Elektrostatische Trennung Kunststoffrecycling – Elektrostatische Trennung separiert auch schwarze Kunststoffe

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Rainer Köhnlechner, Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Hariolf Jung / Wolfgang Geisler

Mit herkömmlichen Separationsverfahren sind die häufig verwendeten, hochwertigen schwarzen Kunststoffe nicht detektierbar. Mit einem neu entwickelten elektrostatischen Trennverfahren gelingt das Kunststoffrecycling auch für diese sonst nicht wirtschaftlich zu sortierenden Materialien.

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Abb. 1: Typisches Gemisch aus Kunststoffen aus Elektronikschrott
Abb. 1: Typisches Gemisch aus Kunststoffen aus Elektronikschrott
(Bild: Hamos)

Große Mengen an gemischten Kunststoffen fallen beim Recycling von Haushaltsabfällen, Elektronikschrott oder auch Automobilen an. Bei der anschließenden Sortierung mit dem Ziel, saubere, verwertbare und sortenreine Kunststoff-Fraktionen zu erhalten, machen insbesondere die hochwertigen schwarzen Kunststoffe Probleme. Sie sind mit herkömmlichen Separationsverfahren nicht detektierbar, sodass die Sortenreinheit der separierten Produkte gering ist. Da die Farbe Schwarz hochmodern und angesagt ist, gibt es heutzutage jede Menge dieser schwarzen Kunststoffe.

Auch aus Kostengründen werden viele Kunststoffteile in schwarzer Farbe gefertigt. Die „farbige Oberfläche“ wird dann durch Lackierung oder Metallisierung erzeugt. Stoßstangen für Pkw beispielsweise werden ausschließlich in schwarzen oder dunkelgrauen Farben hergestellt. Die Anpassung an die jeweilige Karosseriefarbe erfolgt durch Lackierung in der gewünschten Farbe.

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Bei Fotokopierern, Computern, aber auch bei Funktionsteilen im Automobilbau (Lüftung) spielt die Farbe der Teile keine ästhetische Rolle. Aus diesem Grunde werden diese üblicherweise in der Farbe Schwarz gefertigt. Das macht die Produktion und die Lagerhaltung einfacher, erschwert aber das Recycling.

Beim Recycling von Automobilen liegt der Anteil der schwarzen Partikel innerhalb der Kunststoff-Fraktion bei etwa 50 bis 70 Prozent. Auch beim Recycling von elektrischen und elektronischen Geräten fallen große Mengen hochwertiger technischer Kunststoffe wie ABS und PS an. Dafür hat Hamos, einer der weltweit führenden Anbieter elektrostatischer Separationstechnologien, ein Verfahren entwickelt, mit dem es gelingt, diese schwarzen Kunststoffe sortenrein zu sortieren.

Sortierverfahren für Kunststoffe

Zur Sortierung gemischter Kunststoffe sind verschiedene Verfahren gebräuchlich. Kunststoffgemische aus Haushalts- (Gelbe Sack-) Abfällen werden in den Sortieranlagen zumeist vollautomatisch mithilfe von optischen Sortiergeräten in einzelne Fraktionen getrennt. Die dazu genutzten Kamerasysteme verwenden die so genannte NIR-Technik, bei der das von den Kunststoffen reflektierte Nah-Infrarot-Spektrum ausgewertet wird, das für jede Kunststoffsorte charakteristisch ist. Schwarze Kunststoffe reflektieren die Strahlung jedoch nicht und sind deshalb nicht sortierbar.

Die in der Praxis vorkommenden Kunststoffteile sind aufgrund der vorangegangenen mechanischen Behandlung überwiegend kleinstückig. Dazu kommt eine starke Oberflächenverschmutzung durch Lackierung, anhaftende organische oder anorganische Verschmutzung. Deshalb sind sie für die derzeit erhältlichen optischen Sortiergeräte zur Kunststoff-Identifikation und Separation nicht verarbeitbar. Um aus einem gemischten Kunststoffstrom saubere Fraktionen zu erhalten, sind mehrere nacheinander geschaltete Sortiersysteme erforderlich.

Elektrostatische Sortierung

Schwarze Kunststoffe können mit elektrostatisch arbeitenden Separatoren problemlos getrennt werden. Diese nutzen den Effekt aus, dass sich Kunststoffgemische in einer Aufladeeinheit in Abhängigkeit von der Kunststoffart unterschiedlich positiv oder negativ aufladen. Bei einem Gemisch beispielsweise aus PS und ABS lädt sich dabei das PS negativ, das ABS positiv auf. Die unterschiedlich aufgeladenen Partikel werden anschließend durch ein Elektroden-System bei Spannungen von etwa 35 000 Volt separiert. Positiv geladenes ABS wird durch eine negative Elektrode angezogen, negativ geladenes PS durch eine positive Elektrode. Die Reinheit der einzelnen Kunststoff-Fraktionen kann durch Trennbleche optimiert werden. Je nach Zusammensetzung der Kunststoffe ist ein ein- oder zweistufiger Separationsprozess sinnvoll.

Elektrostatisch arbeitende Separatoren werden z.B. mit großem Erfolg beim Recycling von Fensterprofil-Abschnitten (Abtrennung von Gummi aus PVC), Getränke-Flaschen (Abtrennung von PVC aus PET), Elektronikschrott (Trennung von PS und ABS) eingesetzt. Typische Durchsätze solcher Separatoren liegen bei rund 750 bis 1200 Kilogramm pro Stunde. Für höhere Durchsätze werden mehrere Geräte parallel geschaltet.

Da elektrostatische Separatoren nur positiv oder negativ geladene Kunststoffpartikel voneinander trennen können, sind sie ideal für Zweistoff-Gemische geeignet. Solche Gemische erhält man durch vor der elektrostatischen Separation installierte Trennverfahren wie z.B. der Dichtetrennung. Hierbei setzt man üblicherweise Trennflüssigkeiten ein, die außer der Trennung nach spezifischem Gewicht eine Oberflächen-Reinigung auch von stark verschmutzten Kunststoffen ermöglichen. Da sich aber nur trockene Kunststoffe elektrostatisch aufladen lassen, ist vor der elektrostatischen Separation eine Trocknungsstufe vorzuschalten. Häufig reicht dazu aber schon die mechanische Zerkleinerung in Schneidmühlen oder Ähnlichem aus, um ausreichende Separationserfolge zu erzielen.

Anwendungsbeispiel: Elektronikschrott-Kunststoffe

Die elektrostatische Separationstechnik eignet sich auch zur Trennung von Kunststoffen aus Elektronikschrott. Typischer Elektronikschrott (ohne Fernseher und Monitore) besteht zum überwiegenden Teil aus Metallen. Durchschnittlich fallen aber auch etwa 15 Prozent an gemischten Kunststoffen an, was bei der jährlich in Deutschland recycelten Menge an Geräten letztendlich mehrere 100 000 Tonnen an Kunststoffabfällen ergibt.

Diese Abfälle bestehen aus vielen und in unterschiedlichen Mengen anfallenden Kunststoff-Typen. Rechnet man die „unerwünschten Kunststoffe“ wie beispielsweise flammgehemmte oder PVC heraus, erhält man einen Gut-Produktanteil von etwa 55 Prozent. In der Praxis hat sich gezeigt, dass diese „Gut-Fraktion“ zu etwa 70 Prozent aus schwarzen Kunststoffen besteht.

Zur Aufbereitung gemischter Kunststoffe aus Elektronikschrott setzt man eine Kombination aus trockenen und nassen Separationsverfahren ein. Unerwünschte Folien, Fasern, Stäube und Ähnliches werden zuerst durch Siebung und Windsichtung abgetrennt. Durch Schwimm-Sink-Trennung mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte werden anschließend ein PS/ABS-Konzentrat sowie eine Polyolefin-Fraktion gewonnen. Das Gemisch aus PS und ABS wird bei der anschließenden Zerkleinerung auf unter zehn Millimeter „selektiv getrocknet“. Dabei bleibt das im Elektronikschrott in großen Mengen vorkommende Holz feucht, während der Kunststoff an der Oberfläche bereits trocken ist. Somit ist es möglich, die störende Holz-Fraktion und andere leitfähige Produkte durch elektrostatische Separatoren vom Typ „Corona-Walzen-Scheider“ abzutrennen.

In der darauf folgenden elektrostatischen Kunststoff-Kunststoff-Separation werden PS- und ABS-Fraktionen mit Reinheiten über 98,5 Prozent erzeugt, unabhängig von der Farbe der Kunststoffe. Schwarz eingefärbte Bestandteile spielen keine Rolle. Ein zusätzlicher Effekt dieser Separationsstufe ist, dass gefülltes Polypropylen, das das gleiche spezifische Gewicht von etwa 1,05 kg/dm³ wie PS und ABS hat, als separate Fraktion abgetrennt werden kann. Elektrostatische Separatoren zur ABS-PS-Trennung werden von verschiedenen Firmen mit großem Erfolg zur Trennung von gemischten Kunststoffen aus Elektronikschrott eingesetzt.

Anwendungsbeispiel: Kunststoffe aus dem Automobilrecycling

Die elektrostatische Separationstechnik eignet sich daneben auch für ein Recycling von Armaturentafeln. Bei der Produktion von Cockpits und Instrumententafeln für Autos entsteht produktionsbedingt eine Abfallmenge von bis zu 20 Prozent. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um hochfeste Trägerwerkstoffe wie beispielsweise SMA mit Glasfaser-Verstärkung, beschichtet mit PU-Schaum und einer „Deckhaut“, z.B. aus PVC oder PU.

Insbesondere das SMA ist ein sehr hochwertiger und teurer Kunststoff, der allein schon aus Wirtschaftlichkeitsgründen recycelt werden sollte. Allerdings sind in den meisten Fällen alle drei Kunststoffe SMA, PU-Schaum und Deckschicht schwarz eingefärbt. Die Produktionsabfälle werden zerkleinert und in einer Schneidmühle gemahlen. Durch die Reibung in der Mühle wird das PU praktisch vollständig vom SMA und vom PVC abgetrennt und kann anschließend problemlos durch Windsichtung separiert werden.

Das Gemisch aus schwarzem SMA mit schwarzem PVC wird nun elektrostatisch separiert. Die dabei erzielbaren Reinheiten des SMA liegen bei über 99,5 Prozent, sodass dieses Produkt direkt wieder in neue Armaturentafeln eingearbeitet werden kann. Auch das Weich-PVC kann aufgrund der hohen Reinheit problemlos in neue Produkte eingearbeitet werden.

Teile von Lüftungs- und Klimaanlagen im Pkw werden zu nahezu 100 Prozent aus schwarzen Kunststoffen gefertigt. Funktionsbedingt kommen dazu verschiedene Kunststoffe zum Einsatz, häufig auch aus Verbundmaterialien. Beispielsweise wird an eine Lüftungsklappe aus Glasfaser-verstärktem PP eine elastische Dichtlippe aus TPU oder EPDM angespritzt. Beim Recycling von Produktionsabfällen bereiten diese von den Gummilippen herrührenden Verunreinigungen große Probleme und verhindern, dass das Rezyklat wieder verwendet werden kann. Bei der Zerkleinerung der Materialien in einer Schneidmühle wird die Gummilippe durch die Reibung fast vollständig abgelöst. Das Mahlgut wird nach der Entstaubung elektrostatisch separiert. Man erhält eine hoch konzentrierte PP-Fraktion.

Weitere Anwendungsbeispiele:

Kunststoffe aus Havarien

Manchmal werden aus Unachtsamkeit sortenreine Kunststoffe gleicher Farbe zusammengemischt. Diese Gemische lassen sich aber meistens nicht weiter verarbeiten, weil die Kunststoffe unter einander nicht kompatibel sind. Im elektrostatischen Separator werden die gemischten Kunststoffe aufgeladen und in sortenreine Produkte getrennt, die problemlos wieder als Neuware in der Produktion eingesetzt werden können.

PVC-Fensterprofile

Kunststoff-Fensterprofile bestehen aus Hart-PVC mit eingearbeiteten Gummidichtungen. Das Hart-PVC kann problemlos wieder als Werkstoff in neue Profile eingearbeitet werden, wenn es Gummi-frei ist. Da Gummi im Extruder nicht aufschmilzt, ist die Verwendung solcher kontaminierter PVC-Abfälle unmöglich.

Nach Aufmahlung und Entstaubung werden die Gummi- und Weich-PVC-Dichtungen durch elektrostatische Separation abgetrennt. Die höchst reine PVC-Fraktion kann anschließend im Innenkern von neuen Fensterprofilen verarbeitet werden. Da mit einer Komplett-Anlage zur Aufbereitung von PVC-Fensterprofilen hauptsächlich weiße Profile separiert werden, wird der elektrostatischen Separation noch eine Farbsortier-Anlage nachgeschaltet, die Produktreinheiten im fertigen PVC von über 99,99 Prozent ermöglicht.