Projekt 35254/01

Konzeptionierung und Umsetzung eines Verfahrens zur Verwertung von Gießerei-Altsanden als Sandkomponente bei der farbigen Behälterglasproduktion

Projektdurchführung

Schönheider Guss GmbH
Alte Auerbacher Str. 26
08304 Schönheide

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In den deutschen Gießereien werden jährlich ca. 20 Mio. Tonnen Sand als Formstoff eingesetzt.
Nach dessen mehrfacher interner Aufbereitung und Nutzung im Produktionsprozess muss der thermisch/mechanisch verschlissene Anteil ausgeschleust werden.
Für diesen Gießereialtsand sind nachhaltige Verwertungsstrategien zu entwickeln. Steigende Deponie- und Transportkosten, knapper werdende Deponiekapazitäten, die Notwendigkeit zur Schonung der Neusandressourcen und die verstärkte Hinwendung zu einer Circular Economy erfordern ein Umdenken im Umgang mit Gießereialtsanden.
Die außerbetriebliche Verwertung in Drittindustrien, z.B. im Straßenbau oder in der Zement- und Ziegelindustrie, ist möglich, aber aus umweltrechtlichen oder technischen Gründen mengenmäßig beschränkt und in der Tendenz kaum zu steigern.
Eine weitere Möglichkeit zur außerbetrieblichen Verwertung von Gießereialtsanden kann unter Beachtung technischer Voraussetzungen auch der Einsatz in der Glasindustrie zur Herstellung farbigen Behälterglases sein.
In einem Vorläuferprojekt (Az 34046/01) ist untersucht worden, inwieweit es durch Abreicherung der für die Glasherstellung schädlichen Komponenten aus dem Altsand und gleichzeitiger Korrektur des Gemenges in der Glashütte möglich ist, Glasqualitäten zu erzeugen, welche die erforderlichen Eigenschaften aufweisen. Dabei wurde festgestellt, dass der gereinigte
Gießereialtsand bei beherrschbarer Rohstoffvorbereitung zur Herstellung farbigen Behälterglases grundsätzlich eingesetzt werden kann. Diese Erkenntnisgrundlage führte zur europäischen Anmeldung eines europäischen Patentes (EP 3 643 689 A1).
Das zugrundeliegende Konzept der Aufbereitung der Altsande und deren Einsatz als Sekundärrohstoff in der Glasherstellung war nun im industriellen Großversuch zur validieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen dieses Projektes war die technische Machbarkeit des Einsatzes von Gießereialtsanden für die Herstellung von farbigem Behälterglas zu überprüfen und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchzuführen.
Dabei wurden folgende Arbeitspakete behandelt:
· Konzipierung der Technologieschritte und Anlagenkonfiguration für die Projektierung einer Aufbereitungsanlage für Altsande aus verschiedenen Gießereien
· Installation der Anlage zur Aufbereitung von Altsanden,
· Planung und Abwicklung der Logistik für die Anlieferung der Altsande aus den Gießereien sowie der Transporte des aufbereiteten Altsandes zum Glaswerk,
· Durchführung des Versuchsbetriebes der Anlage zur Aufbereitung von Altsanden,
· Charakterisierung der Altsandeingangs- und -ausgangsqualitäten,
· Auswertung der Versuchsergebnisse aus der Altsand-Aufbereitung,
· Erstellung eines Anforderungskataloges für die erforderliche Gießerei-Altsandqualität zur Aufbereitung als Sandkomponente in der farbigen Behälterglaserzeugung,
· Herstellung einer homogenen Sandmischung für die Lieferung an das Glaswerk,
· Technisch-organisatorische Abstimmungen für den Versuchsbetrieb im Glaswerk,
· Durchführung des Schmelzversuchs im großtechnischen Maßstab,
· Auswertung der Versuchsergebnisse aus dem Schmelzversuch,
· Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.


Ergebnisse und Diskussion

Aufbauend auf labor- und kleintechnischen Untersuchungen in Vorprojekten zur Aufbereitung von Gießerei-Altsanden und für dessen Einsatz in der Glasherstellung waren die Ziele des vorliegenden Projektes, die technische Machbarkeit der Aufbereitung im Pilotmaßstab sowie des
Schmelzeinsatzes im industriellen Maßstab zu überprüfen sowie die Grundlagen für eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zu erarbeiten.
Im ersten Schritt wurde eine Aufbereitungsanlage im Pilotmaßstab konzipiert bestehend aus den folgenden Prozessschritten:
(1) Separation der Grobfraktion mittels Siebung
(2) Aufbrechen der Binderhüllen mittels Strahlreiniger
(3) Abtrennen der Staubfracht mittels Fließbettsichter
(4) Abtrennen der magnetischen Komponenten mittels Magnetabscheider
Wesentliche Bestandteile der Konzeption waren unter anderem
- die Identifizierung eines geeigneten Magnetabscheiders sowie kleintechnische Vorversuche dafür,
- die Identifizierung der Strahlreinigung als geeignete Technologie zum Aufbrechen der Binderhüllen mit anschließender Auslegung eines Strahlreinigers sowie kleintechnische Vorversuche dazu und
- die Konstruktion und der Bau einer an bestehende tandortvoraussetzungen angepassten Aufbereitungsanlage.
Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der Anlage erfolgten konstruktive Anpassungen sowie die Optimierung der Prozessparameter für sechs unterschiedliche Altsande.
Als Voraussetzung dieser Optimierungen aber auch für die Gewährleistung der glastechnologischen Produktanforderungen wurde eine geeignete Qualitätsprüftechnik etabliert.
Dies beinhaltete hauptsächlich die Siebanalyse des Fertigsandes und der Feinfraktion, die Bestimmung von Glühverlust und Kohlenstoffgehalt des Fertigsandes sowie die Elementaranalyse mittels Röntgenfluoreszenz (RFA) des Fertigsandes. Mit der Versuchsanlage wurden 1.004 t aufbereiteter Altsand (Fertigsand) als Produkt hergestellt sowie Grobfraktion, Feinfraktion und magnetische Fraktion als Rückstände. Beim Versuch, die
Feinfraktion durch einen zusätzlichen nachgeschalteten Aufbereitungsschritt in eine ebenfalls verwertbare Fraktion zu überführen, wurde festgestellt, dass der Sichtungsprozess in der Altsandaufbereitung bereits optimal eingestellt und sehr effektiv war. In der Feinfraktion war kaum
noch (für die Glasindustrie) verwertbarer Sand enthalten.
Von der Gesamtmenge an hergestelltem Fertigsand wurden insgesamt 829 t an den Glashersteller geliefert. Nach Anpassungen in der Schüttgutverarbeitung aufgrund eines abweichenden
Fließverhaltens des trockenen Altsandes gegenüber dem feuchten konventionellen Sand, wurde der Altsand über mehrere Wochen hinweg erfolgreich in einer Braunglas-Schmelzwanne
eingesetzt. Die zudosierte Menge an aufbereitetem Altsand konnte bis zum Ende der Projektlaufzeit auf 18 % gesteigert werden.
Eine Abschätzung der Wirtschaftlichkeit für den Altsand-Aufbereitungsbetrieb beschreibt die wesentlichen Kostenpositionen nach dem Kostenniveau bis 31.12.2021. Sie zeigt, dass eine wirtschaftliche Umsetzung nicht nur wünschenswert und realisierbar, sondern auch rentabel sein kann.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie wird die Ergebnisse des Projektes in seinen eigenen Medien (z.B. in der Zeitschrift GIESSEREI) sowie im Rahmen geeigneter Veranstaltungen (z.B. beim zweijährlich stattfinden Formstoffforum) kommunizieren.


Fazit

Mit diesem Projekt wird der grundsätzliche Nachweis der technischen Machbarkeit einer Verwertung von Gießerei-Altsand bei der Herstellung von farbigem Behälterglas erbracht. Altsand lässt sich mechanisch von einem großen Teil glastechnisch unerwünschter Verunreinigungen
befreien und je nach Altsandcharakteristik nach dieser Aufbereitung in der Schmelze für braunes Behälterglas in nennenswerten Mengen einsetzen. Dort kann er den Einsatz der natürlichen Ressource Sand anteilig ersetzen und somit zur Ressourcenschonung beitragen.
Die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit für den Altsand-Aufbereitungsbetrieb beschreibt die wesentlichen Kostenpositionen gemäß Kostenniveau bis 31.12.2021. Sie zeigt, dass eine wirtschaftliche Umsetzung nicht nur wünschenswert und realisierbar, sondern auch lohnend sein
kann. Künftige Überlegungen zum Einsatz von Gießerei-Altsand im Glasschmelzprozess müssen sich an den dann geltenden, technischen und wirtschaftlichen Aussagen orientieren. Sie erfordern
eine Aktualisierung der spezifischen Kosten sowie detaillierte Abstimmungen mit ausgewählten Partnern in der Behälterglasindustrie.
Nach Angaben des statistischen Bundesamtes wurden in Deutschland 2020 laut rund 1,7 Mio.Tonnen farbiges Behälterglas produziert, wovon etwa 2/3 auf Braunglas und 1/3 auf Grünglas entfallen. Für die Abschätzung eines potenziellen Altsandbedarfes in der Glasherstellung ist neben
dem Neusand der Anteil eingesetzter Scherben entscheidend. Werden für die Produktion von Braunglas Scherbenanteile zwischen 70 und 80 % angenommen und ein Sandersatz durch Altsand von 18 bis 30 %, so ergibt sich ein potenzieller täglicher Altsandbedarf in der Behälterglasindustrie von 90 bis 210 t/d.
Für diesen Bedarf ist der Altsand einer einzelnen Gießerei nicht ausreichend. Vielmehr müssen geeignete und die glastechnologischen Anforderungen einhaltende Altsande aus mehreren Gießereien verarbeitet werden. Eine Lösungsmöglichkeit hierfür bietet die Entwicklung von Clustern mit geeigneten Gießereien und Glaswerken. Die Altsande der Gießereien sind nach ihrem Einsatzpotential (Charakteristik, Aufkommen, Aufbereitungsfähigkeit, Standort, Dringlichkeit eines neuen Entsorgungsweges) und die Glaswerke – insbesondere mit Schmelzwannen für Braunglas – nach ihrem Einsatzpotential (Sandtonnage, Potential für zusätzlichen Kohlenstoff, Standort, Standortbedingungen wie freie Silos) zu bewerten.
Für die Wirtschaftlichkeit der Aufbereitung ist es erforderlich, eine Anlage mit einem Durchsatz von mind. 200 t/d Altsand zu betreiben. Aufgrund der Transportkosten ist darauf zu achten, dass diese Gießereien nicht zu weit voneinander und von potenziellen Glaswerken entfernt liegen.
Parallel könnten die Voraussetzungen in den Gießereien zur Optimierung der Altsande hinsichtlich dieses Verwertungsweges überprüft werden. Möglicherweise lassen sich die Altsandqualitäten insbesondere hinsichtlich ihrer Organikgehalte optimieren, um als Sekundärrohstoff in der
Glasindustrie eingesetzt werden zu können.