DE4339822C1

DE4339822C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sortierung von anorganischen nichtmetallischen Werkstoffen

Info

Publication number: DE4339822C1
Application number: DE4339822A
Authority: DE
Inventors: Heiko Spaniol; Thomas Hoffmann; Wolfgang Dr Ing Hochbruck; Jochen Prof Dr Fricke; Andreas Dr Beck; Werner Koerner
Original assignee: GG Noell GmbH
Current assignee: GG Noell GmbH
Priority date: 1993-11-23
Filing date: 1993-11-23
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2013-11-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sortierung von anorganischen nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere Gläsern, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 12. Vorzugsweise werden zu recycelnde Bildröhren nach ihren Glasinhaltsstoffen sortiert. Die Erfindung beinhaltet weiterhin die Verwendung aussortierter Bildröhrengläser entsprechend dem Anspruch 1.

Farbbildröhren bestehen aus drei Glassorten. Das Frontglas, auch als Bildschirm bezeichnet, ist barium-/strontiumhaltig, während das Konusglas und der Bildröhrenhals bleihaltig sind. Mengenmäßig von Interesse sind besonders Schirm- und Konusglas. Der Bildschirm ist weiterhin mit einer Leuchtschicht aus meist sulfidisch oder oxidisch phosphoreszierenden Metallverbindungen auf der Innenseite überzogen. Das Konsulglas ist mit Fe-Oxid und/oder Graphit beschichtet.

Im Rahmen des Elektronikschrottrecyclings gelangt die vordemontierte Bildröhre in die Bildröhrenaufbereitung, wo sie zerkleinert und von Einbauten befreit wird.

Je nach Herkunftsland und Bildröhrenhersteller schwanken die Gehalte an Ba/Sr/Pb in den Gläsern. Es gibt in der Regel folgende Zuordnungen der Gehalte zu den Bildröhrengläsern (Gehaltsschwankungen):

- Schirmglas: Ba/Sr-haltig

Ba|5-11%

Sr 5-10%

Pb <0,3%
- Konusglas: Pb-haltig

Pb|10-20%

Ba 0,6-1,2%

Sr <0,5%

Für eine stoffliche Verwertung solcher Gläser in der Glasindustrie müssen diese mit definierten Gehalten an obigen Elementen bereitgestellt werden, damit diese bei der Herstellung neuer Bildröhren der Glasschmelze zugesetzt werden können.

Bisher sind jedoch keine Verfahren bekannt, die eine Sortierung solcher Werkstoffe gemäß ihren Inhaltsstoffen ermöglichen.

Zur Zeit werden die Gläser noch als Füllstoff, Versatzmaterial, Deponiegut, zur Schaumglasherstellung oder zum Abschirmen leicht radioaktiver Stoffe (Pb- Gläser) verwendet. Eine beschränkte Verwertung der Pb- Gläser in Bleihütten ist auch bekannt. Die Aufbereitung der Gläser beschränkt sich zur Zeit auf die Trennung der Konus- und Schirmgläser sowie die Metallabtrennung und Entschichtung der separierten Gläser (EP 0 524 578 A1, DE 41 24 595 A1, G 92 06 668.2, DE 40 03 497 A1, DE 39 01 842 A1, US 005 089 743 A, EP 0 525 266 A1).

In der DE 36 18 173 A1 wird eine Glassortieranlage beschrieben. Diese dient jedoch lediglich zum Aussondern von Nicht-Glas oder mit Nicht-Glas-Resten behafteten Glasteilen.

Die EP 0 493 239 A1 beschreibt eine Maschine zum Sortieren von Kunststoffflaschen nach der Kunststoffzusammensetzung und nicht nach Kunststoffinhaltsstoffen.

Die Besonderheit bei der Gehaltsbestimmung in Gläsern liegt darin, daß es sich um eine Materialmatrix handelt (SiO₂-Matrix), die mit Elementen/Verbindungen dotiert ist. Bekannte Verfahren identifizieren hingegen vom Chemismus her verschiedene Materialien, so z. B. Identifikation verschiedener Metallteile, Identifikation verschiedener Kunststoffe, Separierung Glas-Keramik- Metalle. Eine Separierung von Gläsern nach unterschiedlichen Farben ist ebenfalls bekannt, wobei bei dieser Sortieraufgabe auf Glasinhaltsstoffe kein Bezug genommen wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine geeignete Vorrichtung zu entwickeln, die es gestattet, anorganische nichtmetallische Werkstoffe, insbesondere Gläser, entsprechend ihren Glasinhaltsstoffen zu erkennen und in definierte Gehaltsklassen zu sortieren und Bildröhren verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Glasrezepturen wieder aufzubereiten.

Gemäß der Erfindung werden die Gläser nach einer entsprechenden Aufbereitung und Zerkleinerung sowie einer Befreiung von Nichtglasbestandteilen über eine Fördereinrichtung vereinzelt und mit den Bruchflächen zu einem optischen System ausgerichtet. Über das optische System werden die Glasbruchstücke nach ihren Glasinhaltsstoffen analysiert und über eine Austragsvorrichtung den Glasinhaltsstoffen entsprechend in geeignete Behältnisse ausgelenkt.

Die optische Analyse, d. h. die Bestimmung der Glasinhaltsstoffe, kann durch Ausnutzung der Stoffeigenschaften Reflexion und Absorption erfolgen und zur Detektion werden Reflexionsspektren im nahen UV-Bereich herangezogen. Zur Bestimmung der Glasinhaltsstoffe kann nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung die UV-Fluoreszenz eingesetzt werden. Dabei werden die Konzentrationen an BaO, SrO und PbO mittels diffus austretender Fluoreszenzstrahlung kontinuierlich erfaßt.

Die Selektion der Anregungswellenlängen erfolgt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mittels Interferenzfilter mit Wellenlängen zwischen 200 nm und 400 nm.

Die Interferenzfilter sind dabei in einem Interferenzfilterrad mit Chopper integriert, welcher die Verwendung eines Lock-In-Verstärkers erlaubt und das Empfangssignal am Detektor triggert.

Die austretende Fluoreszenzstrahlung wird im Wellenlängenbereich von 300 bis 600 nm detektiert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Signalerfassung mittels lichtempfindlicher Detektoren, wie z. B. Photodioden oder Photomultiplier.

Der für die Detektion zu erfassende Wellenlängenbereich wird mittels eines Kantenfilters vom Bereich der Anregungswellenlängen abgegrenzt.

Ein besonders bevorzugtes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die analysierten Glasbruchstücke von einer zur Austragstriggerung erforderlichen Lichtschranke erfaßt und mit der Austragsvorrichtung in die entsprechenden Behältnisse einsortiert werden.

Die vorstehende Beschreibung des Sortierverfahrens läßt bereits die wesentlichen Komponenten der dazugehörigen Vorrichtung erkennen.

Im übrigen wird diesbezüglich auf die nachstehende Figurenbeschreibung verwiesen, die insoweit auch allgemeingültige Merkmale enthält.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels für grobstückige Gläser (50 mm) näher beschrieben werden.

In den Abbildungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens

Fig. 2 die Gestaltung der Fördereinrichtungen

Fig. 3 Schnittbilder der Fördereinrichtung

Fig. 4 Identifikationssystem.

Die in Fig. 1 dargestellte Gehaltsbestimmung ist für vorzerkleinerte und von Metallteilen befreite Bildröhrengläser (Fernsehbildröhren, PC-Monitore etc.) vorgesehen. Die Glasteile werden aus einem Vorlagebehälter 1a, über eine Vibrorinne mit eingebauten Schikanen 1b auf eine Schurre 1c aufgegeben, aufgrund der Masseträgheit der Teile sowie der Geometrie der Fördereinrichtung vereinzelt, ausgerichtet und der Identifizierung an einem Meßschlitz 1d der Schurre 1c zugeführt. Nach der Identifizierung durch das optische System 2a werden die Teile auf ein muldenförmiges Förderband 3 gegeben, von einer zur Austriggerung benötigten Lichtschranke 2b erfaßt und im weiteren Verlauf vom dann flach ausgebildeten Förderband 4 mit Hilfe der Austragsvorrichtung 6 (Druckluftdüsen, Stößel oder Klappen) in die vorgesehenen Behältnisse einsortiert. Die Datenverarbeitung, Steuerung der Austragsvorrichtung sowie die Triggerung werden mittels einer EDV-Einheit 5 realisiert.

Fig. 2 zeigt das Fördersystem und ordnet dem Fördersystem die Schnittdarstellungen zu, die in Fig. 3 explizit aufgezeigt werden. Auf der Vibrorinne A-A werden die Glasteile vereinzelt. Die nachfolgende Schurre ist auf der Eingangsseite als Mulde B-B, am Ausgang asymmetrisch gewinkelt C-C ausgebildet und übernimmt das Ausrichten der Gläser bezüglich der Bruchflächen. Dadurch müssen die Bildröhrengläser vor der Identifikation nicht entschichtet werden. Außerdem gibt es keinen Einfluß von Verkratzungen auf den Bruchflächen, die durch Entschichtungsverfahren hervorgerufen werden. Die Identifikationsstrecke D-D enthält in der Kante einen Meßschlitz 1d. Die identifizierten Teile gelangen auf das Förderband, wo der Austrag in die entsprechenden Sammelbehälter erfolgt.

Die in Fig. 1 mit 2a bezeichnete Identifikationseinheit wird in Fig. 4 erläutert. Dem Verfahren liegt eine Erkennung über die unterschiedlichen UV-Anregungsbanden für BaO, SrO und PbO zugrunde. Die bei ca. 300-600 nm liegende Emission dient jeweils als Maß für die Absorption und kann einer Konzentration zugeordnet werden. Für die Identifikation der am Meßsystem vorbeikommenden Scherben ist eine On-line Messung vorgesehen, die den Effekt der unregelmäßigen Glaskanten verkleinert. Das von einem Glasteil verursachte Maximalsignal am Detektor wird im Rechner einer Konzentration zugeordnet. Eine UV-Lichtquelle 2a-1, deren Intensitätsschwankungen durch einen Referenzdetektor 2a-0 erfaßt werden, wirft das Licht durch eine Linsenoptik 2a-2 auf ein Interferenzfilterrad mit Chopper 2a-3. Das den Filter verlassende schmalbandige Licht der für die jeweilige Anregung signifikanten Wellenlänge wird anhand eines weiteren Linsensystems 2a-4 auf das hinter dem Meßschlitz, siehe Abb. 3, D-D befindliche Glasstück fokussiert. Die diffus aus der Scherbe austretende Fluoreszenzstrahlung erreicht über ein Linsensystem 2a-5 und einen ca. 400 nm Kantenfilter 2a-6 den Detektor 2a-7. Aus dem Chopper-Lock-In-Signal des Interferenzfilterrades, dem Referenzdetektorsignal und dem Fluoreszenzsignal kann mittels Lock-In-Verstärker und EDV-Systems 5 anhand der Eichwerte für die konzentrationsabhängige Fluoreszenz der Gehalt an BaO, SrO und PbO ermittelt werden. Ist die Konzentration ausgewertet, so wird über eine Rechnerschnittstelle unter Berücksichtigung des Lichtschrankentriggersignals der Austrag angesteuert. Der Altglasindustrie werden so Altglaschargen mit definierten Gehalten an den Verbindungen BaO, SrO und PbO zur Verfügung gestellt, die bei der Bildröhrenherstellung entsprechend der Glasrezeptur mit zugemischt und somit stofflich verwertet werden.

Claims

1. Verfahren zur Sortierung von anorganischen nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere Gläsern, nach Glasinhaltsstoffen, wobei diese vorzerkleinert und von Nichtglasbestandteilen befreit werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Glasbruchstücke auf einer Fördereinrichtung vereinzelten Glasbruchstücke mit der Bruchfläche zu einem optischen System ausgerichtet werden,
- wobei die ausgerichteten Glasbruchstücke nach ihren Glasinhaltsstoffen analysiert werden
- und über eine Austragsvorrichtung, den Glasinhaltsstoffen entsprechend, in geeignete Behältnisse ausgelenkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die optische Analyse durch Ausnutzung der Stoffeigenschaften Reflexion und Absorption erfolgt und zur Detektion optische Spektren herangezogen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion über Reflexionsspektren im nahen UV-Bereich erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Fluoreszenz zur Bestimmung der Glasinhaltsstoffe eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an BaO, SrO und PbO mittels diffus austretender Fluoreszenzstrahlung kontinuierlich erfaßt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Selektion der Anregungswellenlängen mittels Interferenzfilter mit Wellenlängen zwischen 200 nm und 400 nm erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzfilter in einem Interferenzfilterrad mit Chopper integriert sind, welcher die Verwendung eines Lock-In-Verstärkers erlaubt und das Empfangssignal vom Detektor triggert.

8. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die austretende Fluoreszenzstrahlung im 300-600 nm Wellenlängenbereich detektiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassung mittels lichtempfindlicher Detektoren, insbesondere Photodioden und/oder Photomultiplier, erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der zu erfassende Wellenlängenbereich für die Detektion mittels eines Kantenfilters vom Bereich der Anregungswellenlängen abgegrenzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die analysierten Glasbruchstücke nach der Identifizierung von einer zur Austragstriggerung erforderlichen Lichtschranke erfaßt werden und mit der Austragsvorrichtung in die entsprechenden Behältnisse einsortiert werden.

12. Vorrichtung zur Sortierung von anorganischen, nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere Gläsern, wobei diese vorzerkleinert und von Nichtglasbestandteilen befreit werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- die auf einer Fördereinrichtung (1) vereinzelten Glasbruchstücke mit der Bruchfläche zu einem optischen System (2a) ausgerichtet werden,
- die ausgerichteten Glasbruchstücke mittels des optischen Systems (2a) und einer Auswerteinheit (5) nach ihren Glasinhaltsstoffen analysiert werden
- und über Fördereinheiten (3, 4) einer Austragsvorrichtung (6) zugeführt werden, die die Glasbruchstücke den Glasinhaltsstoffen entsprechend in geeignete Behältnisse (7) auslenkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fördereinrichtung (1) aus einem Vorlagebehälter (1a), einer Vibrorinne mit Schikanen (1b) und einer Schurre (1c) zusammensetzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördereinheit (3) muldenförmig ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die entlang einer Fördereinheit (4) angeordnete Austragsvorrichtung (6) aus Druckluftdüsen und/oder Klappen und/oder Stößeln besteht.

16. Verwendung von unter Ausnutzung der Stoffeigenschaften Reflexion, Absorption und UV-Fluoreszenz nach Glasinhaltsstoffen aus sortierten Bildröhrengläsern zur Herstellung neuer Bildröhren entsprechend der Glasrezeptur der Glasschmelze.