Projekt 11013/01

Verfahrensentwicklung zur Sortierung vermischter Aluminiumschrotte nach Legierungstypen

Projektdurchführung

Sortec GmbH
Hanauer Landstr. 421
60314 Frankfurt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beim Recycling vermischter Aluminiumschrotte können wegen des Siliziumgehaltes der Gusslegierungen nur Gusslegierungen erschmolzen werden. Mit zunehmenden Aluminiumverbrauch wird es immer wichtiger, ein Recycling zum Blech-, Press- oder Schmiedeprodukt zu ermöglichen. Basierend auf der bereits kommerziell genutzten Technik zum Sortieren von NE-Metallen nach analytischen Kriterien soll das Sortieren vermischter Aluminiumschrotte nach Legierungstypen entwickelt werden, die danach wie sorten-reine Produktionsrückstände direkt in den Gießereien der Halbzeugwerke und Gusshersteller einsetzbar sind.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenErste Versuche auf NE-Metallsortiermaschinen mit laserangeregter Spektraanalyse zeigten, dass Aluminium nach Legierungstypen sortiert werden kann. Zum Sortieren gemäß Zielstellung muss allerdings sowohl der optomechanische Aufbau des Analysedetektors als auch das Verfahren insgesamt modifiziert und hin-sichtlich der Identifizierungsgenauigkeit verbessert werden. Im Einzelnen sollen im ersten Projektjahr zunächst ein neues Analysesystem erstellt und qualifiziert werden, danach der Einfluss und die Optimie-rungsmöglichkeiten von systeminterner Mittelwertbildung für mehrere Analysen pro Schrottstück, der Vergrößerung der Laser-Ablations-fläche, einer anderen Laserwellenlänge und einer Laser-Pulsmodulation un-tersucht werden.

Die Definition der jeweiligen Sortieraufgaben, die Begutachtung/Bewertung der Sortierergebnisse nach
o. g. Versuchen sowie die schmelztechnische Qualifizierung nach den Produktionsversuchen im zweiten Projektjahr erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern aus der Primär- und Sekundär-Aluminiumindustrie, die auch nach Durchlaufen ihrer gesamten Fertigung bis zum Endprodukt eine jeweils für sich relevante Rentabilitätsbetrachtung über Sortiertiefe und -aufwand erstellen.


Ergebnisse und Diskussion

Zum Aufbau des neuen Analysesystems wurde zunächst sowohl die Laserstrahlführung und als auch die Lichtabnahmetechnik vom Plasma völlig neu entwickelt, wobei letztere für eine optimierte Lichterfassung und -ausbeute koaxial erfolgte und über ein Round-to-Line-Faserbündel einem speziell für die laserangeregte Emissionsspektroskopie angefertigten Spektrographen zugeführt wurde. Nach ersten Analysetests zeigte sich jedoch, dass der Spektrograph das im Vergleich zur klassischen Funken-analyse überraschender Weise sehr viel größere Lichtangebot des Laserpulses nicht verarbeiten konnte und übersteuerte. Da ein Filtern oder Abblenden des Plasmas keinen Erfolg brachte, wurden die Photomultiplier des Spektrometers gegen weniger empfindliche ausgetauscht und zusätzlich die Beschaltung für die jeweils interessierenden Messbereiche der Legierungselemente angepasst.

Die Kalibrierung des Detektors mit handverlesenen, einzeln analysierten und gekennzeichneten Schrottproben ergab nur ein deutlich größeres Verhältnis Detektoranzeige (=Intensität Element/Intensität Alumini-um) zum jeweiligen Elementgehalt der Legierung als mit dem ursprünglichen NE-Metalldetektor. Somit war das Hauptziel der Detektorentwicklung erreicht worden.

Die Sortierversuche wurden zunächst mit den Kalibrierproben, dann mit Produktionsabfällen durchgeführt. Nach der Sortierung wurden die Kalibrierproben auf Grund ihrer Kennzeichnung, die Produktionsabfälle nach ihrer spezifischen Form handausgelesen und verwogen aus dem Gewicht sowie den bekannten Analysewerten der Proben das Sortierergebnis errechnet. Dieses ergab, dass aus handelsüblichen Aluminiumschrotten schon mit einem einfachen Sortieralgorithmus Qualitäten sortierbar sind, die direkt zu defi-nierten Legierungen erschmolzen werden können.

Bei den Versuchen mit den Produktionsabfällen zeigte sich, dass die Analysegenauigkeit und damit die Sortierqualität deutlich besser wurde, wenn sie zuvor mit Stahldrahtkorn, wie zur Entlackung und Reinigung stark verschmutzter Schrotte vorgesehen, gestrahlt wurden. Einige wenige Stichversuche mit abgedrehten Proben zeigten, dass die entwickelte Sortiertechnik in der Lage ist, auch noch nah verwandte Legierungen sicher zu unterscheiden wie z. B. die Gusslegierungen 226, 231 und 239.

Ökonomische und ökologische wird die zu entwickelnde Technik erheblich günstiger sein als die derzeit einzige Alternative Sekundärschmelzen, d. h. mit der Sortiertechnik ist nicht nur ein Aluminiumrecycling auf höchstmöglicher Qualitätsstufe erstmals realisierbar, sondern sie ist auch deutlich kostengünstiger und nicht umweltbelastend. Durch konsequenten Einsatz der Sortiertechnik können darüber hinaus mit wachsendem Aluminiumverb-rauch zusätzlich notwendige Recyclingkapazitäten bereitgestellt und auf die Errichtung weiterer Sekundärschmelzeinrichtungen verzichtet werden.


Fazit

Der entwickelte Detektor ist zur Identifizierung und analytischen Unterscheidung von Aluminiumlegierungen geeignet. Mit ihm ist es möglich, noch Gehaltsunterschiede von + 0,2 Gew.-% sicher zu detektieren. In Verbindung mit einem geeigneten Sortieralgorithmus und/oder einer Mehrschussanalyse mit Mittelwertbildung kann die Detektier- und damit Sortiergenauigkeit nochmals merklich erhöht werden. Voraussetzung für den praktischen Einsatz ist aber eine analysegerechte Vorbehandlung der Schrotte, da Anhaftungen von Fremdbestandteilen zu Fehlidentifikationen führen.
Bedingt durch wirtschaftliche Probleme der Sortec Sortiertechnik GmbH kam es vor Projektabschluß zur Löschung der Fa. aus dem Handelsregister (Insolvenzantrag wurde vom Amtsgericht Frankfurt am Main mangels Masse abgelehnt). Die Versuchsanlage steht jetzt im Metallwerke Harzgerode GmbH. Ob dort die notwendigen F/E-Leistungen bis zur Erreichung der Produktionsreife und nachfolgende Investitionen in die Produktionsanlagen erbracht werden, ist der Geschäftsstelle nicht bekannt. Nach Abstimmungen mit Dr. Pohle und Herrn Köppe am 25.08.99 in Osnabrück erfolgten seitens Metallwerke Harzgerode keine weiteren Aktivitäten zur Weiterführung des Projektes im Rahmen des Fördervorhabens.