Projekt 18783/01

Großtechnisches Recycling von Abrasivschlamm zur Gewinnung eines leistungsfähigen Abrasivmittels für das Abrasivwasserstrahlschneiden

Projektdurchführung

Kominex Mineralmahlwerk GmbH
Am Selkebad
06463 Ermsleben

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Gegensatz zur Schleiftechnik mit einer breiten Palette eingesetzter Schleifmittel werden bei der industriellen Bearbeitung durch Abrasivwasserstrahlen lediglich die beiden Mineralien Granat und Olivin eingesetzt. Mit einem Marktanteil des Granats über 80 % sind hier gute Voraussetzungen für eine zentrale Aufbereitung gebrauchter Schneidmittel gegeben. Das Projekt zielte auf die Schaffung wissenschaftlicher und technologischer Voraussetzungen zur großtechnischen Verwertung und Rückführung von Abrasivschlamm vom Abrasivwasserstrahlschneiden in den Fertigungsprozess. Das Regenerat muss für eine Marktakzeptanz in den Gebrauchseigenschaften wettbewerbsfähig zu importierten Primärprodukten werden. Die bei der Kominex Mineralwerk GmbH bereits vorhandene Recyclinganlage war aufbauend auf den grundlegenden Untersuchungen in den Betriebsparametern so zu optimieren, dass ein Sekundärprodukt unter Einhaltung und Erhöhung zu ermittelnder und bekannter Qualitätsstandards erhalten wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der Projektlaufzeit wurden die für die Qualität und Leistung des Schneidmittels dominanten stofflichen Parameter wie Kornform, Korngrößenverteilung, Kornhärte, Kornzähigkeit ermittelt und bewertet.
Weiterhin wurden die technologischen Parameter wie Art und Grad der Verunreinigungen des Ausgangsmaterials sowie wesentliche Trocknungsparameter (Leistungsbedarf, Trocknungstemperatur, Ver-weilzeit und Luftbedarf) bestimmt. Es erfolgten die Vorauswahl eines geeigneten Sichters, Festlegungen von Werksnormen für die Klassierung und die Auslegung einer Aufbereitungsanlage.
Die Parameter zur technologischen Qualitätsüberwachung (Korngrößenverteilung, magnetischer Anteil, Staubbewertung, Verunreinigungen im Regenerat) wurden ermittelt.
Das Regenerat wurde über die Ermittlung des Grenzleistungsbereiches auch im Vergleich mit Primärprodukten bewertet. Zur Beurteilung der Gebrauchseigenschaften des Regenerates wurden die Parameter Schnitttiefe, Vorschubgeschwindigkeit sowie Schneidmittelverbrauch bei festgelegten Betriebsdrücken und Düseneinstellungen ermittelt.


Ergebnisse und Diskussion

Die im Projektrahmen angestrebten Ergebnisse sind erreicht worden. Die Durchführung des Projekts in Kooperation mit zwei Universitätsinstituten hat wesentlich zum Verständnis der Vorgänge beim Abrasivwasserstrahlschneiden beigetragen. Die Umsetzung der Erkenntnisse in die Technologie einer vorhandenen Pilotanlage führte zum Ergebnis eines im Vergleich zu der Granat-Standardware wettbewerbsfähigen Produktes. Die Gebrauchseigenschaften des Schneidmittel-Regenerates konnten im Projektverlauf deutlich verbessert werden. Sie sind für viele Anwendungen gleichwertig zu mengenmäßig dominierenden Primärprodukten aus Granatgestein.
Zur Charakterisierung und Qualitätssicherung des Recyclingprodukts wurden verschiedene wissenschaftliche Untersuchungsmethoden eingesetzt. Die Ergebnisse der bruchmechanischen und der Verschleißuntersuchungen der TU Bergakademie sind mit den Ergebnissen aus den Schneidversuchen der TU Dresden deckungsgleich. Dies bestätigt einen hohen Grad an Zuverlässigkeit der Ergebnisse.
Bei den Untersuchungen zur Schneidleistung wurde ein spezifisches Korn der Anwendung #120 (120 mesh, entspricht einer typischen Korngröße von 125 µm) herangezogen. Maßnahmen zur Erhöhung der Schneidleistung wurden durch Verbesserungen in der Qualitätsüberwachung und Abfallbewertung ergänzt. Die Untersuchungen am Regenerat führten zur Sicherstellung eines reststofffreien Schneidmittels; es werden keine Verschmutzungen aus der Voranwendung verschleppt.
Zusätzlich zu den originär wiedereinsetzbaren Schneidmitteln konnten zuverlässige Produkte für technologisch sensible Anwendungen im Feinstkornbereich entwickelt werden, die den Einsatzbereich von Regeneraten deutlich erweitern.
Auf der Basis grundlegender Untersuchungen zu den Schneidmitteleigenschaften konnte die Pilotanlage in ihrer Leistung optimiert werden. Auch die technologischen Werte des Recyclingmaterials aus dieser Anlage wurden durch das Projekt wesentlich verbessert und sind für viele Anwendungen wettbewerbsfähig. Im Vergleich zu in der Schneidleistung besonders hochwertigen Produkten führt der Einsatz von Regenerat immer noch zu einem erhöhten Schneidmittelverbrauch von ca. 5 - 6 %. Für einige Spezial-anwendungen kann die sinkende Produktivität dann auch durch Preisvorteile des Regenerats nicht ausgeglichen werden. Die Schneidleistung von Massenprodukten wird jedoch um ca. 10 - 15 % übertroffen. Damit wird für Anwender unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sowohl die Inanspruchnahme der Dienstleistung eines Verwerters als auch der Einsatz des Regenerates sinnvoll.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse werden in der Anwenderbranche vor allem durch Kundenkontakte verbreitet. Durch Nutzung der Projektergebnisse zur Optimierung der Pilotanlage waren auch umfangreiche Praxistests eines qualitätsgesteigerten Schneidgut-Regenerates möglich.
Darüber hinaus sind Fachveröffentlichungen mit Unterstützung der Kooperationspartner geplant.


Fazit

Es wurden die Grundlagen geschaffen und mit der Optimierung einer Pilotanlage bereits in die Praxis umgesetzt, um ein Regenerat mit hoher Schneidleistung für das Abrasivwasserstrahlschneiden zur Verfügung zu stellen. Der Durchsatz der Pilotanlage wurde von durchschnittlich 700 kg/h auf 1.500 kg/h ge-steigert. Damit erscheint jedoch das Potential der Pilotanlage ausgeschöpft.
Es sind weitere Entwicklungen geplant, um die Erkenntnisse aus Untersuchungsergebnissen zu vertiefen und Eigenschaftsmerkmale des Schleifkorns berücksichtigen zu können. Die Überleitung in ein Folgeprojekt, in dem die für die Leistungsfähigkeit relevanten Parameter auf andere Korngrößen untersucht, gewonnene Erkenntnisse systematisch variiert und das Optimierungspotential mit einer technologisch möglichen Ausrüstung abgeglichen wird, ist notwendig. Es soll ein in der Schneidleistung noch weiter optimiertes Regenerat erzeugt werden. Die Ergebnisse sind sowohl vom Schneidanbieter zu bewerten als auch forschungsseitig zu begleiten. So sind auch Untersuchungen zu einer Änderung der mineralischen Struktur unter Temperatureinfluss und hieraus resultierende Chancen zu einer Leistungssteigerung zu untersuchen. Für die Pilotanlage ist eine technologische Aufrüstung oder eine Neukonstruktion geplant.