WO1993003852A1 - Verfahren zur trennung von polyethylen (pe) und polypropylen (pp) - Google Patents

Verfahren zur trennung von polyethylen (pe) und polypropylen (pp) Download PDF

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Ingo Stahl
Axel Hollstein
Ulrich Kleine-Kleffmann
Iring Geisler
Ulrich Neitzel
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Kali Und Salz Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a process for separating plastic particles of a plastic mixture from plastics of chemically different types, which, however, have approximately the same density range, e.g. Polyethylene (PE) and polypropylene (PP), through an electrostatic separation process using a free-fall separator.
  • PE Polyethylene
  • PP polypropylene
  • the polyolefins polyethylene (PE) and polypropylene (PP) are among the most widely used bulk plastics. They therefore also represent the major part of the plastics containing waste.
  • the density of PE is between 0.92 and 0.97 g / cm 3 , that of PP between 0.9 and 0.91 g / cm 3 .
  • Disposable syringes consist of a cylinder made of polypropylene and a stamp made of polyethylene. After the injection needle has been removed, they are disposed of in the waste and, to date, have been largely disposed of by incineration.
  • the trend in the waste sector today is towards recycling.
  • the amount of plastic in a syringe is roughly equal parts made of PE and PP. There is no corresponding demand for such batches, so that little or no revenue can be generated. There are even users who require a credit for the acceptance.
  • pure recycled materials revenues can be generated that are based on the price of new goods and can account for up to 60% of the price of new goods. As a result, it is economically interesting to be able to separate such mixtures.
  • DE-PS 30 35 649 describes the separation of plastic mixtures in a free-fall separator;
  • the known method cannot be used to separate the above-mentioned plastic mixture, since the different plastics PE and PP are not selectively charged during the triboelectric charging of the plastic mixture.
  • the consequence of this is that after passing through the free-fall separator, a considerable amount of middle goods is obtained, ie the plastic particles predominantly have a low charge, which is not sufficient for a deflection in the field. Charging is often quite non-selective.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset such that, in particular when PE and PP are separated, a high degree of purity of the respective type of plastic is achieved, and the resulting amount of middle goods is kept to a minimum.
  • the object is achieved in that before the triboelectric charging
  • Plastic mixture is subjected to a surface treatment.
  • the surface treatment of the plastic mixture comprises a treatment with mineral acid, in another embodiment the plastic mixture is brought into contact with an alkali metal hydroxide solution.
  • dilute hydrochloric acid can be considered as the mineral acid, the dilution of the hydrochloric acid being selected such that a pH of approximately 3 is established.
  • alkali metal hydroxide is preferably dilute Na ⁇ hydroxide used, the dilution of the soda lye is adjusted in such a way that a lye with a pH of approximately 10-12
  • the plastic mixture which is advantageously comminuted to a particle size of less than 10 mm, preferably less than 6 mm, is contaminated with foreign substances, e.g. Paper, cleaned by water.
  • the mineral acid or the alkali metal hydroxide solution can be added to the cleaning water during the cleaning process, although the degree of dilution, which is characterized by the setting of the corresponding pH value, must be observed.
  • the water content of the mixture is removed by dewatering units, e.g. Centrifuge, reduced to at least about 2%.
  • This temperature treatment also serves to change the surface with a view to better triboelectric charging of the individual plastic particles.
  • the triboelectric charging of the mixture takes place after the temperature treatment at a temperature of 15-50 ° C., preferably 20-35 ° C., and a relative humidity of the surrounding air of approximately 10-40%, preferably 15-20%.
  • the charging itself can be carried out in a fluid bed dryer or in a spiral screw of sufficient length ⁇ charging is also possible by pneumatic conveying of the mixture over a certain length.
  • the schnitzel mixture had a PP content of 51.1% and a PE content of 49.9%.
  • the schnitzel mixture was washed, spun and dried for 6 minutes at 80 ° C. in a fluid bed dryer and, after cooling, charged in the fluid bed for a further 3 minutes at 25 ° C. and 21% relative humidity; however, 50 mg of fatty acid / kg was added before charging in the fluidized bed.
  • a dry PP / PE schnitzel mixture from ground bottles had a PP content of approx. 57% and a PE content of approx. 43 So.
  • the mixture was washed first with 4% sodium hydroxide solution and then with water, centrifuged and air-dried for 20 hours.
  • the mixture was charged in a fluidized bed at 25 ° C. and 11% relative humidity for 3 minutes and separated on a free-fall separator.
  • Used syringes from a hospital were ground on a granulator and separated after drying on a free-fall separator.
  • the schnitzel mixture had a PP content of 57.6% and a PE content of 42.4%.

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Abstract

Kunststoffgemenge, insbesondere solche ähnlicher Dichte, wie Polyethylen und Polypropylen, werden auf elektrostatischem Wege getrennt, wobei das Gemenge vor der Aufladung einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird.

Description

Verfahren zur Trennung von Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP)
Die Erfindung betrifft ein V/erfahren zur Trennung von Kunststoffteilchen eines Kunststoffgemenges von Kunststoffen chemisch unterschiedlicher Art, die jedoch einen annähernd gleichen Dichtebereich aufweisen, z.B. Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), durch ein elektrostatisches Trennverfahren mittels eines Freifallscheiders.
Die Polyolefine Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) gehören zu den am meisten verwendeten Massenkunststoffen. Sie stellen daher auch den überwiegenden Anteil der am Abfall enthaltenden Kunststoffe dar. Die Dichte von PE liegt zwischen 0,92 und 0,97 g/cm3, die von PP zwischen 0,9 und 0,91 g/cm3.
Viele Gebrauchs- und Einwegartikel bestehen aus diesen Kunststoffen. Ein Beispiel hierfür sind die medizinischen Einwegspritzen. Einwegspritzen bestehen aus einem Zylinder aus Polypropylen und einem Stempel aus Polyethylen. Sie werden nach Entfernen der Injektionsnadel in den Abfall gegeben und bislang überwiegend durch Verbrennen entsorgt. Auf dem Abfallsektor geht der Trend heute zur Wiederverwertung. In vielen Krankenhäusern gibt es bereits Pilotprojekte, um Kunststoffgegenstände zu sammeln und zu rezyklieren. Die Kunststoffmenge einer Spritze besteht etwa zu gleichen Teilen aus den Kunststoffen PE und PP. Für solche Gemenge gibt es keine entsprechende Nachfrage, so daß dafür nur geringe oder gar keine Erlöse erzielt werden können. Es gibt sogar Verwerter, die für die Abnahme eine Gutschrift verlangen. Für sortenreine Rezyklate lassen sich dagegen Erlöse erzielen, die sich am Neuwarenpreis ausrichten und bis zu 60 % des Neuwarenpreises ausmachen können. Infolgedessen ist es wirtschaftlich interessant, derartige Gemische trennen zu können.
Nach dem Stand der Technik gibt es folgende Möglichkeiten zur Trennung derartiger Kunststoffgemische:
1. Handklaubung
Diese Methode wird im Bereich des Rezyklierenε mangels besserer Methoden wieder im großen Umfang angewandt, obwohl sie sehr lohnintensiv und daher auch unwirtschaftlich ist. 2. Auch die Sortierung nach der Dichte stellt
sich als ein nicht sehr erfolgreiches Verfahren dar, da PP und PE ähnliche Dichten haben und die Trennung mittels eines Wasser-Alkohol- Gemisches der Dichte von 0,91 keine praktische Anwendung gefunden hat. Hieraus ergibt sich bereits, daß eine Dichtetrennung mit Wasser aufgrund des nahezu gleichen Dichtebereichs der beiden Stoffe nicht möglich ist.
In der DE-PS 30 35 649 wird die Trennung von Kunststoffgemengen in einem Freifallscheider beschrieben; das bekannte Verfahren ist jedoch nicht zur Trennung der oben genannten Kunststoffgemenge einsetzbar, da bei der triboelektrischen Aufladung des Kunststoffgemenges die unterschiedlichen Kunststoffe PE und PP nicht selektiv geladen werden. Die Folge hiervon ist, daß nach Durchlaufen des Freifallscheiders eine erhebliche Menge an Mittelgut anfällt, d.h., die Kunststoffteilchen weisen überwiegend eine geringe Aufladung auf, die zu einer Auslenkung im Feld nicht ausreicht. Häufig ist die Aufladung ganz unselektiv.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß insbesondere bei der Trennung von PE und PP ein hoher Reinheitsgrad der jeweiligen Kunststoffart erreicht wird, und wobei die entstehende Menge an Mittelgut möglichst geringgehalten wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der triboelektrischen Aufladung das
Kunststoffgemenge einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird. Die Oberflächenbehandlung des Kunststoffgemenges umfaßt nach einer Ausführungsform eine Behandlung mit Mineralsäure, nach einer anderen Ausführungsform wird das Kunststoffgemenge mit einer Alkalilauge in Berührung gebracht. Als Mineralsäure kommt hierbei insbesondere verdünnte Salzsäure in Betracht, wobei die Verdünnung der Salzsäure so gewählt wird, daß sich ein pH-Wert von ca. 3 einstellt.
Als Alkalilauge wird vorzugsweise verdünnte Na¬ tronlauge verwendet, wobei die Verdünnung der Natronlauge derart eingestellt wird, daß sich eine Lauge mit einem pH-Wert von ca. 10-12
ergibt. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß durch eine Oberflächenbehandlung mit den entsprechenden Stoffen gute Trennergebnisse im Freifallscheider erzielt werden konnten, was sich insbesondere in einem hohen Reinheitsgrad der Fraktionen, aber auch in einer relativ geringen Menge an Mittelgut zeigt.
Erklärbar erscheint dies dadurch, daß durch die Mineralsäure bzw. die Alkalilauge die Oberfläche des Kunststoffes derart verändert wird, daß eine bessere triboelektrische Aufladung möglich ist.
Vor der eigentlichen Oberflächenbehandlung wird das Kunststoffgemenge, das vorteilhaft auf eine Teilchengröße von unter 10 mm, vorzugsweise von unter 6 mm, zerkleinert wird, von Fremdstoffen, wie z.B. Papier, durch Wasser gereinigt. Hierbei kann nach einem besonderen Merkmal der Erfindung während des Reinigungsvorganges die Mineralsäure bzw. die Alkalilauge dem Reinigungswasser zugegeben werden, wobei jedoch der Grad der Verdünnung, der durch die Einstellung des entsprechenden pH- Wertes gekennzeichnet ist, einzuhalten ist.
Nach der Reinigung, gegebenenfalls unter Zusatz der Alkalilauge bzw. der Mineralsäure und nach gegebenenfalls einem Waschen des Kunststoffgemenges mit klarem Wasser wird der Wasseranteil des Gemenges durch Entwässerungsaggregate, wie z.B. Zentrifuge, auf wenigstens ca. 2 % gesenkt.
Hiernach erfolgt eine Temperaturbehandlung des Kunststoffgemenges bei 7700 - 100°C über einen Zeiträum von mindestens 5 min. Diese Temperaturbehandlung dient zusätzlich noch der Veränderung der Oberfläche im Hinblick auf eine bessere triboelektrische Aufladung der einzelnen Kunststoffteilchen.
Nach dieser Temperaturbehandlung wird nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung dem Kunststoffgemenge etwa 10 - 50 mg Fettsäure pro kg Gemenge zugegeben.
Es hat sich gezeigt, daß es aufgrund dieser Vorbehandlung und hier insbesondere aufgrund der Vorbehandlung mit der Säure bzw. Lauge ausreicht, wenn im Freifallscheider Feldstärken von lediglich 2 - 3 KV/cm aufrechterhalten werden, um die Abscheidung der Kunststoffteilchen an den entsprechenden Elektroden zu verursachen. Bei einer derart vergleichsweisen geringen Feldstärke werden Sprühentladungen vermieden, wie sie bei höheren Feldstärken auftreten können, mit der Folge, daß eine mögliche Entzündung der Kunststoffteilchen bzw. eine eventuelle Staubexplosion vermieden wird.
Die triboelektrische Aufladung des Gemenges erfolgt nach der Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 15 - 50 C, vorzugsweise von 20 - 35°C, und einer relativen Feuchte der umgebenden Luft von ca. 10 - 40 % , vorzugsweise von 15 - 20 % . Die Aufladung selbst kann in einem Fließbetttrockner oder in einer Spiralschnecke ausreichender Lange erfolgen} gleichfalls möglich ist die Aufladung durch pneumatische Förderung des Gemisches über eine bestimmte Länge.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an zwei Beispielen beschrieben. Beispiel 1
Gebrauchte Spritzen aus einem Krankenhaus wurden auf einer Schneidmühle aufgemahlen. Das Schnitzelgemisch wies einen PP-Gehalt von 51,1 % und einen PE-Gehalt von 49,9 % auf. Das Schnitzelgemisch wurde gewaschen, geschleudert und 6 min bei 80ºC in einem Fließbetttrockner getrocknet und nach dem Abkühlen noch 3 min bei 25°C und 21 % relativer Feuchte im Fließbett aufgeladen; jedoch wurde vor der Aufladung im Fließbett noch 50 mg Fettsäsure/kg zugegeben.
Folgende Trennergebnisse wurden erhalten:
Figure imgf000008_0001
zur Erläuterung:
P = positive Elektrode
N = negative Elektrode
M = Mittelgut
Mit dem gebrauchten Spritzen-Kunststoff-Schnitzel, gemisch wurde ein ausgezeichnetes Ergebnis nach Waschen, Trocknen bei hoher Temperatur, Konditionieren mit Fettsäure und Aufladen bei leicht erhöhter Zimmertemperatur erhalten. Beispiel 2
Ein trockenes PP/PE-Schnitzelgemisch aus aufgemahlenen Flaschen wies einen PP-Gehalt von ca. 57 % und einen PE-Gehalt von ca. 43 So auf. Das Gemisch wurde zunächst mit 4 Sόiger Natronlauge und dann mit Wasser gewaschen, geschleudert und 20 Stunden an der Luft getrocknet.
Das Gemisch wurde 3 min in einem Fließbett bei 25°C und 11 % relativer Feuchte aufgeladen und auf einem Freifallscheider getrennt.
Folgende Trennergebnisse wurden erhalten:
Figure imgf000009_0001
Es zeigte sich , daß Waschen mit ver dünnter Natronlauge z u einem brauchbaren Trennergebnis führt . Beispiel 3
Gebrauchte Spritzen aus einem Krankenhaus wurden auf einer Schneidmühle aufgemahlen und nach unterschiedlicher Trocknung auf einem Freifallscheider aufgetrennt.
Das Schnitzelgemisch wies einen PP-Gehalt von 57,6% und einen PE-Gehalt von 42,4 % auf.
a) Das Schnitzelgemisch wurde 5 min im Fließbett auf 80°C erwärmt, danach auf 30°C abgekühlt und danach nσch 3 min in einem Fließbett bei 30 ºC aufgeladen. b) Das gleiche Gemisch wurde 5 min im Fließbett bei 30 ºC aufgeladen. c) Das gleiche Gemisch wurde 5 min im Fließbett bei 80 ºC aufgeladen.
Folgende Trennergebnisse wurden erhalten:
Figure imgf000010_0001
Danach ist es vorteilhaft , das Schnitzelgemisch zunächst bei einer vergleichsweisen hohen Temperatur zu trocknen und bei mäßiger Temperatur aufzuladen .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Trennung von Kunststoffteilchen eines Kunststoffgemenges von Kunststoffen chemisch unterschiedlicher Art, die jedoch einen annähernd gleichen Dichtebereich aufweisen, z.B. Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) durch ein elektrostatisches Trennverfahren mittels eines Freifallscheiders, dadurch gekennzeichnet, daß vor der triboelektrischen Aufladung das Kunststoffgemenge einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberflächenbehandlung das Kunststoffgemenge mit einer Mineralsäure in Berührung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberflächenbehandlung das Kunststoffgemenge mit einer Alkalilauge in Berührung gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgemenge eine Teilchengröße von unter 10 mm, vorzugsweise von unter 6 mm, aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgemenge vor der
Oberflächenbehandlung von Fremdstoffen, wie z.B. Papier, durch Wasser gereinigt wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralsäure bzw. Alkalilauge dem Reinigungswasser zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgemenge nach der Oberflächenbehandlung mit Mineralsäure bzw. Alkalilauge mit klarem Wasser gewaschen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6
oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge durch Entwässerungsaggregate, wie z.B. Bogensieb bzw. Zentrifuge, auf einen Restwasseranteil von weniger als 2 % getrocknet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Grobtrocknung bis auf ca. 2 % das Kunststoffgemenge einer Temperaturbehandlung bei 70 - 100 ºC über einen Zeitraum von mindestens 5 min unterworfen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Temperaturbehandlung dem Gemenge 10 - 50 mg Fettsäure pro kg Gemenge zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die triboelektrische Aufladung des Gemenges nach der Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 15ºC - 50 ºC, vorzugsweise von 20 - 35 ºC, und einer relativen Feuchte der umgebenen Luft von 10 - 40 % , vorzugsweise 15 - 20 % , erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mineralsäure verdünnte Salzsäure verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch qekennzeichnet, daß die Verdünnung der Salzsäure so gewählt wird, daß sich ein pH-Wert von ca. 3 einstellt.
14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalilauge verdünnte Natronlauge verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnung der Natronlauge so gewählt wird, daß sich ein pH-Wert von ca. 11 - 12 einstellt.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freifallscheider bei Feldstärken von 2 - 3 kV/cm arbeitet.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur triboelektrischen Aufladung das Kunststoffgemenge in einen Fließbetttrockner eingebracht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgemenge durch eine Spiralschnecke ausreichender Länge geschickt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgemenge pneumatisch über eine bestimmte Strecke befördert wird.
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