DE3510266A1 - Verfahren zur selektiven rueckgewinnung von bestandteilen aus abfaellen von isolierten elektrischen kabeln - Google Patents

Verfahren zur selektiven rueckgewinnung von bestandteilen aus abfaellen von isolierten elektrischen kabeln

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Roberto Pellegrin
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Rückgewinnung von Bestandteilen aus Abfällen von isolierten elektrischen Kabeln mit einem Gehalt an Metalleitern und polymerem Isclationsmaterial, das zumindest teilweise aus weichgemachten Polyvinylhalogeniden besteht, durch Zerkleinern in der Kälte und Abtrennen des Polymermaterials .
Abfälle von elektrischen Kabeln enthalten typischerweise Metalleiter, wie Kupfer und Aluminium, in Mengen von etwa 50 bis 55 Gewichtsprozent des Abfalls. Das polymere Isolationsmaterial enthält im allgemeinen Polyvinylhalogenide, wie Polyvinylchlorid und dessen Copolymerisate, Polyvinylformal und Olefinpolymerisate, wie Polyäthylen, Polypro- ° pylen und Polytetrafluoräthylen. Geringe Mengen an Polyamidharzen, Kautschuk und Acrylüberzugsmitteln können ebenfalls vorhanden sein. Der relative Anteil und die Beschaffenheit des isolierenden Polymermaterials in den Abfallprodukten hängt von der Herkunft der Abfallprodukte
^O selbst ab. Beispielsweise wird Polyvinylchlorid als Isolationsmaterial für Niederspannungskabel und Telefonkabel verwendet, während Polyäthylen für Hochfrequenz- und Unterwasserleitungen verwendet wird. Die Umhüllung des Leiters wird häufig aus übereinander aufgebrachten Schichten von
^5 unterschiedlichen Polymermaterialien hergestellt, wobei die innerste Schicht eine isolierende Funktion und die äusserste Schicht eine Schutzfunktion ausüben. Die Polyvinylhalogenide enthalten im allgemeinen Weichmacher, insbesondere Dioctylphthalat (DOP) in Mengen bis zu etwa 40 Gewichtsprozent in der Polymermatrix, um das Material biegsam zu machen. Ferner können in der Polymermatrix auch Additive, wie Füllstoffe, Pigmente und Antioxidantien vorhanden sein.
Gemäss dem Stand der Technik werden die Bestandteile aus Abfällen von elektrischen Kabeln gewonnen, indem man das umhüllende isolierende Material vom Leiter gemäss verschiedenen Verfahren entfernt. Diese Verfahren lassen sich im
wesentlichen folgendermassen einteilen: 1) Pyrolyse, 2) Zerkleinern in der Kälte und 3) Lösen in einem Lösungsmittel.
Die Pyrolysetechnik ermöglicht lediglich die Rückgewinnung des Metalleiters und führt auch zu stark umweltverschmutzenden Abgasen aufgrund der durch die thermische Zersetzung der Polyvinylhalogenide erzeugten sauren Halogenwasserstoffe.
10
Bei der Zerkleinerung in der Kälte werden die Abfälle der elektrischen Kabel mit Hilfe von kryogenen Flüssigkeiten auf Temperaturen, bei denen das Polymermaterial spröde wird, gekühlt. Dieses Material wird sodann mechanisch zerkleinert. Typischerweise sind sowohl bei PoIyvinylpolymerisaten als auch bei Polyäthylen Temperaturen von mindestens -50 C für die Zerkleinerung in der Kälte erforderlich, was hohe Kühlkosten erforderlich macht.
Das Verfahren zur Rückgewinnung durch Lösung in Lösungsmitteln erfordert grosse Lösungsmitteivolumina und ist daher sehr teuer und führt zu Lösungen des Polymermaterials in einem Lösungsmittel, aus dem das Polymerisat in Reinzustand nur schwer zurückzugewinnen ist, ohne dass es zu einem thermischen Abbau kommt.
Allgemein leiden alle vorerwähnten Verfahren an dem Nachteil, dass sie nur die Rückgewinnung des Metalleiters ermöglichen. Dies ist entweder auf die Zerstörung des PoIymermaterials zurückzuführen oder darauf, dass unannehmbar hohe Kosten bei der vorherigen Auftrennung der Abfallprodukte entsprechend den Typen der Polymerhülle entstehen, so dass sie sich nicht zur Rückgewinnung von Abfällen mit einem Gehalt an gemischten Polymermaterialien eignen.
Die US-PS 3 975 2C8 beschreibt ein Verfahren zur selektiven Rückgewinnung von Polyvinyl-Überzugsmaterialien aus gemischten Abfällen von elektrischen Kabeln durch Lösen
^ in einem für das Polyvinylmaterial selektiven Lösungsmittel. Das Mengenverhältnis des erforderlichen Lösungsmittels beträgt im allgemeinen das 7- bis 8-fache der Menge des zu behandelnden Materials. Die Rückgewinnung des Vinylpolymeren aus der Lösung wird durch Verdampfen des Lösungsmittels durchgeführt. Dieser Arbeitsgang ist kritisch, da die Verdampfungstemperatur jeweils in Abhängigkeit vom Gehalt des Polyvinylpolymermaterials an Antioxidationsmittel gewählt werden muß, um einen oxidativen Abbau des Polymermaterials zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Rückgewinnung von Polymermaterialien aus Abfällen von elektrischen Kabeln durch Zerkleinern in der Kälte bereitzustel-
1^ len, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren mit verringerten Kosten arbeitet. Dabei sollen gleichzeitig sämtliche Bestandteile der Abfälle der elektrischen Kabel in wiederverwendbarer Form zurückgewonnen werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur selektiven Rückgewinnung von Bestandteilen aus Abfällen von isolierten elektrischen Kabeln mit einem Gehalt an Metalleitern und polymerem Isolationsmaterial, das zumindest teilweise aus Polyvinylhalogenid besteht, durch Zerkleinern in der Kälte und Abtrennen des Polymermaterials, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
a) das Abfallprodukt mit einem für die Weichmacher im Polymermaterial selektiven Lösungsmittel in Kontakt bringt, um die Weichmacher selektiv aus dem Polymermaterial zu extrahieren,
b) die Lösung des extrahierten Weichmachers im Lösungsmittel vom festen Abfallmaterial abtrennt und
c) die erhaltene Masse der Zerkleinerung in der Kälte unterwirft.
Die Extraktion des Weichmachers aus dem Polyvinylüberzug von elektrischen Kabeln führt zu einer steiferen und sDrö-
deren Beschaffenheit, wodurch die Zerkleinerungstenperatur von etwa -^5°C auf geringfügig unter C C angehoben werden kann. Dies ermöglicht eine beträchtliche Verringerung der Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren der Zerkleinerung in der Kälte. Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch für die Rückgewinnung der Bestandteile von gemischten Abfallprodukten unter Einschluss von weichgemachten Polyvinylhalogeniden und Olefinpolymerisaten besonders vorteilhaft. In der Praxis beeinträchtigt die Behandlung mit dem Lösungsmittel zur Extraktion des Weichmachers aus dem Polyvinylhalogenid nicht die Zerkleinerungstemperatur für das Olefinpolymerisat. Diese Temperatur bleibt bei etwa -5O0C, was eine selektive Zerkleinerung in der Kälte der Polyvinylhalogenide bei Temperaturen von etwa -10 bis 0 C ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird die Stufe a) bei Temperaturen durchgeführt, bei denen das Polymermaterial im wesentlichen keine Erweichung erleidet, typischerweise bei Temperaturen von nicht mehr als 6O0C.
Als Lösungsmittel zur selektiven Extraktion der Weichmacher werden niedrigsiedende organische Verbindungen von solcher Beschaffenheit verwendet, dass sie bei der Extraktionstemperatur keine Lösungsmittelwirkung auf die Polymerkomponenten des dem Rückgewinnungsverfahren unterworfenen Abfallmaterials besitzen. Vorzugsweise werden niedrigsiedende Ester von niederen C1-C^-Carbonsäuren mit C.-C^-Alkoholen als Extraktionsmittel verwendet. Essig-
säureäthylester ist insbesondere zur Aufarbeitung von gemischten Abfallprodukten mit einem Gehalt an Polyvinylhalogeniden und Polyäthylen geeignet, da es ein sehr gutes Lösungsmittel für DOP darstellt, eine quellende Wirkung auf Polyvinylchlorid ausübt, aber das Polyäthylen nicht angreift.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die eine erfindungsgemässe
BAD ORiQiNAL
Anlage in schematischer Darstellung zeigt, erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Anlage ist zur Aufarbeitung eines gemischten Abfallprodukts mit einem Gehalt an weichgemachten Polyvinylhalogeniden und Polyolefinen vorgesehen. Das Abfallmaterial von elektrischen Kabeln, das vorher auf Abmessungen von 2 bis 5 cm zerkleinert worden ist, wird aus einem Lagerbehälter 1 in einen Extraktor 2 eingespeist. Ein Strom eines Lösungsmittels, das für Weichmacher des vorstehend angegebenen Typs typisch ist, wird aus einem Behälter 3 in den Extraktor 2 eingespeist und dort im Gegenstrom in Kontakt mit dem Abfallmaterial von elektrischen Kabeln gebracht. Als bevorzugtes Lösungsmittel für die Extraktion wird Essigsäureäthylester verwendet, mit dem die Extraktionsstufe bei Temperaturen von 60 C durchgeführt wird, wobei das Polymermaterial nicht wesentlich erweicht wird. Das Mengenverhältnis der in den Extraktor eingespeisten Ströme an Lösungsmittel und Abfallprodukt sowie die Dauer der Extraktior.speriode hängen vom Anteil des weichgemachten Polymermaterials im Abfallprodukt und vom Anteil des Weichmachers im Polymermaterial ab. Typischerweise wird das Lösungsmittel in Mengen zugeführt, die etwa dem 5-fachen Volumen des zu behandelnden Materials entsprechen.
Die Dauer der Extraktionsperiode liegt typischerweise in der Grössenordnung von etwa 3 Stunden. Der den Extraktor 2 verlassende Lösungsmitteldampf wird in einem Kühler 4 kondensiert und in einen Behälter 3 für reines Lösungsmittel eingespeist. Die Lösung des Weichmachers im Lösungsmittel wird in eine Destillationsanlage 5 zur Rückgewinnung von Lösungsmittel und Weichmacher eingespeist. Bei Verwendung eines niedrigsiedenden Lösungsmittels, stellen die Weichmacher den Nachlauf der Destillationskolonne 5 dar. Sie werden einem Lagerbehälter 8 zugeführt, da sie ein Produkt darstellen, das industriell wiederverwendet werden kann. Der vom Kopf der Destillationskolonne abgezogene Lösungsmitteldampf wird in einem Kühler 7 kondensiert und sodann in den Behälter mit reinem Lösungs-
BAD GSJifä
mittel eingespeist. Beim zurückgewonnenen Weichmacher handelt es sich um ein wirtschaftlich wertvolles Produkt, das nicht nur in Gemischen mit Polyvir.ylpolymerisaten, sondern auch mit Polymerisaten wie Cellulosenitrat und -acetat und Polystyrol wiederverwendet werden kann. Dessen Rückgewinnung stellt somit einen weiteren Vorteil des erfindungsgemassen Verfahrens dar. Vor dem Auslass des Extractors wird das restliche Lösungsmittel aus dem Abfallmaterial durch Verdampfen entfernt. Ferner wird, wenn die Extraktionstemperatur höher als die Umgebungstemperatur ist, das Material auf Umgebungstemperatur abgekühlt, wonach es der Stufe 10 zur Zerkleinerung in der Kälte zugeführt wird. Die Zerkleinerung in der Kälte wird bei einer Temperatur von -10 bis O0C durchgeführt, um eine selektive Zerkleinerung ausschliesslich des Polyvinylchlorids, das aufgrund der Extraktion des Weichmachers spröde geworden ist, zu erreichen. Bei dieser Temperatur weist das im Abfallmaterial enthaltene Polyäthylen noch seine inhärente weiche Beschaffenheit auf und unterliegt nicht der Zerkleinerung. Vom Auslass der Stufe 10 zur Zerkleinerung in der Kälte wird das Abfallmaterial dann einer Siebungsstufe 11 zugeführt, bei dem der aus Metalleitern mit Polyäthylenüberzug bestehende Abfallanteil vom zerkleinerten Polyvinylchlorid und von überzugsfreiem Metalleiter getrennt wird. Der Metalleiter und das Polyvinylchlorid werden sodann einer Trennungsstufe 12 zugeführt, bei der sie aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten getrennt werden. Anschliessend werden sie in entsprechenden Behältern 16 und 17 gelagert. Der noch mit einem Polyäthylenüberzug versehene Anteil der elektrischen Kabel, der in der Siebungsstufe 11 zurückbleibt, kann einer zweiten Zerkleinerungsstufe 13 in der Kälte zugeführt werden, die zur Zerkleinerung des Polyäthylens bei Temperaturen von -50 bis -40 C betrieben wird. Das zerkleinerte Material wird sodann einer Trennstufe 14 zugeführt, bei der der Metalleiter abgetrennt und sodann im Behälter 16 gelagert wird. Das bei der Trennstufe 14 gewonnene Polyäthylen wird im Behälter 15 gelagert .
BAD OftiüiNAL
Es ist festzuhalten, dass in der selektiven Stufe 10 zur Zerkleinerung in der Kälte sowohl die vollständig mit Polyvinylchlorid überzogenen Leiter als auch solche, deren äussere überzüge aus Polyäthylen oder Kautschuk und innere isolierende Überzüge aus Polyvinylchlorid bestehen, von ihren überzügen befreit werden. Diese Tatsache bedeutet in Anbetracht des relativ hohen Polyvinylchloridanteils bei üblichen Abfällen von elektrischen Kabeln, dass der Grossteil der in den Abfallprodukten enthaltenen metallisehen Leitern bereits bei der Stufe 10 zur Zerkleinerung in der Kälte vom Polymerüberzug befreit wird. Infolgedessen stellt die Bereitstellung einer bei niedrigeren Temperaturen arbeitenden zweiten Zerkleinerungsstufe eine Eventualmassnahme dar, deren Einsatz von den Eigenschaften des behandelten Abfallmaterials und der Menge des Metalleiters in der Polyäthylenfraktion abhängt. Im alternativen Fall, bei dem die Bereitstellung der zweiten Stufe 13 zur Zerkleinerung in der Kälte nicht lohnend ist, ist es möglich, die in der Siebungsstufe 11 abgetrennten Leiter mit Polyäthylenüberzügen direkt in eine metallurgische Aufarbeitungsanlage zur Rückgewinnung des Metalleiters zurückzuführen. Diese Art von Rückgewinnung wird durch das Fehlen von Chlor in Polyäthylen, was dazu führt, dass keine umweltverschmutzenden Abgase auftreten, ermöglicht.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gewonnene Polyvinylchlorid weist einen Restgehalt an Weichmacher von nicht mehr als 5 Gewichtsprozent auf und stellt ein wirtschaftlich sehr wertvolles Produkt dar, für das ein sehr breiter Markt besteht. Ferner kann das restliche Polyäthylen als Brennstoffersatz verwendet werden, da es frei von Chlor ist.

Claims (10)

VOSSIUS · VOSSIUS -TAUGH N ER -KEUNEMANN RAUH SIEBERTSTRASSE 4 ■ SOOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 474O75 CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN -TELEX 5-29 45 3 VOPAT D u.Z.: T 635 *« ^ ^ Case: Greroplast TEXECO S.p.A. Torino, Italien "Verfahren zur selektiven Rückgewinnung von Bestandteilen aus Abfällen von isolierten elektrischen Kabeln" Patentansprüche
1. Verfahren zur selektiven Rückgewinnung von Bestandteilen aus Abfällen von isolierten elektrischen Kabeln mit einem Gehalt an Metalleitern und polymerem Isolationsmaterial, das zumindest teilweise aus weichgemachten Polyvinylhalogeniden besteht, durch Zerkleinern in der Kälte und Abtrennen des Polymermaterials, dadurch gekennzeichnet, dass man
a) das Abfallprodukt mit einem für die Weichmacher im Polymermaterial selektiven Lösungsmittel in Kontakt bringt, um die Weichmacher selektiv aus dem Polymermaterial zu extrahieren,
b) die Lösung des extrahierten Weichmachers im Lösungsmittel vom festen Abfallmaterial abtrennt und
c) die erhaltene Masse der Zerkleinerung in der Kälte unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei isolierendem Polymermaterial, das zusätzlich Olefinpolymerisate enthält, die Zerkleinerung in der Kälte bei einer Temperatur durchführt, die zu einer selektiven Zerkleinerung der von Weichmacher befreiten Polyvinylhalogeniden führt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufe a) bei Temperaturen durchführt, bei denen das Polymermaterial keine wesentliche Erweichung erleidet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufe a) bei Temperaturen von nicht mehr als 60 C durchführt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Ester von aliphatischen C1-C^-Carbonsäuren mit C1-C^-Alkoholen verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Essigsäureäthylester verwendet.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zerkleinerung in der Kälte bei Temperaturen von -10 bis 00C durchführt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich nach der Zerkleinerung in der Kälte
d) durch Sieben die zerkleinerten Polyvinylhalogenide und vom isolierenden Polymermaterial befreiten Leiter
von dem mit einem PolyolefinÜberzug umhüllten Leiteranteil trennt.
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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als zusätzliche Stufe
e) den in Stufe d) abgetrennten, mit einem Polyolefinüberzug versehenen Leiteranteil einer Zerkleinerung in der Kälte bei einer Temperatur unter -4O0C unterwirft, um das Olefinpolymerisat zu zerkleinern.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösung der extrahierten Weichmacher im Lösungsmittel einer Destillationsstufe zuführt, um das Lösungsmittel und die Weichmacher zurückzugewinnen.
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