DE4244449A1 - Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Separation metallhaltiger Kunststoffgemische und -verbunde - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Separation metallhaltiger Kunststoffgemische und -verbundeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein mechanisches Verfahren
zur Materialseparation metallhaltiger Kunststoffgemische
und -verbunde nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 sowie eine kompakte Vorrichtung zur
Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem
Oberbegriff des Anspruches 7.
Eine Verwertung von Werkstoffen aus Kleingeräteschrott
und anderen metallhaltigen Materialgemischen
und -verbunden setzt eine Sortierung nach
verwertbaren Stoffgruppen voraus.
Die Vielfalt der in metallhaltigen Kunststoffgemischen
und -verbunden wie bestückte Leiterplatten,
elektronische Geräte, elektrische Kleingeräte, Kabel,
Kfz-Armaturenbretter, etc. vorkommenden Materialien
bereitet einer Rückgewinnung einzelner
Wertstoffkomponenten in verwertbarer Reinheit
außerordentliche Schwierigkeiten.
Die Materialrückgewinnung aus Elektronikschrott
erfolgt bisher überwiegend durch Verbrennung,
Pyrolyse oder andere thermische Verfahren zur
Zersetzung der Kunststoffe mit anschließender
metallurgischer Behandlung und/oder Elektrolyse.
Dabei sind erhebliche Mengen Primärenergie
notwendig, wenn ohne wirkungsvolle mechanische
Vorbehandlung ein hoher Anteil nichtbrennbaren
Materials mit erhitzt werden muß und es entstehen
größere Mengen unverwertbaren 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 dabei als Katalysator bei der Bildung toxischer
Dioxine und Furane. Durch das Vorhandensein
halogenierter Flammschutzmittel und PVC wird diese
Wirkung noch verstärkt.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die in viele
Kunststoffe eingebundenen Schadstoffe wie z. B.
Schwermetallstabilisatoren, freigesetzt werden.
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 und die zur Materialrückgewinnung
aus Elektronikschrott eingesetzt werden können
(Vergl. DE-OS 15 92 499, 36 40 028 und 14 83 161).
Der apparative Aufwand zur Verringerung der
Umweltbelastung und zur Erzeugung der notwendigen
Produktreinheit ist bei thermischen und
chemischen Verfahren außerordentlich hoch und
begrenzt deren Rentabilität auf höher-edelmetallhaltige
Elektronikschrotte.
Wegen der vielfältigen Probleme bei der
Prozeßführung thermischer und chemischer
Verwertungsverfahren bei der Verarbeitung von
unbehandeltem Geräteschrott wird zunehmend durch
eine vorherige mechanische Aufbereitung z. B. durch
Zerkleinerung und Separation von Stoffen die
Inhomogenität und Materialvielfalt vermindert, so daß
eine weitgehende Vorsortierung in ferritische
Eisenlegierungen, Buntmetall, Glas und Kunststoff
erfolgt, welche dann mit unterschiedlichen
thermischen und/oder 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, Quecksilberschalter, NC-Akkus
und im Zweifelsfall unbekannte Bauelemente manuell
entfernt sowie eine Materialvorsortierung nach
Stoffgruppen vorgenommen, bevor mit einer
Zerkleinerung begonnen wird.
Es sind verschiedene mechanische Verfahren zur
Aufbereitung von metallhaltigen Kunststoffgemischen
und -verbunden bekannt.
Obwohl aufgrund der dargelegten Nachteile der
thermischen und chemischen Verfahren mechanischen
Lösungen aus wirtschaftlichen und ökologischen
Erwägungen der Vorzug zu geben wäre, kann
deren derzeitiger technischer Stand noch nicht
befriedigen.
Verschiedene Materialeigenschaften der in Geräten
eingesetzten Bauteile führen sehr schnell zu
Störungen. Kabel und Leitungen können sich um
Maschinenelemente wickeln, Kupfer neigt zudem
zum Reibschweißen, was zu erheblichen Problemen
führen kann. Keramikteile, die als Trägermaterial von
Widerständen und Schaltkreisen Verwendung finden,
Ferritkerne von Spulen sowie Eisen- und Stahl- und
Edelstahlteile führen zu starkem Verschleiß bei
schneidenden Zerkleinerungsverfahren. Die Zähigkeit
der armierten 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
Zerkleinerungsfähigkeit dieses Materials wurde z. B.
vor der Zermahlung mit flüssigem Stickstoff eine
Versprödung herbeigeführt, was mit hohem
Energieaufwand verbunden ist zu Kondensationsproblemen
führen kann.
Zunehmend wird deshalb versucht, diesen Problemen
durch mehrstufige Zerkleinerung mit jeweils
nachgeschalteten Separationsstufen für bereits
hinreichend freigelegte Materialstücken zu begegnen.
Bekannt sind bereits Verfahren, mit Hammermühlen
oder anderen Prall- und Reißbrechern zerkleinertes
Mischmaterial durch Windsichten, Sieben,
Wirbelstrom-NE-Abscheiden und elektrostatische
Separation zu trennen (z. B. DE-OS 39 23 910.1 und
EPA-Nr.: 90 810 655.2).
Bei inhomogenen und stark schwankenden
Materialqualitäten ist eine zufriedenstellende
Prozeßführrung häufig nur in für die einzelnen
Materialkomponenten speziell ausgelegten
unterschiedlichen Maschinenketten möglich.
Die nach dem Stand der Technik bekannten
mechanischen Verfahren sind jedoch so konzipiert,
daß sie zu Metallfraktionen führen, die in jedem Falle
einer elektrolytischen und thermischen Nachbehandlung
unterzogen werden müssen, selbst in jenen
Fällen, in denen die Ausgangsmaterialien Partikel aus
chemisch reinen Metallen oder aus Legierungen
enthalten, die ohne Schmelzen und Elektrolyse
verwertbar wären.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
trocken-mechanische verfahrens- und anlagentechnische
Lösung zu schaffen, die neben der Metall-Kunststoff-Trennung
die Separation von NE-Metallfraktionen ermöglicht, die sich direkt zu
Sinterpulver mit definierter Zusammensetzung
verarbeiten lassen.
Wegen der großen Vielfalt der im Geräteschrott
vorhandenen Werkstoffe und Mischverbindungen
soll der Schwerpunkt der vorgeschlagenen
Technologie nicht darin liegen, möglichst hochreine
Rohstoffe abzuscheiden, sondern Stoffgemische,
deren weitere Verarbeitung 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 vorgereinigter
Gemische). Insbesondere bei Verarbeitung von
edelmetallarmen Elektronikschrotten soll mit dem
Verfahren eine Trennung von Kupferanteilen von den
übrigen vielfältigen Legierungen, aus denen die
Bauelemente bestehen, vorgenommen werden, um
den Anteil elektrolytisch weiterzuverarbeitender NE-Metalle
zu senken.
Es soll eine möglichst einfache maschinentechnische
Anordnung geschaffen werden, die für die
Verarbeitung eines breiten Materialspektrums
geeignet und wenig störanfällig die jeweils
vorgegebene Funktion erfüllt. Die wichtigsten
Parameter sollen frei wählbar sein. Außerdem soll
eine kompakte Ausführungsform gewählt werden, in
der die notwendigen mechanischen Verfahrensstufen
und die Luftfiltereinrichtungen in einer transportablen
Maschine zusammengefaßt werden.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen
Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 und bei der
gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
7 gelöst.
Die Verarbeitung von Geräteschrott nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren setzt eine Grobzerkleinerung
durch bekannte schneidende oder reißende
Schrottsshredder voraus, die eine möglichst homogene
Korngröße und -länge von ca. 35 mm gewährleisten,
wobei ein hinreichend guter Aufschluß zur
Gewinnung einer qualitativ ausreichenden Eisenschrottfraktion
stattfinden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet Vorteile
durch den Einsatz des Verfahrensschritts "Klauben"
zur NE-Metall-Stückabscheidung gegenüber dem
Wirbelstromscheideverfahren, das sonst üblicherweise
bei der NE-Metallabscheidung zur Anwendung
kommt. Durch eine spezielle Erkennungssensorik
lassen sich nur die großen Metallklumpen abscheiden,
während kleine Metallstrukturen und -verbunde, die
noch weiter zerkleinert werden sollen, nicht erfaßt
werden. Es lassen sich außerdem auch Edelstahl- und
Bleianteile abscheiden. Durch Verwendung
unterschiedlicher spezieller Sensorik lassen sich
Metallabscheidung, Farbsortierung, Glas-Keramik-Sortierung
und evtl. unterschiedliche NE-Metall-Sortierung
in einer Maschine realisieren, ohne daß es
bedeutender Umrüstungen bedarf.
Die Metall-Kunststoff-Trennung durch Klassieren
und mehrstufige Dichteseparation anstelle der
bekannten elektrostatischen Trennverfahren
durchzuführen, bietet den Vvorteil, daß elektrisch
leitfähige Kunststoffe, mit leitfähigen Flüssigkeiten
benetzte oder oberflächenmetallisierte Kunststoffpartikel
nicht in die Metallfraktion gelangen und der
Einfluß der Kornform auf die Trenngüte bei dem
eingesetzten Anströmverfahren prinzipbedingt größer
ist.
Das Klassieren der Sichterleichtfraktion bietet den
Vorteil, daß aus Geräteschrott eine staubarme
Folie/Flocken-Fraktion gewonnen werden kann, die
z. B. in der Möbelindustrie einsetzbar ist. Metallabrieb
kann aus dem gesiebten Staub nachfolgend besser
abgetrennt werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestehen darin, eine Metall-Kunststofftrennung,
Folie-Faser-Abscheidung, Staubabscheidung,
Eisenrückgewinnung und Aluminium-Kupfer-Trennung
aus komplexen Materialgemischen wie
Mischkabel, bestückten Leiterplatten, metallhaltigen
Gerätegehäuseteilen und Shreddermischfraktionen
mit einer kompakten Maschine durchführen zu
können, die eine in sich geschlossene Funktionalität
aufweist und deren Einsatzbereich erweiterungsfähig
ist. Während einerseits hohe Reinheiten bei der
Metallfraktion erzielt werden können, ist es
andererseits durch die eingesetzten bekannten
Vorrichtungen zur Dichteseparation nicht möglich,
Haarlitzen, Aluminiumfoliestücken und kupferbeschichtete
Kunststoffteile (Leiterplattenteile) aus der
leichten Kunststofffraktion sauber anzuscheiden. Die
Neigung von Kupferlitze zum Verhaken und zur
Klumpenbildung auf den zur Dichteseparation
eingesetzten Luftherden, wird genutzt, um diese
Kupferanteile von den übrigen vielfältigen
Nichteisenmetallegierungen (im Dichtebereich des
Kupfers), die im allgemeinen nicht in Drahtform
vorliegen, weitgehend zu trennen. Zwei in Reihe
angeordnete Luftherde bieten darüber hinaus Vorteile
bei der Verarbeitung von Mischkabel, indem Kupfer
und Aluminium weitgehend voneinander getrennt
werden können.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die
Kunststofffraktion selektiv gemahlen (Siehe hierzu
DE-OS42 13 274.6), so daß die Duroplaste und
Keramik feinvermahlen werden, die meisten
(schlagzähen) Thermoplaste als Stücken weitgehend
erhalten bleiben und die duktilen Metallanteile aus
überwiegend reinem Kupfer, Lotmetall und
Aluminium verkugelt werden, wonach sie sich mit
Klassier- und Dichtetrennverfahren gut abscheiden
lassen.
Ein weiterer Vorteil für die Verarbeitung der dann
von Kupferdrähten weitgehend befreiten NE-Metall-Legierungsgemische
besteht darin, daß sich damit
eine Konzentrationserhöhung der Edelmetallanteile in
dieser Fraktion ergibt.
Die kompakte Bauform, als ggf. transportabler
Container ausgeführt, gestattet bei Bedarf einen
mobilen Betrieb. Somit werden transportlogistische
Vorteile sichtbar, die stationäre Aufbereitungsanlagen
nicht bieten.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt angesichts der
gesetzlichen Auflagen zur Rest- und Abfallstoffvermeidung
eine umweltverträgliche und preiswerte
Möglichkeit der Werkstoffanreicherung aus
metallhaltigen Kunststoffabfällen und Produktionsrückständen
dar. Es bildet ein Bindeglied zwischen
Abfallentsorgung und Wertstoffrecycling, indem aus
trockenen Kunststoff- und Leichtschrottabfällen
auf trocken-mechanischem Wege bei
Raumtemperatur ohne Zusatz von festen oder
flüssigen Hilfsstoffen verwertungsfähige Sekundärrohstoffkonzentrate
hergestellt werden können, die
ggf. noch weiter mechanisch angereichert und
veredelt 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 rieselfähige metallhaltige Kunststoffmaterial gelangt
nach einem Magnetabscheider, mit dem
Ferroeisenlegierungen entfernt werden können, über
geeignete Förderer in die erfindungsgemäße
Vorrichtung. Je nach Material kann zwischen zwei
unnterschiedlichen Zerkleinerern gewählt werden, die
beide mit den nachfolgenden Separationsvorrichtungen
verbunden sind. In einer Hammermühle (1)
werden durch selektive Zerkleinerung das Verbundmaterial
vorzugsweise an Fügestellen gebrochen,
spröde Bestandteile stark zerkleinert und größere
duktile Metallstücken nur abgerundet. Sie ist relativ
unempfindlich gegen größere Metall- und Keramikpartikel.
Der Einsatz einer vertikalen Hammermühle
bietet Vorteile bei der Verarbeitung stark buntmetallhaltigen
Materials. Im Schneidgranulator (2) werden
vorzugsweise Kabel und vorgereinigte metallklumpenfreie
Materialfraktionen zu feinerer Partikelgröße
zerkleinert. Ein Schwerkraftsichter (3) nach der
Zerkleinerung gewährleistet eine Trennung des
stückigen Materials von leichten Faser-, Folie- und
Staubanteilen, die in einem Staubabscheider (4) vom
Trägermedium Luft getrennt und nachfolgend durch
geeignete Siebklassiervorrichtungen (5) voneinander
separiert und verwertet werden können. Durch
geeignete schwingende Bewegungen der Siebvorrichtung
(5) können Fasern zur Agglomeration gebracht
werden, die anschließend durch ein weiteres Sieb (6)
abgeschieden werden können. Eine Sichterschwerfraktion
wird wieder nach oben gefördert und mit
einem Eisenasbscheider (7) von ferritischen
Restanteilen befreit. Anschließend wird mit einem
Sieb (8) eine Klasssierung vorgenommen. Die
Grobfraktion wird über eine elektronisch gesteuerte
Klaubevorrichtung (9) geleitet, wo mindestens ein
NE-Metallkonzentrat abgeschieden wird. Die
Mindeststückgröße der abzuscheidenden Metallfraktion
kann über die Sensorenempfindlichkeit
eingestellt werden. Somit wird gewährleistet, daß
dünne Kupferdrähte und andere feine Metallstrukturen,
die meist noch an größeren Kunststoffstücken
haften, nicht erfaßt werden. Die Feinfraktion gelangt
in Vorrichtungen zur Trocken-mechanischen
Dichteseparation und wird in mindestens 3
Grundfraktionen zerlegt. In der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird das mit zwei in Reihe geschalteten
Luftherden (10, 11) realisiert, die nach dem Anströmverfahren
arbeiten. Durch vibrierende Bewegungen
der geneigten, luftdurchströmten texturierten
Oberflächen der Luftherde kommt es zu Agglomerationserscheinungen
feiner Kupferdrähte und -litzen.
Die zu Matten agglomerierten Kupferlitzen werden
regelmäßig über eine Räumvorrichtung abgezogen,
während die schweren stückigen Metallpartikel über
den Schwergutaustrag die Vorrichtung verlassen.
Zur Senkung des Frischluftverbrauches der Maschine
findet eine Mehrfachnutzung vorgefilterter Abluft
innerhalb der Maschine statt. Es wird nur eine
Teilluftmenge aus dem offenen Kreislauf Mühlen (1
und 2), Windsichter (3), Kompaktentstauber (4),
Gebläse (12) und Rückführung (13) über ein
Verteilerventil (14) in einen Abluftschacht (16)
geleitet, während die übrige Luft wieder dem
Windsichter (3) zugeführt wird (Teilumluftbetrieb).
Ebenso wird auch die notwendige Luftmenge für die
Luftherde (10 und 11) mit einem kompakten Filter
(16) entstaubt und nur eine einstellbare Leckluftmenge
über ein Verteilerventil (15) in den Abluftschacht
(16) überführt. An diesen Abluftschacht kann
ggf. eine weitere luftverbrauchende Maschine oder
ein Absolutfilter angeschlossen werden.
Die schallgedämpfte containerförmige Anlage wird
zum Betreiben auf eine solche Arbeitshöhe gebracht,
daß darunter Behälter oder Förderer zur Aufnahme
der separierten Schüttgüter aufgestellt werden
können.
Claims (14)
1. Verfahren zur mechanischen Separation metallhaltiger
Kunststoffgemische und -verbunde durch
Zerkleinern, magnetische Separation, Sichten,
Klassieren und NE-Metall-Kunststoff-Separation,
dadurch gekennzeichnet, daß die NE-Metall-
Kunststoff-Trennung durch Klassieren und zwei
direkt in Reihe geschaltete Dichtetrennstufen und die
NE-Metall-/Wertstoff-Stückabscheidung durch
Klauben erfolgen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die nach dem Zerkleinern des
Eingangsgutes im Windsichter abgetrennte
Leichtfraktion in mindestens drei Korngrößenbereiche
klassiert wird und daß in den Fraktionen im
Korngrößenbereich 0,3-3 mm durch schwingende
Bewegungen der Siebklassiervorrichtung Fasern zur
Agglomeration gebracht und anschließend
ausgetragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Klassierung einer weitgehend
eisen- und staubfreien Grobfraktion das NE-Metallkonzentrat
und andere Wertstoffe, z. B.
gleichfarbige Kunststoffpartikel, vorzugsweise im
Korngrößenbereich von 4-25 mm durch Klauben so
aussortiert werden, daß in der Nichtmetallfraktion
lediglich ein Restmetallgehalt fast ausschließlich
feiner Metallstrukturen verbleibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Klassierung einer weitgehend
eisen- und staubfreien Feinfraktion mittels der
Dichtetrennstufen das aufgegebene Material jeweils
so getrennt wird, daß die Metallfraktionen weitgehend
kunststofffrei sind und in der Kunststofffraktion feine
Kupferdrähte, Aluminiumfolie und metallbeschichtete
Kunststoffpartikel verbleiben, wobei die
Kupferdrähte zur Agglomeration gebracht und
danach ausgetragen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß innerhalb der einzelnen
Verfahrensstufen Windsichten und Dichteseparation
eine Mehrfachnutzung vorgefilterter Abluft
stattfindet, indem jeweils eine Teilluftmenge aus den
offenen Kreisläufen im Umluftbetrieb gefahren wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der gesiebte Staub im
Korngrößenbereich <0,3 mm durch Windsichten
nachbehandelt und so von Metallanteilen befreit wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb eines mit schallabsorbierendem Material
ausgekleideten containerähnlichen transportablen
Behälters mindestens eine Hammermühle (1) sowie
eine Schneidmühle (2) gemeinsam mit einem
Windsichter (3) verkettet und nachfolgend mit
Klassiervorrichtungen, Klaubevorrichtung und
Dichteseparatoren zur Weiterbehandlung der
Windsichterfraktionen verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Staubabscheider (4) mit
nachgeschalteter Siebvorrichtung (5) zur Verarbeitung
der Sichterleichtfraktion vorhanden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mit einem Schwergutauslauf des
Windsichters (3) mindestens ein Eisenabscheider (7),
eine Klassiervorrichtung (8), eine Klaubevorrichtung
(9) und zwei in Reihe geschaltete Dichtetrennvorrichtungen
(10, 11) verkettet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Klaubevorrichtung (9) nach
dem Grobgutaustrag der Klassiervorrichtung (8)
angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die zwei in Reihe geschalteten
Dichtetrennvorrichtungen (10, 11) nach dem
Feingutaustrag der Klassiervorrichtung (8) angeordnet
sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, 9 und 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtetrennvorrichtungen
(10, 11) als Luftherde ausgebildet sind, die jeweils nur
in zwei Fraktionen trennen und die über eine
Räumvorrichtung zum Austragen der agglomerierten
Kupferdrähte verfügen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Regulierung des Teilumluftstromes
zwischen Kompaktentstauber (4) und
Windsichter (3) ein mit dem Abluftschacht (17)
verbundenes Verteilerventil (14) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 11, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Regulierung des Teilumluftstromes
zwischen den Luftherden (10 und 11) und
dem Filter (16) ein mit dem Abluftschacht (17)
verbundenes Verteilerventil (15) angeordnet ist.
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