DE19641911C1

DE19641911C1 - Verfahren zur Gewinnung von Wertstoffen

Info

Publication number: DE19641911C1
Application number: DE1996141911
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Matzke; Peter Messmer; Harald Selder
Original assignee: Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
Current assignee: Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-10-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Wertstoffen aus einem Ausgangsstoff, der Kunststoffstücke enthält, die zumindest zu einem Teil aus einem Sonderkunststoff bestehen.

Wegen der großen Verbreitung von Kunststoffprodukten, insbesondere Verpackungen, sind die Möglichkeiten zur Entsorgung und möglichst zur Wiederverwertung der Kunststoffe Gegenstand intensiver Bemühungen geworden. Dabei ist verständlicherweise die Wiedergewinnung im Stellenwert noch höher anzusehen als die sachgemäße Entsorgung bzw. Vernichtung. Optimalen Lösungen dieses Problems stellen sich jedoch oft große Widerstände entgegen, z. B. wegen der Verschmutzung bei Benutzung oder Vermischung mit verschiedenen anderen Wertstoffen bei der Sammlung derartiger Kunststoffprodukte. Die sachgerechte Deponie und ganz besonders die Wiederverwertung hängt oft von einer möglichst guten Sortenreinheit ab.

Aus der DE 40 09 496 A1 ist es bekannt, sortenreine Kunststoffabfälle in einem Lösungsmittel chemisch zu lösen und anschließend auszufällen, so daß sich der ausgefällte Kunststoff abfiltern läßt. In der DE 40 42 222 A1 wird ein Verfahren zur Wiederaufarbeitung von Thermoplast-beschichteten Verpackungsmaterialien vorgeschlagen, bei dem diese zuerst kleingeschnitten und dann mit Spülmittel gesäubert werden. Unter weiterer mechanischer Zerkleinerung wird das kleingeschnittene Material in Beschichtungen und Karton zerteilt und die auf diese Weise hergestellte Suspension anschließend in Faserstoff und Kunststoff fraktioniert.

Die Verwendung von Kunststoff hat zu einer Vielzahl von synthetischen Werkstoffen geführt, deren Eigenschaften in einer großen Bandbreite differieren. Eine wesentliche Eigenschaft von Kunststoffen ist die höhere bzw. geringere Resistenz gegenüber Chemikalien oder - anders ausgedrückt - die Möglichkeit, Kunststoffe durch bestimmte Chemikalien verändern zu können. Es sind spezielle Kunststoffe entwickelt worden, deren Gebrauchseigenschaften den üblichen Anforderungen an Kunststoffe genügen, die aber außerdem die Eigenschaft haben, relativ einfach - d. h. mit preiswerten und unproblematischen Chemikalien - zersetzt werden zu können. Insbesondere gibt es Sonderkunststoffe, die sich durch einen basischen Angriff, z. B. mit preiswerter Natronlauge, so weit zersetzen lassen, daß sie emulgiert oder suspendiert werden können.

Es gibt auch bereits Vorschläge, derartige Sonderkunststoffe unmittelbar nach der Benutzung zu erfassen und in einem speziellen Reinigungsschritt von den Beimengungen zu befreien und dann durch Lösen und anschließendes Ausfällen zurückzugewinnen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie von einem aufwendig und speziell erfaßten Ausgangsstoff ausgehen müssen, der lediglich aus dem besagten Sonderkunststoff und eventuell aus einer ganz konkreten Benutzung herrührenden Verunreinigung besteht. Ein typisches Beispiel hierfür wären Verpackungen oder Kunststoffteller für Lebensmittel, wie sie z. B. an Imbißständen oder in Flugzeugen verwendet werden. Solchen Kunststoffteilen haften in der Regel Lebensmittelreste an, die dann in dem schon erwähnten ersten Reinigungsvorgang abgespült werden können. Die Menge der so erfaßbaren Ausgangsstoffe ist relativ klein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Sonderkunststoffe der oben definierten Art zurückgewonnen werden können und mit dem auch Ausgangsstoffe verwendbar sind, die neben den Sonderkunststoffen andere Kunststoffe enthalten und gegebenenfalls auch Altpapier.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 genannten Verfahrensschritte vollständig gelöst.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ausgangsstoff mehrmals fraktioniert, also in verschiedene Bestandteile aufgeteilt. Die einzelnen Verfahrensschritte in der aufgeführten Reihenfolge haben folgende Wirkungen und Vorteile.

Im Schritt 1.1 kann der Ausgangsstoff in seiner Gesamtheit durch Mischen mit Wasser und Anwendung entsprechender mechanischer Arbeit so weit zerlegt werden, daß eine zweckmäßige Mischung aus Bestandteilen unterschiedlicher Größe entsteht. Dabei wird ausgenutzt, daß die verschiedenen Bestandteile unter den angegebenen Bedingungen unterschiedlich leicht zerlegbar sind, wobei insbesondere die Kunststoffstücke zum überwiegenden Teil resistent gegen eine allzu weitgehende Zerkleinerung sind. Andererseits werden Verunreinigungen, die aus der Benutzung des Ausgangsstoffes stammen, wie z. B. Speisereste, sehr viel stärker zerteilt. Auch das enthaltene Altpapier kann zum überwiegenden Teil in Suspension gebracht werden.

Im Verfahrensschritt 1.2 erfolgt die Trennung der bereits suspendierten Bestandteile von denen, die durch den Verfahrensschritt 1.1 relativ wenig verändert wurden und als Rückstand zurückgeblieben sind. Als nächstes erfolgt dann die Zumischung eines Fluides, z. B. einer auf ph 12 eingestellten Natronlauge, durch deren Wirkung die Sonderkunststoffe angegriffen werden. Diese schon erwähnte Spezialsorte von Kunststoffen läßt sich durch basischen Angriff desintegrieren und dabei suspendieren oder in Emulsion bringen. Oft ist das auch mit einer Depolymerisation verbunden. Dabei können erhöhte Temperaturen diesen Vorgang verbessern und beschleunigen. Neben diesem erwähnten basischen Angriff sind auch andere chemische Mechanismen denkbar, wobei in der Regel der basische Angriff aus ökonomischen Gründen vorzuziehen ist. Sonderkunststoffe, die auch bei neutralem Milieu durch thermischen Angriff bereits zersetzbar sind, können mit dem Verfahren ebenfalls bearbeitet und zurückgewonnen werden.

Im Verfahrensschritt 1.4 wird wiederum eine Trennung durchgeführt, d. h. eine Aufteilung des behandelten Gemisches, indem die suspendierten oder emulgierten Bestandteile in einer Wertstofftrübe getrennt werden von den größeren Bestandteilen. Anschließend lassen sich die Sonderkunststoffe durch Ausfällen, z. B. mit Säure und anschließendem Abscheiden zurückgewinnen. Das Abscheiden erfolgt z. B. durch Ausfällen und Abschöpfen.

Besonders günstige Beispiele zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen beschrieben. Die Auswahl der konkreten Verfahren hängt zur Hauptsache vom eingetragenen Ausgangsstoff und von den Anforderungen an die rückgewonnenen Wertstoffe ab. Die bereits erwähnten Verunreinigungen können durch Trennschritte an bestimmten Stellen des Verfahrensablaufes entfernt werden oder - sofern es sich um Farbstoffe handelt - durch Bleichverfahren mehr oder weniger unsichtbar gemacht werden. Farbstoffe können z. B. aus dem enthaltenen Altpapier stammen (gefärbte Papierservietten, bedrucktes Papier) oder aus den Kunststoffen.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden weiterhin erläutert anhand von Zeichnungen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema mit den grundsätzlichen Verfahrensschritten;

Fig. 2 ein ergänztes Verfahrensschema mit zusätzlichen Verfahrensschritten;

Fig. 3 + 4 jeweils Auszüge und Varianten des Verfahrens (schematisch);

Fig. 5a-5d Abfolge eines Teils des Verfahrens, dargestellt in einem Stofflöser.

Das Verfahren kann grundsätzlich so ablaufen, wie es in Fig. 1 anhand eines Schemas gezeichnet ist. Der Ausgangsstoff A und Wasser W werden bei der Vermischung 1 teilweise suspendiert, anschließend werden die suspendierten Bestandteile als Waschsuspension WA abgepumpt (Trennung 2). Der Rückstand R1 wird durch Zumischung 3 eines ersten Fluides CH1 mit einer Chemikalie versetzt, die geeignet ist, die im Rückstand vorhandenen Sonderkunststoffe anzugreifen. Diese werden z. B. depolymerisiert und emulgiert oder auf andere Weise so weit zerkleinert, daß sie suspendiert werden können. Aufgrund des Größenunterschiedes lassen sie sich durch Abtrennung 4 von den Reststoffen R2 als Wertstofftrübe T isolieren. Während dann die Reststoffe R2 in der Entsorgestation 8 weiter behandelt werden, wird die Wertstofftrübe T, die zum überwiegenden Teil die Sonderkunststoffe, eventuell auch Verunreinigungen, enthält, zum Ausfällen 6 mit einem zweiten Fluid CH2 vermischt, das z. B. den ph-Wert absenkt. Dabei agglomerieren die Bestandteile des Sonderkunststoffes, so daß sie z. B. aufschwimmen und abgeschöpft werden oder sich absetzen können. Das Ausfällen 6 und Abscheiden 7 kann auch in einer Flotationsanlage erfolgen, die so gesteuert wird, daß die Sonderkunststoffanteile hydrophobieren und in den Schaum gelangen. Der so vorbehandelte Sonderkunststoff wird als Wertstoff U1 abgeführt und die Suspensionsflüssigkeit als Filtrat F.

Die weiteren Möglichkeiten zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vielfältig. Natürlich hängt es von dem gegebenen Ausgangsstoff ab, welche Verfahren ein Optimum an Wirtschaftlichkeit und Effektivität darstellen. Je nach Erfordernissen können z. B. an verschiedenen Stellen weitere Trennschritte für Verunreinigungen oder Wertstoffe vorhanden sein. Das gilt insbesondere auch für die Behandlung des Waschfiltrats WA. Bei einem Ausgangsmaterial, das nennenswerte Beimengungen von Altpapier enthält, ließe sich das Waschfiltrat zweckmäßigerweise in eine Altpapieraufbereitung 5 einspeisen. Andere Ausgangsstoffe enthalten vielleicht zu wenig oder gar kein Altpapier, so daß dieser Schritt nicht ökonomisch wäre. Andererseits können, um das Wasser dieser Waschsuspension WA wieder einsetzen zu können, spezielle Abwasserreinigungsschritte sinnvoll sein. Eventuell wären spezielle Verunreinigungen, die z. B. vom im Ausgangsstoff ebenfalls vorhandenen Einweg-Kunststoff-Eßgeschirr herrühren, besonders zu berücksichtigen. So hat es sich gezeigt, daß organische Lebensmittelreste - seien sie nun von vorneherein hydrophil oder hydrophob - in einer Flotation so gut ausgeschieden werden können, daß sich das so gewonnene Filtrat als Rückwasser zur Weiterverwendung eignet.

In Fig. 2 ist die Behandlung des Waschfiltrats WA etwas detaillierter dargestellt. Dabei erfolgt zuerst eine Flotation 10, in der irgendwelche unerwünschten Bestandteile in den Schaum gelangen können, wobei im Filtrat F1 verbliebene Papierfasern in einer anschließenden Trennstufe 11 als Wertstoff U2 entfernt werden. Die Trennstufe 11 kann, wenn der Papierfaserstoff genügend isoliert ist, z. B. eine einfache Eindickung sein. Aber auch weitere Verfahren, in denen Verunreinigungen entfernt werden, sind an dieser Stelle möglich. Speziell für die Gewinnung von Altpapierfasern gibt es im Stand der Technik genügend Verfahrensschritte, die hier angewandt werden können. Dabei kann berücksichtigt werden, daß ein hier als Waschfiltrat WA abgeführter Stoff in mancherlei Hinsicht vergleichbar ist mit einer Faserstoffsuspension, wie sie aus einem Altpapierstofflöser abgepumpt wird. Als weitere Änderung zeigt die Fig. 2 einen zusätzlichen Trennschritt 9 für die Wertstofftrübe T, bevor diese in die Ausfällung 6 gelangt. Da in diesem Stadium des Verfahrens die Sonderkunststoffe sehr fein verteilt oder gar emulgiert sind, kann durch einen einfachen Trennschritt ein Teil der groben Stoffe, die in der Wertstofftrübe T mitgeflossen sind, entfernt werden. Es ist aber auch möglich, vor dem genannten Trennschritt 9 das Milieu und/oder die Viskosität zu verändern, z. B. durch Verdünnen mit Wasser W′′. Dann lassen sich auch feinere Verunreinigungen abscheiden, z. B. wenn zur Entfernung von Farbstoffen der Trennschritt 9 in einer Flotationsanlage durchgeführt wird.

Einen Teil des Verfahrens zeigt die Fig. 3 in einer Variante, bei der nach Zugabe der Fällungschemikalien CH2 zunächst ein spezifischer Trennschritt 12 folgt, in dem weitere Wertstoffe U3 aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften gewonnen werden können. Solch ein Wertstoff kann z. B. Titandioxid sein, der sich aus der Wertstofftrübe T ausflotieren läßt.

Wie Fig. 4 zeigt, kann auch nach Abtrennen 7 der Sonderkunststoffe als Wertstoff U1 eine weitere Trennstufe in Form der Flotation 13 erfolgen, in der Feststoffe S im Flotationsschaum gewonnen werden, die entweder unerwünschte Begleitstoffe oder auch weitere Wertstoffe enthalten können.

Die Fig. 5a-5d zeigen anhand eines geeigneten, in der Altpapieraufbereitung üblichen Stofflösers 15 die Abfolge einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Vorteilhaft ist, daß der besonders schwer zu handhabende Ausgangsstoff A nur einmal in den Stofflöser 15 eingetragen wird. Die dann folgenden Verfahrensschritte trennen aus diesem ursprünglich vorhandenen Ausgangsstoff verschiedene Fraktionen ab. Dabei zeigt die Fig. 5a die Vermischung des Ausgangsstoffs A mit Wasser W, wobei die erforderliche mechanische Arbeit mit Hilfe des Rotors 16 in den Stoff eingetragen wird. Hierzu verwendbare Stofflöser 15 sind weithin bekannt. Sie enthalten im wesentlichen den bereits erwähnten Rotor 16, ein von oben beschickbares Gehäuse 14, das nach unten - zumindest in vielen Fällen - durch ein Sieb 17 abgeschlossen wird. Unterhalb dieses Siebes 17 befindet sich ein Sammelraum mit einem Ablaufrohr 18. Neben dem Sieb 17 gibt es mindestens einen Entleerstutzen 19, aus dem Stoffe auch unter Umgehung des Siebes 17 entleert werden können. Dieser Entleerstutzen 19 ist besonders geeignet für die Entfernung grober Rückstände. In Fig. 5b ist der nächste Schritt bereits erfolgt, d. h. der überwiegende Teil des Ausgangsstoffs A des Stofflöserinhaltes ist als Waschfraktion WA durch das Sieb hindurch abgepumpt worden unter Zurücklassung des Rückstandes R1. Im darauffolgenden Schritt gemäß Fig. 5c wird ein Fluid CH1 in den Stofflöser 15 eingefüllt, was - wie bereits erwähnt - die enthaltenen Sonderkunststoffanteile so zersetzt, daß sie - Fig. 5d - als Wertstofftrübe T wiederum durch das Sieb 17 abgepumpt werden können. Es verbleibt ein Reststoff R2, der z. B. durch den Entleerstutzen 19 entfernbar ist. Diese Darstellung macht sichtbar, welche betrieblichen Vorteile bei erfindungsgemäßer Verarbeitung des Ausgangsstoffes A möglich sind. Es gestattet die Durchführung mehrerer Schritte in einem einzigen Apparat. Schließlich ist bekannt, daß Stoffe dieser Art oft nicht nur sehr stark verschmutzt sind, sondern eine Vielzahl von Sorten enthalten und die Verschmutzungen sehr grober Natur sind.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Wertstoffen aus einem Ausgangsstoff, der Kunststoffstücke enthält, die zumindest zu einem Teil aus einem Sonderkunststoff bestehen, unter Anwendung folgender Schritte:

1.1 Vermischung (1) des Ausgangsstoffes (A) mit Wasser (W) unter Anwendung mechanischer Kräfte, wobei der Ausgangsstoff teilweise suspendiert wird;
1.2 Trennung (2) in eine Waschsuspension (WA) mit suspendierten Bestandteilen, die eine Grenzgröße unterschreiten und in einen Rückstand (R1) mit solchen Bestandteilen, die die Grenzgröße überschreiten;
1.3 Zumischung (3) eines Fluids (CH1) zum Rückstand (R1), wobei das Fluid (CH1) die Sonderkunststoffe chemisch und/oder thermisch so verändert, daß ihre Partikelgröße stark reduziert wird;
1.4 Abtrennung (4) der Sonderkunststoffe von den Reststoffen (R2) in einer Wertstofftrübe (T), wobei die Sonderkunststoffe suspendiert oder emulgiert sind;
1.5 Ausfällen (6) und Abscheiden (7) der Sonderkunststoffe als Wertstoff (U1) aus der Wertstofftrübe (T).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (CH1) stark alkalisch ist, vorzugsweise mit einem PH< 11.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalität überwiegend aus NaOH stammt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfällen (6) der Sonderkunststoffe aus der Wertstofftrübe (T) nach Zugabe eines weiteren Fluids (CH2) in stark saurem Milieu erfolgt, vorzugsweise PH<3.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte 1.1, 1.2 und 1.3 in derselben Vorrichtung durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 in derselben Vorrichtung durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte in einem Stofflöser (15) durchgeführt werden, wie er in der Altpapieraufbereitung eingesetzt wird, aus dem die Waschsuspension (WA) durch ein Sieb (17) abgepumpt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Wertstofftrübe (T) durch das Sieb (17) abgepumpt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertstofftrübe (T) durch ein Sieb abgepumpt wird, dessen Sortiercharakteristik von der des Siebes (17) für die Waschsuspension (WA) verschieden ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte 1.1 und 1.2 mit demselben Ausgangsstoff (A) in derselben Vorrichtung in mehrmaliger Abfolge ausgeführt werden.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschsuspension (WA) in einer an sich bekannten Altpapieraufbereitung (5) bearbeitet wird, in der aus dem Ausgangsstoff (A) stammende Papierfasern als Wertstoff (U2) gewonnen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschsuspension (WA) von Lebensmittelrückständen durch Flotation (10) gereinigt wird, wobei diese in den Flotationsschaum gelangen und die vorhandenen Papierfasern im Filtrat (F1) verbleiben.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertstofftrübe (T) nach der Abtrennung (4) von den Reststoffen (R2) und vor dem Ausfällen (6) mindestens einem Trennschritt (9) zur Entfernung von Verunreinigungen unterzogen wird.

14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertstofftrübe (T) nach der Abtrennung (4) von den Reststoffen (R2) und vor dem Ausfällen (6) mindestens einem Trennschritt (9) zur Gewinnung von Wertstoffen unterzogen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschritt in einer Flotation erfolgt, bei der die Sonderkunststoffe zum überwiegenden Teil im Filtrat verbleiben.

16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abscheiden (7) der Sonderkunststoffe aus der Wertstofftrübe (T) eine Flotation (13) des Filtrats (F) erfolgt, bei der noch vorhandene Feststoffpartikel (S) in den Schaum gelangen und ein Filtrat (F2) zurückbleibt, welches als geklärtes Rückwasser (W′) wieder verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheiden (7) der bereits ausgefällten Sonderkunststoffe aus der Wertstofftrübe (T) durch eine Flotation erfolgt, bei der die ausgefällten Sonderkunststoffe im Flotationsschaum zumindest stark angereichert werden.

18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertstofftrübe (T) einer chemischen Bleiche unterzogen wird, indem sie mit bleichenden Chemikalien vermischt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiche mit reduzierenden Bleichmitteln arbeitet.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiche mit oxidierenden Bleichmitteln arbeitet.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine oxidierende als auch eine reduzierende Bleiche vorgenommen wird.

22. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (A) ein nach erfolgter Benutzung gesammelter Recyclingstoff ist.

23. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (A) Altpapier enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (A) benutztes Einweggeschirr, z. B. aus der Fastfood-Gastronomie, enthält.

25. Verfahren nach Anspruch 22, 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (A) benutzte Lebensmittelverpackungen enthält.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (A) benutzte Lebensmittelverpackungen enthält, die aus Papier und Kunststoff bestehen.