Projekt 12050/01

Entwicklung eines Gerätesystems zur trockenen Separation von Kunststoffmischungen im Kabelrecycling

Projektdurchführung

HAMOS Elektronik GmbHRecycling- und Separationstechnik
Im Thal 17
82377 Penzberg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Projekt wurde ein Verfahrenskonzept zur trockenen Separation von Kunststoffmischungen aus dem Altkabelrecycling entwickelt. Wesentliches Ziel war dabei, eine saubere PVC-Fraktion zu erzeugen, die zu hochwertigen Produkten verarbeitet werden kann. Das Verfahren weist u. a. eine triboelektrisch arbeitende Separationseinheit auf. Ziel war, das Verfahren bis zum halbindustriellen Prototyp so weit zu entwickeln, dass - ggf. durch Parallelschaltung einzelner Module - Durchsatzmengen von bis ca. 1,5 t/h separiert werden können. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollen zukünftig die Verarbeiter von Kunststoffen, in die Lage versetzt werden, hochwertige und vermarktbare Kunststoff-Recyclate kostengünstig herzustellen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt ist in verschiedene Arbeitspakete aufgeteilt:
1. Vorversuche: Erarbeitung eines Konzeptes für eine Großanlage mit Hilfe des Laborscheiders der hamos GmbH. Bestimmung optimaler Betriebsparameter für die Konstruktion des Prototypen, Auslegung und Auswahl der Peripherie und zum Betrieb der Großanlage.
2. Anlagenkonzeption: In diesem Arbeitspaket wurde das Gesamtkonzept der Anlage ermittelt.
3. Prototypenkonzeption: Erstellen der Konstruktionszeichnungen für den Prototypen.
4. Bau des Prototypen: Der Prototyp wurde bei der hamos GmbH gebaut.
5. Anlageninstallation und Inbetriebnahme: Der Prototyp wurde gemeinsam mit den Peripheriegeräten, bei einer Partnerfirma installiert und als Gesamtanlage in Betrieb genommen.
6. Versuchsphase: Versuche im halbtechnischen Maßstab zur Optimierung der Betriebsparameter
7. Analysen: Analyse der Zusammensetzung der erzeugten Produkte
8. Modifikationen: Behebung maschinen- und verfahrenstechnischer Probleme
9. Testphase: Produktion einer verwertbaren PVC-Fraktion
10. Versuche bei Pilotkunden: Erzeugung von Produkten aus dem aufbereiteten PVC.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Vorhabens wurden nach einer ausführlichen Literaturrecherche die physikalischen Grundlagen zur tribo-elektrischen Sortierung erarbeitet. Um zu verwertbaren Ergebnissen bei Variation unterschiedlicher Parameter zu kommen, wurden Versuche zuerst an Einzelpartikeln durchgeführt. Die Einflüsse auf die Aufladung wie z.B. Temperatur, Feuchte, Materialkombinationen, Partikel-Partikel oder Partikel/Wand-Kontakte, Art der Aufladung etc. lassen sich so anhand kleiner Probenmengen erfassen. Auf Basis der Vorversuche wurde ein Versuchsstand erstellt.
Versuche mit Originalmaterialien unterschiedlicher Kabelhersteller und Kabelrecycler zeigen, daß eine sehr gute PE-Abtrennung aus Kabelgemischen elektrostatisch nur bei Neuware aus PVC und PE-Kabeln möglich ist. Zum Teil kann sogar PE von VPE getrennt werden. Bei realen Kabelgemischen aus Mischkabeln (PVC, PE, EPDM, Gummi usw.) sind ohne mechanische Vorbehandlung (Entstaubung, Abtrennung der Feinfraktion, weitergehende Oberflächenreinigung bzw. Aktivierung) keine sauberen Fraktionen zu erzielen. Aus diesem Grunde ist ein Gerät zur trockenmechanischen Reinigung der Kabelgemische eine unverzichtbare Einheit zur Vorbehandlung des Materials in der Gesamtanlage.Vorversuche zur trockenmechanischen Abtrennung der Leichtfraktion (PE) mit Hilfe eines neu entwickelten Setztisches waren zu Beginn sehr erfolgversprechend. Diese guten Ergebnisse konnten aber mit rea-lem Material nicht bestätigt werden. Da durch die verschiedenen Formen und Größen der Partikel das wesentliche Problem der PVC-Gummi-Separation nicht gelöst werden konnte, wurden die Versuche mit dem Setztisch abgebrochen.
Aufgrund von nicht befriedigenden Ergebnissen mit dem ursprünglich angedachten Scheiderkonzept wurde der tribo-elektrische Kunststoffseparator hamos EKS konstruktiv vollständig überarbeitet. Der neu entwickelte Prototyp ist gekennzeichnet durch eine verbesserte Aufladung durch intensiven Partikel-Partikel-Kontakt in einer neuen Aufladeeinheit und eine anschließende Separation auf einem Bandscheider. Der Bandscheider ermöglicht eine sehr definierte Materialaufgabe in das elektrische Feld. Dadurch erzielt die Anlage größtmögliche Trennschärfe auch bei geringer elektrostatischer Aufladung der Einzelpartikel, was insbesondere für Kunststoffgemische aus dem Altkabel von essentieller Bedeutung ist.
Da insbesondere EPDM und PE zum Teil sehr stark streuende tribo-elektrische Eigenschaften aufweisen, wurde nach trockenmechanischen, aber auch nassen Wegen gesucht, um das tribo-elektrische Verhalten dieser Komponenten stoffspezifisch zu beeinflussen. Es konnten zwei außerordentlich effektive Konditionierungsmittel gefunden werden, mit deren Hilfe sich praktisch alle untersuchten realen Altkabelmaterialien hervorragend sortieren lassen.
Durch die im Vorhaben erarbeiteten Erkenntnisse gelang es, den tribo-elektrischen Separator bis zur praktischen Anwendbarkeit zu entwickeln. Das Gerät wird inzwischen auch zur Trennung verschiedener anderer Materialien eingesetzt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Dieses neue Verfahren wurde im Rahmen von mehreren internationalen Konferenzen und Tagungen vorgestellt. Darüber hinaus wurden Versuchsergebnisse auf mehreren großen internationalen Messen Envitec/Düsseldorf, Entsorga/Köln, IFAT/München vorgestellt.


Fazit

Aus bestimmten Mischkabelfraktionen können auf elektrostatischem Wege PVC-Fraktionen mit hoher Reinheit erzeugt werden. Die Reinheit ist im allgemeinen aber für direkte Applikationen im Kabelbereich nicht ausreichend. Bei Kabelherstellern gibt es es große Akzeptanzprobleme für fremde PVC-Recyclate beim Einsatz für Neukabel, da Gewährleistungsprobleme und schlechtere mechanische und elektrische Eigenschaften befürchtet werden. Dies gilt auch beim Einsatz von Recyclat für Blindleitungen, Füllelemente etc., wo z.B. eine Migration von unbekannten Weichmachem in die Kabelumhüllung und damit eine Qualitätsverschlechterung befürchtet werden. Deshalb werden nur eigene Recyclate aus bekannten Kabelmischungen eingesetzt.
Für getrennte Fraktionen aus Mischkabeln mit niedrigerer Reinheit gibt es dagegen eine Reihe von Applikationen, wo diese mit sehr gutem Erfolg eingesetzt werden können. Unser Kooperationspartner konnte mit Hilfe der elektrostatischen Separationstechnik eine Reihe von Problemen lösen, die mit der unterschiedlichen Zusammensetzung von Mischkabeln zusammenhängen.