Eine der größten Herausforderungen bei der Wiedergewinnung von Kunststoffen aus langlebigen Produkten wie Autos oder aus Elektro- und Elektronikschrott ist die Trennung dieser Kunststoffe und die Beseitigung von Schadstoffen, die mit trockenen Separationsmethoden wie Magneten, elektrostatischer Separation oder Windsichtung nicht entfernt werden können.

Die wichtigste Methode für die Separation solcher Materialien erfolgt mittels Dichtesortierung oder Identifikation mit Infraroterkennung (Identifizierung von Polymeren durch einen Infrarotsensor) und nachfolgender mechanischer oder pneumatisch-mechanischer Separation.

Für die Trennung von Kunststoffen stehen verschiedene dichtebasierte Trennungstechniken zur Verfügung. Im Rahmen einer Auftragsforschung wurde an der HTW Berlin die Hydrocyklonmethode erforscht. Ziel war die Wiedergewinnung von Polymertypen aus drei Mustern, die aus Elektro- und Elektronikschrott stammten. Die Versuche wurden durch nassmechanische Trennung nach der Dichte in einem Hydrozyklon durchgeführt. Folgendes wurde untersucht:
* Umsetzung diskontinuierlicher Versuche für drei verschiedene gemischte Kunststoffe mit zwei unterschiedlichen Dichtigkeitstrennungsschritten: 1000 kg/m³ und ca. 1100 kg/m³
* Messung der Korngrößenverteilung in den Fraktionen Zulauf, Unterlauf und Überlauf des Hydrozyklons
* Bestimmung der dichtefraktionierten Siebklassen in den Fraktionen Zulauf, Unterlauf und Überlauf des Hydrozyklons
* Berechnung der Gesamtmassenbilanz
* Begrenzungen und Prozesscharakteristika von Hydrozyklonen, wenn diese im Kunststoffrecycling eingesetzt werden

Um exakte Trennungen mit einem Hydrozyklon durchführen zu können gilt es, verschiedene Variablen in der Konfiguration zu beachten. So können höhere Durchlaufraten durch entsprechend gewählte Größen der Überlaufdüse und Durchmesser der Apexöffnung erzielt werden. Dies geht dann jedoch auf Kosten der Trennschärfe.

Daraus folgt, dass der Hydrozyklondurchmesser, die Überlaufdüse und der Apexdurchmesser sowie weitere Parameter richtig gewählt werden müssen, um eine exakte Trennung herbeizuführen. Um den Durchmesser für o.g. Variablen festzulegen, muss der Prozentsatz von Schwimm- und Sinkstoffen durch Sedimentation ermittelt werden.

Es wurden drei Methoden zur Messung des Erfolgs von Hydrozyklontrennungen angewendet: Trennungskurven, ein CFD-Design und ein NIR-Spektrometer. Der richtige Einsatz der verschiedenen Trennungskurven aus den Versuchen erlaubt eine einfache und verständliche grafische Darstellung einer Hydrozyklontrennung. Idealerweise haben Trennungskurven einen starken Anstieg im Bereich des mittleren Trennkorndurchmessers; je größer die Steigung, umso schärfer ist die Trennung. Zur Darstellung der möglichen Kombination für Hydrozyklonparameter wurde ein CFD-Modell (computational fluid dynamics, numerische Strömungsmechanik) herangezogen. Mit dieser Methode sollen erfolgreiche Hydrozyklontrennungen gemessen werden. Der NIR-Spektrometertest konnte die komplexen Herausforderungen bei der Dichtigkeitstrennung im Allgemeinen zeigen; NIR kann zur Identifizierung verschiedener gemischter Kunststoffe und zu deren Trennung in reine Fraktionen verwendet werden.

• Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hörber (Projektleitung)

Axion Polymers Ltd. Stockport (UK)