Aktuelle Forschungen und Trends, Teil 2

In der AT INTERNATIONAL 3/2010, S. 24–32, wurde bereits über die Vorträge berichtet, die am ersten Tag der Fachtagung „Aufbereitung und Recycling 2009“ im Mittel-punkt standen. Das inhaltliche Programm des 2. Tages sowie die Posterschau und die Firmenpräsentationen während der Veranstaltung sind Thema des nachfolgenden Berichtes.

Der zweite Tag der Veranstaltung wurde mit Vorträgen zur Abfallverwertung eingeleitet. Dabei konnte Prof. Dr.-Ing. Daniel Goldmann (TU Clausthal Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik) mit seinem Beitrag „Reduktion des CO₂-Ausstoßes durch intelligente Ver­knüpfung moderner Abfallaufbereitungs- und Verwertungs­prozesse mittels Nutzung hochaufbereiteter Sekundärroh-stoffe in der Grundstoff- und Energiewirtschaft“ auf den Para­digmenwechsel, dass Abfälle nicht mehr nur aus der Ent­sor­gungs- sondern verstärkt aus der Rohstoff-Versorgungs­sicht zu sehen sind, aufmerksam machen (Bild 7). Durch eine effiziente Verwertung von Abfällen können über die gesamte Wirtschaftskette große Mengen primärer Rohstoffe und Energieträger eingespart werden. Beispielhaft wurden die Verwertungsstrukturen für Altfahrzeuge, Elektroschrotte und Verpackungsabfälle hin zur Erzeugung und Nutzung hochaufbereiteter Kunststoff- und Faserfraktionen dargestellt.

In dem Beitrag „Bewährte Technik in neuer Verfahrens­an-wendung“ von Ansilla Bayha, Dr. Jörg Woidasky, Dipl.-Ing. Andreas Stolzenberg (Fraunhofer ICT Pfinztal) zeigten die Autoren, dass sämtliche etablierte Aufbereitungsverfahren für Kunststoffabfälle ursprünglich aus der Mineralaufbereitung stammen und durch Maschinen- und Prozessdesign an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst wurden. So ist die Hand­klaubung Grundlage aller Sor­tierungen auch von Abfallströmen eingeführt, wobei heute Anreicherungsstufen auf Basis NIR Spektroskopie diese Aufgabe weitestgehend übernommen haben. Am Beispiel eines Verfahrensstamm­baums aus den Stufen Materialauf­schluss, mehrstufige Sor­tierungen trocken- und nassmechanischer Art, Wäsche und mehrstufiger Entwässerung für das Recycling von PET wurde im Maß­stab von 10 t die technische Um­setzung nach­gewiesen. Das technisch sortenreine PET-Flake wird unter Zugabe eines ausgewählten Additivpaketes compoundiert, schmelze­gefiltert und zu Spritzgussteilen weiterverarbeitet, wodurch Primärware im Verhältnis 1:1 ausgetauscht werden konnte.

In Zusammenhang mit der aktuellen Umweltsituation gewinnt die Abfallbe-handlung und -verwertung eine immer größere Bedeutung. Abfall kann als Sekundärbrennstoff Öl, Kohle und Gas substituieren und stellt damit ein beträchtliches Potenzial für eine energetische Nutzung dar. Um eine Nutzung als Ersatzbrennstoff (EBS) in industriellen Feue­rungsanlagen zu ermöglichen, müssen bestimmten Qualitäts­kriterien erfüllt werden. Der Beitrag „Möglich­keiten zur experimentellen Analytik von Ersatzbrennstoffen mittels Pressbohr­methode“ von Prof. Dr.-Ing. Sylvia Schade-Dannewitz (Bild 8), Dr. Jürgen Poerschke und Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Döring (Fachhochschule Nord­hausen, Studiengang Umwelt- und Re­cycling­technik) informierte über eine neue Methode zur Probenentnahme die im Vergleich zu den bisherigen Standardmethoden einen deutlich geringeren Fehler aufweist. Durch Komprimierung des Probematerials in einer geometrisch definierten Form und nachfolgende wahrscheinlichkeits-proportionale Proben­entnahme mittels Bohrungen direkt aus dem verpressten Zustand wird dies erreicht. Neben dem Heizwert ist der Chlorgehalt der eingesetzten EBS von großer Bedeutung, da er Ursache für Korrosionsprobleme in den Anlagen ist. Der Chlorgehalt ist auch von besonderem Interesse für die Preisgestaltung zwischen EBS-Hersteller und EBS-Verwerter. Da bei der Pressverdichtung in den Proben enthaltene Flüs­sigkeiten ausgepresst werden, ist aus der Analyse des Chlor­gehaltes im Feststoff und in der Flüssigkeit eine Bewertung von organischen und anorganischen Chloranteilen möglich.

Dipl.-Phys. Jörg Bold (Bold-Technoconsult Kaiserslautern) gab seinen Beitrag den Titel „Abfallaufbereitung und -tren-nung mit dem Atritor-Scott Turboseparator und Mahl­trocknungs- und Sichtermühlen von Atritor, wenig bekannt in Deutschland“. Der Turboseparator besteht aus einer mit Mahlwerkzeugen und Paddeln bestückten Achse, die sich in einem horizontalen Rohr dreht. Das Rohr ist in oberen Teil mit Mahlstangen und im unteren Teil mit Siebböden versehen. Über die Drehzahl, die Bestückung mit Werkzeugen, den Abstand Werkzeug-Mahlbahn, die Zahl, Größe und Stel­lung der Paddel sowie die Auslegung der Siebböden kann die Wirkung für eine bestimmte Aufgabe optimiert werden. Typische Anwendungen sind das Entpacken von Brot, Zerealien, Gemüse, Fleischprodukten, Getränken, Dosen, Zigaretten, Fertiggerichten u.  a. Weitere Anwendun­gen sind das Recycling von Gipskartonplatten, glasfaserverstärkten Kunststoffpanelen und Rückständen aus der Papier­industrie. Der Bereich Abfallbehand­lung wird bei Atritor ergänzt durch den Turbotrockner, der zur Schnell­trocknung von Schlämmen geeignet ist.

Mit den schon seit den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelten Mahltrocknungs- und Sichtermühlen von Atritor konnte feuchter Kohlegries in einem Arbeitsgang getrocknet, vermahlen und direkt in die Feuerung geblasen werden. Heute bietet Atritor Ltd. eine Reihe von Luft­strommühlen mit oder ohne Trock­nungs­funktion mit oder ohne Sichter­funktion an. Einige Mühlentypen mit ihren typischen Anwendungen wurden vorgestellt. Die Atritor Mahltrock­nungsmühlen vertragen Produkte bis zu einer Mohshärte von ca. 4,5. Der Mahltrockner kann auch explosionsgefährdete Produkte trocknen, indem durch gezieltes im Kreis führen der Luft der Sauerstoffgehalt im Trockner  stark reduziert wird. Klebrige Produkte können durch einen Rückmischungs­kreislauf geführt werden. Atritor be­-treibt in Coventry Versuchs­anlagen mit einem full-scale Turboseparator und mit allen beschriebenen Mühlentypen.

Nachwachsende Rohstoffe werden derzeit insbesondere zur Erzeugung von Energie eingesetzt. Durch die Entwicklung innovativer Technologien zur „Aufbereitung von nach­wachsenden Rohstoffen“, worüber Prof. Dr. Ulrich Teipel (Bild 9), Herbert Winter (Georg-Simon-Ohm Hochschule Nürnberg, Mechanische Verfahrens­technik/Parti-keltechnologie), Gerd Unkelbach und Rainer Schweppe (Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT) Pfinztal) berichteten, sollen nachwachsende Rohstoffe in Zukunft auch für die Herstellung von speziellen Mate­rialien, Feinchemikalien oder chemischer Vorprodukte An­wendung finden. Bei ­lignocellulosehaltige Roh­stoffen (z.  B. Holz mit ca. 40 -50  % Cellulose, 20 -30  % Hemicellulose,
20 -30  % Lignin und 2-6  % anderen Bestandteilen), die insbesondere zur Gewinnung von Zellstoff eingesetzt werden, ist bisher nur die enthaltene Cellulose von Interesse. Die weiteren Haupt­bestandteile Hemicellulose und Lignin bleiben oft ungenutzt. Im Rahmen dieses Beitrags wurde die Aufbereitung von nachwachsenden Rohstoffen durch verschiedene Zerkleine­rungsprozesse am Beispiel von Holz vorgestellt und diskutiert.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christian Hein (BHS Sont­hofen) gab in seinem Beitrag „Auf­schließen von Shredder Leicht durch eine kombinierte Zerkleine­rung“ einen Einblick in die Problematik der Verarbeitung dieses schwierigen Materials (Bild 10). Die Art des Inputmaterials, der Shreddertyp, der Füllgrad des Shredders und auch die Intensität der Absaugung bestimmen die Zusammensetzung und erfordern dementsprechend eine flexible Aufbereitung. Dabei hat sich gezeigt, dass eine Sortierung ohne vorherige mechanische Bean­spruchung nicht zum gewünschten Ergebnis führt. Speziell das feinkörnige bis staubige Material hat eine hohe Affinität, sich in Schaumstoff festzusetzen oder an Plastik oder Metall anzuhaften. Somit ist es äußerst schwierig mit einer alleinigen Siebung, Sichtung und Separierung diese Haftgrenzen zu lösen. Eine kombinierte Zerkleinerung durch Prall, Schlag und Scherung ermöglicht es, das inhomogene Gemisch aufzubereiten und je nach Sortiertiefe Endfraktionen mit definierten und weitgehend homogenen Eigenschaften zu erzeugen.

Mit der Entwicklung des patentierten Universal-Quer­strom­zerspaners UNI-CUT^® QZ konnte auf dem Gebiet des Wertstoffrecyclings eine neue, vom Prinzip her einfache und hinsichtlich des Aufbereitungsergebnisses äußerst effektive Recyclingtechnik zur Ver­fügung gestellt werden. Dr. Siegmar Schäfer und Dipl.-Ing. Andre Schäfer (MeWa Recycling Maschinen und Anlagenbau GmbH, Niederlassung Freiberg) berichteten über „Neue Einsatzgebiete für den Universal-Querstromzerspaner QZ beim Recycling“.

Das Wirkprinzip des Querstromzerspaners ist der Energie­eintrag durch flexible drehende Werkzeuge bzw. Arbeits­organe, die das Aufgabegut beschleunigen und eine spezielle Gutbewegung im zylinderförmigen Arbeits­raum erzeugen. Dabei bestimmen die Betriebs­art der Maschine (Chargen- oder Durchlass­betrieb), die Rotordrehzahl und die Ver­weildauer des Gutes im Arbeitsraum die Form und Stückgröße sowie den Aufschlussgrad des Endproduktes. So erfolgt das Recycling von Kühlgeräten bei Einhaltung höchster Umweltstandards. In einer Stufe werden hochwertige Metallfraktionen und eine weiterverarbeitbare Kunst­stoff-Fraktion erzeugt. Das für die Umwelt problematische FCKW kann man bis auf Restgehalte <  0,2  % aus dem PUR-Schaum separieren und zurückgewinnen. Die Ma-schine hat sich auch bei der Aufbereitung von Elektro- und Elektronikschrott bewährt. Neue Einsatzgebiete für den Querstromzerspaner beim Recycling sind Aufbereitung von Metall-Kunststoff-Fraktionen aus MBA und EBS-Anlagen, Reinigung der Stahl- und NE-Metallschrotte aus Verbren­nungsanlagen, Aufbereitung von Dosenschrott aus dem DSD, Trennung von Verbunden aus Altholz/Metall, Aufschluss von Wertstoff-Fraktionen aus der Alt­auto-aufbereitung (Kataly­satoren, Me­tall-Kunststoff-Verbunde) und anderer Ab-fall­fraktionen sowie Op­timierung der Aufbereitung von Bio­abfällen und nachwachsenden Roh­stoffen (Nawaro) im Vorfeld von Biogasanlagen. Die hauptsächlichen Vorteile des QZ-Ein-satzes bestehen in der breiten Palette von Einsatz­möglichkeiten, der Unemp-find­lich­keit gegenüber massiven Stör-stoffen im Aufgabegut, niedrige spezifische Verschleiß­kosten, einfacher und schneller Werkzeugwechsel, Schutz­begasung des Arbeitsraumes und damit Verarbeitung von Problemgut in inertisierter Atmosphäre sowie Anpassung der maschinen- und verfahrenstechnischen Parameter an das Aufgabe­gut.

Dipl. Ing. Thomas Krampitz, Dr. H.-Georg Jäckel (TU Bergakademie Freiberg, Institut für Aufbereitungs­maschinen) und Dr. Georg Timmel (REMONDIS Assets & Services Anlagentechnik, Lünen) gaben einen „Beitrag zur Auslegung von Trommel­sieb­maschinen in der Abfallauf­berei­tung“. Bei der Aufbereitung von Ge­-werbeabfällen oder Leichtverpackun-gen (LVP) steigen die Anforderungen an die Aufbereitungsprozesse ständig, wobei die Siebklassierung in Trommel­siebmaschinen als vorbereitende Pro­zess­stufe für die anschließende Sor­tierung eine wichtige Rolle spielt. Die in den Aufbereitungsanlagen bisher eingesetzten und durch den Hersteller modifizierten Trommelsiebmaschinen zeigen in Abhängigkeit von den Betriebsparametern gute, zum Teil aber auch ungenügende Funktionstüchtig­keit. Als besonders siebschwierige Güter haben sich Stoffgemische mit Gehalten an Draht und nicht formstabilen Stoffen wie Folien oder Textilien gezeigt, die in Gewerbe­abfällen oder Leichtverpackungen enthalten sind. Im Vortrag wurden im Betrieb und im Technikum erhaltene Ergebnisse zur Verbes­se­rung des Betriebsregimes und damit zur Auslegung von Trommel­siebmaschinen im Betriebsein­satz am Beispiel der Klassierung siebschwieriger Abfälle (Gewerbeabfall, LVP) vorgestellt.

Mit dem schwierigen Problem der „Sortie­rung von Partikeln nach der Kornform“ beschäftigten sich Dipl.-Ing. Martin Steuer (Bild 11) und Dr.-Ing. Thomas Folgner (TU Bergakademie Freiberg, Institut für Auf­bereitungs­maschinen). Die Kornform spielt in vielen Produktionsprozessen eine wichtige Rolle und in vielen Bereichen gelten bezüglich der Kornform strenge Qualitäts­anforderungen. Das innerhalb eines Forschungs­projektes entwickelte neuartige, durchsatz- und leistungs­starke Korn­form­sortierprinzip „Serielle Klassierung“ wurde im Vortrag näher vorgestellt. Bei dieser Sortiermethode wird durch zeitlich und räumlich getrenntes Klassieren nach mindestens zwei charakteristischen Partikelabmes­sun­gen nach der Kornform sortiert. Dabei kann dieses Verfahren so ausgelegt werden, dass wahlweise nach der Länglichkeit, der Kubizität oder der Plattigkeit sortiert werden kann. Am Beispiel der Sortierung nach der Kubizität wurde das Prinzip anschaulich dargestellt. Bei einer gleitenden Bewegung der Partikel über eine Ebene mit Kreislöchern (Lochblech) entscheidet die Größtabmessung des Partikels über die Wahrscheinlichkeit des Durchtretens des Partikels durch die Öffnungsgeometrie. Der erzeugte Grobanteil kann dann jeweils unter Verwendung von Stangenrosten mit definierten Abständen in Fraktionen mit unterschiedlicher Partikeldicke klassiert werden.

„Der SLon Magnetscheider – Fort­schritte in der nassen Magnetscheidung“ war der Titel des Vortrags von Dr. Udo Jakobs (Dr. Jakobs GmbH, Simbach/Inn) und Dr. Ian Sherrell (Outotec Inc. USA). Dieser Magnetscheider wurde entwickelt, um die Nachteile der bisherigen Hochgradientenmagnetscheider zu überwinden. Das Arbeitsprinzip des Scheiders wurde erläutert und Anwendungen bei der Aufbereitung von Eisenerz und Quarz wurden vorgestellt.

„EXSOR – Metallsortierung mit Spit­zenwerten Innovation „Made in Ger­many“ war der Titel des Beitrags von Ferdinand Schmalholz (R-CON-GmbH Marktoberdorf). Es wurde die von der in Hamburg ansässigen Firma EXSOR neu entwickelte Sortier­maschine EX-900 mit Sensoren EMCAM^® (ElectroMagneticCAMera) vorgestellt. Das Aufgabematerial (6-80 mm) wird über eine Vibrorinne auf die Maschine geführt und läuft dann über ein Förderband (Breite 900 mm) mit einer Geschwindigkeit von 3,2 m/s. Unter diesem Förderband befindet sich der EMCAM^®-Sensor, der alle vorhandenen Materialien erkennt und entsprechende Informationen an die nachfolgende Düsenleiste mit 150 Hoch­leistungsventilen sendet. Mit bis zu 2000 Schuss pro Sekunde werden die Fraktionen ausgeschossen und über eine Trennkante vom Restmaterial getrennt. Das System erkennt alle leitenden Materialien und separiert Nichteisenmetalle, FE-Metalle und VA-Stähle aus vorzerkleinerten Frak­tionen mit hoher Geschwindigkeit und Präzision bei niedrigem Energiever­brauch (Druckluft).

Zur „Rückgewinnung von Wertstoffen aus nichtwässrigen Suspensionen mit Hilfe neuartiger Polykationen“ wurde von Gudrun Petzold und Simona Schwarz (Leibniz Institut für Polymer­forschung  Dresden e.V.) und Antje Lieske (Fraunhofer Institut für Ange-wandte Polymerforschung Golm) be-richtet. Die vorgestellten Forschungs­arbeiten betreffen  die Monoflockung mit Poly­kationen hoher Molmasse oder auch mit hydrophoben Molekülanteilen, die bei optimaler Dosierung zur vollständigen Abtrennung der Feststoffe geeignet sind. An konkreten glycolhaltigen Suspensionen aus dem Produk­tions­prozess der Industrie wird gezeigt, dass sich sowohl der Partikel- als auch der Glycolanteil in den Prozess zurückführen lässt, was zusätzlich erhebliche Kosten für die Entsorgung der gebrauch­ten Prozessflüssigkeiten einspart.

Mit der „Herstellung von MFP^® via Recycling von weichmagnetischem Ferritabfall“ wurde von Silvio Gablenz und Marko Kloucek (TRIDELTA Weichferrite GmbH, Hermsdorf/Thüringen) ein Beispiel dargestellt, dass qualitativ ausgesonderte weichferritische MnZn-Ferritkerne der so genannte Sinterschrott zu qualitativ hochwertigen neuartigen Werkstoffen verarbeitet werden kann. Potenzielle Anwendung findet MFP^® bei der Konstruktion induktiver Sensoren und als Material für Komponenten in EMV-Applikationen.

Trotz der erwarteten Lebensdauer für Photovoltaik- Dünnschichtmodule auf der Basis von Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Diselenid/Disulfid (CIS) von 25 bis 35 Jahren sind schon heute geeignete Recyclingstrate­gien erforderlich, welche ökologischen und ökonomischen Ansprüchen genügen. In zwei Posterbeiträgen „Recycling von Photovoltaik-Dünnschichtmodulen mit Hilfe eines Vakuum-Saugstrahlverfahrens“ von Jürgen Wolf und Sigurd Ruhland (GP innovation GmbH, Lübbenau), Wolfgang Berger und Kerstin Meißner (BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin), Ulrich Riebel und Jörg Perwin (Brandenburgische Technische Universität, Cottbus) sowie „Nassmechanische Aufbereitung von Photo­voltaik-Dünnschichtmodulen: Erste Ergebnisse eines AiF-Projektes“ von Wolfgang Berger, A. Bredow, J. Freywald, S. Lang und Kerstin Meißner (BAM Bundesanstalt für Material-forschung und -prüfung, Berlin, Fachgruppe IV.3 Abfallbe-handlung und Altlasten­sanierung) wurde über den Stand der Arbeiten informiert. Das Abtragen der Halbleiterschichten basiert auf der Vakuum-Saugstrahltechnologie, wofür eine Pilotanlage zu entwickeln, zu bauen und zu erproben ist, mit der die Wertstoffe bei möglichst geringem Abtrieb der Trägermaterialien gewonnen werden können. Nach der Abtrennung der Dünnschichten durch Vakuum-Saugstrah-lung sollen aus dem Gemisch aus Halbleitermaterialen, Glasabrieb und Strahlmitteln möglichst effektiv die Wertstoffe insbesondere Tellur und Indium an­gereichert werden. Mit Labor-Flotationsversuchen wurden bei Einsatz des Schäumers Kaliumamylxanthat (KAX) für die Anreicherung von Indium aus dem Gemisch aus CIS-Halbleitermaterial, Glas und Strahl­mittel (Glaskugeln <  50  µm) die bisher besten Ergeb­nisse erzielt.

Mit dem Poster „Analyse der Mahlkörperbewegung und Energieverteilung in Rührwerksmühlen und Planeten­kugel­mühlen“ gaben Stefan Strege, Stefan Rosenkranz, Sandra Breitung-Faes und Arno Kwade (Institut für Partikeltechno-logie, TU Braunschweig) einen Überblick über Forschungs-projekte auf dem für die Herstellung von Mikro- und Nanopartikeln wichtigen Ge­biet. Der Zerkleinerungsfort-schritt in den Mühlen mit frei beweglichen Mahlkörpern hängt von der Frequenz und der Intensität der Partikelbean-spruchung ab. Mit dem Diskreten Elemente Model (DEM) gelingt es, die Verhältnisse in den Mühlen exakt zu beschreiben und den Zerkleinerungsfortschritt zu simulieren.

In Firmenpräsentationen wurden zahlreiche Neu- und Weiterentwicklungen vorgestellt. So von der Herbold Meckesheim GmbH „Maschinen für die Zerkleinerung und das Recycling von Kunststoffen“ zur Aufbereitung von Ab-fällen der kunststoffverarbeitenden Industrie, zur Aufberei-tung von gebrauchten, vermischten und verschmutzten Kunststoffen, zur Feinmah­lung von Kunststoffgranulaten und -abfällen. Die Dr. Jakobs GmbH, Simbach/Inn ist spezialisiert auf die physikalisch und physiko-chemischen Trenn-verfahren „Magnetscheidung – Elektroscheidung – Flotation“, wobei die Maschinen der Firma Outotec (USA) Inc. mit dem Schwerpunkt Trennung und Aufbereitung von Minera-len und Recycling vertreten wird. Für die „Verfahrenstech-nische Modellierung von Mahlkreis­läufen“ entwickelte die GRAINsoft GmbH (Dipl.-Math. Volker Reinsch) mit der Software PMP (Particulate Materials Processing) ein Toolsys-tem, das eine qualifizierte, praxisnahe Analyse, Planung, Op-timierung und Diagnose von Zerkleinerungs- und Klassier-prozessen sowie Mahl­kreis­läufen unterstützt. CeramTec-ETEC GmbH Lohmar stellte ihre Alotec^® Werk­stoffe als Verschleißschutz, Konstruktionskeramik oder Verbundsys-tem vor. IMRO Maschinenbau GmbH Uffenheim ist auf das Fördern und Separieren von Abfällen spezialisiert sowie der Planung und Fertigung kompletter Recyclinganlagen. Zu den neuesten Entwicklungen zählt hier der Nicht­eisenmetall-Abscheider RCSX mit exzentrischem Polsystem. Die neue sensorgestützte Separation von IMRO mittels Metalldetek-toren, als Nah-Infrarot-Trenner oder Röntgen-Sortiersystem ermöglicht effizient das unterschiedlichste Material zielgenau aus dem Wertstoffstrom zu separieren. EUROFINS-AUA GmbH, Niederlassung Freiberg stellte ihr Dienstleis-tungsprofil zur Feststellung, Messung und Bewer­tung von Umweltbelastungen in Boden, Wasser und Luft, zur Altlastenerkundung und Ökotoxikologie, zum Umwelt- und Qualitätsmanagement, zur Analyse von Boden, Gewässer, flüssigen und festen Produkten vor. Weiter vertreten waren die Firmen Hosokawa Alpine AG Augsburg, AKW Apparate + Verfahren GmbH Hirschau, Atritor-bold-technoconsult Kaiserslautern, HAVER & BOECKER OHG Maschinen-fabrik Münster, ITE GmbH Alsdorf sowie die gastgebende Firma UVR-FIA GmbH Freiberg.