Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Aufarbeitung aller erfa\u00dften Bildschirmbeschichtungen mit technisch, wirtschaftlich und \u00f6kologisch optimalen Verfahren und Verfahrenskombinationen. Dabei sollen die toxischen Komponenten gebunden und wieder in den Wertstoffkreislauf eingegliedert werden. Es sind geeignete umweltgerechte und wirtschaftliche Verfahren zur Trennung des Stoffgemisches und zur Gewinnung der Komponenten in der vom Markt geforderten Reinheit zu entwickeln. Bisher existieren dazu keine industrierelevante L\u00f6sungen. Ein Deponieren von 30 t Bildschirmbeschichtungsmaterial pro Jahr allein in Deutschland kann keine Alternative sein.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEin Verfahren zur Automatisierung der Entschichtungstechnologie der Leuchtschirme wurde entwickelt. Durch eine Vortrennung der Bildschirmtypen erfolgte die Anreicherung bestimmter Komponenten. Zur weiteren Trennung des Stoffgemisches wurden, neben der Siebung, zahlreiche Versuche zur Sedimentation, Flotation und Magnetabscheidung, sowie Kombinationen mit oberfl\u00e4chenaktivierenden Verfahren, durchgef\u00fchrt und die M\u00f6glichkeit eines thermischen Prozesses erarbeitet. Der Laugungsproze\u00df der angereicherten Fraktionen auf biometallurgischem und chemischem Weg wurde in parallel laufenden Ver-suchen untersucht. Das mikrobielle Leaching durch die chemolithautotrophen Mikroben-St\u00e4mme Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans wurde in Bezug auf Kulturhaltung, Resistenz und Laugungsaktivit\u00e4t optimiert.<\/p>\n
Zur chemischen Laugung wurden verschiedene Reagenzien unter dem Aspekt ihrer Wirksamkeit\/Effektivit\u00e4t und Umweltvertr\u00e4glichkeit miteinander verglichen. In systematischen Untersuchungen wurden Kinetik und Vollst\u00e4ndigkeit der Reaktion erfa\u00dft. Das dabei entstehende H2S kann durch einen entwickelten biologischen Filter gebunden werden. Zur Trennung der in L\u00f6sung gebrachten Komponenten und Aufarbeitung der Abw\u00e4sser wurden der na\u00dfchemische Weg, elektro- bzw. photochemische Verfahren, verschiedene Ionenaustauschermaterialien und Extraktionsmittel gegen\u00fcbergestellt. Die Analysen der L\u00f6sungen erfolgten mit Verfahren der elektrochemischen Analytik, Ionenchromatographie, ICP-MS und Bewertung im UV. Die Mikroorganismenpopulation wurde durch spezifische Tests zur Laugungsaktivit\u00e4t, zum Eiwei\u00df-Nachweis und mikroskopische Z\u00e4hlverfahren beschrieben.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es wurde eine vollst\u00e4ndig bilanzierte Technologievariante auf Basis der experimentellen und Literaturdaten entwickelt. Dabei sind zu den meisten Verfahrensschritten Alternativen entwickelt worden. Zur Entschichtung und Vortrennung der Bildschirme wurde das bisherige Verfahren (thermisch unterst\u00fctzte Zerlegung der Bildr\u00f6hre, Absp\u00fclen der Beschichtung, Trennung der Rohstoffe) weiter vervollkommnet. Je nach der Technologie der Entschichtung schwankt die Zusammensetzung des Materials sehr stark (Ca-Gehalt, Fremdstoffe). Das getrocknete Material wird gesiebt und die ferromagnetischen Bestandteile des feinen Materials mit einem starken Magneten nahezu vollst\u00e4ndig entfernt. Die Wirksamkeit weiterer physikalischer Trennverfahren (Magnetabscheidung, Flotation, Sedimentation) wurde intensiv, auch unter Modifizierung der Oberfl\u00e4che, erprobt. Eine technologisch nutzbare Aufkonzentration der Wert-stoffe wurde nicht festgestellt. Die M\u00f6glichkeit der thermischen Trennung der Komponenten ist, aufgrund der fl\u00fcchtigen Cadmium-Komponente, nur mit einem sehr kostenintensiven Aufwand verbunden. Daneben erfolgt wegen der (zur Zersetzung der Lanthaniden notwendigen) hohen Temperaturen ein \u00f6kologisch und \u00f6konomisch nicht vertretbarer Energieeintrag. Der relativ hohe Ca-Gehalt einiger Materialien kann durch einen Waschproze\u00df gesenkt werden. Dabei wird das Waschwasser aus \u00f6kologischen Gr\u00fcnden im Kreislauf gef\u00fchrt und \u00fcber einen Ionenaustauscher entladen.
\nDie chemische Laugung wurde intensiv mit verschiedenen Reagentien unter Variation verschiedener Parameter, wie Konzentration und Temperatur, untersucht. Entsprechend den L\u00f6slichkeiten der einzelnen Verbindungen ist mindestens eine Verd\u00fcnnung von 1 g Bildschirmmaterial in 10 mL L\u00f6sung notwendig um alle Komponenten zu l\u00f6sen. Die endg\u00fcltige Laugungsmethode ist von der Art der Aufarbeitung abh\u00e4ngig. Bei allen Varianten der chemischen Laugung wird H2S entwickelt, das in einem mikrobiologisch arbeitenden Torffilter gebunden und zu Sulfat umgesetzt werden kann. Eine mikrobiologische Laugung ist nur nach Vorbehandlung des Materials (Entbasen, Enth\u00e4rten) und in stark verd\u00fcnnten Medien (Toxizit\u00e4t) m\u00f6glich. Die Kultivierung im Airlifter mit CO2 und Luft wurde als g\u00fcnstigste Variante ausgew\u00e4hlt. Das N\u00e4hrmedium wurde auf ein Minimum reduziert. Die erreichten Ums\u00e4tze lagen bei 3 g Bildschirmmaterial in 100 mL Wasser \u00fcber einen Zeitraum von 4 Wochen. Dies verdeutlicht den zu erwartenden Aufwand f\u00fcr mikrobiologische Verfahren.
\nBei der Aufarbeitung der Laugungsl\u00f6sungen werden die Lanthaniden mittels Extraktion mit Phophors\u00e4ureester und Reextraktion durch st\u00e4rkere S\u00e4uren aufkonzentriert. Ein Verfahren unter Nutzung der w\u00e4\u00dfrigen Phase zur Laugung des Materials auf Salzs\u00e4urebasis wurde entwickelt, mu\u00dfte jedoch aufgrund der fehlenden Kompatibilit\u00e4t zu bestehenden Verfahren verworfen werden. Aus \u00f6kologischer Sicht wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem nahezu alle austretenden Stoffstr\u00f6me einer Wiederaufarbeitung zugef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Das Material wird hierbei schwefelsauer gelaugt, die erhaltenen Laugungsl\u00f6sungen extrahiert und die Lanthaniden reextrahiert, wobei diese aufgrund ihrer geringen L\u00f6slichkeit ausfallen. Durch partielle Entnahme der Laugungsl\u00f6sung zur Extraktion und R\u00fcckf\u00fchrung der w\u00e4\u00dfrigen Phase nach der Extraktion zur\u00fcck zur Laugung k\u00f6nnen nach mehrfacher Wiederholung des Prozesses die Seltenen Erdsulfate (nahezu quantitativ) gewonnen werden. Diese k\u00f6nnen anschlie\u00dfend zu den Oxiden umgesetzt oder direkt kommerziell genutzt werden. Eine Aufkonzentration der einzelnen Ionen durch Einstellung des pH-Wertes zur Extraktion ist u. U. m\u00f6glich. Der lanthanidfreie R\u00fcckstand der Laugung und die w\u00e4\u00dfrige Phase der Extraktion k\u00f6nnen u. U. in der Zinkindustrie aufgearbeitet werden. Die bisher im Laborma\u00dfstab angewandte Technologie wurde hinsichtlich ihrer Durchf\u00fchrbarkeit getestet.
\nDie analytischen Verfahren sind mit ausreichender Reproduzierbarkeit und Nachweisst\u00e4rke entwickelt. Entsprechende Kalibrierungen und Standards liegen vor. Etwa 130 Recycling-Firmen als potentielle Lieferanten des Bildschirmmaterials wurden erfa\u00dft und mit einigen bereits Kontakt aufgenommen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichung des Vorhabens in EUWID Recycling und Entsorgung 40 (04.10.95) Jg.5, Zwischenberichte vom 18.07.96, 31.01.97, 31.10.97 und 30.06.98, umfassender Abschlu\u00dfbericht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Zu dem Vorhaben wurde eine erfolgversprechende chemisch-physikalische Technologievariante entwickelt, die nach entsprechender technologischen Entwicklung industriell umgesetzt werden k\u00f6nnte. Unter Ber\u00fccksichtigung einer \u00f6kologisch sinnvollen L\u00f6sung entstehen bei dem Verfahren Kosten, die den Erl\u00f6s, aufgrund der z. Z. sehr niedrigen Rohstoffpreise, um ein vielfaches \u00fcbersteigen. Eine \u00f6kologisch und \u00f6konomisch tragbare Aufbereitung ist nur mittels physikalischer Trennung m\u00f6glich, doch scheitert diese an den starken Schwankungen der Materialzusammensetzungen, die bei verschiedenen Lieferanten sogar innerhalb der einzelnen Fraktionen des Bildschirmmaterials auftraten. Eine mikrobiologische Laugung ist aufgrund dieser Inhomogenit\u00e4ten innerhalb des Materials und dessen Toxizit\u00e4t kaum realisierbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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