DE19526791A1 - Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Anreicherung von Rohstoffen aus metallhaltigen Kunststoffgemischen und -verbunden - Google Patents

Description

Eine Wiederverwertung von Werkstoffen aus Kleingeräteschrott und anderen metall­ haltigen Materialgemischen und -verbunden setzt eine Sortierung nach verwertbaren Stoffgruppen voraus. Die Erfindung betrifft ein mechanisches Verfahren zur Material­ separation metallhaltiger Kunststoffver­ bunde nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1 sowie eine kompakte Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.

Die Vielfalt der in metallhaltigen Kunst­ stoffgemischen und -verbunden wie be­ stückte Leiterplatten, elektronische Geräte, elektrische Kleingeräte, Kabel, Kfz-Arma­ turenbretter, sowie Schredderrückstände der Kfz-Verschrottung, etc. vorkommenden Materialien bereitete die Rückgewinnung einzelner Wertstoffkomponenten in ver­ wertbarer Reinheit außerordentliche Schwierigkeiten.

Die Materialrückgewinnung aus Elektro­ nikschrott erfolgte bisher überwiegend durch Pyrolyse oder gar Verbrennung mit anschließender metallurgischer Behandlung und/oder Elektrolyse, was aufgrund der hohen Kosten zur gesetzlich vorgeschrie­ benen Verringerung der Umweltbelastungen nur für stärker edelmetallhaltige Leiterplat­ ten überhaupt rentabel war. Zudem sind erhebliche Mengen Primärenergie notwen­ dig und es entstehen größere Mengen un­ verwertbaren Abfalls.

Vergl. auch DE-PSen 21 30 049, 20 54 203 und DE-OSen 21 42 760 27 39 963 und 26 26 589. Die Elemente Ni und Cu wirken bei der Pyrolyse u. U. als Katalysator bei der Bildung toxischer Dioxine und Furane. Durch das Vorhanden­ sein halogenierter Flammschutzmittel und PVC wird diese Wirkung noch verstärkt.

Es sind verschiedene chemische Verfahren bekannt, die ein Auflösen der Metalle mit anorganischen oder organischen Säuren sowie Laugen, eine Salzabscheidung sowie eine Reduktion der Metalle zum Inhalt haben, die zur Materialrückgewinnung aus Elektronikschrott eingesetzt werden können (Vergl. DE-OSen 15 92 499, 36 40 028 und 14 83 161). Der apparative Aufwand zur Verringerung der Umweltbelastung und zur Erzeugung der notwendigen Produktreinheit ist jedoch auch hier sehr hoch und kaum rentabel.

Wegen der vielfältigen Probleme bei der Prozeßführung thermischer und chemischer Verwertungsverfahren bei der Verarbeitung von unbehandeltem Geräteschrott wird zu­ nehmend durch eine vorherige mechanische Aufbereitung z. B. durch Zerkleinerung und Separation von Stoffen die Inhomogenität und Materialvielfalt vermindert, so daß mindestens eine weitgehende Sortierung in ferritische Eisenlegierungen, Buntmetall, Glas und Kunststoff erfolgt, welche dann mit unterschiedlichen thermischen und chemischen Verfahren weiterverarbeitet werden. Es wird somit gewährleistet, daß in den Metallfraktionen nach der Separation keine nennenswerten kontaminierten Kunststoffreste mehr enthalten sind.

In jüngster Zeit werden schadstoffhaltige Bauteile wie PCB-Kondensatoren, Queck­ silberschalter, NC-Akkus und im Zweifels­ fall unbekannte Bauelemente manuell ent­ fernt, bevor mit einer Zerkleinerung begon­ nen wird. Für eine stoffliche Wiedeiverwer­ tung der Kunststoffe dürfen diese nicht über ihre Zersetzungstemperatur erhitzt werden, was außerdem zur Freisetzung der Schad­ stoffe (Flammschutzmittel Schwer­ metallstabilisatoren, etc.) führt.

Es sind bereits mechanische Verfahren zur Zerkleinerung von Elektronikschrott be­ kannt, die jedoch verschiedene Nachteile aufweisen.

Verschiedene Materialeigenschaften der in Geräten eingesetzten Bauteile führen sehr schnell zu Störungen oder zu geringen Werkzeugstandzeiten. Keramikteile, die als Trägermaterial von Widerständen und Schaltkreisen Verwendung finden, Ferrit­ kerne von Spulen sowie Eisen- und Stahl- und Edelstahlteile führen zu starkem Ver­ schleiß bei schneidenden Zerkleinerungs­ verfahren. Die Zähigkeit der armierten verhaken. Schwere Metallanteile setzen sich am Boden ab, welcher mit einem Prozeßgas, vorzugsweise Luft, durchströmt wird. Die Beschaffenheit der Öffnungen in der Bodenoberfläche führt in Verbindung mit der gerichteten Vibrationsbewegung dazu, daß langgezogene Metailpartikel mit rundem Querschnitt (Drahtstücken) durch die Öffnungen fallen, Staub und stückige Materialanteile hingegen nicht. Die stückigen Metallanteile mit einer spezifischen Dichte von vorzugsweise größer 4 g/cm³ werden seitlich als Metallegierungskonzentrat aus dem Wirbelbett herausgefördert, ähnlich wie es von Lufttrenntischen bekannt ist. Alumi­ nium und feine Kupferlitze wird im Kunst­ stoff angereichert. Staub und grobstückiges Leichtgut wird über dem Wirbelbett durch eine Dry-flow-Sichtung entfernt und als separates Produkt abgesaugt. Diese spezielle Ausführung des Wirbelbettsiebsichters gewährleistet nach der Klassierung eine hohe Produktreinheit der Metallfraktion auch bei widrigsten Materialverhältnissen. Sie bietet darüber hinaus Vorteile bei der Verarbeitung von Mischkabel. Dieses kombinierte Verfahren läßt sich besonders effektiv und kostengünstig in einer Vorrich­ tung realisieren. Stückige Metallpartikel aus Eisen- und Nichteisenlegierungen sowie Leichtgut sind damit weitestgehend aus dem Gemisch entfernt, so daß die nachfolgende Aluminium- und Kupferlitzeabscheidung zu guten Qualitäten führt. Zur Alu­ miniumabtrennung wird das Wirbel strom­ scheideverfahren eingesetzt. Erst danach kommt ein Separationsverfahren zur Ab­ scheidung der Kupferlitze zum Einsatz wobei ebenfalls die Kornform die physika­ lische Hauptgroße zur Trennung darstellt. Dieses Separationsverfahren und die zuge­ hörige Vorrichtung werden vom Anmelder in einer gesonderten Patentschrift beschrie­ ben.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vor­ richtung bestehen darin, eine qualitativ reproduzierbare hohe Anreicherung von nach Stoffgruppen sortierten Metallkonzen­ traten für die Weiterverarbeitung in unter­ schiedlichen metallurgischen Verwertungs­ wegen zu ermöglichen, auch wenn deren Anteile im ursprünglichen Materialgemisch erheblich schwanken. Außerdem werden durch die Aufbereitung Kunststoffgemische, Folie-Faser-Fraktionen und (zumeist edelmetallhaltiger) Feinstaub gewonnen, für die ebenfalls getrennte Verwertungswege existieren bzw. sich im Aufbau befinden. Aus komplexen Materialgemischen wie Mischkabel, bestückten Leiterplatten, metallhaltigen Gerätegehäuseteilen und Schreddermischfraktionen können Rohstoffe mit einer kompakten Maschine kostengün­ stig zurückgewonnen werden, die eine in sich geschlossene Funktionalität aufweist und deren Einsatzbereich durch einfach vorzunehmende Änderung der Steuerungs­ parametrierung oder Sensorik stark erweite­ rungsfähig ist.

Die Metall-Kunststoff-Trennung durch Klassieren, Dichte- und Kornformseparation anstelle der bekannten elektrostatischen Trennverfahren durchzuführen, bietet den Vorteil, daß auch elektrisch leitfähige Kunststoffe, mit leitfähigen Flüssigkeiten benetzte oder oberflächenmetallisierte Kunststoffpartikel nicht in die Metallfrak­ tion gelangen und aber andererseits der Einfluß der Kornform auf die Trenngüte bei dem eingesetzten Anströmverfahren prinzipbedingt größer ist.

Daß reines Elektrolyt-Kupfer in elektrischen Geräten größtenteils in Drahtform vorliegt, wird bei dem Verfahren genutzt dieses Kupfer durch Ausnutzung der Kornform nach definierter schneidender Zerkleinerung in hoher Anreicherungsqualität separat zurückzugewinnen. Kupferverluste, daß größere Mengen feinster Haarlitze ins Leichtgut gelangen, werden mit dem Ver­ fahren minimiert.

Die kompakte Bauform, als transportabler Container ausgeführt, gestattet bei Bedarf einen mobilen Betrieb. Somit werden trans­ portlogistische Vorteile sichtbar, die statio­ näre Aufbereitungsanlagen nicht bieten. Naturlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einer stationären Anlage ausführen.

Es sind nur noch zwei Zerkleinerungsstufen trotz nahezu sortenreiner Kupfer-Alumi­ nium-Trennung neben der Gewinnung von Laminate sowie duktile Metalle erschweren Prall- und Schlagzerkleinerungsverfahren. Zudem kommt es häufig zu einer Erhitzung des Materials während der Zerkleinerung, was zu einer Erweichung der Thermoplaste und damit zum Verschmieren führen kann. Zur Verbesserung der Zerkleinerungsfähig­ keit dieses Materials wurde z. B. vor der Zermahlung mit flüssigem Stickstoff eine Versprödung herbeigeführt, was mit hohem Energieaufwand verbunden ist und zu Kon­ densationsproblemen führen kann.

Bekannt sind bereits Verfahren, mit Ham­ mermühlen oder anderen Prall- und Reiß­ brechern zerkleinertes Mischmaterial durch Windsichten, Sieben, Wirbelstrom-NE-Ab­ scheiden und elektrostatische Separation zu trennen (DE-OS 39 23 910.1 und EPA-Nr.: 90810655.2 sowie Verfahren der Finden Noell, Resortec, WEMEX und HM). Für optimale Trennergebnisse wird jedoch ein hoher apparativer Aufwand betrieben. Die ersten mechanischen Anlagen, die mit mehrstufiger Zerkleinerung und nachge­ schalteten Separationsstufen für bereits hinreichend freigelegte Material stücken realisiert wurden, offenbarten eine Vielzahl Probleme und Störungsquellen, die die Be­ triebskosten entsprechend erhöhten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß eine möglichst einfache maschinentechnische Anordnung gefunden wird, die mit einem breiten Materialspek­ trum beschickt werden kann und die relativ störunanfällig eine vorgegebene Funktion erfüllen sollte. Die wichtigsten Parameter sollten voreinstellbar sein und eine weitge­ hend automatische Reaktion auf die schwankenden Materialeigenschaften und Störquellen in Form von Regelkreisen er­ folgen. Außerdem sollte eine sehr kompakte Ausführungsform gewählt werden, in der die notwendigen mechanischen Verfah­ rensstufen und die Luftfiltereinrichtungen kostengünstig in einer transportablen Maschine zusammengefaßt werden. Wegen der großen Vielfalt der im Gerateschrott vorhandenen Werkstoffe und Mischverbin­ dungen soll der Schwerpunkt der Funktion dieser Maschine nicht darin liegen, mög­ lichst hochreine Rohstoffe abzuscheiden, sondern Stoffgemische, deren weitere Ver­ arbeitung wenig Aufwand verursacht, um zu Sekundärrohstoffen mit einer hohen Wertschöpfung zu gelangen. Jedoch sollte die Trennung hochreiner Rohstofffraktionen nicht ausgeschlossen werden (z. B. bei Verarbeitung von Kabelschrott und vorge­ reinigter Gemische). Insbesondere bei Ver­ arbeitung von edelmetallarmen Elektronik­ schrotten soll mit dem Verfahren eine Tren­ nung von reinen Kupferanteilen von den übrigen vielfältigen Legierungen, aus denen die Bauelemente bestehen, vorgenommen werden, um den Anteil elektrolytisch weiterzuverarbeitender NE-Metalle zu senken. Außerdem soll der Gehalt an Blei und Cadmium in den Fraktionen Kupfer und Aluminium möglichst gering gehalten wer­ den.

Diese Aufgabe wird beim gattungsmäßigen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 sowie bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche Die Verarbeitung von Geräteschrott setzt eine Grobzerkleinerung durch bekannte schneidende oder reißende Schrottshredder voraus, die eine Korngröße von kleiner 30 mm gewährleisten und ein hinreichend guter Aufschluß zur Gewinnung einer quali­ tativ ausreichenden Eisenschrott- und Nichteisenmetallfraktion im Korngrößenbe­ reich 6-30 mm stattfindet.

Diese Nichteisenmetallfraktion sollte so abgetrennt werden, daß massive Messing, Blei- und Edelstahlanteile entfernt werden, Leichtmetallstücken (z. B. Aluminium­ legierungen) jedoch im Materialgemisch verbleiben.

Das Material wird in ein wenige Zentimeter hohes Wirbelbett gefordert und durch krei­ send gerichtete Vibrationsbewegungen eine Agglomeratin der feinen Kupferlitze (Haarlitze) zu kleinen, losen Klümpchen vorgenommen, die in regelmäßigen oder vom Kupfergehalt abhangigen Zeitabständen aus dem Wirbelbett heraus gefordert werden können, bevor sie feste Matten bilden und nahezu kunststofffreien Eisen- und Nichtei­ senlegierungsgemischen notwendig, was mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich geringere Betriebskosten als bisher bekannte mechanische Aufberei­ tungsanlagen für Elektronikschrott zur Folge hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt an­ gesichts der gesetzlichen Auflagen zur Rest- und Abfallstoffvermeidung eine um­ weltverträgliche und preiswerte Möglichkeit der Wertstoffanreicherung aus metall­ haltigen Kunststoffabfällen und Produk­ tionsrückständen dar. Es bildet ein Binde­ glied zwischen Abfallentsorgung und Wertstoffrecycling, indem aus trockenen metallhaltigen Kunststoff- und Leicht­ schrottabfällen auf trocken-mechanischem Wege bei Raumtemperatur ohne Zusatz von festen oder flüssigen Hilfsstoffen verwertungsfähige Sekundärrohstoffkon­ zentrate hergestellt werden können, die mit Verfahren der konventionellen Rohstoff­ wirtschaft weiter verwertet werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Verfahrensfließbild,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Das vorzerkleinerte rieselfähige metallhal­ tige Kunststoffmaterial gelangt nach einem Magnetabscheider, mit dem ein Teil der Ferroeisenlegierungen entfernt werden, über geeignete Forderer in eine Hammermühle und einen Schwerkraftsichter, mit dem grobstückige Nichteisenmetallstücken abgetrennt werden. Besonders zu erwähnen ist, daß die Hammermühle so ausgeführt wird, auch größere Metallteile unzerkleinert passieren zu lassen und das Verbundmaterial damit überwiegend nur auflockert und sprödbrüchige Bestandteile (z. B. Keramik) selektiv zerkleinert. Eine geeignete Maschi­ ne wird in der DE-OS 44 03 777.5 beschrieben.

Eine starke Erhitzung der Metallpartikel findet nicht statt, wie das von den meisten Hammermühlen her bekannt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Wirbelbettsiebsichter (5), der mit einem vorgeschalteten Schneidgranulator (1) und mit weiteren nachgeschalteten Separatoren (8, 9) kombiniert wird. Im Schneidgranulator (1) wird das vorzerkleinerte Materialgemisch auf eine Korngröße zwischen 4-10 mm zerkleinert. Ein Teil des bei der Zerkleinerung entstehenden Leichtgutes wird in einem Schwerkraftsichter (2) abgesaugt. Das Leichtgut kann in einem Staubabscheider (3) vom Trägermedium Luft getrennt werden und nachfolgend bei Bedarf durch geeignete Siebklassiervorrichtungen (4) leichte Faser-, Folie- und Staubanteile voneinander separiert werden, wie das bei Verarbeitung edelmetallhaltiger Plattinen sinnvoll ist. Die Sichterschwerfraktion wird in einen Wirbelbettsiebsichter (5) gefördert, in dem eine Agglomeration feiner Kupferdrähte zu losen Klümpchen vorgenommen wird, die mit einer Räumvorrichtung (6) in regelmäßigen oder vom Litzeanteil ab­ hängigen Zeitabständen ausgetragen werden, bevor sie feste Matten bilden. Außerdem findet eine Schwergutsedimentation statt, wobei durch gerichtete Vibrationsbe­ wegungen die stückigen Metallpartikel seitlich aus dem Wirbelbett herausgefördert werden. Die Beschaffenheit des Anström­ bodens ermöglicht in Verbindung mit der gerichteten Vibrationsbewegung eine Korn­ formklassierung, ein erheblicher Anteil Drahtstücken fällt durch den Anstromboden, während Staubpartikel und stuckige Bestandteile im Wirbelbett verbleiben. Durch eine Dry-flow-Sichtung wird das im Wirbelbett nach oben beforderte Leichtgut abgesaugt, indem eine Luftstromung entgegen der Förderrichtung des Schwer­ gutanteils waagerecht über das Wirbelbett geleitet wird.

Eisenanteile werden mit einem Magnet­ scheider (7) erst nach Abtrennung der Kunststoffanteile aus den Metallkonzentra­ ten separiert.

Mit einem Wirbelstromscheider (8) werden anschließend Aluminiumanteile abgetrennt. Die Anreicherung kommt dann zustande, wenn man das Wirbelbett mit den Luft­ strömungen so einstellt, daß die ausgetra­ gene Schwergutfraktion nur Partikei mit einem spezifischen Korngewicht von < 4 g/cm³ enthält.

Mit einem Kornformseparator (9) wird anschließend die feine Kupferlitze aus dem verbleibenden Kunststoffgemisch herausge­ trennt. Bei der Verarbeitung von Elektronik-Plat­ tinen verbleibt ein Schwermetallanteil im Kunststoff, der Zinn, Blei, Cadmium und Kupfer im galvanischen Verbund enthält.

Die Vorrichtung wird komplettiert durch mindestens einen Lüfter (10) zur Staub­ absaugung und Fördertechnik (11).

Claims (8)

1. Verfahren zur Separation metallhaltiger Kunststoffgemische und -verbunde durch Zerkleinerung, magnetische Separation, Sichten, Klassierung und NE-Metall-Kunst­ stoff-Separation, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach der Abtrennung einer Grobmetallfraktion und schneidender Nachzerkleinerung eine Wirbelbettsieb­ sichtung zur Abscheidung einer leichtme­ tallarmen Schwermetallfraktion, einer Leichtgutfraktion, einer aus Drahtpartikeln bestehenden Metallfraktion sowie einer kunststoffhaltigen Mischfraktion vorge­ nommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbettsieb­ sichtung gewährleistet, daß die Metallfrak­ tionen weitgehend kunststofffrei sind und in der kunststoffhaltigen Mischfraktion ein maßgeblicher Teil der feinen Kupferdrähte sowie der Leichtmetallanteile und metallbe­ schichteter Kunststoffpartikel verbleiben.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach der Anreicherung der Leichtmetallfraktion im Kunststoff deren Abscheidung durch Wirbelstrominduktion erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Anreicherung der feinen Kupferlitzefraktion im Kunststoff deren Abscheidung durch Ausnutzung der Kornform erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verkettung mit einem Schneidgranulator (1), einem Staubabscheider (3), einem Lüfter (11), mindestens einem Förderer (12) ein Wirbelbettsiebsichter (5) betrieben wird, der die Anreicherung einer leichtmetall- und kunststoffarmen Buntmetallfraktion, einer Metalldrahtfraktion, einer Leichtfraktion sowie einer Mischfraktion ermöglicht, in der ein maßgeblicher Teil der feinen Kupferdrähte sowie der Leichtmetallanteile und metallbeschichteter Kunststoffpartikel verbleiben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelbettsieb­ sichter durch gerichtete Vibrationsbewe­ gungen des Wirbelbetts feine Kupferlitzen zur Agglomeration bringt und mit einer kammartigen Räumvorrichtung (6) ausge­ stattet ist, die in regelmäßigen oder vom Kupfergehalt abhängigen Zeitabständen diese Kupferlitzeklümpchen aus dem Wir­ belbett herausfördert, bevor es zur Bildung größerer Matten kommt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem kunststoff- und metallhaltigen Mischprodukt des Wir­ belbettsiebsichters ein Wirbelstromscheider zur Leichtmetallabtrennung und ein Korn­ formseparator zur Kupferlitzeabtrennung nacheinander beschickt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Staub­ abscheider (3) mit nachgeschalteter Sieb­ vorrichtung (4) zur Verarbeitung der Sich­ terleichtfraktion vorhanden ist.