Elektrostatischer Laborabscheider: Abscheidung von Aluminium aus PVC

Die Trennung von Metallen und Kunststoffen ist ein zentraler Schritt in Recyclingprozessen, insbesondere wenn das Eingangsmaterial aus gemischten Fraktionen besteht, die mit herkömmlichen Systemen schwer zu behandeln sind.

Um die tatsächlichen Trennmöglichkeiten konkret zu prüfen, hat Stokkermill mit seinem eigenen elektrostatischen Laborscheider eine Reihe von Versuchen an mit Aluminium verunreinigten PVC-Flakes durchgeführt.

Der Versuch zeigte, dass der elektrostatische Prozess das Aluminium in einer leitfähigen Fraktion konzentrieren und so von der PVC-Hauptfraktion trennen kann. Die Versuche wurden bei einer Arbeitsspannung von 30 kV an zwei Materialproben mit unterschiedlicher Korngröße durchgeführt.

1. Wie funktioniert ein elektrostatischer Scheider?

Ein elektrostatischer Scheider nutzt die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der Materialien, um leitfähige von nicht leitfähigen Partikeln zu trennen.

In der für den Versuch eingesetzten Maschine wird das Material auf eine geerdete, rotierende Walze aus Edelstahl aufgegeben und durchläuft das elektrische Feld, das von der Hochspannungselektrode erzeugt wird.

Aluminium gibt als leitfähiges Material seine Ladung schnell an die Walze ab und wird durch die Zentrifugalkraft nach vorne geschleudert. PVC hingegen ist ein isolierendes Material: Es behält seine Ladung, haftet an der Trommeloberfläche und wird nach unten in seine eigene Sammelfraktion abgeführt.

Das System sieht außerdem eine Mittelfraktion (Middlings) vor, die für Partikel mit einem intermediären Verhalten während der Trennung bestimmt ist.

2. Elektrostatische Trennung von Aluminium und PVC

Der Versuch wurde an mit Aluminium verunreinigten PVC-Flakes durchgeführt, die feine Metallpartikel und Kunststofffragmente enthielten. Es wurden zwei Proben analysiert:

• eine Probe mit einer geschätzten Korngröße von etwa 2–6 mm;
• eine zweite Probe mit einer angegebenen Korngröße von 1–3 mm.

In beiden Fällen bestand die Verunreinigung aus Aluminiumflakes und dünnen Aluminiumfolien.

Der elektrostatische Laborscheider teilt das Material in drei getrennte Fraktionen auf:

1. Leitfähige Fraktion – Aluminium
2. Mittelfraktion – Middlings
3. Nicht leitfähige Fraktion – PVC

Diese Konfiguration ermöglicht es, nicht nur die Fähigkeit zur Entfernung des Metalls zu bewerten, sondern auch das Verhalten der Kunststofffraktion während des Prozesses.

3. Versuchsergebnisse: Aluminium in der leitfähigen Fraktion konzentriert

Bei der ersten Probe bestand die leitfähige Fraktion aus einer sehr geringen Materialmenge, überwiegend aus dünnen, glänzenden Aluminiumflakes mit minimalem Kunststoffanteil. Die Abtrennung des Metalls erwies sich als wirksam.

Auch die zweite Probe ergab eine kleine leitfähige Fraktion aus Aluminiumflakes und dünnen Folien. In diesem Fall wurden einige helle Fragmente beobachtet, die auf mitgerissenes PVC oder auf lackiertes bzw. mit Kunststoff kaschiertes Aluminium zurückzuführen sind.

4. Vom Aluminium getrenntes PVC

Bei beiden Proben war die nicht leitfähige Fraktion die Hauptfraktion. Bei der ersten Probe bestand sie überwiegend aus feinen, dünnen und gekräuselten PVC-Flakes; bei der zweiten überwogen dünne weiße und graue Flakes.

In beiden Fällen wurde bei der Sichtprüfung kein Aluminium in der PVC-Fraktion festgestellt.

Das Ergebnis bestätigt das Potenzial der elektrostatischen Trennung für die Behandlung von Kunststoffen, die mit leitfähigen Metallen verunreinigt sind, da der Unterschied in den elektrischen Eigenschaften der Materialien für eine gezielte Trennung genutzt werden kann.

5. Die Mittelfraktion: ein zu optimierender Parameter

Neben den Aluminium- und PVC-Fraktionen erzeugt der Prozess eine Mittelfraktion.

Bei der ersten Probe wurde diese Fraktion visuell auf etwa 25–35 % des Gesamtmaterials geschätzt; sie bestand hauptsächlich aus PVC mit dickeren, kompakteren Flakes. Auch bei der zweiten Probe setzte sich die Mittelfraktion überwiegend aus dickeren, steiferen Flakes zusammen, mit einem etwas geringeren Volumen als bei der ersten.

Der Versuch zeigt somit einen wichtigen Aspekt für die Prozessentwicklung: Die Ausbeute der PVC-Fraktion lässt sich durch Anpassung der Trennparameter und der Materialvorbereitung optimieren. Nach den Beobachtungen des Versuchs scheint das Verhalten der Mittelpartikel stärker von der Dicke und Form der Flakes beeinflusst zu werden als vom Vorhandensein der Verunreinigung.

6. Elektrostatischer Laborscheider von Stokkermill

Der für die Versuche eingesetzte Scheider ist eine elektrostatische Trommelmaschine für das Labor, ausgestattet mit:

• Aufgabetrichter;
• Vibrationsrinne aus Edelstahl;
• elektromagnetischem Vibrator mit einstellbarer Fördermenge;
• Edelstahlwalze mit einstellbarer Drehzahl;
• elektrostatischem Generator, einstellbar bis 35 kV;
• Elektrode mit einstellbarer Position;
• System zur Vorwärmung des Materials;
• einstellbaren Teilern (Splittern);
• drei Sammelschubladen für die leitfähige, die mittlere und die nicht leitfähige Fraktion.

Während der beschriebenen Versuche wurden beide Proben mit einer Arbeitsspannung von 30 kV verarbeitet.

7. Warum einen elektrostatischen Laborscheider einsetzen?

Laborversuche ermöglichen es, das Verhalten eines Materials im Voraus zu bewerten, bevor eine Industrieanlage entwickelt oder ausgelegt wird. Im Fall der Trennung von Aluminium und PVC zeigte der Versuch:

• eine wirksame Konzentration des Aluminiums in der leitfähigen Fraktion;
• eine kleine, optisch saubere leitfähige Fraktion;
• eine PVC-Hauptfraktion ohne bei der Sichtprüfung erkennbares Aluminium;
• ein übereinstimmendes Verhalten der beiden analysierten Proben;
• die Möglichkeit, die Prozessparameter anzupassen, um die PVC-Ausbeute zu optimieren.

Der Versuch kommt zu dem Schluss, dass sich die elektrostatische Trennung bei 30 kV bei beiden analysierten Proben als wirksam zur Entfernung des Aluminiums aus den PVC-Flakes erwiesen hat.

8. Elektrostatische Trennversuche an realen Materialien

Das Stokkermill-Labor führt Trennversuche an realen Proben durch, um das Verhalten des Materials zu prüfen und die am besten geeigneten Prozessparameter zu ermitteln.

Bei Anwendungen zur Trennung von PVC und Aluminium ist die Charakterisierung des Eingangsmaterials (Korngröße, Form, Dicke und Zusammensetzung) entscheidend, um das Verhalten der verschiedenen Fraktionen vorherzusagen.

Stokkermill entwickelt Lösungen für die Trennung und Rückgewinnung von Materialien im Recyclingsektor, mit elektrostatischen Technologien zur Sortierung leitfähiger und nicht leitfähiger Materialien.