Jahrestagung „Aufbereitung und Recycling“ mit Rekordbeteiligung – Teil 2

3 Aufbereitung von ­Sekundärrohstoffen

Die Sortierung von werkstofflich verwertbaren Stoffgruppen aus Abfallgemischen ist seit ca. 30 Jahren Stand der Technik. Der Vortrag „Technisch-wirtschaftlicher Erfolg der Wertstoffsortierung“ von Dipl.-Ing. Bauerschlag und Prof. Pretz (RWTH Aachen) setzt sich mit den Fragen der Vorkonditionierung vor dem Einsatz sensorgestützter Sortiertechnik, der Prozessführung und der Sortiertiefe auseinander. Auf der Grundlage von verschiedenen, bilanzierten Sortierprozessen werden die verfahrenstechnischen Ergebnisse insbesondere im betriebswirtschaftlichen Kontext verglichen. Als Problem wird dabei angesehen, dass die Risiken aus den üblichen kurzen Vertragslaufzeiten und volatilen Preisen für Sortierprodukte den Kapitaleinsatz für Technologien mit hoher Sortiertiefe behindern, obwohl diese für die Ressourceneffizienz erforderlich wären.

Im Rahmen des Verbundprojektes „Leichtstoffrecycling“ zwischen Altenburger Maschinen- und Anlagenbauer Schulz & Berger Luft- und Verfahrenstechnik GmbH und der Fachhochschule Nordhausen wurde ein neuartiges System entwickelt und im Vortrag „Sacköffner, Trenner & Co. – Neue Wege in der Recyclingtechnik“ von M. Eng. Borowski (FH Nordhausen) vorgestellt. Dabei erfolgt eine berührungslose Sacköffnung über einen Druckluftstoß und anschließend eine Abtrennung von Folien mit einem Unterdrucktrenner. Die Folien werden durch die perforierte Oberfläche einer Trommel angesaugt und abtransportiert. Stückige Bestandteile wie Dosen, Becher oder Flaschen werden von der Trommel nicht erfasst und getrennt ausgetragen. Durch vielfältige Einstellmöglichkeiten kann der Unterdrucktrenner an die Verarbeitung unterschiedlicher Abfallzusammensetzungen angepasst werden. Für die Reinigung staubbeladener Luft und Rückgewinnung luftgetragener Wertstoffe wurden außerdem neue Entstaubungskonzepte zur Oberflächenfiltration erprobt.

Im Beitrag „Zur Aufbereitung von Aluminium-Salzschlacken“ von Dipl.-Ing. Gerhard Merker (Merker-Mineral-Processing Schwerte), Dr.-Ing. Bruch (ScholzAlu Trading GmbH, Essingen) und Dr.-Ing. Buntenbach (TriMin Consulting Ammerthal) nahmen die drei Autoren zu ihrem jeweiligen Spezialgebiet das Wort. Aluminiumsalzschlacken entstehen bei der Schmelze von Schrott und Krätzen unter einer Salzdecke. Sie bestehen im Wesentlichen aus Aluminiummetall, Schmelzsalz, oxidischen Bestandteilen (vor allem Aluminiumoxide) und diversen Verunreinigungen. Nach einer Einführung in die Grundlagen des Aluminium-Recyclings wurde der Stand der Aufbereitung von Salzschlacken aus der Schmelze von Al-Schrott und Al-Krätze erläutert und an ausgewählten Beispielen wesentliche Gesichtspunkte bei der Verwertung der entstehenden Recyclingprodukte, insbesondere der sogenannten Oxide, dargelegt.

Der Vortrag „Mechanischer Aufschluss im Recycling von Lithium-Ionen Batterien“ von Dipl.-Ing. Diekmann, Dipl.-Ing. Hanisch, Prof. Kwade (TU Braunschweig Institut für Partikeltechnik), Dr.-Ing. Sander (Hosokawa Alpine AG, Augsburg), G. Sellin (Elektrorecycling GmbH Goslar) informierte über das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderte Projekt LithoRec II, in dem der im Vorgängerprojekt entwickelte Recyclingprozess für Li-Ionen-Traktionsbatterien in eine Pilotanlage überführt werden soll. Durch das Recycling dieser Batterien sollen Lithium, Kobalt und Nickel sowie weitere Bestandteile der Batterien zurück gewonnen werden. Lithium-Ionen Batterien stellen allerdings, aufgrund ihrer Materialeigenschaften als Verbunde, ihres elektrischen und chemischen Gefährdungspotentials sowie ihrer entzündlichen Inhaltsstoffe hohe Anforderungen an den Zerkleinerungsprozess und die nachfolgenden Sortierprozesse. Für die Vorzerkleinerung wird eine inertisierbare, gasdichte Vorzerkleinerungsmaschine eingesetzt. In einem zweiten Zerkleinerungsschritt erfolgt der Aufschluss der Wertstoffkomponenten: Beschichtungsmaterialien, Stromsammlerfolien und Gehäusebestandteile.

„Anwendungsbeispiele zur Verwendung von Trocknungsanlagen in Recyclingprozessen“ wurden von Dr.-Ing. Trojosky (ALLGAIER Process Technology GmbH, Göppingen) vorgestellt und auf die für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke geeigneten Trocknertypen (Trommeltrockner, Wirbelschicht- bzw. Fließbett-Trockner, Wälzbett-Trockner und Flugschicht-Trockner) sowie auf die neuen Technikumsanlagen bei ALLGAIER in Uhingen aufmerksam gemacht.

Ein „Recycling von Stäuben durch Brikettierung“, über das C. Eberhardt und Dipl.-Ing. Rosen (Hosokawa Alpine Compaction Leingarten) berichteten, ermöglicht es, die in metallerzeugenden Betrieben anfallenden feinen Stäube und Schlämme für die Metallgewinnung zu nutzen. Dabei wird durch Zugabe von feingemahlenem Kalkstein, Quarz und tonigen Mineralien die chemische Zusammensetzung der Stäube und Schlämme dem Roherz angeglichen sowie durch Melasse und Hydratkalk die erforderliche mechanische und thermische Festigkeit der Briketts erreicht.

Frau Dr. Schmalstieg mit den Koautoren Kühn, Nitsche, Wedell (IAP Institut für angewandte Photonik e.V. Berlin) und Gubzhokov (IFG Institute for Scientific Instruments GmbH Berlin) gaben Informationen über „Online-Analysenverfahren mittels XRF zur Bestimmung von Elementgehalten bei der Rückgewinnung von Wertstoffen aus Klärschlammaschen“. Mit nasschemischen und thermochemischen Verfahren können Schadstoffe wie Schwermetalle entfernt und die Phosphoranteile im gleichen Prozess in pflanzenverfügbare Verbindungen umgewandelt werden. Wenn die Konzentrationsparameter den Grenzwerten der Düngemittelverordnung entsprechen, ist der Einsatz als Dünger in der Landwirtschaft möglich. Für einen im Technikum der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) etablierten thermochemischen Entfrachtungsprozess wurde der Prototyp für die XRF-Online-Prozessanalytik entwickelt. Dieses Gerät eignet sich ebenfalls für Prozesse, bei denen die Rückgewinnung von Wertstoffen aus Recyclingströmen im Mittelpunkt steht (z.B. Glasrecycling, Elektroschrott, Rückgewinnung von Seltenen Erdmetallen). Die Ergänzung mit Modulen für die Probenahme Vor-Ort oder kontinuierliche Zuführung eines Massestroms sowohl als Schüttgut, Schlamm, als auch Flüssigkeit kann problemangepasst vorgenommen werden.

Mit Umsetzung der TA Siedlungsabfall dürfen seit dem 1. Juni 2005 in Deutschland keine unbehandelten Abfälle mehr deponiert werden. Mit dem Ziel einer „Erhöhung der Wertschöpfung bei der Aufbereitung von NE-Metallen aus Müllverbrennungsrostaschen mittels sensorgestützter Sortierung“ wurde ein Verbundprojekt (VeMReC) bearbeitet, über das Dipl.-Ing. Rüßmann, Dipl.-Ing. Heinrichs, Dr.-Ing. Feil, Prof. Pretz (Institut für Aufbereitung und Recycling I.A.R. RWTH Aachen) und Dr.-Ing. Gisbertz, Prof. Friedrich (Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling IME RWTH Aachen) berichteten. In einer Pilotanlage werden NE-Metallkonzentrate, die aus der MV-Rostaschenaufbereitung in einem Massenanteil von 1-3 Ma.-% enthalten sind, mittels Wirbelstromscheidung, in einer Prallmühle mechanisch beansprucht, so dass durch eine anschließende Siebung das entstehende mineralische Feinkorn abgetrennt wird. Das nachgereinigte NE-Metallkonzentrat wird abschließend durch den Einsatz einer sensorgestützten Sortierung nach dem Prinzip der Röntgentransmission in ein Leichtgut und ein Schwergut separiert. Schmelzanalysen zeigen eine gute Anreicherung an Aluminium im Leichtgut mit geringen Verunreinigungen durch Silizium, Kupfer, Eisen und Zink. Dahingegen können im Schwergut Kupfer, Zink bzw. deren Legierungen (Messing) und in geringen Konzentrationsbereichen ebenfalls Edelmetalle gewonnen werden.

Dipl.-Kristallograph Richter (Mineralmehlwerk Westerwald Horn GmbH & Co. KG) stellte in seinem Vortrag „Aufbereitung von feuerfesten Baustoffen“ die Verfahren vor, mit denen in der Firma jährlich etwa 200 000 t gebrauchte feuerfeste Auskleidungen aus dem europäischen Einzugsgebiet aufbereitet werden. Als Sekundärrohstoffe sind sie von großem Interesse, da Primärrohstoffe zu beachtlichen Teilen kostenintensiver vor allem aus China importiert werden müssen. Hauptverbraucher für feuerfestes Material ist die Stahlindustrie (etwa 70 %), es folgen die Glasindustrie, die Zement- und Kalkindustrie, die chemische Industrie sowie die NE-Metallurgie und Sonstige. Die Vielzahl der eingesetzten Materialien  in den unterschiedlichen Industriezweigen erfordert an allererster Stelle eine sorgfältige Sortierung des ausgebrochenen Materials. Die weitere Aufbereitung erfolgt durch Brechen, Mahlen und Sieben. Für einige charakteristische und in verlässlichen Mengen zur Verfügung stehende feuerfeste Sekundärrohstoffe wird der Stand der erreichbaren Qualität im Vergleich zu den Primärrohstoffen und den Anforderungen der Verbraucher beschrieben.

Dipl.-Ing. Mühlbach (dornburger zement GmbH & Co. KG, Dornburg Camburg) berichtete über „Zeitweise fließfähige, selbstverdichtende Verfüllbaustoffe – Umsetzung des Kreislaufwirtschaftsgesetzes mit neuem Bindemittelkonzept und Mischtechnologie“. Für die Verfüllung von Kanal- und Rohrleitungsgräben wurde das Bindemittel carbofill® entwickelt und in einer speziellen Mischanlage erprobt. Der an der Baustelle anfallende Erdaushub wird in einem mobilen Zwangsmischer mit Wasser und dem genau dosierten Bindemittel chargenweise gemischt und die thixotrope Mischung direkt zur Verfüllung verwendet. Durch Anwendung dieser Technologie werden Fracht- und Deponiekosten reduziert und die Einsatzmenge an Fremdbaustoffen minimiert.

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Kooperationsprojektes zum Thema „Verfahrensentwicklung zur Aufbereitung und Verwertung von schwermetallhaltigen Abwässern und Schlämmen mittels selektiv wirkender Polyelektrolyte und Polyelektrolytkomplexe“ wurde die „Anwendung von Chitosan zur Kupferabtrennung aus wässrigen Lösungen“ untersucht. Dipl.-Chem. Ohmann zusammen mit den Koautoren Dr. Kamptner, Prof. Heegn, Herrn Neuber (UVR-FIA GmbH Freiberg), Frau Dr. Schwarz und Frau Mende (Leibnitz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.) teilte hierzu neueste Ergebnisse mit. Das aus dem Naturprodukt Chitin durch Umsetzung mit Natronlauge gewonnene Chitosan wurde in Sorptionssäulen zur Entfernung von Schwermetallionen insbesondere Kupferionen aus Wasser eingesetzt. Dabei wurden neben der Sorptionsisotherme Cu(II)-Chitosan die Abhängigkeit der Sorption von Cu(II) auf Chitosan bei verschiedenen Ausgangskonzentrationen an Cu(II), der Veränderung der Fließgeschwindigkeit, der Korngröße des Chitosans mit gleichzeitiger Bestimmung des pH-Werts und der Konzentrationen an Kupfer-, Sulfat- und Chloridionen im Eluat nach der Säule untersucht.

4 Posterausstellung

Mit 13 Postern wurden die in der Veranstaltung behandelten Themen weiter vertieft, wobei insbesondere die in Freiberg tätigen Institutionen TU Bergakademie Freiberg, mit dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik, dem Institut für Aufbereitungsmaschinen und dem Institut für Mineralogie, das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie sowie die UVR-FIA GmbH Freiberg vertreten waren. Weiterhin waren unter anderem das Institut für Aufbereitung und Recycling I.A.R. RWTH Aachen, das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., die Papiertechnische Stiftungen Heidenau und die G.U.B. Ingenieur AG Chemnitz präsent.

5 Präsentationen

Verschiedene Firmen nutzten die Gelegenheit, Produkte und Dienstleistungen zu präsentieren. Dazu gehörten Eurofins Umwelt Ost GmbH, Niederlassung Freiberg zu „Spezielle Metallanalytik in Rohstoffen und Recyclingprodukten“, Fagus-GreCon Greten GmbH & Co. KG Alfeld zu Brand- und Explosionsschutz in Filtern, Silos und Trocknern, C. Christophel GmbH Lübeck zu Dosieren, Sieben und Brechen, IfG – Institute for Scientific Instruments GmbH Berlin zu XRF- und XRD- Analysesystemen, Ingenieurbüro Bruder für mechanische Verfahrenstechnik Hirschau (Vertreter der Fa. Derrick Corporation), Ingenieurbüro Dill, Misch- und Verfahrenstechnik Jena – Industrievertretung der Fa. Eirich zu Maschinen, Anlagen und Dienstleistungen für die Aufbereitung von schüttfähigen Stoffen, Schlickern und Schlämmen, ZEMDES GmbH Dessau-Roßlau als Engineering-Unternehmen im Anlagenbau für die Zementindustrie und für ausgewählte Bereiche der Mineralstoff-Industrie, BT-Wolfgang Binder GmbH, Gleisdorf/Österreich für REWAVE XRF-Analyse inklusive Farberkennung zur Sortierung von Erzen und Mineralien, Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG  Biberach/Riss als Hersteller von technischen Kunststoffen, MOGENSEN GmbH & Co. KG, Wedel, zu Sieb- und Sortiermaschinen und ALLGAIER PROCESS TECHNOLOGY GmbH – Uhingen für Systeme zum  Trocknen, Klassieren und Sortieren.

6 Ausblick

Durch die als Moderatoren aktiv an der Veranstaltung beteiligten Direktoren und Geschäftsführer Prof. Gutzmer (HIF), Prof. Peuker (IMVT-AT), Prof. Lieberwirth (IAM), Dr. Morgenroth und Dr. Kamptner (UVR-FIA) wurde untermauert, dass mit der Tagung „Aufbereitung und Recycling“ die enge Kooperation von UVR-FIA, Helmholtz-Institut Freiberg und den Instituten für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik sowie für Aufbereitungsmaschinen der TU Bergakademie im Freiberger Aufbereitungscluster gestärkt wurde.

Die nächste Vortragsveranstaltung unter dem Leitthema „Aufbereitung und Recycling“ findet voraussichtlich am 12. und 13. November 2014 in der Tagungsstätte „Alte Mensa“ Freiberg statt. Es sind mündliche Vorträge, Poster und Firmenpräsentationen vorgesehen. Schwerpunkte der Tagung sind:

Rückblick und Perspektive von Aufbereitung und Recycling aus Anlass des 60. Jahrestages der Gründung des Forschungsinstituts für Aufbereitung

Aufbereitung von mineralischen Rohstoffen und Erzen

Aufbereitung von Baustoffen, Schlacken und Aschen

Aufbereitung nachwachsender Rohstoffe

Recycling von Abfällen für die stoffliche oder energetische Verwertung

Verfahren und Maschinen für Zerkleinerung, Klassierung und Sortierung

Als Veranstalter fungieren wieder die „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“ und das „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“. Bis Ende Juli 2014 wird um die Zusendung von Kurzfassungen für Vorträge und Poster an die Tagungsorganisation UVR-FIA GmbH über die Internetadresse www.uvr-fia.de, E-Mail gebeten.

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