Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Separation metallhaltiger Kunststoff¬ gemische und -verbünde

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Verfahren zur Materialseparation metallhaltiger Kunststoffgemische und -verbünde nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine kompakte Vorrichtung zur Durchf hrung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.

Eine Verwertung von Werkstoffen aus Kleingeräteschrott und anderen metallhaltigen Materialgemischen und -verbunden setzt eine Sortierung nach verwertbaren Stoffgruppen voraus. Die Vielfalt der in metallhaltigen Kunststoffgemischen und -verbunden wie bestückte Leiterplatten, elektronische Geräte, elektrische Kleingeräte, Kabel, Kfz- Armaturenbretter, etc. vorkommenden Materialien bereitet einer Rückgewinnung einzelner Wertstoffkomponenten in verwertbarer Reinheit außerordentliche Schwierigkeiten.

Die Materialrückgewinnung aus Elektronikschrott erfolgt bisher überwiegend durch Verbrennung, Pyrolyse oder andere thermische Verfahren zur Zersetzung der Kunststoffe mit anschließender metallurgischer Behandlung und/oder Elektrolyse. Dabei sind erhebliche Mengen Primärenergie notwendig, wenn ohne wirkungsvolle mechanische Vorbehandlung ein hoher Anteil nichtbrennbaren Materials mit erhitzt werden muß und es entstehen größere Mengen unverwertbaren Abfalls. Vergl. auch DE-PSen 2130049, 2054203 und DE-OSen 2142760, 2739963 und 2626589. Die Elemente Ni und Cu wirken dabei als Katalysator bei der Bildung toxischer Dioxine und Furane. Durch das Vorhandensein halogenierter Flamm¬ schutzmittel und PVC wird diese Wirkung noch verstärkt.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die in viele Kunststoffe eingebundenen Schadstoffe wie z.B. Schwermetallstabilisatoren, freigesetzt werden.

Es sind verschiedene chemische Verfahren bekannt, die ein Auflösen der Metalle mit anorganischen oder organischen Säuren sowie Laugen, eine Salzabscheidung sowie eine Reduktion der Metalle zum Inhalt haben und die zur Materialrückgewinnung aus Elektronikschrott eingesetzt werden können (Vergl. DE-OSen 1592499, 3640028 und 1483161).

Der apparative Aufwand zur Verringerung der Umweltbelastung und zur Erzeugung der notwendigen Produktreinheit ist bei thermischen und chemischen Verfahren außerordentlich hoch und begrenzt deren Rentabilität auf höher-edelmetallhaltige Elektronikschrotte .

Wegen der vielfaltigen Probleme bei der Prozeßführung thermischer und chemischer Verwertungsverfahren bei der Verarbeitung von unbehandeltem Geräteschrott wird

zunehmend durch eine vorherige mechanische Aufbereitung z.B. durch Zerkleinerung und Separation von Stoffen die Inhomogenität und Materiarvielfalt vermindert, so daß eine weitgehende Vorsortierung in ferritische Eisenlegierungen, Buntmetall. Glas und Kunststoff erfolgt, welche dann mit unterschiedlichen thermischen und/oder chemischen Verfahren weiterverarbeitet werden. Es wird somit gewährleistet, daß in den Metallfraktionen nach der Separation keine nennenswerten kontaminierten Kunststoffreste mehr enthalten sind. In jüngster Zeit werden schadstofflialtige Bauteile wie PCB-Kondensatoren, Quecksilberschalter, NC-Akkus und im Zweifelsfall unbekannte Bauelemente manuell entfernt sowie eine Materialvorsortierung nach Stoffgruppen vorgenommen, bevor mit einer Zerkleinerung begonnen wird.

Es sind verschiedene mechanische Verfahren zur Aufbereitung von metallhaltigen Kunststoffgemischen und -verbunden bekannt.

Obwohl aufgrund der dargelegten Nachteile der thermischen und chemischen Verfahren mechanischen Lösungen aus wirtschaftlichen und ökologischen Erwägungen der Vorzug zu geben wäre, kann deren derzeitiger technischer Stand noch nicht befriedigen.

Verschiedene Materialeigenschaften der in Geräten eingesetzten Bauteile führen sehr schnell zu Störungen. Kabel und Leitungen können sich um Maschinenelemente wickeln, Kupfer neigt zudem zum Reibschweißen, was zu erheblichen Problemen fuhren kann. Keramikteile, die als Trägermaterial von Widerständen und Schaltkreisen Verwendung finden, Ferritkerne von Spulen sowie Eisen- und Stahl- und Edelstahlteile führen zu starkem Verschleiß bei schneidenden Zerkleinerungsverfahren. Die Zähigkeit der armierten Laminate sowie duktile Metalle erschweren Prall- und Schlagzerkleinerungsverfahren. Zudem kommt es häufig zu einer Erhitzung des Materials während der Zerkleinerung, was zu einer Erweichung der Theπnoplaste und damit zum Verschmieren führen kann. Zur Verbesserung der Zerkleinerungsfahigkeit dieses Materials wurde z.B. vor der Zermahlung mit flüssigem Stickstoff eine Versprödung herbeigef hrt, was mit hohem Energieaufwand verbunden ist und zu Kondensationsproblemen führen kann.

Zunehmend wird deshalb versucht, diesen Problemen durch mehrstufige Zerkleinerung mit jeweils nachgeschalteten Separationsstufen für bereits hinreichend freigelegte Materialstücken zu begegnen.

Bekannt sind bereits Verfahren, mit Hammermühlen oder anderen Prall- und Reißbrechern zerkleinertes Mischmaterial durch Windsichten, Sieben, Wirbelstrom-NE- Abscheiden und elektrostatische Separation zu trennen (z.B. DE-OS 3923910.1 und EPA-Nr.: 90810655.2). Bei inhomogenen und stark schwankenden Materialqualitäten ist eine zufriedenstellende Prozeßführung häufig nur in für die einzelnen Materialkomponenten speziell ausgelegten unterschiedlichen Maschinenketten möglich.

Die nach dem Stand der Technik bekannten mechanischen Verfahren sind jedoch so konzipiert, daß sie zu Metallfraktionen führen, die in jedem Falle einer elektrolytischen und thermischen Nachbehandlung unterzogen werden müssen, selbst in jenen Fällen, in denen

die Ausgangsmaterialien Partikel aus chemisch reinen Metallen oder aus Legierungen enthalten, die ohne Schmelzen und Elektrolyse verwertbar wären.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine trocken-mechanische Verfahrens- und anlagentechnische Lösung zu schaffen, die neben der Metall-Kunststoff-Trennung die Separation von NE-Metallfraktionen ermöglicht die sich direkt zu Sinterpulver mit definierter Zusammensetzung verarbeiten lassen.

Wegen der großen Vielfalt der im Geräteschrott vorhandenen Werkstoffe und Mischverbindungen soll der Schwerpunkt der vorgeschlagenen Technologie nicht darin liegen, möglichst hochreine Rohstoffe abzuscheiden, sondern Stoffgemische, deren weitere Verarbeitung wenig Aufwand verursacht, um zu Sekundärrohstoffen mit einer hohen Wertschöpfung zu gelangen.

Jedoch sollte die Trennung hochreiner Rohstofifraktionen nicht ausgeschlossen werden (z.B. bei Verarbeitung von Kabelschrott und voigereinigter Gemische). Insbesondere bei Verarbeitung von edelmetallarmen Elektronikschrotten soll mit dem Verfahren eine Trennung von Kupferanteilen von den übrigen vielfältigen Legierungen, aus denen die Bauelemente bestehen, vorgenommen werden, um den Anteil elektrolytisch weiterzuverarbeitender NE-Metalle zu senken.

Es soll eine möglichst einfache maschinentechnische Anordnung geschaffen werden, die für die Verarbeitung eines breiten Materialspektrums geeignet und wenig störanf llig die jeweils vorgegebene Funktion erfüllt. Die wichtigsten Parameter sollen frei wählbar sein. Außerdem soll eine kompakte Ausführungsform gewählt werden, in der die notwendigen mechanischen Verfahrensstufen und die Luftfütereinrichtungen in einer transportablen Maschine zusammengefaßt werden.

Diese Aufgabe wird beim gattungsmäßigen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 7 gelöst.

Die Verarbeitung von Geräteschrott nach dem erfindungsgemäßen Verfahren setzt eine Grobzerkleinerung durch bekannte schneidende oder reißende Schrottshredder voraus, die eine möglichst homogene Korngröße und -länge von ca. 25mm gewährleisten, wobei ein hinreichend guter Aufschluß zur Gewinnung einer qualitativ ausreichenden Eisen¬ schrottfraktion stattfinden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet Vorteile durch den Einsatz des Verfahrenschritts "Klauben" zur NE-Metall-Stückenabscheidung gegenüber dem Wirbelstromscheideverfahren, das sonst üblicherweise bei der NE-Metallabscheidung zur Anwendung kommt. Durch eine spezielle Erkennungssensorik lassen sich nur die großen Metallklumpen abscheiden, während kleine Metallstrukturen und -verbünde., die noch weiter zerkleinert werden sollen, nicht erfaßt werden. Es lassen sich außerdem auch Edelstahl- und Bleianteile abscheiden. Durch Verwendung unterschiedlicher spezieller Sensorik lassen sich Metallabscheidung, Farbsortierung, Glas-KeTamik-Sortierung und evtl. unterschiedliche NE-

Metall-Sortierung in einer Maschine realisieren, ohne daß es bedeutender Umrüstungen bedarf.

Die Metall-Kunststoff-Trennung durch Klassieren und mehrstufige Dichteseparation anstelle der bekannten elektrostatischen Trennverfahren durc-LZuführen, bietet den Vorteil daß elektrisch leitfahige Kunststoffe, mit leitfähigen Flüssigkeiten benetzte oder oberflächemetalliesierte Kunststofipartikel nicht in die Metallfraktion gelangen und der Einfluß der Kornfor auf die Trenngüte bei dem eingesetzten Anströmverfahren prinzipbedingt größer ist. Das Klassieren der Sichterleichtfraktion bietet den Vorteil, daß aus Geräteschrott eine staubarme Folie/Flocken-Fraktion gewonnen werden kann, die z.B. in der Möbelindustrie einsetzbar ist. Metallabrieb kann aus dem gesiebten Staub nachfolgend besser abgetrennt werden.

Die Vorteile der eifindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, eine Metall- Kunststofftrennung, Folie-Faser-Abscheidung, Staubabscheidung, Eisenrückgewinnung und Aluminium-Kupfer-Trennung aus komplexen Materialgemischen wie Mischkabel, bestückten Leiterplatten, metallhaltigen Gerätegehäuseteilen und ShreddeπTiischfraktionen mit einer kompakten Maschine durchführen zu können, die eine in sich geschlossene Funktionalität aufweist und deren Einsatzbereich erweiterungsfähig ist. Während einerseits hohe Reinheiten bei der Metallfraktion erzielt werden können, ist es andererseits durch die eingesetzten bekannten Vorrichtungen zur Dichteseparation nicht möglich, Haarlitzen, Alun iniumfoliestücken und kupferbeschichtete Kunststoffteile (Leiterplattenteile) aus der leichten Kunststofffraktion sauber abzuscheiden. Die Neigung von Kupferiitze zum Verhaken und zur Klumpenbildung auf den zur Dichteseparation eingesetzten Luftherden, wird genutzt, um diese Kupferanteile von den übrigen vielfältigen Nichteiser_metallegierungen (im Dichtebereich des Kupfers), die im allgemeinen nicht in Drahtform vorliegen, weitgehend zu trennen. Zwei in Reihe angeordnete Luftherde bieten darüber hinaus Vorteile bei der Verarbeitung von Mischkabel, indem Kupfer und Aluminium weitgehend voneinander getrennt werden können. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Kunststofffraktion selektiv gemahlen (Siehe hierzu DE-OS 4213274.6), so daß die Duroplaste und Keramik femvermahlen werden, die meisten (schlagzähen) Thermoplaste als Stücken weitgehend erhalten bleiben und die duktilen Metallanteile aus überwiegend reinem Kupfer, Lotmetall und Aluminium verkugelt werden, wonach sie sich mit Klassier- und Dichtetrennverfahren gut abscheiden lassen. Ein weiterer Vorteil für die Verarbeitung der dann von Kupferdrähten weitgehend befreiten NE-MetaU-Legierungsgemische besteht darin, daß sich damit eine Konzentrationserhöhung der Edelmetallanteile in dieser Fraktion ergibt.

Die kompakte Bauform, als ggf. transportabler Container ausgeführt, gestattet bei Bedarf einen mobilen Betrieb. Somit werden transpoitlogistische Vorteile sichtbar, die stationäre Aufbereitungsanlagen nicht bieten.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt angesichts der gesetzlichen Auflagen zur Rest- und Abfallstofϊvermeidung eine umweltverträgliche und preiswerte Möglichkeit der Wertstoffanreicherung aus metallhaltigen Kunststoffabfallen und Produktionsrückständen dar. Es bildet ein Bindeglied zwischen Abfallentsorgung und Wertstoffrecycling, indem aus trockenen metallhaltigen Kunststoff- und Leichtschrottabfallen auf trocken-mechanischem Wege bei Raumtemperatur ohne Zusatz von festen oder flüssigen Hilfsstoffen verwertungsfahige Sekundärrohstoffkonzentrate hergestellt werden können, die ggf. noch weiter mechanisch angereichert und veredelt werden können .

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig.l das Verfahrensfließbild Fig.2 die erfindungsgemäße Vorrichtung

Das rieselfahige metallhaltige Kunststoffrnaterial gelangt nach einem Magnetabscheider, mit dem Ferroeisenlegierungen entfernt werden können, über geeignete Förderer in die erfindungsgemäße Vorrichtung. Je nach Material kann zwischen zwei unterschiedlichen Zerkleinerern gewählt werden, die beide mit den nachfolgenden Separationsvorrichtungen verbunden sind. In einer Hammermühle (1) werden durch selektive Zerkleinerung das Verbundmaterial vorzugsweise an Fügestellen gebrochen, spröde Bestandteile stark zerkleinert und größere duktile Metallstücken nur abgerundet. Sie ist relativ unempfingHch gegen größere Metall- und Keramikpartikel. Der Einsatz einer vertikalen Hammer ühle bietet Vorteile bei der Verarbeitung stark buntmetallhaltigen Materials. Im Schneidgranulator (2) werden vorzugsweise Kabel und vorgereinigte, metallklumpenfreie Materialfraktionen zu feinerer Partikelgröße zerkleinert. Ein Schwerkraftsichter (3) nach der Zerkleinerung gewährleistet eine Trennung des stückigen Materials von leichten Faser-, Folie- und Staubanteilen, die in einem Staubabscheider (4) vom Trägermedium Luft getrennt und nachfolgend durch geeignete Siebklassiervoπichtungen (5) voneinander separiert und verwertet werden können. Durch geeignete schwingende Bewegungen der Siebvorrichtung (5) können Fasern zur Agglomeration gebracht werden, die anschließend durch ein weiteres Sieb (6) abgeschieden werden können. Eine Sichterschwerfraktion wird wieder nach oben gefördert und mit einem Eisenabscheider (7) von ferritischen Restanteilen befreit. Anschließend wird mit einem Sieb (8) eine Klassierung vorgenommen. Die Grobfraktion wird über eine elektronisch gesteuerte Klaubevoπichtung (9) geleitet, wo mindestens ein NE-Metallkonzentrat abgeschieden wird. Die Mindeststückgröße der abzuscheidenden Metallfraktion kann über die Sensorenempfindlichkeit eingestellt werden. Somit wird gewährleistet daß dünne Kupferdrähte und andere feine Metallstrukturen, die meist noch an

großen Kunststoffstücken haften, nicht erfaßt werden. Die Feinfraktion gelangt in Vorrichtungen zur trocken-mechanischen Dichteseparation und wird in mindestens 3 Grundfraktionen zerlegt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das mit zwei in Reihe geschalteten Luftherden (10, 11) realisiert die nach dem Anströmverfahren arbeiten. Durch vibrierende Bewegungen der geneigten, luftdurchströmten texturierten Oberflächen der Luftherde kommt es zu Agglomerationserscheinungen feiner Kupferdrähte und -litzen. Die zu Matten agglomerierten Kupferlitzen werden regelmäßig über eine Räumvorrichtung abgezogen, während die schweren stückigen Metallpartikel über den Schwergutaustrag die Vorrichtung verlassen. Zur Senkung des Frischluftverbrauches der Maschine findet eine Mehrfach-nutzung vorgefilteter Abluft innerhalb der Maschine statt. Es wird nur eine Teilluftmenge aus dem offenen Kreislauf Mühlen (1 und 2), Windsichter (3), Kompaktentstauber (4), Gebläse (12) und Rückführung (13) über ein Verteilerventil (14) in einen Abluftschacht (16) geleitet während die übrige Luft wieder dem Windsichter (3) zugeführt wird (Teilumluftbetrieb). Ebenso wird auch die notwendige Luftmenge für die Luftherde (10 und 11) mit einem kompakten Filter (16) entstaubt und nur eine einstellbare Leckluftmenge über ein Verteilerventil (15) in den Abluftschacht (16) überführt. An diesen Abluftschacht kann ggf. eine weitere luftverbrauchende Maschine oder ein Absolutfilter angeschlossen werden. Die schallgedämmte containe-förmige Anlage wird zum Betreiben auf eine solche Arbeitshöhe gebracht daß darunter Behälter oder Förderer zur Aufnahme der separierten Schüttgüter aufgestellt werden können.