DE602004002675T2

DE602004002675T2 - Verfahren zur trennung von nichteisenmetallhaltigen teilchen von einem teilchenstrom

Info

Publication number: DE602004002675T2
Application number: DE200460002675
Authority: DE
Inventors: Dorothea Renata VAN DER WEIJDEN; Carlo Peter REM
Original assignee: Technische Universiteit Delft
Current assignee: Technische Universiteit Delft
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: DE602004002675D1; JP2006520689A; PT1606057E; ES2274434T3; JP4514751B2; NL1025050C1; US7726493B2; EP1606057A1; US20070034554A1; EP1606057B1; WO2004082839A1; DK1606057T3; ATE341399T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verfahren zur Rückgewinnung von Nichteisenmetall enthaltenden Teilchen aus einem Teilchenstrom, bei welchem eine mit Nichteisenmetall angereicherte Fraktion und eine mit Nichteisenmetall abgereicherte Fraktion erhalten wird.
Heute gibt es Materialströme unterschiedlicher Art, so z.B. Abfallströme, die Bettasche enthalten können – welche beispielsweise bei der Verbrennung von Hausmüll entsteht – und relativ hohe Gehalte eines oder mehrerer Metalle aufweisen. Durch den Gehalt an Metallen werden die Verwendungsmöglichkeiten des Abfallstroms eingeschränkt, bzw. die Deponierung ist relativ teuer. Aus diesem Grunde sind im Stand der Technik Verfahren zur Abtrennung der Metalle beschrieben. Eisenmetalle können problemlos mit einem Magneten abgetrennt werden. Die Abtrennung von auf einem Förderband transportiertem Nichteisenmetall mittels Magnetfeld ist im Stand der Technik ebenfalls bekannt, so zum Beispiel aus Rem, P.C., Eddy Current Separation, Eburon, Niederlande, 1999. Hierbei entstehen eine mit Nichteisenmetall angereicherte Fraktion sowie eine mit Nichteisenmetall abgereicherte Fraktion. Wird in der vorliegenden Anmeldung auf ein Metall Bezug genommen, so schließt dies auch eine Legierung dieses Metalls mit ein.
Bei dem bekannten Verfahren ist der Umsatz begrenzt; er liegt bei einer Größenordnung von einer Tonne/h pro Meter der Förderbandbreite. Andere bekannte verfahren sind in US-A-5 394 991 und JP-A-2001 137827 offenbart.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens, mit dem Nichteisenmetall enthaltende Teilchen aus einem Teilchenstrom gewonnen werden können, wobei eine mit Nicht eisenmetall angereicherte Fraktion erhalten wird, welche prinzipiell als Altmetall verkauft werden kann. Auch der Wert des mit Nichteisenmetall abgereicherten Stroms kann zunehmen, so dass das Material für die Wiederverwendung geeignet wird.
Zu diesem Zweck wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff bereitgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

a) der Teilchenstrom wird in Form einer Monoschicht auf ein Förderband aufgegeben, und zwar derart, dass mittels einer Flüssigkeit wenigstens die kein Nichteisenmetall enthaltenden Teilchen an dem Förderband haften,
b) zur Abtrennung der Nichteisenmetall enthaltenden Teilchen wird die feuchte Monoschicht auf dem Förderband einem sich in der gleichen Richtung wie das Band drehenden Magnetfeld ausgesetzt, wodurch sich eine mit Nichteisenmetall angereicherte Fraktion ergibt, und
c) die an dem Förderband haftenden Teilchen werden entfernt, wodurch sich die mit Nichteisenmetall abgereicherte Fraktion ergibt, wobei wenigstens ein Teil dieser Teilchen haften bleibt, auf der Unterseite des Förderbandes endet und von dieser entfernt wird.

Wie sich herausstellte, führt eine solche Trennung zu einer starken Anreicherung der Nichteisenmetall-Fraktion mit Nichteisenmetall. Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Größe und die Form der Partikel sehr stark variieren ist dies recht überraschend. Um eine optimale Trennung zu erreichen, wird ein Partikelstrom verwendet, der vorzugsweise zu > 90 Gew.-% und stärker bevorzugt > 98 Gew.-% aus Partikeln einer Größe von < 8 mm besteht. Das Entfernen vom Förderband geschieht beispielsweise durch Erhitzen (Verdampfen der Flüssigkeit), jedoch vorzugsweise mechanisch, so zum Beispiel mittels einer Bürste oder eines Messers, oder ohne Kontakt, beispielsweise durch Druckluft. Natürlich ist es wichtig, dass das Förderband aus einem geeigneten Material hergestellt ist, damit die Teilchen an dem Band anhaften können. Jedoch konnte überraschenderweise gezeigt werden, dass die Förderbänder die gewünschte Eigenschaft während ihres Betriebes von selbst erlangen, möglicherweise aufgrund von Verunreinigungen im Teilchenstrom. Gewöhnlich besteht das Band aus Gummi; dieser kann synthetisch oder nicht synthetisch sein. Abhängig von der durchzuführenden Trennung kann beispielsweise ein Magnetfeld mit einer Stärke von 0,2 Tesla gewählt werden. Die verwendete Flüssigkeitsmenge kann so gewählt werden, dass sie einer Flüssigkeitsschicht auf dem Förderband von 50–200 Mikrometer entspricht. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist es kein Problem, zu erkennen, ob die Partikel am Förderband haften werden, und die Flüssigkeitsmenge so einzustellen, dass eine geeignete Adhäsion der Partikel zum Band erzielt wird. Der Flüssigkeitsgehalt des Teilchenstroms auf dem Förderband beträgt beispielsweise ≥ 5 %, zum Beispiel ≥ 10 %, und vorteilhaft ≥ 12%, relativ zum Gesamtgewicht des Partikelstroms auf dem Förderband. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein größerer Umsatz ermöglicht (zum Beispiel 4 Tonnen/h pro Meter der Bandbreite), während gleichzeitig die Trennung kleinerer Partikel (Durchmesser < 5 mm) erleichtert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser.
Wasser ist eine billige, inerte, nicht-entflammbare und nicht toxische Flüssigkeit.
Der zu verwendende Teilchenstrom ist vorzugsweise ausgewählt aus i) einer Mischung aus Kunststoff und Metall, ii) einer Mischung aus salzigen Abfallprodukten und einem Metall, das aus a) Magnesium und b) Aluminium ausgewählt ist, iii) Elektronikschrott und iv) Abfallprodukten aus der Verbrennung von Hausmüll.
In diesen Anwendungsgebieten wird das kostengünstige und effektive Trennungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dringend benötigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Monoschicht dem sich drehenden Magnetfeld bei maximal 210 Magnetfeldänderungen pro Sekunde ausgesetzt wird.
Es konnte gezeigt werden, dass eine solche Frequenz ausreicht, um Nichteisenmetallpartikel vom Band zu lösen, unter der Annahme, dass der Teilchenstrom auf dem Band auch magnetische (eisenhaltige) Teilchen enthält.
Vorzugsweise läuft das Förderband mit einer Geschwindigkeit von < 1 m/s.
Hierdurch wird eine gute Trennung sichergestellt.
Die Flüssigkeit kann wahlweise einen Zusatzstoff enthalten, der die Haftung der Teilchen am Förderband unterstützt. Hierbei kann es sich um Verbindungen handeln, die in der Flüssigkeit löslich sind, beispielsweise ein Salz (z. B. Natriumchlorid) oder um ein Polymer (beispielsweise Stärke, Polyhydroxyalkylcellulose, Polyvinylpyrrolidon etc.). Der Zusatzstoff wird natürlich in Abhängigkeit von der durchzuführenden Trennung ausgewählt, um sicherzustellen, dass der Zusatzstoff keine unannehmbar hohe Verunreinigung des Partikelstroms verursacht. In der Praxis sind recht niedrige Konzentrationen derartiger Zusätze normalerweise ausreichend, wenn sie überhaupt erforderlich sind.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand des nachfolgend beschriebenen Versuchs und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Die Figur der Zeichnung stellt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage dar.
Die Figur zeigt einen schematischen Seitenaufriss einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Anlage.
Die in der Figur dargestellte Anlage umfasst ein Förderband 1, dem Teilchen A, beispielsweise aus einem Vorratstrichter 7, zugeführt und auf welchem die Teilchen kontinuierlich verteilt werden, und zwar in einer solchen Menge, dass die Teilchen eine Monoschicht oder eine dünnere Schicht (d. h. das Band 1 ist nicht vollständig bedeckt) bilden. Sind die auf dem Förderband 1 verteilten Teilchen nicht bereits selbst feucht, so kann z. B. ein Zerstäuber 2 vorgesehen sein, der die Flüssigkeit B kontinuierlich über das Förderband verteilt, zum Beispiel durch Atomisieren. Durch die Flüssigkeit B ist sichergestellt, dass die Partikel A an dem Förderband haften. In der Nähe des einen Endes des Förderbands 1 ist ein sich drehendes Magnetfeld vorgesehen, welches im vorliegenden Falle durch einen multipolaren Rotor 3 erzeugt wird, der in dem Förderband 1 untergebracht ist. Der multipolare Rotor 3 dreht sich entgegen der Rotationsrichtung des Förderbandes 1, so dass die Partikel auf dem Förderband 1 einem sich drehenden Magnetfeld (als gestrichelte Linien dargestellt) ausgesetzt werden, welches in der gleichen Richtung rotiert wie das Förderband 1. Auf diese Weise wird eine Kraft auf die auf dem Förderband befindlichen Nichteisenmetall-Teilchen ausgeübt, wodurch die Teilchen von dem Band abspringen und in einen Sammelbehälter 4 fallen. Materialien, bei denen es sich nicht um Nichteisenmetalle handelt, wie zum Beispiel Kunststoff, Sand, Eisenmetalle und so weiter aufweisende Materialien, bleiben an dem Förderband 1 haften und werden von diesem mittels eines Abstreifers 5 entfernt. Anstelle eines Abstreifers kann auch eine Bürste oder ein Luftmesser verwendet werden. Ein Luftmesser ist ein auf das Förderband 1 gerichteter Schlitz, durch den Druckluft auf das Band geleitet wird. Die auf diese Weise von dem Förderband 1 entfernten Partikel werden gleichfalls in einem Sammelbehälter 6 gesammelt. Der Abstand "a" wird so gewählt, dass die in dem Sammelbehälter 4 aufgefangene Fraktion eine geringstmögliche Kontamination durch Partikel, die kein Nichteisenmetall enthalten, erfährt, wie zum Beispiel Partikel, die nicht oder nur unzureichend am Förderband anhaften. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kann durch einfache Routine-Versuche einen geeigneten Abstand "a", in Abhängigkeit von der erwünschten Reinheit der Fraktionen und dem gewünschten Ertrag, ermitteln. Die auf dem Förderband 1 befindlichen Partikel, bei denen es sich nicht um Nichteisenmetalle handelt, müssen nicht an dem Förderband 1 haften, bevor sie die Unterseite des Förderbandes 1 erreicht haben. Auf dem Förderband 1 haben die Partikel einen horizontalen Impuls; hierdurch steigt die Gefahr, dass die Teilchen, bei denen es sich nicht um Nichteisenmetalle handelt, ebenfalls in dem Sammelbehälter 4 für die Nichteisenmetall-Teilchen landen. Die Haftung am Förderband trägt dazu bei, dies zu vermeiden, wenn auch die adhäsive Kraft möglicherweise nicht ausreicht, um die Gravitationskraft zu überwinden. Die das Sammelgefäß 4 und das Sammelgefäß 6 trennende Wand ist in solchen Fällen jenseits des distalen, stromabwärts gelegenen Endes des Förderbandes 1 (d.h. nicht unter dem Förderband 1) angeordnet.
Wahlweise ist ein Sammelbehälter 10 für das Sammeln von Eisenmetall vorgesehen, welches möglicherweise in dem Partikelstrom A enthalten ist. Der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ist außerdem problemlos in der Lage, den Abstand b für die Trennung des Partikelstroms A zu bestimmen.
In den unten aufgeführten Versuchen wurde kein Zerstäuber 2 vorgesehen, stattdessen wurde das Förderband 1 mit einem Zerstäuber 9 befeuchtet, der so ausgerichtet wurde, dass feine Materialen, die noch an dem Förderband 1 anhaften, und/oder Flüssigkeit, die von den Partikeln A stammende gelöste Stoffe enthält, von dem Förderband 1 abgewaschen werden. Falls erwünscht, kann eine Walze 8 vorgesehen sein, um das Förderband 1 gleichmäßig zu befeuchten und/oder um überschüssige Flüssigkeit B vom Förderband 1 zu entfernen. Anstelle der Walze 8 kann auch eine Bürste verwendet werden, welche problemlos so vorgesehen werden kann, dass sie gleichfalls gegen die Drehrichtung des Förderbandes 1 rotiert.
VERSUCH 1
Abtrennung von Nichteisenmetallen von Bettasche
In dem Versuch wurde Bettasche, die aus einer Verbrennungsanlage für Hausmüll stammte, zunächst gesiebt und anschließend dem erfindungsgemäßen Trennungsverfahren unterzogen.
Sieben
In einem Großversuch wurde von einer Abfallverbrennungsanlage stammende Bettasche nass gesiebt, wobei zusätzlich zu einer sehr groben und einer sehr feinen Fraktion eine 2-bis-6-mm-Fraktion und eine 50-Mikrometer-bis-2-mm-Fraktion erhalten wurde.
Magnetabscheidung
Die 2-bis-6-mm-Fraktion (Beschickung) wurde einer Behandlung mittels eines Wirbelstromscheiders mit Drehtrommel unterzogen, und zwar unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen. Die Daten der Beschickung und des Produktstroms, geschätzt mittels Analyse, sind in Tabelle 2 aufgelistet.
Bei dieser Behandlung wird ein Abscheider eingesetzt, der einen Magnet-Rotor mit 18 Polen (9 Nordpole und 9 Südpole) umfasst, wobei der Rotor mit 1000 Umdrehungen pro Minute gegen die normale Richtung rotierte. Unter der Annahme, dass eine Feldänderung einer vollständigen Umdrehung des Rotor-Magnetfeldes mit einem Festpunkt entspricht, erfolgt die Trennung bei (9·1000/60 =) 150 Feldänderungen pro Sekunde. Die Stärke des Feldes betrug etwa 0,3 Tesla auf der Oberfläche des Förderbandes, welches das Material über den Magnet-Rotor bewegte. Das Material wurde auf einer Höhe von etwa 66 cm unterhalb der Achse des Rotors in drei Sammelbehältern (Produkt 1 (Nichteisenmetall): mehr als 45 cm von der Rotor-Achse entfernt, Produkt 2 (Eisenmetall): zwischen 30 und 45 cm von der Rotor-Achse entfernt, und Produkt 3 (kein Nichteisenmetall): weniger als 30 cm von der Rotor-Achse entfernt). Bei der Zuführung des Beschickungsmaterials wurden etwa 100 kg Wasser zu der nass gesiebten Fraktion hinzugegeben, um den Feuchtigkeitsgehalt auf 15 % zu erhöhen. Betrachtet man die Partikelgröße des zugeführten Materials, so ist die Anzahl der Feldänderungen pro Sekunde ungewöhnlich niedrig. Jedoch zeigten zwei Kontrollversuche mit kleinen Beschickungsmengen (jeweils mit 20 kg anstatt ungefähr 1 metrische Tonne; Tabelle 3), dass die Menge des gewonnenen Nichteisenmetalls in dem Konzentrat durch eine Erhöhung der Rotorgeschwindigkeit auf 2000 U/min nicht wesentlich verbessert wird, wohingegen bei der höheren Rotorgeschwindigkeit leichtmagnetische Teilchen in die Nichteisenmetall-Fraktion mitgerissen werden, was nachteilige Auswirkungen auf die Nichteisenmetall-Produkte haben kann.
Die Partikel, die an dem Förderband anhafteten, wurden mittels Druckluft von dem Band weggeblasen und bildeten eine mit Nichteisenmetall abgereicherte Fraktion.
Tabelle 1: Verfahrensbedingungen für die Abscheidung. Positionen in Bezug zur Achse des Rotors.
Tabelle 2: Beschickung, Wasserzugabe und Produkte der Vortrennung
Tabelle 3: Ergebnisse bei 1000 U/min (oben) und bei 2000 U/min (unten) für die Produkte 1, 2 und 3 Trennung bei 1000 U/min
Trennung bei 2000 U/min
Der Großversuch zeigte, dass das nicht nichteisenmetallhaltige Produkt (836 kg) 2,5 kg Aluminium (d.h. Nichteisenmetall) und somit eine Verunreinigung von lediglich 0,3 enthielt.
VERSUCH 2
Trennung von Elektronikschrott
Elektronische Geräte, die unter anderem Druckerplatten umfassten, wurden auf eine Teilchengröße von ≤ 4 mm zerkleinert und einer Trennung unterzogen. Der Partikelstrom enthielt hauptsächlich Kunststofffragmente plus Aluminium und sehr feine Kupferdrähte (typischer Durchmesser: 0,1 mm). Um die Kunststofffraktion wiederverwenden zu können, war eine Entfernung des Metalls erforderlich. Zunächst wurde das partikuläre Material unter Verwendung eines Spaltsiebes (Breite 1 mm) gesiebt, um den Großteil des Kupfers zu entfernen. Neben dem Kupfer wurden auch etwa 1–2 % der Kunststofffragmente ausgesiebt. Das verbleibende Material wurde einer Trennung gemäß Versuch 1 unterzogen, mit dem Unterschied, dass der Rotor bei 2000 U/min (300 Feldänderungen pro Sekunde) betrieben wurde.
Die höhere Rotorgeschwindigkeit wurde gewählt, da der Teilchenstrom keine Eisenmetalle enthielt.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von Nichteisenmetall enthaltenden Teilchen aus einem Teilchenstrom, bei welchem eine mit Nichteisenmetall angereicherte Fraktion und eine mit Nichteisenmetall abgereicherte Fraktion erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) der Teilchenstrom wird in Form einer Monoschicht auf ein Förderband aufgegeben, und zwar derart, dass mittels einer Flüssigkeit wenigstens die kein Nichteisenmetall enthaltenden Teilchen an dem Förderband haften, b) zur Abtrennung der Nichteisenmetall enthaltenden Teilchen wird die feuchte Monoschicht auf dem Förderband einem sich in der gleichen Richtung wie das Band drehenden Magnetfeld ausgesetzt, wodurch sich eine mit Nichteisenmetall angereicherte Fraktion ergibt, und c) die an dem Förderband haftenden Teilchen werden entfernt, wodurch sich eine mit Nichteisenmetall abgereicherte Fraktion ergibt, wobei wenigstens ein Teil dieser Teilchen haften bleibt, auf der Unterseite des Förderbandes endet und von dieser entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenstrom ausgewählt wird aus: i) einer Mischung aus Kunststoff und Metall, ii) einer Mischung aus salzigen Abfallprodukten und einem Metall, das aus a) Magnesium und b) Aluminium ausgewählt ist, iii) Elektronikschrott und iv) Abfallprodukten aus der Verbrennung von Hausmüll.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monoschicht dem sich drehenden Magnetfeld bei maximal 210 Magnetfeldänderungen pro Sekunde ausgesetzt wird.
verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Förderbandes < 1 m/s beträgt.