DE3035649C2

DE3035649C2 - Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemengen

Info

Publication number: DE3035649C2
Application number: DE19803035649
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Chem. Dr. 6432 Heringen Fricke; Iring Dipl.-Chem. Dr. 6430 Bad Hersfeld Geisler
Original assignee: K+S AG
Current assignee: K and S Aktiengesellschaft 34119 Kassel De
Priority date: 1980-09-20
Filing date: 1980-09-20
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE3035649A1

Description

Gemenge von Stoffen können bekanntlich in Elektroscheidern in ihre Komponenten zerlegt werden. Hierzu werden die Gemengeteilchen im lonenstrom einer Koronaentladung durch Polarisation im elektrischen Feld oder durch gegenseitige Berührung aufgelader Die letzterwähnte, durch gegenseitige Berührung der Gemengeteilchen bewirkte triboclektrische Aufladung kann durch lebhafte Bewegung der Gemengeteilchen gegeneinander hervorgerufen werden. Entsprechend ihren spezifischen elektrischen Eigenschaften nehmen hierbei die ein/einen Komponenten des -to Gemenges gegensinnige elektrische Ladungen an. aufgrund derer die Gemengetcilchcn in einem elektrischen feld unicrschiedlich beeinflußt, d. h. abgelenkt werden. Die hier/u noiwendigen elektrischen Felder können in bckannien Walzen- oder lalousiescheidcrn erzeugt werden, die jedoch nur fur einen geringen Matcrialdurchsat/, vorzugsweise von Gemengen mn elektrisch lciifähigen Komponenten, geeignet sind Wesentlich höhere Materialdurchsatze erlauben die elektrostatischen Freifallscheider, in denen vor/ugsweise auch Gemenge getrennt werden können, deren Komponente nur eine geringe oder keine elektrische t.ciifahigkcil aufweisen, aber triboclcktrisch aufladbar sind

Die DF. AS 19 07 880 beschreibt einen mehrteiligen Scheider, in dem untereinander cmc Einrichtung zur Erzeugung eines stationären elektrischen Feldes einer Gleichstrom-Koronaentladung, ein Prallelemenl. dessen Rumlsuibc geerdet sind, und ein elektrostatischer Freifallscheider angeordnet sind. Die Körner des 6" aufgegebenen Gemenges durchfallen zunächst das elektrische Feld der Koronnentladung, in dem sie eine maximale gleichsinnige elektrische: Ladung aufnehmen und fallen dann weiter auf die geerdeten Prallelementc, auf denen sich die Körner des Gemisches differenziert entladen, so daß auf den Körnern der einzelnen Gcnicngekoitiponerttcn entsprechend der Oberflächen-Icitfähigkeit der jeweiligen Komponenten unterschiedliche Ladungen gleichen Vorzeichens verbleiben. Durch die unterschiedliche Stärke dieser Ladung werden die Teilchen der einzelnen Komponenten im elektrischen Feld des Freifallscheider unterschiedlich abgelenkt und können getrennt gesammelt werden. Nach diesem Verfahren sollen auch chemische Produkte trennbar sein.

Dieses Verfahren wie auch andere bekannte Verfahren, nach denen die Teilchen der zu trennenden Gemenge zunächst in dem Feld einer Koronaentladung aufgeladen werden müssen, sind ohne zusätzlichen technischen Aufwand nur für Gemenge einsetzbar, deren Komponente signifikant unterschiedliche Oberflächenleitfähigkeiten haben.

In einer Veröffentlichung von Bahr u. a. in »Industrieanzeiger« 99 (1977) Seiten 2021-2025. wird zur Anwendung elektrischer Trennverfahren auf Kunststoffgemenge gelehrt, daß diese Trennverfahren hierfür nicht geeignet sind, da die elektrischen Eigenschaften der Kunststoffe nur wenig unterschiedlich sind. So unterscheiden sich die Oberflächenwiderstände der gängigen Kunstsioffsortcn nur um fünf Größenordnungen. Um brauchbare Trennergebnisse im Wege der elektrostatischen Trennung zu erreichen, müssen sich die Oberflächenwiderstände der einreinen Komponenten eines Trenngutgemenges jedoch mindestens um 10, besser noch am 15. Größenordnungen unterscheiden. Wenn auch bei anderen Materialien die Veränderung dieser Widerstandswerie durch selektive Anlagerung von Antistatika bewirkt werden kann, so kann hieraus kein Nutzen fur die elektrostatische Trennung von Kunststoffen gezogen werden, da eine ausreichende selektive Anlagerung von Antistatika an eine Komponente eines Kunststoffgemenges bisher nicht erreicht werden konnte.

Weiter wird festgestellt, daß sich lediglich Papier-Kunststoffgemenge oder Schaumstoff-Kunststoffgranulatmischungen elektrostatisch trennen lassen. Diese Ausführungen bezieh τ, sich jedoch nur auf die Verwendung von Elektrowalzenscheidern als Trenneinrichtung.

Schildknecht u. a. berichten in »Nachrichten aus Chemie und Technik« Il (1963) Seite 104. daß die elektrostatische Trennung von Zweistoffsvstemen organischer Substanzen, wie beispielsweise Azobenzol/Stilben. Azulen/Naphthahn. TriphenylcarbmoI'Malachitgrün und dgl., möglich ist. wenn die Komponenten triboelcktrisch aufladbar sind. Das zu trennende Gemenge wird nach intensivem Verreiben mittels Druckluft in ein Hoehspannungsfeld geblasen, wobei sich die Komponenten entsprechend nirer gegensinnigen Ladung auf den Elektroden getrennt niederschlagen. Dieses Verfahren, das mit .Substanzmengen von 50 mg betrieben wird, ist (er eine Trennung im technischen Maßstab nicht geeignet.

fs vi-rhlfibi aus diesem Stand der Technik demnach die Aufgabe, großtechnisch einfach durchführbare Möglichkeiten zur elektrostatischen Trennung von Gemengen chemisch unterschiedlich aufgebauter Kunststoffe zu finden

Is wurde cm Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemengen gefunden. Danach wird das auf eine möglichst einheitliche Teilchengröße Von 3 bis 7 mm gebrachte Kunststoffgemenge iriboelck* irisch aufgeladen und in einen Freifallscheider, zwischen dessen Elektroden ein elektrostatisches Feld von 3 bis 5 kV/cm aufrechterhalten wird, eingeführt, aus dem die Komponenten-Konzentrate und ein Mittelgut abgezo-

gen werden.

Als Ausgangsmaterial für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung können Gemenge aiit Kunststoffen unterschiedlichen chemischen Aufbaus eingesetzt werden, die zu Granulat oder Schnitzeln einer Teilchengröße von 3 bis 7 mn Durchmesser zerteilt sind. Besonders bewährt hat sich das Verfahren der Erfindung zur Trennung von Gemengen aus Polyäthylen und Polyvinylchlorid oder Polystyrol oder Polyacrylat sowie zur Trennung von Gemengen aus Polyvinylchlorid und Polystyrol. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß sich die Teilchen dieser Gemenge ohne jede Konditionierung durch lebhafte Bewegung, beispielsweise in einem Fließ- oder Vibrationsbett, die einen häufigen Stoßkontakt der Teilchen sicherstellt, triboelektrisch gegeneinander aufladen lassen. Nach den bisherigen Feststellungen wird Polyvinylchlorid als Gemengekomponente stets negativ aufgeladen, während Polystyrol und Polyacrylat immer positiv aufgeladen werden. Polyäthylen lädt sich gegenüber Polyvinylchlorid positiv und gegenüber Polystyrol bzw. Polya^Tylat negativ auf.

Für die triboelektrische Aufladung der Teilchen des zu trennenden Kunststoffgemenges kann es vorteilhaft sein, wenn das Gemenge dabei auf einer Temperatur von 30 bis 60°C gehalten wird. Die Finbeziehung dieser Maßnahme in den Ablauf des Verfahrens der Erfindung empfiehlt sich immer dann, wenn die retative Feuchtigkeit der Umgebungsluft über 30% liegt.

Das zu trennende Gemenge, vorzugsweise aus zwei oder drei Komponenten, wird nach der triboelektrischen Aufladung der A ufgabevorrichtung eines elektrostatischen Freifallscheider zugeführt, die das Gemenge in den Fallschacht dieses Scheiders einflößen läßt.

Zwischen den Elektroden des Srheiders wird ein elektrisches Feld von etwa 3 bis 4 kV/cm . ufrechterhalten. das quer zur Fallnchtung der Gernengeteilchen gerichtet ist. Im Verlauf des Falls der Gemengeteilchen durch das elektrische Feld des Freifallscheiders werden die Teilchen des Gemenges entsprechend ihrer Aufladung zur positiven bzw. negativen Elektrode des Scheiders hin abgelenkt. Wep.n Gemenge von Folienteilchen nach dem Verfahren der Krfindung getrennt werden sollen, ist es vorteilhaft, die Feldstärke des elektrischen Feldes im Scheider mehr an der unteren Grenze des vorstehend angegebenen Bereiches /u halten, da bei größeren Feldstärken die aufgeladenen Gemengeteilchen bereits sehr stark auseinandergezogen werden und sich auf die Elektroden hin bewegen. Eine größere Zahl von Teilchen erreicht die Oberflächen der Elektroden sogar und bleibt an deren Oberflächen kurzzeitig haften, springt dann wieder davon ab und wird dann mehr oder weniger stark zur Gegenelektrode hin beschleunigt. Diese Teilchen gelangen dann ins Mittelgut oder sogar in das in Nähe der Gegenelektrode aus dem Scheider abgezogene Konzentra: des anderen Gemengebestandteils und verschlechtern so das Trennergebnis.

Weiter kann es vorteilhaft sein, bei der Trennung von Gemengen aus Schnitzeln von Kunststoffolien die Elektroden vom Fallschacht des Elektroscheider durch eine Isoliersioffschichl zu trennen. Hierfür haben sich Glasplatten besonders bewährt, die die Elektroden zum Fallschaeht hin abdecken. Die Isolierstoffabdeckung katin dabei direkt auf der Oberfläche der Elektroden aufliegen.

Für diü Auftrennung von Gemengen aus kompakten Kunststofftcilehen, die hierin als Granulat bezeichnet sind, können die Feldstärken im oberen Teil des beanspruchten Bereichs eingestellt werden. Weiter kann auf eine Abdeckung der Elektrodenoberfiächen mit einer Isolierstoffschicht verzichtet werden.
• Zur Erzielung optimaler Trennergebnisse kann es vorteilhaft sein, die Trennung in zwei Stufen vorzugsweise dergesfalt durchzuführen, daß das in der ersten Stufe neben dem in der Nähe der einen Elektrode als Produkt abgezogenen Konzentrat mit höherem Gehalt

'" an einer Komponenten in der Nähe der anderen Elektrode mit einem niedrigeren Gehalt anfallende Konzentrat in einer zweiten Trennstufe erneut elektrostatisch aufgetrennt und dort ein Konzentrat mit höherem Gehalt abgezogen wird, während die in Nähe der anderen Elektrode dieser zweiten Trennstufe abgerogene Fraktion dem Mitteigutumlauf der ersten Trennstufe zugefügt wird. Ein Mittelgutumlauf wird normalerweise in den elektrostatischen Trennungen gemäß der Erfindung aufrechterhalten.

-" Es besieht jedoch bei der auch als Nachtrennung bezeichneten zweiten Trennstufe die Möglichkeit, daß sich die gewünschte Komponente im Mittelgut anreichert und dieses als Produkt abgezogen wird, während die in Nähe der Elektroden abgezogenen Fraktionen

-> dem Mittelgutumlauf der vorhergehenden Trennst;jfe zugeführt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, in einfachster Arbeitsweise zerkleinerte Gemenge von Kunststoffen, die bis zu drei Komponen-

i" ten enthalten, mit hervorragendem Erfolg elektrostatisch aufzutrennen.

B e i s ρ i ·.· I 1 (erfindungsgemäß)

Ein auf Teilchengrößen von bis zu 6 mm zerkleinertes Gemenge aus

5C.00 Gew.^J/o Polyvinylchlorid
48.h5 Gew.-% Polyäthylen
1.35 Gctv.-% Polyacrylat

wird 20 min lang unter lebhafter Bewegung auf piner Temperatur von 50" C gehalten und dann in gleichmäßigem Strom einem elektrostatischen Freifallscheider aufgegeben, in dem ein elektrisches Feld von 4 kV/cm

Ή über eine in Fallnchtung des Aufgabegutes gemessene Länge von 1.16 m aufrechterhalten wird. In Nähe der positiven Elektrode wird ein Konzentrat I in einer Menge von 41.2% der Menge des Aufgabegutes gesammelt, das 98.7 Gew.% Polyvinylchlorid. 1.25

5" Gew.% Polyäthylen und 0.08 Gew.% Polyacrylat enthalt. Das aus der Nähe der negativen Elektrode in einer Menge von 42.3% des Aufgabegutes gewonnene Konzentrat Il besteht aus 97.2 Gew.-% Polyäthylen und 1,5 Gew.-% Polyvinylchlorid. Der im Scheider in einer Menge vn.i 16.5% nicht abgelenkte Anteil des Aufgabegutes besteht aus 48.4 Gew.·% Polyvinylchlorid 51.5 Gew.% PolvätnvJen und 0.1 Gew-% Polyacrylat: dieser als Mittelgut bezeichnete Anteil des Aufgabegutes wird mit neuem A'ifgabegut dem

⁶" Scheider wieder zugeführt.

Beispiel 2(erfindungsgemaß)

Das in Beispiel r spezifizierte Gemenge wird in einem Glasbehälter 5 min lang bei Raumtemperatur lebhaft bewegt und nach den Angaben des Beispiels I weiterbehandelt. Konzentral I (40,7% des Aufgabeguleä) besteht aus 97,6 Gew.-% Polyvinylchlorid und 2,4 Gew>% Pojyäthylen; Konzentrat II (39.3% des

Aufgabegutes) enthält 96,3 Gew.-°/b Polyäthylen und 3,7 Gew.-% Polyvinylchlorid; dita Mittelgut (20,0% des Aufgabegiites) enthält etwa 43,4 Gew.-% Polyvinylchlorid und etwa 65,3 Ge\v.-% Polyäthylen sowie das gesamte Polyacrylat.

Beispiel 3(errindungsgemäß)

Das :n Beispiel 1 spezifizierte Gemenge wird in einem Stahlbehälter 5 min lang bei Raumtemperatur lebhaft bewegt und nach den Angaben des Beispiels 1 weiterbehnndelt. Konzentrat I (40,9% des Aufgabegutes) besteht aus 97,8 Gew.-% Polyvinylchlorid, 2,1 Gew.-% Polyäthylen und weniger als 0,1 Gew.-% Pcrlyacrylat; Konzentrat II (41,6% des Aufgabegutes) enthält 96,6 Gew.-% Polyäthylen. 2,1 Gew.-% Polyvi- π nylchlorid und IJ Gew.-% Polyacrylat; das Mittelgut (17,5% des Aufgabegutes) enthält 48,4Gew.-% Polyvinylchlorid, 51,2 Gew.-% Polyäthylen und 0,4 Gew.-% Polyacrylat

Beispiel 4(erfindungsgemäß)

Das gemäß Beispiel 3 erhaltene Konzentrat 1 wird in dem irs Beispie! 1 beschriebenen Scheider nachgetrennt. Das in Nähe der positiven Elektrod: gesammelte Polyvinylchlorid-Konzentrat besteht zu 99,6Gew.-% aus Polyvinylchlorid und enthält neben nur 0,3 Gew.-% Polyäthylen weniger als 0,1 Gew.-% Polyacrylat; an der negativen Elektrode wird eine Fraktion mit 41.1 Gew.-o/o Polyvinylchlorid, 58.8 Gew.-% Polyäthylen und weniger als 0,1 Gew.-% Polyacrylat abgezogen und dem Rückgutumlauf der ersten Trennstufe wieder zugeführt.

Eine entsprechende Nachtrennung des Konzentrats II ergibt an der positiven Elektrode ein Polyätnylen-Konzentrat mit 93 Gew.-% Polyäthylen und 7 Gew.-% Polyvinylchlorid und an der negativen Elektrode eine Fraktion mit weniger als 0,1 Gew.-% Polyvinylchlorid. 89.1 Gew.-% Polyäthylen und 10,8Gew.-% Polyacrylat, die dem Rückgutumiauf der ersten Trennstufe zugeführt wird. Das Mittelgut enthält neben 98.0 Gew.-% Polyäthylen nur geringe Mengen an Polyvinylclorid und Polyacrylat und wird hier als Produkt abgezogen.

Beispiel 5(erfindungsgeniäß) Ein auf eine Teilchengröße von bis zu 6 mm

20

25

35

40 zerkleinertes Gemenge von Folienschnitzeln aus

50 Gew.-% Polyvinylchlorid
5ü Gew.-% Polyäthylen

wird bei einer Temperatur von 45°C für die Dauer von 5 min in einem Stahlbehälter intensiv geschüttelt und in gleichmäßigem Strom einem elektrostatischen Freifallscheider aufgegeben, dessen Elektroden gegen die Fallstrecke mit Glasplatten abgedeckt sind. Zwischen den Elektroden wird über 1,16 m der Fallstrecke ein elektrisches Feld von 3,1 kV/cm aufrechterhalten. In Nähe der positiven Elektrode wird ein Konzentrat I mit 96,6Gew.-% Polyvinylchlorid und 3,3 Gew.-% Polyäthylen erhalten; in der Nähe der negativen Elektrode ein Konzentrat II mit 78,8 Gew.-% Polyäthylen und 21,2 Gew.-% Polyvinylchlorid.

Das Konzentrat Il wird einer Nachtrennung in dem gleichen Scheider unterzogen und bringt an der negativen Elektrode ein Konzentrat mit 97,5 Gew.-% Polyäthylen und nur 2.5 Gew.-% Polyvinylchlorid.

Beispiel 6 (erfind^gsgemäß)

Ein auf eine Teilchengröße von bis zu 6 mm zerkleinertes Granulatgemenge aus

50 Gew.-% Polyäthylen
50 Gew.-% Polystyrol

wird Hei einer Temperatur von 40°C für die Dauer von 5 min unter lebhafter Bewegung gehalten und dann in gleichmäßigem Strom einem elektrostatischen Freifallscheider aufgegeben, zwischen dessen Elektroden auf einer Länge von 1,16 m der Fallstrecke ein elektrisches Feld von 3,8 kV/cm aufrechterhalten wird. In der Nähe der positiven Elektrode wird ein Konzentrat 1 mit 88,8Gew.-% Polyäthylen und 11,2Gew.-% Polystyrol erhalten, das in einer Nachtrennung zu einem Produkt-Konzentrat I mit 99,1 Gew.-% Polyäthylen und 0,9 Gew.-% Polystyrol gereinigt werden kann

In der ersten Trennstufe wird in Nähe der negativen Elektrode ein Konzentrat II mit 94,7 Gew.-% Polystyrol ■.bgenommen, dessen Polystyrolgehalt in einer Nachreinigung im gleichen Scheidertyp auf 96.6Gew.-% gesteigert werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemengen, dadurch gekennzeichnet, daß das auf eine möglichst einheitliche Teilchengröße von 3 bis 7 mm gebrachte Kunststoffgemenge triboelektrisch aufgeladen und in einen Freifallscheider, zwischen dessen Elektroden ein elektrostatisches Feld von 3 bis 5 kV/cm aufrechterhalten wird, eingeführt wird, aus dem die Kompo- to nenten-Konzentrate und ein Mittelgut abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge während der triboeiektrischen Aufladung auf einer Temperatur von 30 bis 60° C gehalten wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelgut zusammen mit dem Aufgabegut dem Freifallscheider wieder aufgegeben wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden vom Fallschacht des Elektroscheider durch eine Isolierstoffschich' getrennt sind.