DE19635941C2

DE19635941C2 - Recyclat auf Basis thermisch aufbereiteter, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung dieses Recyclates

Info

Publication number: DE19635941C2
Application number: DE19635941A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Koenig; Eberhard Vogelsang; Eberhard Weis
Original assignee: Weber & Reik Schleifmittelwerk
Current assignee: KOENIG, RALF, 01855 SEBNITZ, DE
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: DE19635941A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Recyclat auf Basis thermisch aufbereiteter, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle mit und ohne Armierung, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Wiederverwendung als Schleifmittel für die Herstellung von Schleifkörpern oder als Strahlmittel in der verarbeitenden Industrie oder als Schneidmittel beim Wasserstrahlschneiden oder sortenrein auf der Basis von Siliciumcarbid als Porenbildner für die Schaumglasherstellung oder zur Herstellung von Stichlochmasse oder als Zuschlagstoff für die Feuerfest- und Bauindustrie, für Mineralgußerzeugnisse, Schmelztiegel, Fußbodenbeläge und bituminöse Massen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Recyclat auf Basis thermisch aufbereiteter, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle mit und ohne Armierung, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Wiederverwendung als Schleifmittel für die Herstellung von Schleifkörpern oder als Strahlmittel in der verarbeitenden Industrie oder als Schneidmittel beim Wasser strahlschneiden oder sortenrein auf der Basis von Siliciumcarbid als Porenbildner für die Schaumglasherstellung oder zur Herstellung von Stichlochmasse oder als Zuschlagstoff für die Feuerfest- und Bauindustrie, für Mineralgußerzeugnisse, Schmelztiegel, Fußbodenbeläge und bituminöse Massen.

Schleifkörperreste bzw. -abfälle fallen als Reste beim Anwender oder als Produktionsabfall in Form von ausgehärtetem Schleifkörperbruch oder nicht ausgehärteten Schleifkörper rückständen an. Derartige Reststoffe bestehen im wesentlichen aus dem Schleifmittelgrundstoff in Form von Korund oder Siliciumcarbid, Bindemittel und Füllstoffen. Gegenwärtig sind keine Verfahren zur Aufbereitung oder Wertstoffrückgewinnung für kunstharzgebundene Schleifkörperreste oder -abfälle, einschließlich glasfaserarmierter Trenn- und Flexscheiben bekannt. Gerade wegen der vorwiegenden Verwendung von Phenol-Formaldehydharzen und deren Modifizierungen als Bindemittel bei der Schleifkörperherstellung bestehen bei herkömmlicher Entsorgung erhebliche Umweltrisiken. Zum anderen ist mit dieser Entsorgung der wertvolle Schleifmittelgrundstoff als Rohstoff verloren.

In der verarbeitenden Industrie, in der Glasindustrie, in der Baustoffindustrie und in weiteren Industriezweigen wird sortenreiner Korund, Siliciumkarbid oder deren Gemenge eingesetzt. Im Sinne einer umweltverträglichen Kreislaufwirtschaft besteht hier aber auch ein erheblicher Bedarf nach gleichwertigen oder verbesserten Sekundärrohstoffen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines aus kunstharzgebundenen Schleifkörperresten oder -abfällen mit und ohne Armierung aufbereiteten Stoffes, der Bereitstellung eines umweltverträglichen Aufbereitungsverfahrens für kunstharzgebundene Schleifkörperreste bzw. -abfälle sowie in der Bereitstellung dieser Sekundärrohstoffe für unterschiedliche Anwendungszwecke.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Recyclat gelöst,

- das aus einer mechanisch-thermischen Behandlung von kunstharzgebundenen Schleifkörperresten bzw. -abfällen mit und ohne Armierung erhalten wird,
- das einen um den Verhältniswert 0,2 bis 0,3 gegenüber den ursprünglich eingesetzten Schleifmittelgrundstoffen erhöhten Kornformfaktor und
- das thermisch stabile anorganische Füllstoffanteile aufweist.

Die Recyclate auf Basis thermisch aufbereiteter, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle werden erfindungsgemäß so hergestellt,

a) daß die Schleifkörperreste bzw. -abfälle in wirbelfähiger Größe einer zirkulierenden Wirbelschicht eines Wirbelschichtofens zugeführt und
b) dabei deren organische Bestandteile bei einer Temperatur von 600 bis 900°C unter Zusatz von Kalkstein und Luftsauerstoff verbrannt werden.

Vorteilhaft wird das Verfahren so geführt, daß die Schleifkörperreste bzw. -abfälle

a) gegebenenfalls sortiert,
b) mechanisch zerkleinert,
c) einer aus sortenreinem Korund, Siliciumcarbid oder deren Gemenge der Korngröße 100 . . . 500 µm in einem Wirbelschichtofen gebildeten zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt,
d) in dieser bei einer Temperatur von 600 bis 900°C unter Zusatz von Kalkstein und Luftsauerstoff thermisch behandelt werden,
e) und das entstandene Recyclat aus der Wirbelschichtschleuse entfernt wird.

Die Schleifkörperreste bzw. -abfälle werden unzerkleinert in einer Größe < 300 mm oder mittels üblicher Zerkleinerungsverfahren auf eine Größe vorzugsweise < 30 mm zerkleinert und anschließend bei einer mittleren Verweilzeit von 80 bis 120 min und einem kontinuierlichen Massestrom von 0,5-1,5 t/h in der zirkulierenden Wirbelschicht thermisch behandelt. Vorteilhaft werden entsprechend Anwendungszweck nach Siliciumcarbid oder Korund vorsortierte Schleifkörperreste bzw. -abfälle eingesetzt.

Überraschend hat sich gezeigt, daß das vorwiegend bei der traditionellen Stromerzeugung auf Basis fossiler Brennstoffe angewandte Verfahren einer zirkulierenden Wirbelschicht verbrennung nicht nur zur Aufbereitung von kunstharzgebundenem Schleifkörperbruch geeignet ist sondern auch zu einem neuartigen, wertvollen und vorteilhaften Sekundärrohstoff führt. Bekanntlich ist jede Art der Auflösung duroplastischer Bindungen aufwandbelastet durch energetischen und zeitlichen Eintrag sowie durch die unvermeidliche Abprodukt-Reinigung und gefahrlose Abfallentsorgung. Bei einer auf das Schleifkorn, die Bindungsanteile und die Zusatz- und Füllstoffe entsprechend ausgelegten, erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann aber die Verbrennung aller organischen Bestandteile der kunstharzgebundenen Schleifkörperreste bzw. -abfälle erreicht werden.

Erfindungsgemäßes Recyclat auf der Basis korundhaltiger, kunstharzgebundener Schleif körperreste bzw. -abfälle läßt sich anstelle von oder gemischt mit Korundneuware für den Wiedereinsatz in der Schleifkörperproduktion, als Strahlmittel, als Füllstoff in Mineral guß/Polymerbeton, als Schneidmittel beim Wasserstrahlschneiden sowie für die Herstellung säurefester, verschleißbeständiger Industriefußböden nutzen.

Erfindungsgemäßes Recyclat auf der Basis siliciumcarbidhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle läßt sich anstelle von oder gemischt mit Siliciumcarbidneuware für den Wiedereinsatz in der Schleifkörperproduktion, als Strahlmittel, als Füllstoff in Mineralguß/Polymerbeton, für Feuerfestmassen, als Porenbildner bei der Schaumglas herstellung und für Magnesitfußböden nutzen.

Erfindungsgemäßes Recyclat auf der Basis korund- und siliciumcarbidhaltiger, kunstharz gebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle läßt sich anstelle von Neuware für den Wiedereinsatz in der Schleifkörperproduktion, als Strahlmittel, für Feuerfestmassen nutzen.

Erfindungsgemäßes Recyclat auf der Basis von Korund, Siliciumcarbid oder als Gemisch von beiden kann mit lediglich mechanisch zerkleinerten, aufgemahlenen, kunstharzgebundenen Schleifkörperresten aus Korund, Siliciumcarbid oder deren Mischung versetzt werden und dann als Strahlmittel, für die Schaumglasherstellung, für Stichlochmassen in der Feuer festindustrie, für Mineralguß/Polymerbeton eingesetzt werden.

Anhand nachfolgender Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:

Ausführungsbeispiel 1

Schleifkörperreste bzw. -abfälle in Form von Anwenderresten oder als Produktionsabfall in Form von ausgehärtetem Schleifkörperbruch oder Grünbruch werden gesammelt und mit Hilfe technischer Mittel wie Backenbrecher auf eine Größe < 30 mm zerkleinert und mit Greifer über Senkrechtbecherwerk, Gurtbandförderer, Tagesbunker, Dosierband-waage und Trogschneckenförderer an den Ort des Ofeneintrags gebracht.

In einem 4 MW-Wirbelschichtofen wird ein Wirbelbett aus feinkörnigem, wirbelfähigen Neukorund bzw. Recyclat mit einer mittleren Korngröße von 200 µm zum Anfahren der Anlage vorbereitet. Der Brennstoffheizöl wird mit einem Überbettbrenner zum Vorheizen der Wirbelschicht auf 650°C eingestellt. Bei dieser Temperatur zündet er die zugeführten brennbaren Bestandteile im Massestrom sicher. Bei einer Betriebstemperatur zwischen 700 bis 800°C, einer mittleren Verweilzeit von 80 min und einem Massestrom von 1 t/h wird der vorgenannt zerkleinerte Schleifkörperbruch in die zirkulierende Wirbelschicht eingetragen. Die thermische Behandlung des Schleifkörperbruches im Wirbelschichtofen erfolgt dabei als kontinuierlicher Prozeß bei erforderlicher Verweilzeit mit zeitparallelem Ein- und Austrag. Als Sorptionsmittel für das bei der Verbrennung des Schleifkörperbruchs entstehenden SO₂ wird Kalkstein zugeführt. Durch Regelung der Verbrennungsluftzufuhr und des Heizmediums wird die Verbrennungsreaktion gesteuert.

Vorteilhaft ist, daß unter günstigen Bedingungen 40% der Prozeßwärme aus der Verbrennung der Kunstharzbindung selbst resultieren. Desweiteren sind 85% der Prozeßwärme als Prozeßabwärme nutzbar. Damit sind die kunstharzgebundenen Schleifkörperreste bzw. -abfälle nicht nur stofflich, sondern auch energetisch nutzbar.

Der Abzug des aufbereiteten Recyclates erfolgt an der Schleuse unter dem Zyklon, separiert vom Bettablaß an der Brennkammer.

Die Ausbeute an Recyclat beträgt ca. 70% der Einsatzmenge. Die Korngrößenverteilung zeigt mit einem Anteil kleiner 0,2% für Korngrößen unter 40 µm eine gute Sichtung des Materials im Zyklon und in der Wirbelschichtschleuse. Das Recyclat ist vom Bindemittelanteil befreit.

Bei einer Einsatzmenge von 30 t ergab die Aussiebung das in Tab. 1 charakterisierte Kornband und belegt die Wiederverwertbarkeit aus der Sicht der Korngröße.

Tab. 1 Korngrößen-Verteilung nach FEPA für Recyclat ohne Bindungsanteile aus der zirkulierenden Wirbelschichtverbrennung

FEPA-Standard
Mengenanteil
F 24	4,1%
F 30	4,0%
F 36	7,0%
F 40	2,7%
F 46	14,7%
F 54	3,0%
F 60	10,3%
F 70	23,6%
F 90	7,0%
F 100	3,2%
F 120	3,1%
F 150	6,2%

Die Schüttdichten für die Körnungen F 60 . . . F 120 liegen zwischen 1,77 . . 1,80 g/cm³ und für F 24 . . . F 54 bei 1,80 . . . 1,95 g/cm³.

Spezifisch wird mit der Regenerierung in der zirkulierenden Wirbelschicht eine deutliche Veränderung in der Kornform erreicht. Das im Ausgangsmaterial enthaltene splittrige Korn erhält nach der Regenerierung eine überwiegende blockige, nahezu kubische Gestalt, wie die Gegenüberstellung von Normalkorund, siehe Fig. 1, und Recyclat auf Basis mechanisch thermisch aufbereiteter, kunstharzgebundener Schleifkörperreste und -abfälle, siehe Fig. 2 zeigt. Die Bewertung der Kornform zeigt eine Vergrößerung des Kornformfaktors um 0,2- 0,3 beim Recyclat gegenüber dem Ausgangskorn.

Neben dem eigentlichen Schleifmittel sind im Recyclat die bis 800°C stabilen Füllstoffe wiederzufinden, z. B. Fe₂O₃, Umwandlungsprodukte von FeS und ZnS, Kryolith und CaSO₄ aus der Abgasentschwefelung. Da diese Füllstoffe bzw. Reaktionsprodukte sehr feinkörnig sind, ist ihre Konzentration im feinkörnigen Bereich des Recyclates größer als im grobkörnigen. Umfangreiche Übersichtsanalysen und quantitative Elementkonzentrations bestimmungen mittels Röntgenfluoreszenzanalyse ergaben die in Tab. 2 dargestellte Zusammensetzung des Recyclates.

Tab. 2

Chemische Charakterisierung des Recyclates ohne Bindungsanteile

Glühverlustbestimmungen bei 1300°C bestätigen, daß dem Recyclat keine organischen Rest oder Kohlenstoffverbindungen mehr anhaften, das Korn also "saubergebrannt" ist. Untersuchungen im Eluat nach TA-Abfall ergaben keine Einsatzbeschränkungen für das durch Verbrennung in der zirkulierenden Wirbelschicht hergestellte Recyclat.

Ausführungsbeispiel 2

Entsprechend Ausführungsbeispiel 1 auf Basis korund- und siliciumcarbidhaltiger kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle hergestelltes Recyclat wird als Strahlmittel in der glasverarbeitenden Industrie mit der Körnung F 120 nach DIN 69101 getestet. Die Leistung unterschied sich dabei nicht von der eines vergleichbaren Primärkorunds.

Die erzielte Oberflächengüte war stets sehr gut. Die Rauhigkeit erwies sich als hervorhebenswert homogen und gegenüber den anderen o. g. Strahlmitteln in ihrer Intensität eher gering, jedoch ausreichend. Das Recyclat ist somit zum kostengünstigen Strahlen hochqualitativer gläserner Oberflächen besonders geeignet.

Ausführungsbeispiel 3

Entsprechend Ausführungsbeispiel 1 wird auf der Basis korundhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle hergestelltes Recyclat für die Produktion von Trenn schleifkörpern eingesetzt.

Es kamen folgende Varianten zum Einsatz, die sich nur durch den Anteil an Recyclat unterscheiden.

Die geometrische Ausprägung der Scheiben war bestimmt

- Außendurchmesser D: 400 mm
- Innendurchmesser d: 127 mm
- Breite der Scheibe b_SK: 4 mm

Die Werkzeuge wurden nach Angaben des Herstellers unter konstanten Bedingungen gefertigt, so daß man davon ausgehen kann, daß sich Gefüge und Härte nur im zulässigen Maß unterscheiden. Die Variation der zu untersuchenden Körnung erfolgte an der jeweiligen Hauptkörnung (70%), welche sich aus einer Mischung dreier Größengruppen zu gleichen Teilen zusammensetzt:

- NK F 24
- NK F 30
- NK F 36

Folgende Versuchsbedingungen wurden realisiert:

- Anwendung im Kappschnitt
- Verwendung von Baustahl als Probewerkstoff
- Probendicke 10 mm
- gleiche Vorschubgeschwindigkeit für alle Versuche mit 700 mm/min
- Schnittgeschwindigkeit 80 m/s.

Die Quantifizierung des Verschleißes erfolgte über den Mittelwert dreier um jeweils 120° versetzten Messungen am Durchmesser der Scheibe. Die nachfolgend errechneten Verschleißflächen konnten zur jeweiligen Spanfläche ins Verhältnis gesetzt werden, welche ebenfalls auszumessen war. Aus acht G-Werten pro Scheibe erfolgte die Berechnung des arithmetischen Mittels für die jeweilige Scheibe. Die in Fig. 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß das durch Behandlung in der zirkulierenden Wirbelschicht erzeugte Recyclat tauglich für einen Wiedereinsatz in Schleifkörpern ist.

Ausführungsbeispiel 4

Entsprechend Ausführungsbeispiel 1 wird auf der Basis korundhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle hergestelltes Recylat genutzt, um Granatsand beim Wasserstrahlschneiden zu ersetzen. Die blockige Kornform und geringe Kantenschärfe des bindungsfreien Recyclates ermöglicht, eine erhöhte Schneidleistung von Korund mit geringerem Düsenverschleiß zu verbinden.

Um die Vorzüge des Recyclates im Schneidprozeß voll zu nutzen, ist ein Ersatz der herkömmlichen Hartmetalle für Strahldüsen und Strahlführungssysteme durch Borcarbid zweckmäßig.

Ausführungsbeispiel 5

Entsprechend Ausführungsbeispiel 1 wird auf der Basis korundhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle hergestelltes Recyclat genutzt, um herkömmliche Füllstoffe für Mineralguß, wie z. B. Quarzmehl, Siliciumcarbidneumaterial zu ersetzen.

Dabei wurden Festigkeitswerte und Verschleißverhalten des Mineralgusses mit Recyclat und solchen mit traditionellen Mineralien verglichen.

Die Festigkeitsuntersuchungen mit Prüfprismen 40 × 40 × 160 nach DIN 51 290 ergaben die in Tab. 3 dargestellten Werte.

Tab. 3

Festigkeitsuntersuchungen mit Prüfprismen 40 × 40 × 160 nach DIN 51 290

Ein Vergleich mit Kennwerten traditionellen Mineralguß bestätigt die Einsetzbarkeit des Recyclates.

Ein Vergleich des Verschleißverhaltens, durch Ermittlung des relativen Volumenverschleißes zu Hostalen GUR 4120® gemessen im Sand-Slurry-Verfahren, ergab für einen speziellen Pumpenwerkstoff auf Mineralgußbasis mit Recyclat 0-2 mm (20% Harz/Härter) ähnlich gute Verschleißwerte.

Ausführungsbeispiel 6

Entsprechend Ausführungsbeispiel 1 wird auf der Basis siliciumcarbidhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle hergestelltes Recyclat auf eine Größe kleiner 63 µm aufgemahlen und als Porenbildner in der Schaumglasindustrie eingesetzt. Dabei wird eine den Anforderungen entsprechend gute Porenstruktur erreicht - sowohl hinsichtlich Feinporigkeit als auch Homogenität.

Ausführungsbeispiel 7

Entsprechend Ausführungsbeispiel 1 wird auf der Basis siliciumcarbidhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle hergestelltes Recyclat im Verhältnis 1 : 1 mit nur aufgemahlenen siliciumcarbidhaltigen, kunstharzgebundenen Schleifkörperresten vermischt, eine Korngrößenfraktion von 50-500 µm abgesiebt und zur Herstellung einer neuen wasserfreien Stichlochmasse für Hochofen zum Einsatz gebracht. Diese Stichlochmasse auf der Basis des Siliciumcarbid-Phenolharzgemisches hat sich im Praxistest bewährt.

Claims

1. Recyclat auf Basis mechanisch-thermisch behandelter, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle mit und ohne Armierung mit einem um den Verhältniswert 0,2 bis 0,3 gegenüber den ursprünglich eingesetzten Schleifmittel grundstoffen erhöhten Kornformfaktor und einem Anteil thermisch stabiler, anorganischer Füllstoffe.

2. Verfahren zur Herstellung von Recyclat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die kunstharzgebundenen Schleifkörperreste bzw. -abfälle in wirbelfähiger Größe einer zirkulierenden Wirbelschicht eines Wirbelschichtofens zugeführt und
b) dabei deren organische Bestandteile bei einer Temperatur von 600 bis 900°C, unter Zusatz von Kalkstein und Luftsauerstoff verbrannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörperreste bzw. - abfälle

a) gegebenenfalls sortiert,
b) mechanisch zerkleinert,
c) einer aus sortenreinem Korund, Siliciumcarbid oder deren Gemenge der Korngröße 100 . . . 500 µm in einem Wirbelschichtofen gebildeten zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt,
d) in dieser bei einer Temperatur von 600 bis 900°C unter Zusatz von Kalkstein und Luftsauerstoff thermisch behandelt werden und
e) daß das entstandene Recyclat aus der Wirbelschichtschleuse entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kunstharzgebundenen Schleifkörperreste bzw. -abfälle mit und ohne Armierung unzerkleinert in einer Größe < 300 mm oder mittels üblicher Zerkleinerungsverfahren auf eine Größe < 30 mm zerkleinert verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kunstharzgebundenen, zerkleinerten Schleifkörperreste bzw. -abfälle bei einer mittleren Verweilzeit von 80- 120 min und einem kontinuierlichen Massestrom in der zirkulierenden Wirbelschicht thermisch behandelt werden.

6. Verwendung von Recyclat nach Anspruch 1 als Schleifmittel für die Herstellung von Schleifkörpern oder als Strahlmittel in der verarbeitenden Industrie oder als Schneidmittel beim Wasserstrahlschneiden oder sortenrein auf der Basis von Siliciumcarbid als Porenbildner für die Schaumglasherstellung oder für die Herstellung von Stichlochmasse oder als Zuschlagstoff für die Feuerfest- und Bauindustrie, für Mineralgußerzeugnisse, Schmelztiegel, Fußbodenbeläge und bituminöse Massen.

7. Verwendung von Recyclat auf Basis siliciumcarbidhaltiger, kunstharzgebundener Schleifkörperreste bzw. -abfälle nach Anspruch 1 in Verbindung mit mechanisch zerkleinerten siliciumcarbidhaltigen, kunstharzgebundenen Schleifkörperresten zur Herstellung von Stichlochmasse.