von Dr. Rainer Köhnlechner, hamos GmbH, Penzberg *
Mit herkömmlichen Separationsverfahren sind die hochwertigen schwarzen Kunststoffe nicht detektierbar. Das von Hamos entwickelte elektrostatische Trennverfahren gelingt eine sortenreine Sortierung.
Große Mengen an gemischten Kunststoffen fallen beim Recycling von Haushaltsabfällen, Elektronikschrott oder auch Automobilen an. Bei der anschließenden Sortierung mit dem Ziel, saubere, verwertbare und sortenreine Kunststoff-Fraktionen zu erhalten, machen insbesondere die hochwertigen schwarzen Kunststoffe Probleme. Sie sind mit herkömmlichen Separationsverfahren nicht detektierbar, so dass mangels geeigneter Separationsverfahren die Sortenreinheit der separierten Produkte gering ist. Und von diesen schwarzen Kunststoffen gibt es heutzutage jede Menge.
Die Farbe Schwarz ist hochmodern und angesagt und wird als Kunststoffoberfläche bei vielen technischen Geräten wie Telefone oder Laptops eingesetzt (Bild 1). Auch aus Kostengründen werden viele Kunststoffteile in schwarzer Farbe gefertigt. Die „farbige Oberfläche“ wird dann durch Lackierung oder Metallisierung erzeugt. Stoßstangen für Pkw beispielsweise werden ausschließlich in schwarzen oder dunkelgrauen Farben hergestellt. Die Anpassung an die jeweilige Karosseriefarbe erfolgt durch Lackierung in der gewünschten Farbe. Bei Fotokopierern, Computern, aber auch bei Funktionsteilen im Automobilbau (Lüftung) spielt die Farbe der Teile keine ästhetische Rolle. Aus diesem Grunde werden diese üblicherweise in der Farbe Schwarz gefertigt. Das macht die Produktion und die Lagerhaltung einfacher – erschwert aber das Recycling.
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Bild 1:
Die Farbe Schwarz ist modern und wird deshalb als Kunststoffoberfläche
bei vielen technischen Geräten wie Telefone, Laptops usw. eingesetzt.
Beim Recycling von elektrischen und elektronischen Geräten fallen somit große Mengen an hochwertigen technischen Kunststoffen wie ABS und PS an. Diese sind zu circa 50 bis 70 Prozent schwarz eingefärbt. Auch beim Recycling von Automobilen ist der Anteil der schwarzen Partikel innerhalb der Kunststoff-Fraktion sehr hoch. Im bayerischen Penzberg hat hamos, einer der weltweit führenden Anbieter von elektrostatischen Separationstechnologien, ein Verfahren entwickelt, mit dem es gelingt, solche schwarzen Kunststoffe sortenrein zu sortieren (Bild 2).
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Bild 2:
Eine typische Separationsanlage für gemischte Kunststoffe.
Die Materiallogistik ist dabei Teil des Lieferumfangs.
Sortierverfahren für Kunststoffe
Zur Sortierung von Farb-Kunststoffen sind verschiedene Verfahren gebräuchlich. Kunststoffgemische aus Haushaltsabfällen, die im Gelben Sack landen, werden in den Sortieranlagen zumeist vollautomatisch mit Hilfe von Sortiergeräten in einzelne Fraktionen getrennt. Die dazu genutzten Kamerasysteme verwenden die sogenannte NIR-Technik, bei der das von den Kunststoffen reflektierte Nah-Infrarot-Spektrum ausgewertet wird. Jede Kunststoffsorte hat dabei ein charakteristisches Spektrum, das zur Identifikation dient. Problematisch ist dabei, dass schwarze Kunststoffe die Strahlung nicht reflektieren und deshalb auch kein Spektrum erkannt werden kann – sie sind deshalb nicht sortierbar.
Zurzeit wird intensiv an neuen optischen Separationsverfahren gearbeitet, mit denen die genannten Mängel behoben werden sollen. Hier stößt man aber an die Grenzen der Physik. Hinzu kommt, dass die in der Praxis vorkommenden Kunststoffteile auf Grund der vorangegangenen mechanischen Behandlung überwiegend kleinstückig sind. Teilweise liegen sie im Größenbereich von kleiner als 50 Millimeter vor. Dazu kommt eine starke Oberflächenverschmutzung durch Lackierung, anhaftende organische oder anorganische Verschmutzung. Dies hat zur Folge, dass derzeit keine in der Praxis einsetzbaren optischen Sortiergeräte zur Kunststoff-Identifikation und Separation auf dem Markt erhältlich sind. Um aus einem gemischten Kunststoffstrom saubere Fraktionen zu erhalten, sind mehrere nach einander geschaltete Sortiersysteme erforderlich.
Elektrostatische Separationsverfahren für schwarze Kunststoffe
Schwarze Kunststoffe können problemlos mit elektrostatisch arbeitenden Separatoren getrennt werden, da diese Geräte unabhängig von der Farbe eines Produktes arbeiten. Die elektrostatischen Separatoren nutzen dabei den Effekt aus, dass sich Kunststoffgemische in einer Aufladeeinheit in Abhängigkeit von der Kunststoffart unterschiedlich positiv oder negativ aufladen. Bei einem Gemisch zum Beispiel aus PS und ABS lädt sich dabei das PS negativ, das ABS positiv auf. Die so unterschiedlich aufgeladenen Partikel werden anschließend durch ein Elektroden-System separiert. Die dazu verwendeten Spannungen liegen bei circa 35.000 Volt. Positiv geladenes ABS wird durch eine negative Elektrode angezogen, negativ geladenes PS durch eine positive Elektrode. Die Reinheit der einzelnen Kunststoff-Fraktionen kann durch Trennbleche optimiert werden. Je nach Zusammensetzung der Kunststoffe ist ein ein- oder zweistufiger Separationsprozess sinnvoll.
Elektrostatisch arbeitende Separatoren werden mit großem Erfolg beim Recycling von Fensterprofil-Abschnitten (Abtrennung von Gummi aus PVC), Getränke-Flaschen (Abtrennung von PVC aus PET), Elektronikschrott (Trennung von PS und ABS) und vielem mehr eingesetzt. Typische Durchsätze für einen Kunststoff-Separator liegen bei rund. 750 bis 1.200 Kilogramm pro Stunde. Höhere Durchsätze werden problemlos durch Parallelschalten mehrerer Einzelgeräte realisiert, so dass auch große Materialmengen von mehreren Tonnen pro Stunde getrennt werden können.
Da elektrostatische Separatoren nur positiv oder negativ geladene Kunststoffpartikel voneinander trennen können, sind aus zwei Kunststoffen bestehende Gemische ideal. Solche Gemische erhält man beispielsweise durch vor der elektrostatischen Separation installierte Trennverfahren wie zum Beispiel der Dichtetrennung.
Bei Dichtetrennverfahren setzt man üblicherweise Trennflüssigkeiten ein, die außer der Trennung nach spezifischem Gewicht eine Oberflächen-Reinigung auch von stark verschmutzten Kunststoffen ermöglichen. Da sich aber nur trockene Kunststoffe elektrostatisch aufladen lassen, ist vor der elektrostatischen Separation eine Trocknungsstufe vorzuschalten. Häufig reicht dazu aber schon die mechanische Zerkleinerung in Schneidmühlen oder Ähnlichem aus, um ausreichende Separationserfolge zu erzielen.
Gemischte Kunststoffe aus Elektronikschrott
Die elektrostatischen Separationstechnik eignet sich für eine Reihe verschiedener Anwendungen zur Trennung von im Wesentlichen aus schwarzen Kunststoffen bestehenden Gemischen wie Elektronikschrott. Typischer Elektronikschrott (ohne Fernseher und Monitore) besteht zum überwiegenden Teil aus Metallen. Durchschnittlich fallen aber auch circa 15 Prozent an gemischten Kunststoffen an. Bei der jährlich in Deutschland recycelten großen Menge an Geräten sind dies letztendlich mehrere 100.000 Tonnen an Kunststoffen. Gemischte Kunststoffe aus Elektronikschrott bestehen aus vielen unterschiedlichen Kunststoff-Typen, die in unterschiedlichen Mengen anfallen. Rechnet man die „unerwünschten Kunststoffe“ wie beispielsweise flammgehemmte oder PVC heraus, erhält man einen Gut-Produktanteil von rund 55 Prozent. In der Praxis hat sich gezeigt, dass diese „Gut-Fraktion“ zu circa 70 Prozent aus schwarzen Kunststoffen besteht (Bild 3).
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Bild 3:
In der Praxis hat sich gezeigt, dass die „Gut-Fraktion“
zu rund 70% aus schwarzen Kunststoffen besteht
Zur Aufbereitung gemischter Kunststoffe aus Elektronikschrott setzt man eine Kombination aus trockenen und nassen Separationsverfahren ein. Unerwünschte Folien, Fasern, Stäube und Ähnliches werden zuerst durch Siebung und Windsichtung abgetrennt. Durch Schwimm-Sink-Trennung mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte werden anschließend ein PS/ABS-Konzentrat sowie eine Polyolefin-Fraktion gewonnen. Das Gemisch aus PS und ABS wird bei der anschließenden Zerkleinerung von beipspielsweise 30 bis 40 mm auf eine Korngröße von unter 10 Millimeter „selektiv getrocknet“. Dies bedeutet, dass das im Elektronikschrott in großen Mengen vorkommende Holz feucht bleibt, während der Kunststoff an der Oberfläche bereits trocken ist. Somit ist es möglich, die störende Holz-Fraktion und andere leitfähige Produkte durch elektrostatische Separatoren vom Typ „Corona-Walzen-Scheider“ abzutrennen.
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Bild 4:
Saubere Kunststoffe aus Elektronikschrott nach der Separation.
PS und ABS haben jeweils Reinheiten von über 98,5 Proznet.
In der darauf folgenden elektrostatischen Kunststoff-Kunststoff-Separation werden hoch konzentrierte PS- und ABS-Fraktionen mit Reinheiten über 98,5 Prozent erzeugt (Bild 4). Diese Separation erfolgt unabhängig von der Farbe der Kunststoffe. Schwarz eingefärbte Bestandteile spielen keine Rolle. Ein zusätzlicher Effekt dieser Separationsstufe ist, dass gefülltes Polypropylen, das das gleiche spezifische Gewicht von circa 1,05 kg/dm wie PS und ABS hat, als separate Fraktion abgetrennt werden kann. Elektrostatische Separatoren zur ABS-PS-Trennung werden von verschiedenen Firmen mit großem Erfolg zur Trennung von gemischten Kunststoffen aus Elektronikschrott eingesetzt (Bild 5).
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Bild 5:
Eine ausgeführte Großanlage zur Trennung von PS und ABS
mit Durchsatz von 1.500 Kilogram pro Stunde
Recycling von Armaturentafeln
Die elektrostatische Separationstechnik eignet sich daneben auch für ein Recycling von Armaturentafeln. Bei der Produktion von Cockpits und Instrumententafeln für Autos entsteht produktionsbedingt eine Abfallmenge von bis zu 20 Prozent. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um hochfeste Trägerwerkstoffe wie beispielsweise SMA mit Glasfaser-Verstärkung, beschichtet mit PU-Schaum und einer „Deckhaut“, zum Beispiel aus PVC oder PU. Insbesondere das SMA ist ein sehr hochwertiger und teurer Kunststoff, der allein schon aus Wirtschaftlichkeitsgründen recycelt werden sollte, damit die wertvollen Kunststoffe nicht verloren gehen. Problematisch dabei ist allerdings, dass in den meisten Fällen alle drei Kunststoffe SMA, PU-Schaum und Deckschicht schwarz eingefärbt sind.
Die Produktionsabfälle werden zerkleinert und in einer Schneidmühle gemahlen. Durch die Reibung in der Mühle wird das PU praktisch vollständig vom SMA und vom PVC abgetrennt und kann anschließend problemlos durch Windsichtung separiert werden. Das Gemisch aus schwarzem SMA mit schwarzem PVC wird nun elektrostatisch separiert. Die dabei erzielbaren Reinheiten des SMA liegen bei über 99,5 Prozent. Diese Reinheit ist so hoch, dass dieses Produkt wieder direkt in neue Armaturentafeln eingearbeitet werden kann (Bild 6). Auch das Weich-PVC kann auf Grund seiner hohen Reinheit wieder problemlos in neue Produkte eingearbeitet werden.
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Bild 6:
Die Reinheit der elektrostatisch getrennten SMA ist so hoch,
dass dieses Produkt wieder direkt in neue Armaturentafeln eingearbeitet werden kann
Funktionsteile im Automobil
Teile von Lüftungs- und Klimaanlagen im Pkw, die nicht direkt im Blickfeld der Passagiere liegen, werden zu nahezu 100 Prozent aus schwarzen Kunststoffen gefertigt. Funktionsbedingt kommen dazu verschiedene technische Kunststoffe zum Einsatz. Häufig werden dabei auch Verbundmaterialien eingesetzt, bei denen beispielsweise an eine Lüftungsklappe aus Glasfaser-verstärktem PP eine elastische Dichtlippe aus TPU oder EPDM angespritzt wird. Beim Recycling von Produktionsabfällen bereiten diese von den Gummilippen herrührenden Verunreinigungen große Probleme und verhindern, dass das Rezyklat wieder verwendet werden kann.
Bei der Zerkleinerung der Materialien in einer Schneidmühle wird die Gummilippe fast vollständig durch die Reibung innerhalb der Schneidmühle abgelöst. Das Mahlgut wird entstaubt und anschließend elektrostatisch separiert. Man erhält eine hoch konzentrierte PP-Fraktion (Bild 7). Die schwarze Farbe sowohl der Funktionsteile als auch der EPDM-Dichtungen spielt dabei keine Rolle.
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Bild 7:
Das Kunststoffgemisch aus Funktionsteilen für Automobile
vor und nach der Separation
Gemischte Kunststoffe aus Havarien
Kunststoff-Neuware wird hin und wieder vermischt, weil aus Unachtsamkeit sortenreine Kunststoffe mit gleicher Farbe zusammengemischt werden. Die nunmehr aus mehreren Komponenten gleicher Farbe bestehenden Gemische lassen sich aber meistens nicht mehr weiter verarbeiten, weil die Kunststoffe unter einander nicht kompatibel sind. Im elektrostatischen Separator werden die gemischten Kunststoffe aufgeladen und anschließend in sortenreine Produkte getrennt. Diese aus solchen Fehlchargen gewonnenen Materialien sind nach der Separation so sauber, dass sie problemlos wieder als Neuware in der Produktion eingesetzt werden können.
PVC-Fensterprofile
Fensterprofile bestehen aus Hart-PVC. Zur Abdichtung sowohl des Fensterglases als auch der Fensterflügel werden Dichtungen aus Gummi oder Weich-PVC eingesetzt, die überwiegend schwarze oder dunkelgraue Farbe aufweisen. Da sehr häufig auch die Fensterprofile aus dunklem PVC bestehen, ist die saubere Abtrennung der unerwünschten Gummi-Dichtungen problematisch (Bild 8). Hart-PVC aus Fensterprofilen ist ein idealer Werkstoff, der problemlos wieder als Werkstoff in neue Profile eingearbeitet werden kann – vorausgesetzt, das Material ist Gummi-frei. Gummi schmilzt nämlich im Extruder nicht auf und macht die Verwendung solcher kontaminierter PVC-Abfälle unmöglich.
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Bild 8:
Da sehr häufig auch die Fensterprofile aus dunklem PVC bestehen,
ist die saubere Abtrennung der unerwünschten Gummi-Dichtungen problematisch
Fensterprofil-Abschnitte werden gemahlen und entstaubt. Durch elektrostatische Separation werden nun die Gummi- und Weich-PVC-Dichtungen vollautomatisch abgetrennt. Man erhält höchste Reinheiten der PVC-Fraktion, die anschließend im Innenkern von neuen Fensterprofilen verarbeitet werden kann. Da mit einer Komplett-Anlage zur Aufbereitung von PVC-Fensterprofilen (Bild 9) hauptsächlich weiße Profile separiert werden, wird nach der elektrostatischen Separation noch eine Farbsortier-Anlage nachgeschaltet, so dass die erreichbaren Reinheiten im fertigen PVC bei über 99,99 Prozent liegen.
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Bild 9:
Komplettanlage zur Aufbereitung von PVC-Fensterprofilen
Recycling von Toner-Kartuschen
Leere Toner-Kartuschen aus Fotokopierern oder Fax-Geräten fallen in riesigen Mengen an. Sie werden zum Teil von den Herstellern wieder zurückgenommen und recycelt. Sie bestehen zum größten Teil aus verschiedenen schwarzen Kunststoffen mit oder ohne Flammhemmer, Schaumstoffen zur Abdichtung, Silikon-Abstreifern und vielem mehr. Da die wertvollen Kunststoffe wieder bei der Produktion neuer Toner-Kassetten eingesetzt werden sollen, sind die Abtrennung von „Fremdkunststoffen“ und insbesondere die Separation von Dichtungsmaterialien, Gummi und so weiter zwingend erforderlich.
Nach Durchlaufen verschiedener vorgeschalteter Prozess-Schritte erhält man ein schwarzes Mahlgut mit einem hohen Anteil an Verunreinigungen durch Fremdkunststoffe und Gummi. Die überwiegend schwarze Gummi-Fraktion ist leitfähig und lässt sich mit Hilfe von elektrostatischen Leiter-Nichtleiter-Separatoren vom Typ Corona-Walzen-Scheider abtrennen. In einem weiteren elektrostatischen Separationsschritt werden dann noch unter Umständen vorhandene andere Fremdkunststoffe durch tribo-elektrische Separation abgetrennt. Das Ergebnis ist ein sauberer Kunststoff, der problemlos wieder bei der Fertigung neuer Toner-Kartuschen eingesetzt werden kann.
Diese Beispiele zeigen, dass es mit Hilfe der elektrostatischen Separationstechnik problemlos möglich ist, schwarze Kunststoffe sortenrein zu separieren. Die elektrostatischen Separatoren zeichnen sich dabei insbesondere durch hohe Durchsätze, geringe Separationskosten und hohe Reinheit der Fertigprodukte aus. Elektrostatische Separatoren arbeiten bei vielen Kunden im Drei-Schicht-Betrieb, sieben Tage die Woche.
* Dr. Rainer Köhnlechner, geb. 1947, ist geschäftsführender Gesellschafter der hamos GmbH, Penzberg und Inhaber der Wersag GmbH & Co KG in Siebenlehn (Sachsen). Er studierte Maschinenbau an der Universität Stuttgart und arbeitete danach mehrere Jahre für die Fraunhofer Gesellschaft, wo er 1980 zum Dr.-Ing promovierte. 1987 übernahm er die hamos GmbH. 1992 wurde von hamos der erste elektrostatische Metall-Separator Typ KWS verkauft. Den ersten elektrostatischen Separator für die Separation schwarzer Kunststoffe konnte hamos in 2001 vorstellen. Heute ist hamos eine der weltweit führenden Firmen auf dem Gebiet der elektrostatischen Separationstechnik.
Sortenreine Separation schwarzer Kunststoffe
Sortenreine Separation schwarzer Kunststoffe
von Dr. Rainer Köhnlechner, hamos GmbH, Penzberg *
Mit herkömmlichen Separationsverfahren sind die hochwertigen schwarzen Kunststoffe nicht detektierbar. Das von Hamos entwickelte elektrostatische Trennverfahren gelingt eine sortenreine Sortierung.
Große Mengen an gemischten Kunststoffen fallen beim Recycling von Haushaltsabfällen, Elektronikschrott oder auch Automobilen an. Bei der anschließenden Sortierung mit dem Ziel, saubere, verwertbare und sortenreine Kunststoff-Fraktionen zu erhalten, machen insbesondere die hochwertigen schwarzen Kunststoffe Probleme. Sie sind mit herkömmlichen Separationsverfahren nicht detektierbar, so dass mangels geeigneter Separationsverfahren die Sortenreinheit der separierten Produkte gering ist. Und von diesen schwarzen Kunststoffen gibt es heutzutage jede Menge.
Die Farbe Schwarz ist hochmodern und angesagt und wird als Kunststoffoberfläche bei vielen technischen Geräten wie Telefone oder Laptops eingesetzt (Bild 1). Auch aus Kostengründen werden viele Kunststoffteile in schwarzer Farbe gefertigt. Die „farbige Oberfläche“ wird dann durch Lackierung oder Metallisierung erzeugt. Stoßstangen für Pkw beispielsweise werden ausschließlich in schwarzen oder dunkelgrauen Farben hergestellt. Die Anpassung an die jeweilige Karosseriefarbe erfolgt durch Lackierung in der gewünschten Farbe. Bei Fotokopierern, Computern, aber auch bei Funktionsteilen im Automobilbau (Lüftung) spielt die Farbe der Teile keine ästhetische Rolle. Aus diesem Grunde werden diese üblicherweise in der Farbe Schwarz gefertigt. Das macht die Produktion und die Lagerhaltung einfacher – erschwert aber das Recycling.
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Bild 1:
Die Farbe Schwarz ist modern und wird deshalb als Kunststoffoberfläche
bei vielen technischen Geräten wie Telefone, Laptops usw. eingesetzt.
Beim Recycling von elektrischen und elektronischen Geräten fallen somit große Mengen an hochwertigen technischen Kunststoffen wie ABS und PS an. Diese sind zu circa 50 bis 70 Prozent schwarz eingefärbt. Auch beim Recycling von Automobilen ist der Anteil der schwarzen Partikel innerhalb der Kunststoff-Fraktion sehr hoch. Im bayerischen Penzberg hat hamos, einer der weltweit führenden Anbieter von elektrostatischen Separationstechnologien, ein Verfahren entwickelt, mit dem es gelingt, solche schwarzen Kunststoffe sortenrein zu sortieren (Bild 2).
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Bild 2:
Eine typische Separationsanlage für gemischte Kunststoffe.
Die Materiallogistik ist dabei Teil des Lieferumfangs.
Sortierverfahren für Kunststoffe
Zur Sortierung von Farb-Kunststoffen sind verschiedene Verfahren gebräuchlich. Kunststoffgemische aus Haushaltsabfällen, die im Gelben Sack landen, werden in den Sortieranlagen zumeist vollautomatisch mit Hilfe von Sortiergeräten in einzelne Fraktionen getrennt. Die dazu genutzten Kamerasysteme verwenden die sogenannte NIR-Technik, bei der das von den Kunststoffen reflektierte Nah-Infrarot-Spektrum ausgewertet wird. Jede Kunststoffsorte hat dabei ein charakteristisches Spektrum, das zur Identifikation dient. Problematisch ist dabei, dass schwarze Kunststoffe die Strahlung nicht reflektieren und deshalb auch kein Spektrum erkannt werden kann – sie sind deshalb nicht sortierbar.
Zurzeit wird intensiv an neuen optischen Separationsverfahren gearbeitet, mit denen die genannten Mängel behoben werden sollen. Hier stößt man aber an die Grenzen der Physik. Hinzu kommt, dass die in der Praxis vorkommenden Kunststoffteile auf Grund der vorangegangenen mechanischen Behandlung überwiegend kleinstückig sind. Teilweise liegen sie im Größenbereich von kleiner als 50 Millimeter vor. Dazu kommt eine starke Oberflächenverschmutzung durch Lackierung, anhaftende organische oder anorganische Verschmutzung. Dies hat zur Folge, dass derzeit keine in der Praxis einsetzbaren optischen Sortiergeräte zur Kunststoff-Identifikation und Separation auf dem Markt erhältlich sind. Um aus einem gemischten Kunststoffstrom saubere Fraktionen zu erhalten, sind mehrere nach einander geschaltete Sortiersysteme erforderlich.
Elektrostatische Separationsverfahren für schwarze Kunststoffe
Schwarze Kunststoffe können problemlos mit elektrostatisch arbeitenden Separatoren getrennt werden, da diese Geräte unabhängig von der Farbe eines Produktes arbeiten. Die elektrostatischen Separatoren nutzen dabei den Effekt aus, dass sich Kunststoffgemische in einer Aufladeeinheit in Abhängigkeit von der Kunststoffart unterschiedlich positiv oder negativ aufladen. Bei einem Gemisch zum Beispiel aus PS und ABS lädt sich dabei das PS negativ, das ABS positiv auf. Die so unterschiedlich aufgeladenen Partikel werden anschließend durch ein Elektroden-System separiert. Die dazu verwendeten Spannungen liegen bei circa 35.000 Volt. Positiv geladenes ABS wird durch eine negative Elektrode angezogen, negativ geladenes PS durch eine positive Elektrode. Die Reinheit der einzelnen Kunststoff-Fraktionen kann durch Trennbleche optimiert werden. Je nach Zusammensetzung der Kunststoffe ist ein ein- oder zweistufiger Separationsprozess sinnvoll.
Elektrostatisch arbeitende Separatoren werden mit großem Erfolg beim Recycling von Fensterprofil-Abschnitten (Abtrennung von Gummi aus PVC), Getränke-Flaschen (Abtrennung von PVC aus PET), Elektronikschrott (Trennung von PS und ABS) und vielem mehr eingesetzt. Typische Durchsätze für einen Kunststoff-Separator liegen bei rund. 750 bis 1.200 Kilogramm pro Stunde. Höhere Durchsätze werden problemlos durch Parallelschalten mehrerer Einzelgeräte realisiert, so dass auch große Materialmengen von mehreren Tonnen pro Stunde getrennt werden können.
Da elektrostatische Separatoren nur positiv oder negativ geladene Kunststoffpartikel voneinander trennen können, sind aus zwei Kunststoffen bestehende Gemische ideal. Solche Gemische erhält man beispielsweise durch vor der elektrostatischen Separation installierte Trennverfahren wie zum Beispiel der Dichtetrennung.
Bei Dichtetrennverfahren setzt man üblicherweise Trennflüssigkeiten ein, die außer der Trennung nach spezifischem Gewicht eine Oberflächen-Reinigung auch von stark verschmutzten Kunststoffen ermöglichen. Da sich aber nur trockene Kunststoffe elektrostatisch aufladen lassen, ist vor der elektrostatischen Separation eine Trocknungsstufe vorzuschalten. Häufig reicht dazu aber schon die mechanische Zerkleinerung in Schneidmühlen oder Ähnlichem aus, um ausreichende Separationserfolge zu erzielen.
Gemischte Kunststoffe aus Elektronikschrott
Die elektrostatischen Separationstechnik eignet sich für eine Reihe verschiedener Anwendungen zur Trennung von im Wesentlichen aus schwarzen Kunststoffen bestehenden Gemischen wie Elektronikschrott. Typischer Elektronikschrott (ohne Fernseher und Monitore) besteht zum überwiegenden Teil aus Metallen. Durchschnittlich fallen aber auch circa 15 Prozent an gemischten Kunststoffen an. Bei der jährlich in Deutschland recycelten großen Menge an Geräten sind dies letztendlich mehrere 100.000 Tonnen an Kunststoffen. Gemischte Kunststoffe aus Elektronikschrott bestehen aus vielen unterschiedlichen Kunststoff-Typen, die in unterschiedlichen Mengen anfallen. Rechnet man die „unerwünschten Kunststoffe“ wie beispielsweise flammgehemmte oder PVC heraus, erhält man einen Gut-Produktanteil von rund 55 Prozent. In der Praxis hat sich gezeigt, dass diese „Gut-Fraktion“ zu circa 70 Prozent aus schwarzen Kunststoffen besteht (Bild 3).
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Bild 3:
In der Praxis hat sich gezeigt, dass die „Gut-Fraktion“
zu rund 70% aus schwarzen Kunststoffen besteht
Zur Aufbereitung gemischter Kunststoffe aus Elektronikschrott setzt man eine Kombination aus trockenen und nassen Separationsverfahren ein. Unerwünschte Folien, Fasern, Stäube und Ähnliches werden zuerst durch Siebung und Windsichtung abgetrennt. Durch Schwimm-Sink-Trennung mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte werden anschließend ein PS/ABS-Konzentrat sowie eine Polyolefin-Fraktion gewonnen. Das Gemisch aus PS und ABS wird bei der anschließenden Zerkleinerung von beipspielsweise 30 bis 40 mm auf eine Korngröße von unter 10 Millimeter „selektiv getrocknet“. Dies bedeutet, dass das im Elektronikschrott in großen Mengen vorkommende Holz feucht bleibt, während der Kunststoff an der Oberfläche bereits trocken ist. Somit ist es möglich, die störende Holz-Fraktion und andere leitfähige Produkte durch elektrostatische Separatoren vom Typ „Corona-Walzen-Scheider“ abzutrennen.
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Bild 4:
Saubere Kunststoffe aus Elektronikschrott nach der Separation.
PS und ABS haben jeweils Reinheiten von über 98,5 Proznet.
In der darauf folgenden elektrostatischen Kunststoff-Kunststoff-Separation werden hoch konzentrierte PS- und ABS-Fraktionen mit Reinheiten über 98,5 Prozent erzeugt (Bild 4). Diese Separation erfolgt unabhängig von der Farbe der Kunststoffe. Schwarz eingefärbte Bestandteile spielen keine Rolle. Ein zusätzlicher Effekt dieser Separationsstufe ist, dass gefülltes Polypropylen, das das gleiche spezifische Gewicht von circa 1,05 kg/dm wie PS und ABS hat, als separate Fraktion abgetrennt werden kann. Elektrostatische Separatoren zur ABS-PS-Trennung werden von verschiedenen Firmen mit großem Erfolg zur Trennung von gemischten Kunststoffen aus Elektronikschrott eingesetzt (Bild 5).
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Bild 5:
Eine ausgeführte Großanlage zur Trennung von PS und ABS
mit Durchsatz von 1.500 Kilogram pro Stunde
Recycling von Armaturentafeln
Die elektrostatische Separationstechnik eignet sich daneben auch für ein Recycling von Armaturentafeln. Bei der Produktion von Cockpits und Instrumententafeln für Autos entsteht produktionsbedingt eine Abfallmenge von bis zu 20 Prozent. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um hochfeste Trägerwerkstoffe wie beispielsweise SMA mit Glasfaser-Verstärkung, beschichtet mit PU-Schaum und einer „Deckhaut“, zum Beispiel aus PVC oder PU. Insbesondere das SMA ist ein sehr hochwertiger und teurer Kunststoff, der allein schon aus Wirtschaftlichkeitsgründen recycelt werden sollte, damit die wertvollen Kunststoffe nicht verloren gehen. Problematisch dabei ist allerdings, dass in den meisten Fällen alle drei Kunststoffe SMA, PU-Schaum und Deckschicht schwarz eingefärbt sind.
Die Produktionsabfälle werden zerkleinert und in einer Schneidmühle gemahlen. Durch die Reibung in der Mühle wird das PU praktisch vollständig vom SMA und vom PVC abgetrennt und kann anschließend problemlos durch Windsichtung separiert werden. Das Gemisch aus schwarzem SMA mit schwarzem PVC wird nun elektrostatisch separiert. Die dabei erzielbaren Reinheiten des SMA liegen bei über 99,5 Prozent. Diese Reinheit ist so hoch, dass dieses Produkt wieder direkt in neue Armaturentafeln eingearbeitet werden kann (Bild 6). Auch das Weich-PVC kann auf Grund seiner hohen Reinheit wieder problemlos in neue Produkte eingearbeitet werden.
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Bild 6:
Die Reinheit der elektrostatisch getrennten SMA ist so hoch,
dass dieses Produkt wieder direkt in neue Armaturentafeln eingearbeitet werden kann
Funktionsteile im Automobil
Teile von Lüftungs- und Klimaanlagen im Pkw, die nicht direkt im Blickfeld der Passagiere liegen, werden zu nahezu 100 Prozent aus schwarzen Kunststoffen gefertigt. Funktionsbedingt kommen dazu verschiedene technische Kunststoffe zum Einsatz. Häufig werden dabei auch Verbundmaterialien eingesetzt, bei denen beispielsweise an eine Lüftungsklappe aus Glasfaser-verstärktem PP eine elastische Dichtlippe aus TPU oder EPDM angespritzt wird. Beim Recycling von Produktionsabfällen bereiten diese von den Gummilippen herrührenden Verunreinigungen große Probleme und verhindern, dass das Rezyklat wieder verwendet werden kann.
Bei der Zerkleinerung der Materialien in einer Schneidmühle wird die Gummilippe fast vollständig durch die Reibung innerhalb der Schneidmühle abgelöst. Das Mahlgut wird entstaubt und anschließend elektrostatisch separiert. Man erhält eine hoch konzentrierte PP-Fraktion (Bild 7). Die schwarze Farbe sowohl der Funktionsteile als auch der EPDM-Dichtungen spielt dabei keine Rolle.
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Bild 7:
Das Kunststoffgemisch aus Funktionsteilen für Automobile
vor und nach der Separation
Gemischte Kunststoffe aus Havarien
Kunststoff-Neuware wird hin und wieder vermischt, weil aus Unachtsamkeit sortenreine Kunststoffe mit gleicher Farbe zusammengemischt werden. Die nunmehr aus mehreren Komponenten gleicher Farbe bestehenden Gemische lassen sich aber meistens nicht mehr weiter verarbeiten, weil die Kunststoffe unter einander nicht kompatibel sind. Im elektrostatischen Separator werden die gemischten Kunststoffe aufgeladen und anschließend in sortenreine Produkte getrennt. Diese aus solchen Fehlchargen gewonnenen Materialien sind nach der Separation so sauber, dass sie problemlos wieder als Neuware in der Produktion eingesetzt werden können.
PVC-Fensterprofile
Fensterprofile bestehen aus Hart-PVC. Zur Abdichtung sowohl des Fensterglases als auch der Fensterflügel werden Dichtungen aus Gummi oder Weich-PVC eingesetzt, die überwiegend schwarze oder dunkelgraue Farbe aufweisen. Da sehr häufig auch die Fensterprofile aus dunklem PVC bestehen, ist die saubere Abtrennung der unerwünschten Gummi-Dichtungen problematisch (Bild 8). Hart-PVC aus Fensterprofilen ist ein idealer Werkstoff, der problemlos wieder als Werkstoff in neue Profile eingearbeitet werden kann – vorausgesetzt, das Material ist Gummi-frei. Gummi schmilzt nämlich im Extruder nicht auf und macht die Verwendung solcher kontaminierter PVC-Abfälle unmöglich.
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Bild 8:
Da sehr häufig auch die Fensterprofile aus dunklem PVC bestehen,
ist die saubere Abtrennung der unerwünschten Gummi-Dichtungen problematisch
Fensterprofil-Abschnitte werden gemahlen und entstaubt. Durch elektrostatische Separation werden nun die Gummi- und Weich-PVC-Dichtungen vollautomatisch abgetrennt. Man erhält höchste Reinheiten der PVC-Fraktion, die anschließend im Innenkern von neuen Fensterprofilen verarbeitet werden kann. Da mit einer Komplett-Anlage zur Aufbereitung von PVC-Fensterprofilen (Bild 9) hauptsächlich weiße Profile separiert werden, wird nach der elektrostatischen Separation noch eine Farbsortier-Anlage nachgeschaltet, so dass die erreichbaren Reinheiten im fertigen PVC bei über 99,99 Prozent liegen.
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Bild 9:
Komplettanlage zur Aufbereitung von PVC-Fensterprofilen
Recycling von Toner-Kartuschen
Leere Toner-Kartuschen aus Fotokopierern oder Fax-Geräten fallen in riesigen Mengen an. Sie werden zum Teil von den Herstellern wieder zurückgenommen und recycelt. Sie bestehen zum größten Teil aus verschiedenen schwarzen Kunststoffen mit oder ohne Flammhemmer, Schaumstoffen zur Abdichtung, Silikon-Abstreifern und vielem mehr. Da die wertvollen Kunststoffe wieder bei der Produktion neuer Toner-Kassetten eingesetzt werden sollen, sind die Abtrennung von „Fremdkunststoffen“ und insbesondere die Separation von Dichtungsmaterialien, Gummi und so weiter zwingend erforderlich.
Nach Durchlaufen verschiedener vorgeschalteter Prozess-Schritte erhält man ein schwarzes Mahlgut mit einem hohen Anteil an Verunreinigungen durch Fremdkunststoffe und Gummi. Die überwiegend schwarze Gummi-Fraktion ist leitfähig und lässt sich mit Hilfe von elektrostatischen Leiter-Nichtleiter-Separatoren vom Typ Corona-Walzen-Scheider abtrennen. In einem weiteren elektrostatischen Separationsschritt werden dann noch unter Umständen vorhandene andere Fremdkunststoffe durch tribo-elektrische Separation abgetrennt. Das Ergebnis ist ein sauberer Kunststoff, der problemlos wieder bei der Fertigung neuer Toner-Kartuschen eingesetzt werden kann.
Diese Beispiele zeigen, dass es mit Hilfe der elektrostatischen Separationstechnik problemlos möglich ist, schwarze Kunststoffe sortenrein zu separieren. Die elektrostatischen Separatoren zeichnen sich dabei insbesondere durch hohe Durchsätze, geringe Separationskosten und hohe Reinheit der Fertigprodukte aus. Elektrostatische Separatoren arbeiten bei vielen Kunden im Drei-Schicht-Betrieb, sieben Tage die Woche.
* Dr. Rainer Köhnlechner, geb. 1947, ist geschäftsführender Gesellschafter der hamos GmbH, Penzberg und Inhaber der Wersag GmbH & Co KG in Siebenlehn (Sachsen). Er studierte Maschinenbau an der Universität Stuttgart und arbeitete danach mehrere Jahre für die Fraunhofer Gesellschaft, wo er 1980 zum Dr.-Ing promovierte. 1987 übernahm er die hamos GmbH. 1992 wurde von hamos der erste elektrostatische Metall-Separator Typ KWS verkauft. Den ersten elektrostatischen Separator für die Separation schwarzer Kunststoffe konnte hamos in 2001 vorstellen. Heute ist hamos eine der weltweit führenden Firmen auf dem Gebiet der elektrostatischen Separationstechnik.
Weitere Informationen:
https://edir.bulk-online.com/profile...nstechnik-.htm9008 hamos recycling u separationstechnik .htm
Google Search:
http://www.google.de/search?client=s...ulk-online.comsearch?client=safari&rls=en&q=hamos+site:bulk online.com
http://www.google.de/search?q=hamos+...=lnms&tbm=ischsearch?q=hamos+site:bulk online.com&safe=active&client=safari&rls=en&source=lnms&tbm=isch ■