Separierung schwarzer Kunststoffe

Unter Strom gesetzt - Schwarze Kunststoffe sortenrein separieren

Herkömmliche Separationsverfahren stoßen bei hochwertigen schwarzen Kunststoffen an ihre Grenzen. Das elektrostatische Trennverfahren ermöglicht auch in komplexen Stoffgemischen eine sortenreine Sortierung.
Typische Separationsanlage für gemischte Kunststoffe einschließlich der elektrischen Anlagen und Materiallogistik.

Große Mengen an gemischten Kunststoffen fallen beim Recycling von Haushaltsabfällen, Elektronikschrott, Autos und anderen Gütern an. Bei der anschließenden Sortierung mit dem Ziel, saubere, verwertbare und sortenreine Kunststoff-Fraktionen zu erhalten, machen besonders die hochwertigen schwarzen Kunststoffe Probleme. Sie sind mit herkömmlichen Separationsverfahren kaum detektierbar, so dass die Sortenreinheit der Kunststofffraktion gering ist. Und von diesen schwarzen Kunststoffen gibt es heutzutage jede Menge.

Die Farbe Schwarz ist hochmodern und angesagt und wird als Kunststoffoberfläche bei vielen technischen Geräten wie Telefone oder Laptops eingesetzt. Auch aus Kostengründen werden viele Kunststoffteile in schwarzer Farbe gefertigt. Die farbige Oberfläche wird dann per Lackierung oder Metallisierung erzeugt. Stoßfängern für Pkw beispielsweise werden fast ausschließlich schwarz oder dunkelgrau hergestellt. Die Anpassung an die jeweilige Karosseriefarbe übernimmt der Lack. Bei Fotokopierern, Computern, aber auch bei nicht sichtbaren Funktionsteilen im Automobilbau spielt die Farbe der Teile keine Rolle. Deshalb werden auch die üblicherweise in der Farbe Schwarz gefertigt. Das macht die Produktion und die Lagerhaltung einfacher – erschwert aber das Recycling.

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Beim Recycling von elektrischen und elektronischen Geräten fallen somit große Mengen an hochwertigen technischen Kunststoffen wie ABS und PS an. Diese sind mehrheitlich schwarz eingefärbt. Auch beim Recycling von Automobilen ist der Anteil der schwarzen Partikel innerhalb der Kunststoff-Fraktion sehr hoch. Auf solche gemischten Materialien zielt der Einsatz der elektrostatischen Separationstechnologien von Hamos.

Sortierverfahren für Kunststoffe

Zur Sortierung gefärbter Kunststoffe sind verschiedene Verfahren gebräuchlich. Kunststoffgemische aus dem „Gelben Sack“ trennen Sortieranlagen zumeist automatisch mit Hilfe von Sortiergeräten in die Fraktionen. Dafür genutzte Kamerasysteme verwenden die NIR-Technik, die das von den Kunststoffen reflektierte Nah-Infrarot-Spektrum auswertet. Jede Kunststoffsorte hat ein charakteristisches Spektrum, das zur Identifikation dient. Problematisch ist, dass schwarze Kunststoffe die Strahlung nicht reflektieren und deshalb auch kein Spektrum erkannt wird – sie sind deshalb nicht sortierbar.

Zurzeit wird intensiv an neuen optischen Separationsverfahren gearbeitet, mit denen die genannten Mängel behoben werden sollen. Hier stößt man aber an die Grenzen der Physik. Hinzu kommt, dass die in der industriellen Praxis zu sortierenden Kunststoffteile auf Grund der vorangegangenen mechanischen Behandlung überwiegend kleinstückig sind, teilweise im Größenbereich kleiner 50 Millimeter. Dazu kommen starke Verschmutzungen durch Lackierung, anhaftende organische oder anorganische Partikel. Deshalb sind aktuell keine in der Praxis einsetzbaren optischen Sortiergeräte zur Kunststoff-Identifikation und Separation auf dem Markt erhältlich. Um aus einem gemischten Kunststoffstrom saubere Fraktionen zu erhalten, sind mehrere nach einander geschaltete Sortiersysteme erforderlich.

Trennung unter Hochspannung

Elektrostatisch arbeitende Separatoren können schwarze Kunststoffe trennen, da diese Geräte unabhängig von der Farbe des Produkts arbeiten. Diese Separatoren nutzen den Effekt, dass sich Kunststoffgemische in einer Aufladeeinheit in Abhängigkeit von der Kunststoffart unterschiedlich aufladen. Bei einem Gemisch zum Beispiel aus PS und ABS lädt sich das PS negativ, das ABS positiv auf. Ein Elektroden-System separiert anschließend die unterschiedlich geladenen Partikel. Eine negative Elektrode zieht das positiv geladene ABS an, negativ geladenes PS wandert in Richtung der positiven Elektrode. Trennbleche können den Reinheitsgrad der einzelnen Kunststoff-Fraktionen verbessern. Je nach Zusammensetzung der Kunststoffe ist ein ein- oder zweistufiger Separationsprozess sinnvoll.

Elektrostatisch arbeitende Separatoren werden mit Erfolg beispielsweise beim Recycling von Fensterprofil-Abschnitten (Trennung von Gummi aus PVC), Getränke-Flaschen (Trennung von PVC aus PET), Elektronikschrott (Trennung von PS und ABS) und anderen Anwendungen eingesetzt. Typische Durchsätze für einen Kunststoff-Separator liegen bei rund 750 bis 1200 Kilogramm pro Stunde. Höhere Durchsätze lassen sich durch Parallelschalten mehrerer Einzelgeräte erreichen.

Da elektrostatische Separatoren nur positiv oder negativ geladene Kunststoffpartikel voneinander trennen können, sind aus zwei Kunststoffen bestehende Gemische ideal. Solche Gemische erhält man beispielsweise aus vor der elektrostatischen Separation installierten Trennverfahren wie der Dichtetrennung.

Bei Dichtetrennverfahren 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.

Gemischte Kunststoffe aus Elektronikschrott

Die elektrostatische Separationstechnik eignet sich zur Trennung von den meist aus schwarzen Kunststoffen bestehenden Gemischen 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. Bei der jährlich in Deutschland recycelten großen Menge an Geräten sind das mehrere 100.000 Tonnen an Kunststoffen. Gemischte Kunststoffe aus Elektronikschrott bestehen aus vielen Typen, die in unterschiedlichen Mengen anfallen. Rechnet man die „unerwünschten Kunststoffe“ wie flammgehemmte oder PVC heraus, erhält man einen Gut-Produktanteil von rund 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 dient eine Kombination aus trockenen und nassen Separationsverfahren. Unerwünschte Folien, Fasern, Stäube und Ähnliches werden zuerst durch Siebung und Windsichtung abgetrennt. In der Schwimm-Sink-Trennung mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte werden anschließend ein PS/ABS-Konzentrat und eine Polyolefin-Fraktion gewonnen. Das Gemisch aus PS und ABS wird bei der anschließenden Zerkleinerung auf eine Korngröße unter 10 Millimeter „selektiv getrocknet“. Dies bedeutet, dass das im Elektronikschrott in großen Mengen vorkommende Holz feucht bleibt, 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 hoch konzentrierte PS- und ABS-Fraktionen mit Reinheiten über 98,5  Prozent erzeugt. Diese Separation geschieht unabhängig von der Farbe der Kunststoffe. Schwarz eingefärbte Bestandteile spielen keine Rolle. Als zusätzlicher Effekt dieser Separationsstufe kann gefülltes Polypropylen, das das gleiche spezifische Gewicht von etwa 1,05 kg/dm³ wie PS und ABS hat, als separate Fraktion abgetrennt werden. Elektrostatische Separatoren zur ABS-PS-Trennung setzen verschiedene Unternehmen mit zur Trennung von gemischten Kunststoffen aus Elektronikschrott ein.

Armaturentafeln recyceln

Die elektrostatische Separationstechnik eignet sich daneben für das Recycling von Armaturentafeln. Bei der Produktion von Cockpits und Instrumententafeln für Autos entstehen produktionsbedingt bis zu 20 Prozent der verarbeiteten Materialmengen an Abfall. Das sind zumeist hochfeste Trägerwerkstoffe wie SMA mit Glasfaser-Verstärkung, beschichtet mit PU-Schaum und einer Deckhaut, zum Beispiel aus PVC oder PU. Besonders das SMA ist ein hochwertiger und teurer Kunststoff, der allein schon aus Wirtschaftlichkeitsgründen recycelt werden sollte. Problematisch bei der Sortierung ist allerdings auch hier, dass in den meisten Fällen alle drei Kunststoffe SMA, PU-Schaum und Deckschicht, schwarz eingefärbt sind.

Die Produktionsabfälle werden zerkleinert und in einer Schneidmühle gemahlen. Durch die Reibung in der Mühle wird das PU fast vollständig vom SMA und vom PVC abgetrennt und kann anschließend problemlos in der Windsichtung separiert werden. Das Gemisch aus schwarzem SMA mit schwarzem PVC wird elektrostatisch separiert. Die dabei erzielbare Reinheit des SMA liegt über 99,5 Prozent. Damit kann das Produkt direkt in neue Armaturentafeln eingearbeitet werden. Auch das Weich-PVC ist auf Grund seiner hohen Reinheit problemlos in neue Produkte einzuarbeiten.

Die Sache mit den Dichtungen

Teile von Lüftungs- und Klimaanlagen in Pkw, die nicht direkt im Blickfeld der Passagiere liegen, bestehen fast vollständig aus schwarzen Kunststoffen. Funktionsbedingt kommen verschiedene technische Kunststoffe zum Einsatz. Häufig sind Verbundmaterialien im Einsatz, beispielsweise eine Lüftungsklappe aus glasfaserverstärktem PP, an die eine elastische Dichtlippe aus TPU oder EPDM angespritzt wird. 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 löst die Reibung innerhalb der Schneidmühle die Gummilippe nahezu vollständig ab. Das Mahlgut wird entstaubt und anschließend elektrostatisch separiert. Man erhält eine hoch konzentrierte PP-Fraktion. Die schwarze Farbe der Funktionsteile und der EPDM-Dichtungen spielt dabei keine Rolle.

Fensterprofile bestehen aus Hart-PVC. Auch hier sind zur Abdichtung, sowohl des Glases als auch der Fensterflügel, Dichtungen aus Gummi oder Weich-PVC im Einsatz, überwiegend schwarz oder dunkelgrau gefärbt. Da auch die Fensterprofile gelegentlich aus dunklem PVC bestehen, ist die saubere Trennung der unerwünschten Gummi-Dichtungen problematisch. Hart-PVC aus Fensterprofilen ist ein idealer Werkstoff, der problemlos wieder als Werkstoff in neue Profile eingearbeitet werden kann – vorausgesetzt, das Material ist gummifrei. Gummi schmilzt nämlich im Extruder nicht auf und macht die Verwendung solcher kontaminierter PVC-Abfälle unmöglich.

Fensterprofil-Abschnitte werden gemahlen und entstaubt. Durch elektrostatische Separation werden nun die Gummi- und Weich-PVC-Dichtungen automatisch abgetrennt. Man erhält eine PVC-Fraktion hoher Reinheit, die im Kern neuer Fensterprofile verarbeitet werden kann. Da mit einer Komplett-Anlage zur Aufbereitung von PVC-Fensterprofilen hauptsächlich weiße Profile separiert werden, kann eine Farbsortier-Anlage nachgeschaltet, so dass die erreichbaren Reinheiten im fertigen PVC bei über 99,99 Prozent liegen.

Recycling von Toner-Kartuschen

Leere Toner-Kartuschen aus Fotokopierern oder Fax-Geräten fallen in großen Mengen an. Sie bestehen zum größten Teil aus verschiedenen schwarzen Kunststoffen mit oder ohne Flammhemmer, Schaumstoffen zur Abdichtung, Silikon-Abstreifern und vielem mehr. Da die wertvollen Kunststoffe wieder bei der Produktion neuer Toner-Kassetten eingesetzt werden sollen, sind die Abtrennung von „Fremdkunststoffen“ und besonders die Separation von Dichtungsmaterialien, Gummi und so weiter zwingend erforderlich.

Nach Durchlaufen verschiedener vorgeschalteter Prozess-Schritte erhält man schwarzes Mahlgut mit einem hohen Anteil an Verunreinigungen durch Fremdkunststoffe und Gummi. Die überwiegend schwarze Gummi-Fraktion ist leitfähig und lässt sich mit Hilfe elektrostatischer Leiter-Nichtleiter-Separatoren abtrennen. In einem weiteren elektrostatischen Separationsschritt werden dann noch vorhandene andere Fremdkunststoffe durch tribo-elektrische Separation abgetrennt. Das Ergebnis ist ein sauberer Kunststoff, der problemlos wieder bei der Fertigung neuer Toner-Kartuschen einsetzbar ist.

Gemischte Kunststoffe aus Havarien

Nicht immer geht es um gebrauchte Kunststoffe, auch Neuware wird hin und wieder verunreinigt, weil aus Unachtsamkeit sortenreine Kunststoffe mit gleicher Farbe zusammengemischt werden. Die nunmehr aus mehreren Komponenten gleicher Farbe bestehenden Gemische lassen sich meistens nicht verarbeiten, weil die Kunststoffe untereinander nicht kompatibel sind. Ein elektrostatischer Separator lädt die gemischten Kunststoffe auf und trennt sie anschließend in sortenreine Produkte. Die aus solchen Fehlchargen gewonnenen Materialien sind nach der Separation so sauber, dass sie problemlos wieder als Neuware in der Produktion eingesetzt werden können.

Diese Beispiele zeigen, dass es mit Hilfe der elektrostatischen Separationstechnik möglich ist, schwarze Kunststoffe sortenrein zu separieren. Die elektrostatischen Separatoren zeichnen sich laut Anbieter durch hohe Durchsätze, geringe Separationskosten und hohe Reinheit der Fertigprodukte aus.

Dieser Beitrag basiert auf einen Manuskript von Dr. Rainer Köhnlechner.

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