Projekt 06163/01

Umweltverträglichere Produktion durch betriebsinterne Rückgewinnung von Kühlschmierstoffen aus Schleifschlämmen

Projektträger

Technische Universität BraunschweigInstitut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
Langer Kamp 19 C
38106 Braunschweig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Kühlschmierstoffbehaftete Schleifschlämme werden in der überwiegenden Zahl der Fälle in Sonderabfall-Verbrennungsanlagen thermisch verwertet oder in Fässern auf Deponien endgelagert. Aufgrund des Ölgehaltes von ca. 0,5 bis 60 Gew.-% Öl und mehr (abhängig von der Art des Kühlschmierstoffs) ist jedoch eine Sonderabfallverbrennung oder sonstige rein thermische Verwertung aufgrund des hohen Preises für Kühlschmierstoffe nicht sinnvoll und führt zudem in der Regel zu unverhältnismäßig hoher Rückstandsbildung in Form von Schlacken. Insgesamt fallen in Deutschland pro Jahr 150.000 bis 250.000t Schleifschlamm als Sonderabfall an, der mit entsprechenden Aufbereitungsverfahren gänzlich vermieden werden könnte.

Im Sinne einer umweltverträglichen und ressourcenschonenden Produktion, sollen für diese Abfallstoffe Verwertungsverfahren entwickelt werden, bei denen diese Stoffgemische in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt werden. Anschließend können diese Stoffe entweder nach einer Aufbereitung weiterverwendet oder artgerecht verwertet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Schleifschlammextraktionsanlage, die mit leichtflüchtigen Lösemitteln im geschlossenen Kreislauf arbeitet, weiterentwickelt und optimiert. Zum Einsatz kommen dabei unterschiedliche Schleifschlämme mir unterschiedlichen nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen. Insbesondere die Qualität des wiedergewonnenen Kühlschmierstoffs wird durch das Institut für Ökologische Chemie und Abfallanalytik analytisch sowie in Schleifversuchen am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik überprüft. Parallel zu den Untersuchungen an der Universität wird eine Extraktionsanlage bei der Volkswagen AG, Werk Wolfsburg, installiert, um Erfahrungen im Praxisbetrieb zu sammeln. Eventuelle Schwachstellen bezüglich Bedienung oder Betrieb können somit vorzeitig aufgedeckt werden, so daß zum Ende des Forschungsvorhabens Konzepte für Extraktionsanlagen entwickelt werden können.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde eine Anlage entwickelt, mit der es möglich ist, mit Lösemittel den in Schleifschlämmen enthaltenen Kühlschmierstoff zu extrahieren. Dieser Kühlschmierstoff kann anschließend wieder dem Produktionskreislauf zugeführt werden.

Bei den Versuchen wurden zunächst die Extraktionsanlage und der Verfahrensablauf optimiert, um einen wirtschaftlichen und der Arbeitssicherheit entsprechenden Betrieb zu gewährleisten. Hierbei wurden unterschiedliche Lösungsmittel untersucht, wobei sich Isohexan als besonders vorteilhaft für den Extraktionsprozeß erwiesen hat. Lösungsmittelreste im zurückgewonnenen Kühlschmierstoff, die die Qualität negativ beeinflussen würden, konnten mit einer Stickstoffspülung restlos entfernt werden. Sowohl die physikalischen Eigenschaften der Kühlschmierstoffe (Flammpunkt, Viskosität) als auch die chemische Zusammensetzung und der Gehalt an Additiven wurden durch den Extraktionsprozeß nicht signifikant verändert. Vergleichende Schleifversuche haben außerdem gezeigt, daß der Schleifprozeß durch den Einsatz der recyclierten Kühlschmierstoffe nicht negativ beeinflußt wird.

In weiteren Versuchen wurde überprüft, inwieweit die Bestandteile der Schleifscheiben die Kühlschmierstoffqualität beeinflussen können. Hierbei wurde sowohl eine Schleifscheibe in keramischer als auch in Kunstharzbindung eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, daß sich sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die physikalischen Kennwerte der Kühlschmierstoffe durch die unterschiedlichen Bindungstypen nicht verändern.

Für einen Vergleich unterschiedlicher Kühlschmierstoffrückgewinnungsverfahren wurden neben der Lösemittelextraktion auch Verfahren wie Zentrifugieren, Pressen, Destillation und Extraktion mit überkritischem CO2 untersucht. Hierbei konnten bezüglich der Kühlschmierstoffqualität durchweg gute Ergebnisse erzielt werden. Eine Ausnahme bildete hierbei das destillative Verfahren, da hierbei durch die verfahrensbedingt hohe thermische Belastung eine chemisch/physikalische Veränderung des Kühlschmierstoffes festgestellt werden konnte, die einen direkten Wiedereinsatz im Schleifprozeß in Frage stellen kann.

Mit den im Labor ermittelten Versuchen wurde abschließend eine Extraktionsanlage für den Praxiseinsatz konzipiert, die zur Zeit bei der Volkswagen AG im Werk Wolfsburg eingesetzt wird. Hier wurden die Voraussetzungen ermittelt, bei denen ein wirtschaftlicher Betrieb in der Praxis möglich ist. Mit den bei Volkswagen ermittelten Eckdaten im Praxisbetrieb bezüglich Entsorgungskosten für ölhaltige Schleifschlämme, Kühlschmierstoffbeschaffungspreis sowie dem Verbrauch an elektrischer Energie und Betriebskosten ergab sich ein Re-Invest für die Extraktionsanlage von ca. 2 Jahren. Dieser Wert kann deutlich unterschritten werden, wenn beispielsweise in Zukunft die Kosten für die Entsorgung verölter Schleifschlamme steigen und/oder der Schleifprozeß mit qualitativ hochwertigen und damit vergleichsweise teuren Kühlschmierstoffen durchgeführt wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Forschungsergebnisse wurden vor allem in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt auf Fachmessen, wie z.B. der Envitec, präsentiert. Weiterhin erfolgten diverse Veröffentlichungen in der Fachliteratur (Jahrbuch Schleifen; Honen, Läppen und Polieren, dima, Industriebedarf, VDI-Berichte, Maschinenmarkt, Werkstattstechnik) sowie Vorträge auf verschiedenen Kolloquien.


Fazit

Mit der im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten Technologie ist es möglich, sowohl ökologisch als auch ökonomisch entscheidend zur Entschärfung der Abfallproblematik auf dem Gebiet der ölbehafteten Schleifschlämme beizutragen. Die Entwicklung einer Anlage, die der Abfallmenge vor Ort angepaßt werden kann, ist sinnvoll, da nur so eine dezentrale Aufarbeitung der Schleifschlämme ohne außerbetrieblicheTransporte zu zentralen Aufarbeitern möglich wird.