Projekt 11013/01

Verfahrensentwicklung zur Sortierung vermischter Aluminiumschrotte nach Legierungstypen

ProjekttrÀger

Sortec GmbH
Hanauer Landstr. 421
60314 Frankfurt
Telefon: 069/4200090

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beim Recycling vermischter Aluminiumschrotte können wegen des Siliziumgehaltes der Gusslegierungen nur Gusslegierungen erschmolzen werden. Mit zunehmenden Aluminiumverbrauch wird es immer wichtiger, ein Recycling zum Blech-, Press- oder Schmiedeprodukt zu ermöglichen. Basierend auf der bereits kommerziell genutzten Technik zum Sortieren von NE-Metallen nach analytischen Kriterien soll das Sortieren vermischter Aluminiumschrotte nach Legierungstypen entwickelt werden, die danach wie sorten-reine ProduktionsrĂŒckstĂ€nde direkt in den Gießereien der Halbzeugwerke und Gusshersteller einsetzbar sind.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenErste Versuche auf NE-Metallsortiermaschinen mit laserangeregter Spektraanalyse zeigten, dass Aluminium nach Legierungstypen sortiert werden kann. Zum Sortieren gemĂ€ĂŸ Zielstellung muss allerdings sowohl der optomechanische Aufbau des Analysedetektors als auch das Verfahren insgesamt modifiziert und hin-sichtlich der Identifizierungsgenauigkeit verbessert werden. Im Einzelnen sollen im ersten Projektjahr zunĂ€chst ein neues Analysesystem erstellt und qualifiziert werden, danach der Einfluss und die Optimie-rungsmöglichkeiten von systeminterner Mittelwertbildung fĂŒr mehrere Analysen pro SchrottstĂŒck, der VergrĂ¶ĂŸerung der Laser-Ablations-flĂ€che, einer anderen LaserwellenlĂ€nge und einer Laser-Pulsmodulation un-tersucht werden.

Die Definition der jeweiligen Sortieraufgaben, die Begutachtung/Bewertung der Sortierergebnisse nach
o. g. Versuchen sowie die schmelztechnische Qualifizierung nach den Produktionsversuchen im zweiten Projektjahr erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern aus der PrimĂ€r- und SekundĂ€r-Aluminiumindustrie, die auch nach Durchlaufen ihrer gesamten Fertigung bis zum Endprodukt eine jeweils fĂŒr sich relevante RentabilitĂ€tsbetrachtung ĂŒber Sortiertiefe und -aufwand erstellen.


Ergebnisse und Diskussion

Zum Aufbau des neuen Analysesystems wurde zunĂ€chst sowohl die LaserstrahlfĂŒhrung und als auch die Lichtabnahmetechnik vom Plasma völlig neu entwickelt, wobei letztere fĂŒr eine optimierte Lichterfassung und -ausbeute koaxial erfolgte und ĂŒber ein Round-to-Line-FaserbĂŒndel einem speziell fĂŒr die laserangeregte Emissionsspektroskopie angefertigten Spektrographen zugefĂŒhrt wurde. Nach ersten Analysetests zeigte sich jedoch, dass der Spektrograph das im Vergleich zur klassischen Funken-analyse ĂŒberraschender Weise sehr viel grĂ¶ĂŸere Lichtangebot des Laserpulses nicht verarbeiten konnte und ĂŒbersteuerte. Da ein Filtern oder Abblenden des Plasmas keinen Erfolg brachte, wurden die Photomultiplier des Spektrometers gegen weniger empfindliche ausgetauscht und zusĂ€tzlich die Beschaltung fĂŒr die jeweils interessierenden Messbereiche der Legierungselemente angepasst.

Die Kalibrierung des Detektors mit handverlesenen, einzeln analysierten und gekennzeichneten Schrottproben ergab nur ein deutlich grĂ¶ĂŸeres VerhĂ€ltnis Detektoranzeige (=IntensitĂ€t Element/IntensitĂ€t Alumini-um) zum jeweiligen Elementgehalt der Legierung als mit dem ursprĂŒnglichen NE-Metalldetektor. Somit war das Hauptziel der Detektorentwicklung erreicht worden.

Die Sortierversuche wurden zunĂ€chst mit den Kalibrierproben, dann mit ProduktionsabfĂ€llen durchgefĂŒhrt. Nach der Sortierung wurden die Kalibrierproben auf Grund ihrer Kennzeichnung, die ProduktionsabfĂ€lle nach ihrer spezifischen Form handausgelesen und verwogen aus dem Gewicht sowie den bekannten Analysewerten der Proben das Sortierergebnis errechnet. Dieses ergab, dass aus handelsĂŒblichen Aluminiumschrotten schon mit einem einfachen Sortieralgorithmus QualitĂ€ten sortierbar sind, die direkt zu defi-nierten Legierungen erschmolzen werden können.

Bei den Versuchen mit den ProduktionsabfÀllen zeigte sich, dass die Analysegenauigkeit und damit die SortierqualitÀt deutlich besser wurde, wenn sie zuvor mit Stahldrahtkorn, wie zur Entlackung und Reinigung stark verschmutzter Schrotte vorgesehen, gestrahlt wurden. Einige wenige Stichversuche mit abgedrehten Proben zeigten, dass die entwickelte Sortiertechnik in der Lage ist, auch noch nah verwandte Legierungen sicher zu unterscheiden wie z. B. die Gusslegierungen 226, 231 und 239.

Ökonomische und ökologische wird die zu entwickelnde Technik erheblich gĂŒnstiger sein als die derzeit einzige Alternative SekundĂ€rschmelzen, d. h. mit der Sortiertechnik ist nicht nur ein Aluminiumrecycling auf höchstmöglicher QualitĂ€tsstufe erstmals realisierbar, sondern sie ist auch deutlich kostengĂŒnstiger und nicht umweltbelastend. Durch konsequenten Einsatz der Sortiertechnik können darĂŒber hinaus mit wachsendem Aluminiumverb-rauch zusĂ€tzlich notwendige RecyclingkapazitĂ€ten bereitgestellt und auf die Errichtung weiterer SekundĂ€rschmelzeinrichtungen verzichtet werden.


Fazit

Der entwickelte Detektor ist zur Identifizierung und analytischen Unterscheidung von Aluminiumlegierungen geeignet. Mit ihm ist es möglich, noch Gehaltsunterschiede von + 0,2 Gew.-% sicher zu detektieren. In Verbindung mit einem geeigneten Sortieralgorithmus und/oder einer Mehrschussanalyse mit Mittelwertbildung kann die Detektier- und damit Sortiergenauigkeit nochmals merklich erhöht werden. Voraussetzung fĂŒr den praktischen Einsatz ist aber eine analysegerechte Vorbehandlung der Schrotte, da Anhaftungen von Fremdbestandteilen zu Fehlidentifikationen fĂŒhren.
Bedingt durch wirtschaftliche Probleme der Sortec Sortiertechnik GmbH kam es vor Projektabschluß zur Löschung der Fa. aus dem Handelsregister (Insolvenzantrag wurde vom Amtsgericht Frankfurt am Main mangels Masse abgelehnt). Die Versuchsanlage steht jetzt im Metallwerke Harzgerode GmbH. Ob dort die notwendigen F/E-Leistungen bis zur Erreichung der Produktionsreife und nachfolgende Investitionen in die Produktionsanlagen erbracht werden, ist der GeschĂ€ftsstelle nicht bekannt. Nach Abstimmungen mit Dr. Pohle und Herrn Köppe am 25.08.99 in OsnabrĂŒck erfolgten seitens Metallwerke Harzgerode keine weiteren AktivitĂ€ten zur WeiterfĂŒhrung des Projektes im Rahmen des Fördervorhabens.

Übersicht

Fördersumme

128.965,20 €

Förderzeitraum

01.01.1997 - 07.08.2000

Bundesland

Hessen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik