsteinen geformt und getrocknet. Im Anschluß daran erfolgte die Sinterung bei 850°C unter Luftabschluß. Es wurde ein hochporöser Formstein mit ausgezeichneten Dämmeigenschaften erhalten.

Beispiel 3

1 kg eines Rejectes, bestehend aus 26% Zellulose, 28% Kunstoffolienresten, 7% Aluminiumfolienresten und Wasser wurden mit 200 ml einer 1%igen Hydrophilierungsformulierung auf Polyoxyethylen-Basis (nicht-ionisch) behandelt, in der bereits 5,3 g eines Fettalkylthiuroniumsalzes als Biozid ent­ halten sind, und in einem Labormischer homogenisiert. Danach wurden 100 g Alkalisilicatlösung als Hydrophobierungsmittel hinzugesetzt und das Gemisch nach gleichmäßiger Verteilung dieser Zusätze in einer Trommelgranulierer bei 120°C zu einem Granulat getrocknet. Das Granulat wurde direkt als Dämmaterial in eine Fußbodenschüttung eingebracht und zeigte Wärmedämm­ werte, die ähnlich lagen wie bei dem bekannten Dämmaterial Perlite.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Wertstoffen aus einem Altpapier-Restgemisch (Reject), dadurch gekennzeichnet, daß ein zerkleinertes, aus Papier, plastikbeschichteten Pappen und aluminiumfoligen Kartonen bestehendes Reject

• a) mit einer Kulturlösung mit cellulytischer und hemicellu­ lytischer Aktivität kultiviert, anschließend von den festen Bestandteilen abgetrennt, und das flüssige oder halbflüssige Produkt in einem Extruder bei Temperaturen im Bereich von 110 bis 200°C extrudiert wird; oder
• b) mit einem Hydrophilierungsmittel hydrophiliert und mit Tonen und/oder Mineralien und/oder Gläsern vermischt wird und die Mischung bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1000°C gesintert wird unter gleichzeitiger Vergasung oder Verko­ kung; oder
• c) mit einem Hydrophilierungsmittel hydrophiliert und homoge­ nisiert wird, und unter Zusatz von Hydrophobierungsmitteln und/oder bioziden Mitteln zu einem Granulat verarbeitet wird;

und das hergestellte extrudierte, gesinterte oder granulierte Produkt direkt als Wertstoff verwendet oder nach weiterer Formgebung in einen weiterverwendbaren Wertstoff umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1a, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivierung bei 15-35°C unter Bewegung und in einem Zeit­ raum von 2 bis 150 Stunden erfolgt, gegebenenfalls unter Zu­ satz einer Stickstoffquelle.

3. Verfahren nach Anspruch 1a, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während des Extrudierens dem Produkt ein Hydrophobie­ rungsmittel und/oder ein biozides Mittel zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1b, dadurch gekennzeichnet, daß dem hydrophiliertem Gemisch ein biozides Mittel zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1b, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophilierte Gemisch mit einem Gemisch aus Ton und gemahle­ nem Glas homogenisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1b, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung im Bereich von 700 bis 950°C erfolgt, gegebenen­ falls unter Temperung beim Abkühlen.

7. Verfahren nach Anspruch 1c, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung zusammen mit einem weiteren zellulosehal­ tigen Abfallprodukt erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1c, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Homogenisierung die aluminiumhaltige Bestandteile abgetrennt werden.