19. 10. 2022

Trennung von Aluminium aus Mischabfall (Fallstudie)

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1. Trennung von Aluminiumdosen aus Kunststoff- und anderen nichtmetallischen Abfällen. Das von dem Kunden bereits verarbeitete Material wurde magnetisch getrennt und beinhaltete daher keine Eisenpartikel mehr. Der Klient hatte es allerdings vor, auch die NE-Metalle von dem restlichen Abfall (Papier, Holz, Kunststoff) zu trennen, denn er wollte auch sie wiederverwerten.
2. Trennung von aseptischen Getränkekartons (= Tetra-Pak) aus dem Mischabfall (der schon keine Eisenpartikel beinhaltet). Diese aseptischen Getränkekartons bestehen aus sechs Schichten, wobei jedoch nur eine einzige Schicht aus Aluminium gefertigt ist (vier Schichten sind aus Polyethylen und eine aus Papier). Die Aluminiumschicht schützt den Inhalt des Kartons vor Licht, Papier verleiht der Verpackung die Festigkeit und Polyethylen sorgt für Undurchlässigkeit der Verpackung. Ein vollständiges Recycling der einzelnen Komponenten wird bis heute nur selten vorgenommen, meistens werden hauptsächlich die Papierfasern in Papierfabriken zurückgewonnen (hier werden die Getränkekartons im Wasserbad zerlegt und im Folgenden werden die Papierfasern bei der Herstellung von Recyclingpapier verwendet). Relativ häufig (und auch einfach) ist die Verwendung von ganzen Kartons zur Herstellung von Bau- und Dämmplatten (die dann ähnliche Eigenschaften haben wie z. B. Gipsplatten), manchmal wird auch Polyethylen aus den Kartons gewonnen, das später bei der Herstellung von Recyclingkunststoff verwendet wird. Der Aluminiumteil wurde bis jetzt nur selten wiederverwertet, dabei ist sein ökonomisches Potenzial von großer Bedeutung, vor allem wen man die aktuellen Marktpreise von Aluminium und die Unmengen von aseptischen Getränkeverpackungen im Mischabfall in Betracht zieht. Die grundlegende Voraussetzung für die Wiederverwertung des Aluminiums aus den aseptischen Getränkeverpackungen ist eine optimale Trennung dieser Verpackungen von anderen Materialien. Danach werden die Getränkeverpackungen zerkleinert und durch den Einsatz von elektrostatischen Separatoren wird das Aluminium vom Kunststoff und Papier getrennt (somit kann man bis 99 % Aluminium aus den aseptischen Getränkekartons wiedergewinnen!).
3. Gleichzeitige Trennung von Aluminiumdosen und aseptischen Getränkekartons aus dem Mischabfall (auch in diesem Fall ohne Eisen-Verunreinigungen).

Das Prinzip des Funktionierens des Wirbelstromabscheiders

Der NE-Abscheider ist mit einem kurzen Bandförderer ausgestattet, in dessen angetriebenen Walze (mit nichtmetallischem Mantel) ein  Hochgeschwindigkeits-Magnetrotor zentrisch oder exzentrisch eingelagert ist. Zur Trennung der nichtmagnetischen Metallpartikel kommt es in dem Moment, wenn die Partikel auf dem Bandförderer ins Magnetfeld des rotierenden Rotors geraten. Das Magnetfeld magnetisiert sie (für sehr kurze Zeit) und ihre Polarität ist nun gleich wie die Polarität des Magnetfelds des Magnetrotors – deshalb werden die auf diese Weise magnetisierten Teile abgestoßen und vom Bandförderer des NE-Scheiders automatisch ausgeworfen. Die Voraussetzung für das Erreichen optimaler Trennungsergebnisse ist ein gleichmäßiger Strom und (wenn möglich) eine Monoschicht des auf dem Bandförderer transportierten Materials – deshalb ist es ratsam, vor den NE-Metallabscheider immer eine Vibrationsrinne zu platzieren. Es ist ferner wichtig daran zu denken, dass vor dem Prozess der Trennung von NE-Metallen aus dem Material alle Eisenpartikel zu entfernen sind (z. B. durch den Einsatz einer Magnettrommel oder eines Überbandmagneten).

Beschreibung des Problems:

Der Wirbelstromabscheider dient also zur Trennung der NE-Metalle aus anderen nichtmagnetischen Materialien. Aluminium gehört zu gut leitenden leichten NE-Metallen, seine Trennung mithilfe des Wirbelstromabscheiders ist also meistens problemlos. Die elektrische Leitfähigkeit wird neben dem Typ des Materials auch von dessen Form und Volumen beeinflusst, deshalb lassen sich etwa Aluminiumblech oder -dosen einfacher trennen als kurze und feine Drähte (und aus dem gleichen Grund ist auch die sehr dünne Aluminiumschicht in aseptischen Getränkekartons aus Sicht der elektrischen Leitfähigkeit problematisch). Da die elektrische Leitfähigkeit der Aluminiumdosen und der Getränkekartons sehr unterschiedlich ist, kann die gleichzeitige Trennung beider Materialien mithilfe von einem Wirbelstromabscheider schwierig sein – und dies musste im Laufe des Tests überprüft werden.  

Lösung des Problems:

Mithilfe von dem vierpoligen zentrischen NE-Scheider ECS-C haben wir zunächst versucht, die losen Aluminiumdosen bei der Geschwindigkeit von 1,5 m/s zu entfernen. Das Ergebnis bewies die hundertprozentige Verlässlichkeit der Trennung bei der Anwendung von ECS-C (der Wirbelstromabscheider warf alle Dosen deutlich hinter die gewünschte Trennlinie), daher haben wir ferner überprüft, ob auch die Aluminiumdosen aus dem Mischabfall separiert werden – und das Ergebnis war die Trennung aller Aludosen aus dem getesteten Material. Dann wurde der gleiche Test auch mit Tetra-Pak-Verpackungen durchgeführt – im ersten Schritt ohne Beimischungen anderer Materialien, im zweiten Schritt versuchten wir, diese Verpackungen aus dem Mischabfall zu trennen. In beiden Testen erwies sich, dass der ECS-C zwar die aseptischen Getränkekartons (mit einer Aluminiumschicht) größtenteils auch separieren konnte, jedoch die sehr dünne Aluschicht ermöglichte im Fall der vierpoligen zentrischen Ausführung keine hundertprozentig verlässliche Trennung.

Danach überprüften wir, ob (und wie) die Aludosen sowie die Tetra-Pak-Verpackungen mit dem zwölfpoligen exzentrischen Wirbelstromabscheider ECS-E zu trennen sind. Auf den ersten Blick war es klar, dass die kinetische Energie, die die Dosen sowie die Tetra-Pak-Verpackungen von dem Separator erhielten, vielmals größer war als diejenige Energie, die der vierpolige zentrische Separator erzeugt hatte. Im Falle der Dosen sowie der mit Aluminium metallisierten Verpackungen kam es somit zur hundertprozentigen Trennung, dabei war es darüber hinaus möglich (da beide Typen der Materialien in eine größere als erwünschte Entfernung abgeworfen wurden), die Öffnung für nichtmagnetische Materials im Verteilungsmodul zu vergrößern. Damit wurde die Gesamtkapazität der Trennanlage wesentlich erhöht, was äußerst positive Auswirkungen auf die ökonomischen Ergebnisse der Mischabfall-Sortierung hatte.

Auswertung möglicher technischer Lösungen: 

Falls ein Bedürfnis besteht, die Alu-Dosen z. B. aus einem Gemisch anderer nichtmagnetischer Abfälle zu trennen, zeigt sich als die beste Lösung, den niedrigpoligen NE-Scheider mit zentrisch eingelagertem Magnetrotor anzuwenden, und zwar aus folgenden Gründen:

• Eine sehr schnelle Investitionsrückvergütung (im Falle eines höheren prozentuellen Anteils der Alu-Kontaminanten und eines größeren Volumens des zu verarbeitenden Materials kann sie sogar in einigen Wochen erfolgen)
• Verlässliche Trennung der Aluminiumdosen
• Im gegebenen Fall geht es um ein durchaus gleichwertiges Äquivalent für teurere mehrpolige exzentrische Separatoren = attraktives Preis-/Leistungsverhältnis
• Separator mit automatischer Reinigung ohne Materialflussunterbrechung (24/7) = kontinuierlicher Produktionsbetrieb
• Hohe Effektivität auch bei größeren Geschwindigkeiten des zu bearbeitenden Materials
• Arbeitsbreite bis 2000 mm = hohe Betriebskapazität

Falls man die schlecht elektrisch leitenden aseptischen Getränkekartons (bzw. sowohl die aseptischen Getränkekartons als auch die Alu-Dosen) aus dem nichtmagnetischen Mischabfall separieren will, zeigt sich als die beste Lösung, den mehrpoligen Nichteisenabscheider mit einem exzentrisch eingelagerten Magnetrotor anzuwenden, und zwar aus folgenden Gründen:

• Verlässliche Trennung von aseptischen Getränkekartons (trotz der sehr dünnen Aluminiumschicht)
• Universelle Lösung im Falle der Trennung von nichtmagnetischen Metallmaterialien mit erheblich unterschiedlichen Eigenschaften
• Separator mit automatischer Reinigung ohne Materialflussunterbrechung (24/7) = kontinuierlicher Produktionsbetrieb
• Hohe Effektivität auch bei größeren Geschwindigkeiten des zu separierenden Materials
• Arbeitsbreite bis 2000 mm + beträchtliche Wurfweite = hohe Betriebskapazität

Vorteile der vorgeschlagenen technischen Lösung:

• Wiederverwertung des wertvollen Sekundärrohstoffes
• Reduktion der Umweltbelastung durch die Herstellung von Primäraluminium aus Bauxit
• Erhebliche Steigerung der Arbeitsproduktivität, Gewinnquote und Rentabilität im Bereich der Abfallsortierung