WO2016023536A2 - Aufbereiter, vorrichtung mit einem aufbereiter, zyklon und verfahren zum behandeln eines stoffgemenges - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Behandeln von Verbundstoffen mit Aluminium und Kunststoffen werden die Verbundstoffe in einem Arbeitsbereich eines Aufbereiters unter hohen Scherkräften mit einer Schraube vermengt, um die Aluminiumschicht von der Kunststoffschicht abzulösen und zu suspendieren. Die in einem durch ein Sieb vom Arbeitsbereich getrennten Partikel werden in einem Hydrozyklon behandelt, um Aluminium von Flüssigkeit zu trennen, wobei im Unterlauf vorhandene Fasern mit der Flüssigkeit dem Aufbereiter wieder zugeführt werden.

Description

Aufbereiter, Vorrichtung mit einem Aufbereiter, Zyklon und Verfahren zum Behandeln eines Stoffgemenges

[01] Die Erfindung betrifft einen Aufbereiter, eine Vorrichtung mit einem Aufbereiter, einen Zyklon und ein Verfahren zum Behandeln eines Stoffgemenges.

[02] Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Behandeln eines Stoffgemenges aus unterschiedlichen Materialien, bei dem das Stoffgemenge in einem Arbeitsbereich eines Aufbereiters unter hohen Scherkräften vermengt wird. Der Aufbereiter ist in der Regel ein Pulper mit einer Schraube oder einer Wendel. Wenn der Aufbereiter auch zum Abtrennen von einem Feinkorn wie beispielsweise von Fasern verwendet wird, dann hat er ein Sieb oder ein Lochblech, das einen Oberlauf von einem Unterlauf trennt. Die Erfindung betrifft daher auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens mit einem Aufbereiter mit einer Schraube und einem Oberlauf, der durch ein Sieb von einem Unterlauf getrennt ist. [03] Ein Pulper kann beispielsweise dafür verwendet werden, mittels hoher Scherkräfte das Aluminium von Mehrschichtverpackungen abzutrennen. Derartige Verpackungen werden auch als Verbundverpackungen bezeichnet und weisen unterschiedliche Materialien wie Kunststoffe, Aluminium, Pappe und Papier auf. Die Herstellung derartiger Verbundverpackungen erfolgt in der Regel über Beschichten, Kaschieren oder Metallisieren. Be- kannte Verpackungen sind zum Beispiel Blister, in denen vor allem Tabletten verpackt werden. Ein Stoffgemenge aus unterschiedlichen Materialien kann aber auch beim Schred- dern von elektrischen Schaltungen entstehen.

[04] Der bekannteste Einsatz im Bereich derartiger Verbundverpackungen ist der Lebensmittelbereich, auf dem beispielsweise Saft- und Milchkartons oder Tiefkühlkost- schachteln und Tüten für Instantsuppen bekannt sind. Die Trennung der verschiedenen Materialien von Verbundverpackungen nach deren Verbrauch im Rahmen der Abfallbehandlung ist nur mit großem Aufwand zu leisten. Am einfachsten abtrennbar ist der Papieroder Pappeanteil. Der Verbundstoff wird hierfür eingeweicht. Dabei saugen sich die Pa-

BESTÄTIGUNGSKOPIE pierfasern mit Wasser voll, quellen auf und trennen sich von den dünnen Schichten aus Polyolefinen und Aluminium. Als Polyolefin wird häufig Polyethylen eingesetzt. Der Faserstoff wird dann nach der Abtrennung gereinigt, eingedickt und zu Papier oder Karton weiterverarbeitet. Die Papieranteile bzw. Zellstofffasern betragen bei üblichen Verbund- Verpackungen etwa 75 % des Gesamtvolumens. Durch den Einsatz von speziellen Chemikalien können vom Faserstoff auch Olefine und Aluminium abgetrennt werden.

[05] Problematisch ist es jedoch nach dem Abtrennen der Faserstoffe den Rest aus Olefinen und Aluminiumschicht oder mehreren Olefin- und Aluminiumschichten zu trennen. Daher gelangen diese Schichten entweder ungetrennt in die Zementindustrie, wo der Kunststoff anteil als Energielieferant dient und das Aluminium sich auf die Festigkeit des aus dem Zement hergestellten Betons auswirkt, oder das Aluminium wird sortenrein in Anlagen zurückgewonnen, in denen die Kunststoffe zu Gas umgewandelt werden. Es wurde auch versucht, das Aluminium mit heißen organischen Lösungsmitteln von Polyethylen zu trennen. [06] Waschverfahren mit einem starken Einsatz unterschiedlicher Chemikalien ermöglichen es, aus dem Verbund Aluminium und Olefine zu trennen. Problematisch sind dabei aber der hohe Chemikalien verbrauch und die Trennung von Aluminium und Olefinen.

[07] Neben Verbundstoffen existieren weitere Materialmischungen, die für die Weiterverarbeitung möglichst sortenrein getrennt werden müssen. Herkömmliche Aufbereiter ermöglichen zwar unter hohem Aufwand eine Trennung. Bei vielen Materialgemengen ist es aber sehr schwierig eine akzeptable Sortenreinheit zu erreichen. Insbesondere sollen Verbundstoffe und insbesondere Verbundstoffe, die Aluminium und Olefine aufweisen, einfacher getrennt werden

[08] Beim Vermengen des Stoffgemenges entstehen vor allem beim Einsatz einer Waschflüssigkeit Schäume, die die Bearbeitung behindern.

[09] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Aufbereiter weiterzuentwickeln, eine Vorrichtung, einen Zyklon und ein Verfahren bereit zu stellen, mit denen Stoffgemenge aus unterschiedlichen Materialien getrennt werden können. [10] Diese Aufgabe wird mit einem Aufbereiter nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 9, eine Zyklon nach Anspruch 16 und ein Verfahren nach Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[11] Der Aufbereiter eignet sich für alle Arten von Verbundmaterialien unabhängig von der Art der verbundenen Materialien. Derartige Verbundmaterialien können unter anderem Kunststoffe oder Metalle oder Papier aufweisen.

[12] Ein derartiger Zyklon hat einen Kopfbereich, der einen dezentralen vorzugsweise tangentialen Zulauf und einen zentralen Ablauf aufweist und bei dem sich an den zentralen Ablauf ein sich erweiternder Ausgangskonus anschließt. Es handelt sich somit um einen Doppelzyklon, der sich in Flussrichtung zunächst verengt oder zylindrisch bleibt und dann erweitert, um eine optimale Trennung hervorzurufen.

[13] An dem Austragskonus kann sich ein sich wieder verjüngender Sammelkonus anschließen. In diesem Sammelkonus sammeln sich Fraktionen des Stoffgemenges, die am Hydrozyklon ausgeschieden werden sollen. Dazu schließt sich an den Austragskonus oder den Sammelkonus vorzugsweise eine verschließbare Austragsöffnung an. Diese Austrags- öffnung ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Schleuse ausgebildet.

[14] Zuführöffnungen im unteren Bereich des Zyklons, wie beispielsweise in einem Austragskonus oder einem Sammelkonus ermöglichen einen Zulauf einer Flüssigkeit oder eines Gases. Damit können die im Zyklon befindlichen Materialien aufgewirbelt werden, um wieder dem Trennbereich des Zyklons zugeführt zu werden.

[15] Um ein Verfangen von Material am zentralen Ablauf zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass der Zyklon eine Decke aufweist, in der ein zentraler Ablauf derart angeordnet ist, dass er nicht in den Zyklon hineinragt. Der zentrale Ablauf des Zyklons hat dann kein Tauchrohr, so dass der Ablauf ohne vorstehende Elemente in der Decke des Zyklons ausgebildet sein kann.

[16] Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Decke des Zyklons, an der der Ablauf vorgesehen ist, konvex gebogen oder sich zum Ablauf hin konisch verjüngend ausgebildet ist. Bei einem senkrechten Zyklon ist dann der zentrale Ablauf am höchsten Punkt des Zyklons angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass sich Partikel um den Auslauf im Bereich der Decke des Zyklons sammeln.

[17] Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Zyklon für ein Verfahren, das Stoffgemenge behandelt, um Fraktionen vom Gemenge zu trennen, besonders geeignet ist. [18] Vor allem für die Trennung von Stoffgemengen, die einen Verbundstoff, wie insbesondere mit Aluminium und Kunststoff, aufweisen, hat sich der Zyklon als Hydrozyklon oder auch als mit Gas, wie insbesondere Luft, betriebener Zyklon als besonders vorteilhaft erwiesen.

[19] Der Zyklon kann mit dem Unterlauf des Aufbereiters in Verbindung stehen, um beispielsweise Sande oder Aluminiumpartikel auszuscheiden, die im Aufbereiter vom Material abgetrennt wurden. Dazu reicht ein kleiner Zyklon aus, der nicht im Kreislauf gefahren werden muss.

[20] Alternativ oder kumulativ kann ein weiterer weit größerer Zyklon vorgesehen werden, der mit dem Oberlauf des Aufbereiters in Verbindung steht. Hierzu werden dem Ober- lauf vorzugsweise mit einer Schnecke Materialien entnommen, die im Zyklon behandelt werden und anschließend wieder oberhalb des Siebes in den Aufbereiter zurückgeführt werden.

[21] Insbesondere für einen derartigen großen Zyklon wird vorgeschlagen, dass der Eingang einer Pumpe mit dem Oberlaufaustrag des Aufbereiters und ein Ausgang der Pumpe mit dem dezentralen Zulauf des Zyklons in Verbindung steht, wobei der zentrale Ablauf des Zyklons mit dem Oberlaufeintrag des Aufbereiters in Verbindung steht.

[22] Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn die Pumpe eine Kreiselpumpe ist. Eine Kreiselpumpe kann einerseits ein großes Volumen fördern und andererseits auch Materialien zerschlagen und beispielsweise Holzstücke zerkleinern. Sie wirkt somit wie eine Ham- mermühle.

[23] Um die Spiralbewegung im Zyklon aufrechtzuerhalten oder zu beeinflussen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Kreislaufpumpe aufweist, die vom zentralen Ablauf des Zyklons zum dezentralen Zulauf des Zyklons fördert. [24] Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung einen Filter aufweist, dessen Flüssigkeitszulauf mit dem Unterlauf des Aufbereiters und dessen Flüssigkeitsauslass mit dem Zulauf der Kreiselpumpe in Verbindung steht. Am Filter, der auch als Scheibenfilter ausgebildet sein kann, können somit Faserstoffe ausgetragen werden, während die Flüssigkeit in den Kreislauf der Kreiselpumpe zurückgeführt wird.

[25] Um den Austrag aus dem Aufbereiter vorzureinigen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen weiteren Zyklon aufweist, der zwischen dem Unterlauf des Aufbereiters und dem Filter angeordnet ist.

[26] Außerdem kann die Vorrichtung einen Puffer aufweisen, der zwischen dem Ober- lauf des Aufbereiters und der Kreiselpumpe vorgesehen ist.

[27] Das Verfahren zum Behandeln eines Stoffgemenges kann kontinuierlich durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Trennen der Fraktionen vom Gemenge im Chargenbetrieb durchgeführt wird. Dabei wir das Gemenge mehrmals durch den Hydrozyklon geleitet und es werden nach und nach die verschiedenen sich vom Ge- menge abtrennenden Fraktionen aus dem Kreislauf herausgenommen. Es wird somit eine vorgegebene Menge so lange behandelt und im Kreislauf geführt bis nach einer Vorgabe diejenigen Fraktionen abgetrennt sind, die abgetrennt werden sollen. Danach wird eine weitere Menge als nächste Charge behandelt. Dabei können die Chargen aus einem Puffer nach dem First in First out Prinzip entnommen werden. [28] Vorteilhaft ist es dabei, wenn ein Kreislauf zwischen dem zentralen Ablauf des Zyklons und einem dezentralen Zulauf die Rotation im Zyklon aufrechterhält, erhöht oder senkt, während ein zweiter Kreislauf zwischen dem zentralen Ablauf des Zyklons und dem dezentralen Zulauf des Zyklons über einen Aufbereiter geführt wird, um die Materialien mittels der im Aufbereiter auftretenden Scherkräfte zu trennen. Dafür wird der Aufbereiter vorzugsweise mit einer hohen Stoffdichte gefahren.

[29] Bei der Durchführung des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn im Aufbereiter mittels hoher Scherkräfte und unter Einsatz von Chemikalien die Aluminiumschicht aufgebrochen, abgelöst und als Partikel suspendiert wird. [30] Die im Unterlauf des Aufbereiters ausgeschwemmten Partikel können in einem vorzugsweise einstufigen Hydrozyklon weiter behandelt werden, um insbesondere sandartige Partikel auszuscheiden. Ein derartiger Hydrozyklon ist einfach im Aufbau, führt zu einem guten Wirkungsgrad und benötigt wenig Energie. Je nach Einsatz der Chemikalien können in einem derartigen Hydrozyklon auch Aluminiumpartikel ausgeschleust werden. Die in Zyklon anfallenden Fasern können entweder in einem Scheibenfilter oder Eindicker ausgeschieden werden oder in den Aufbereiter im Bereich des Oberlaufs wieder zurückgeführt werden.

[31] Nach Abschluss eines derartigen Trennprozesses kann eine mehrstufige Wäsche folgen, die mit einem hochangereichten Waschwasser beginnt und mit quasi Frischwasser endet.

[32] Die Chemikalienverluste sind bei diesem Prozess minimal, da die Konzentrationsdifferenzen gering sind (quasi Gleichstromverfahren) und damit auch der Waschwasserbedarf gering ist. [33] Zum Schluss können die gewaschenen Kunststoffe mittels eines Spiralräumers aus dem System entnommen werden und der Prozess kann neu gestartet werden, das heißt der Auf bereiter wird mit Neumaterial und recycelten Chemikalien beladen.

[34] Während des Vermengens des Stoffgemenges im Arbeitsbereich kann ein Teil des Gemenges mit einem Schraubenförderer aus dem Arbeitsbereich des Aufbereiters ent- nommen werden. Bei einer speziellen Verfahrensführung wird nach einer bestimmten Bearbeitungszeit durch Umkehrung der Schraubenförderrichtung des Spiralräumers Gemenge aus dem Schraubenförderer wieder in den Arbeitsbereich zurück gefördert.

[35] Dies führt dazu, dass im Arbeitsbereich im Batch-Prozess eine Charge so lange behandelt wird, bis kaum noch feineres Material durch das Sieb ausgetragen wird und sich auch kaum noch grobes Material im Arbeitsbereich befindet. Dann kann das restliche vom Zyklon kommende Material mit dem bereits im Schrauben- oder Spiralförderer befindlichen Material angereichert werden, um den Mahlvorgang im Aufbereiter zu verbessern. [36] Um im Aufbereiter und/oder im Zyklon das Gemenge leichter trennen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Trennen der Fraktionen vom Gemenge in einer Flüssigkeit durchgeführt wird, die leichter oder schwerer als Wasser ist. Das kann beispielsweise durch eine Zugabe von Salz oder Alkohol zum Wasser erreicht werden. Es können aber auch hydrophobe Flüssigkeiten wie beispielsweise Öle verwendet werden.

[37] Im Hydrozyklon werden in der Regel Materialien mit einer Dichte größer 1 abgeschieden. Das kann aber durch spezielle Strömungsverhältnisse beeinflusst werden. Dafür kann am unteren Ende des Hydrozyklons in einem sich verjüngenden Sammelkonus oder einem Austragskonus eine Flüssigkeit wie insbesondere Wasser zugeführt werden, um eine Gegenströmung zu erzielen. Bevorzugt wird die Flüssigkeit über Düsen oder Zuströmöffnungen zugeführt. Diese können am Umfang verteilt in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sein. Die Zuströmung sollte so bemessen sein, dass eine laminare Strömung die Trennung begünstigt.

[38] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu- tert. Es zeigt

Figur 1 schematisch eine Vorrichtung zur Behandlung von Verbundstoffen mit einem kleinen Hydrozyklon,

Figur 2 schematisch eine Vorrichtung zur Behandlung von Verbundstoffen mit einem kleinen und einem großen Hydrozyklon, Figur 3 schematisch eine Vorrichtung mit einem Wäscher,

Figur 4 einen Aufbereiter mit einer Ei- und Austragsschnecke und

Figur 5 mehrere Ansichten einer Schraube mit einem Räumer.

[39] Die Figur 1 zeigt den Aufbereiter 1 mit der schematisch dargestellten Schraube 2 und einem Sieb oder Lochblech 3, das einen Bereich für den Oberlauf 4 von einem Bereich für den Unterlauf 5 trennt. [40] Der Aufbereiter 1 steht mit einer Materialzufuhr für Verbundstoffe 6 in Verbindung. Außerdem werden einem Arbeitsbereich 7, in dem die Schraube 2 angeordnet ist, eine Mikxoemulsion 8 und eine Waschemulsion 9 zugegeben. Im Aufbereiter 1 werden mit der Schraube 2, Mikroemulsion 8, Verbundstoffe 6 und Waschemulsion 9 stark miteinan- der vermengt und die Reibung der Stoffe aneinander führt dazu, dass feinere Partikel über den Unterlauf 5 abfließen, während über den Oberlauf gröbere Partikel wie Kunststoffe dem Aufbereiter entnommen werden.

[41] Um hohe Scherkräfte im Aufbereiter zu haben, die eine starke Reibung der Materialien aneinander bewirken, wird im Aufbereiter eine Stoffdichte von über 10 GG, vor- zugsweise über 20 % GG und in der Praxis je nach Material besonders bevorzugt von etwa 30 % GG eingestellt. Das heißt pro 10 kg trockenes Stoffgemenge werden höchstens 90 kg Wasser eingesetzt. Durch die Verringerung des Wassergehaltes steigt die Leistungsaufnahme an der im Aufbereiter gedrehten Wendel oder von im Aufbereiter bewegten Räumern - es steigen jedoch die Scherkräfte, die eine Reibung der Partikel aneinander bewir- ken.

[42] Um aus dem Gemenge Luft auszutreiben, wird erst mit einer geringen Geschwindigkeit des Rotors an seinem radial äußersten Ende von etwa 1 m/s gerührt. Dabei wird am oberen Ende des Aufbereiters an einer Entlüftungsöffnung Luft oder Gas abgezogen. Anschließend wird der Aufbereiter immer weiter mit Gemenge befüllt bis das Gemenge in den Aufbereiter hineingepresst wird. Dadurch steigt die Leistungsaufnahme am Rotor. Andererseits steigen aber auch die Scherkräfte. Es hat sich gezeigt, dass eine Geschwindigkeit des Rotors an seinem radial äußersten Ende von unter 5 m/s und eine Stoffdichte von 20 bis 30 % GG zu optimalen Ergebnissen im Hinblick auf die Materialtrennung und die Leistungsaufnahme führt. [43] Die Flüssigkeit 10 des Unterlaufs 5 wird einem ersten Bad 11 zugeführt. Anschließend wird die Flüssigkeit aus dem Bad 16 dem Aufbereiter zugeführt und nach Vermischung mit den noch in den Kunststoffen verbliebenen Restchemikalien wieder in dasselbe Bad 16 zurückgeführt - desgleichen wird mit den Bädern 17 bis 19 verfahren. [44] Die Zugabe von Verdünnungswasser 20 aus den Behältern 16 bis 19 in die Bäder 11 und 16, 17, 18, 19 führt dazu, dass das Bad 11 eine noch sehr hochkonzertierte Waschemulsion aufweist, während die Bäder 16, 17, 18, 19 immer weiter verdünnte Waschemulsionen aufweisen, sodass letztlich aus dem Bad 19 eine hochverdünnte Waschemulsion über den Überlauf einer Kläranlage 21 zugeführt wird.

[45] Dem Behälter 19 wird zur finalen Verdünnung Frischwasser 23 zugeführt. Die über den Oberlauf entnommenen Kunststoffe 24 werden vollständig entwässert (abgepresst) und stehen für eine weitergehende Verarbeitung bereit.

[46] Das Material des Unterlaufs 5 wird über eine Pumpe 25 in einen Hydrozyklon 26 gefördert, wo das Aluminium von der Flüssigkeit 28 getrennt wird - die Faserstoffe werden über den Überlauf 28 durch Strömungstrennung mitgerissen und dem System wieder zurückgeführt. Ein Sensor 29 dient dazu, den genauen Zeitpunkt des Einleitens des Waschprozesses zu bestimmen. Die Mischung aus Aluminium und Fasern wird im Behälter 30 getrennt, indem das sich absetzende Aluminium 31 weiterverwendet wird, während die Flüssigkeit 32 als Überlauf einem Behälter 33 zugegeben wird. Von dort gelangt die Flüssigkeit 34 zur Mikroemulsion 8, mit der sie dem Aufbereiter 11 wieder zugeführt wird.

[47] Die Figur 2 zeigt die Einbindung des in Figur 1 gezeigten Aufbereiters oder eines ähnlichen Aufbereiters in eine Vorrichtung mit einem großen Hydrozyklon 40. Dieser Hydrozyklon 40 hat einen Eingangskonus 41 und einen Kopfbereich 42. Im Kopfbereich sind ein tangentialer Zulauf 43 und ein zentraler Ablauf 44 vorgesehen. Der Eingangskonus 41 kann sich bis zum Kopfbereich 42 erstrecken, sodass auch der Kopfbereich konisch ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann auch der Eingangskonus 41 zylinderförmig ausgebildet sein.

[48] Am unteren Ende des Eingangskonus 41 befindet sich ein kleinerer Durchmesser 45, der wie eine Einschnürung vom Eingangskonus 41 in einen sich erweiternden Ausgangskonus 46 überleitet. Am unteren Ende des Ausgangskonus 46 ist ein sich wieder verjüngender Sammelkonus 47 vorgesehen, der eine durch eine Schleuse 48 verschlossene Austragsöffnung 49 aufweist. [49] Ein Aufbereiter 50 hat in seinem oberen Bereich 51 eine Schraube 52 und darunter ein Sieb 53, das den oberen Bereich 51 von einem Unterlauf 54 trennt.

[50] Das im Aufbereiter 50 behandelte Stoffgemenge 55 wird mit einer Austragsschne- cke 56 ausgetragen und zu einem Puffer 57 gefördert, der eine größere Menge des Stoff- gemenges aufnehmen kann, um sie je nach Bedarf einem Sammler 58 zuzuführen, von wo das Material über eine Kreiselpumpe 59 zum dezentralen Zulauf 43 des Hydrozyklons 40 gefördert wird. Der Sammler 58 dient dazu, dass im Kreislauf geführte Material mit Wasser zu verdünnen und dann verflüssigt der Kreiselpumpe 59 zuzugeben. Der Sammler 58 kann daher als Schneckenförderer ausgebildet sein, dem Flüssigkeit zugegeben wird, um eine über die Kreiselpumpe 59 förderbare Konsistenz zu erzielen.

[51] An Stelle von Austragswendel oder Austragsschnecke 56 und Puffer 57 kann auch eine besonders große Austragswendel (siehe Figur 3) vorgesehen werden, die es einerseits ermöglicht, Material aus dem Oberlauf des Aufbereiters abzuziehen und andererseits möglichst viel Material zu speichern, dass dann nach und nach verflüssigt wird und der Krei- seipumpe zugegeben wird.

[52] Im Hydrozyklon wandert das Material zunächst spiralförmig bis zur Einschnürung 45 und von dort weiter in den Ausgangskonus 46, wo eine Materialfraktion über die Schleuse 48 entnommen wird. Das übrige Material wandert spiralförmig im Ausgangskonus 46 wieder nach oben in den Eingangskonus 41 und über den zentralen Ablauf 44 zu- rück zum Aufbereiter 50.

[53] Zuführöffnungen 73 im unteren Bereich des Zyklons erlauben es, Wasser oder eine andere Flüssigkeit zuzuführen, um durch eine radiale von außen nach innen gerichtete Strömungskomponente die Trennung des Materials im Zyklon zu erleichtern. Hierzu können die Zuführöffnungen als Düsen ausgebildet sein, die in einer definierten Strömungs- richtung eine Flüssigkeit in den Zyklon eintreten lassen.

[54] An der Weiche 60 gelangt in einem Bogen der Hauptstrom in die Leitung 61 und von dort zur Kreislaufpumpe 62. Diese Kreislaufpumpe 62 fördert somit vom zentralen Ablauf 44 des Zyklons 40 zum tangentialen Zulauf 43 des Zyklons 40. [55] Ein Bypass 63, der nicht unbedingt benötigt wird, ermöglicht es, einen Teilstrom vor der Kreislaufpumpe 62 abzuziehen und über dem Sammler 58 oder direkt der Kreiselpumpe 59 zuzuschnüren.

[56] Der Kreislauf zwischen Hydrozyklon 40, Aufbereiter 50 und Kreiselpumpe 59 er- möglicht es, das Gemenge 55 über einen längeren Zeitraum zu behandeln und dabei an der Austragsöffnung 49 unterschiedliche Fraktionen dem Kreislauf zu entnehmen.

[57] Wenn alle werthaltigen Fraktionen entnommen sind, wird die Schiebeweiche 64 umgestellt und das Leichtmaterial, wie insbesondere Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, ausgetragen. [58] Dabei können verschiedene Kunststoffmaterialien bereits durch die Wahl der Flüssigkeit 65 und dem Hydrozyklon 40 getrennt werden. Alternativ kann auch nach der Weiche 64 in einem weiteren Zyklon, der eine Flüssigkeit enthält, die leichter oder schwerer als Wasser ist, die Kunststoffe getrennt werden.

[59] Neues Material wird als Stoffgemenge 66 entweder vor der Kreiselpumpe 59 dem Sammler 58 zugegeben oder an einer anderen Stelle wie beispielsweise am Puffer 57 zugeführt.

[60] Der Unterlauf 54 des Aufbereiters 50 wird über eine Pumpe 67 einem kleinen Zyklon 68 zugeführt, wo Sande oder beispielsweise auch Aluminium 69 abgetrennt und ausgetragen wird, während die Stoffe, wie insbesondere Faserstoffe 70 einem Filter 71 zugeführt werden. Hier werden die Faserstoffe abgetrennt, während die Flüssigkeit über die Leitung 72 zum Sammler 58 und von dort zur Kreiselpumpe 59 gelangt.

[61] Die Figur 3 zeigt einen Aufbereiter 100 mit einer Spirale 101 und einem Räumer 102. Unter dem Räumer 102 ist ein Sieb- oder Lochblech 103 angeordnet. Seitlich ist am Aufbereiter 100 eine Schnecke 104 angeordnet und an der Decke 105 des Aufbereiters 100 ist eine Entlüftung 106 vorgesehen, die ein Entweichen von Luft insbesondere während des Befüllvorganges ermöglicht. An diese Entlüftungsöffnung 106 kann eine Absauganlage (nicht gezeigt) angeschlossen werden, um im Aufbereiter 100 einen Unterdruck zu erzeugen. Eine derartige Entlüftungsöffnung verhindert einen Überdruck im Aufbereiter. Je nach zu behandelndem Material und verwendeter Waschflüssigkeit kann auch auf eine Entlüftungsöffnung verzichtet werden. Unter dem Lochblech 103 ist der Faserstoffaustrag 107 und daneben ist ein Reststoffaustrag 108.

[62] Eine Schnecke 104, die für einen Eintrag in den Aufbereiter 100 und für einen Aus- trag aus dem Aufbereiter 100 geeignet ist, zeigt die Figur 4. Dort kann über den Trichter 110 Material zugeführt und über den Trichter 112 aus der Schnecke fallendes Material aufgefangen werden.

[63] Die Wendel 113 der Schnecke 104 ist in einem Rohr 114 angeordnet, das eine Öffnung 115 aufweist. In axialer Richtung vor und nach der Öffnung 115 hat die Wendel 113 eine gegenläufige Steigung. Die Bereiche der Wendel mit gegenläufiger Steigung sind mit einem Rohrräumer 118 verbunden, der an der Innenseite des Rohres 114 entlang gleitet, um Anhaftungen zu vermeiden. Ein Schieber 116 ermöglicht es, die Öffnung zu verschließen.

[64] Vorteilhaft ist es, wenn - wie in der Figur gezeigt - zwei beabstandete Öffnungen vorgesehen sind. Dabei ist es sinnvoll, wenn eine Öffnung zum Befüllen des Aufbereiters näher am Aufbereiter angeordnet ist als die weitere Öffnung zum Entleeren des Aufbereiters. Damit ist es möglich, auf einfache Art und Weise mit einer einzigen Schnecke oder Wendel den Aufbereiter zu befüllen und zu entleeren.

[65] Die Wendel 113 ist im Rohr 114 axial verschiebbar, um sie möglichst nah an den Räumer 150 heranzuschieben, ohne die ganze Schnecke bewegen zu müssen.

[66] Der in Figur 3 gezeigte Aufbereiter 100 steht mit einem Behälter 111 in Verbindung, der übereinander mehrere Kammern 119 bis 122 aufweist. Ein Rührwerk 123 hat mehrere Rührflügel, mit denen in jeder der Kammern die Flüssigkeit umgerührt werden kann. [67] Behälter 124 und 125 ermöglichen es, Waschflüssigkeit und Waschwasser dem Aufbereiter zuzuführen. [68] Über eine Leitung 126 kann zu behandelndes Material zugeführt werden. Die Leitung 127 ermöglicht es, dieses Material tangential dem oberen Bereich des Aufbereiters zuzuführen.

[69] Eine besondere Dynamik und ein Freihalten der Löcher eines Lochbleches werden mit dem in Figur 5 gezeigten Räumer 150 erzielt. Er ist an die Unterseite einer Schraube 151 angeschweißt und er hat eine Wandung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer waagerechten Siebfläche verläuft, um das Material über die Siebfläche zu schieben. An der Unterseite des Räumers ist ein genau positionierbarer Schieber angeordnet, der es ermöglicht, den Schieber mit nur 1 mm Abstand über ein Lochblech zu führen. Dadurch können mit dem zu behandelnden Material Löcher im Lochblech freigebürstet werden.

[70] Die einfachste Variante zum Betrieb eines derartigen Aufbereiters 100 oder der Aufbereiter 1 und 50 ist der Batchbetrieb mit trockener Materialzufuhr.

[71] Bei einer Fahrweise als echter Batchbetrieb (füllen/entleeren), der beispielsweise zur Aufbereitung von Verbunden ohne Feinkorn (z.B. Faserstoffe) vorteilhaft ist, wird nur der Aufbereiter benötigt.

[72] Das erforderliche Flüssigmedium wird mittels einer Pumpe bei stehendem Rotor dem Reaktor zugeführt.

[73] Der Füllvorgang ist abgeschlossen, wenn keine Luft mehr aufsteigt. Am Ende des Füllvorgangs wird der Rotor langsam beispielsweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 1 m/s gedreht.

[74] Das Material wird bis zur Leistungsgrenze des Antriebes 109 über die Schnecke 104, die als rückwärts laufendes Austragssystem dient, zugeführt - und zwar mittels aufgesetztem Trichter 110. Dabei wird das Material in den Aufbereiter gestopft, um dort möglichst viel komprimiertes Material zu behandeln. Gegen Ende der Leistungskurve (aber noch deutlich davor) wird die Drehzahl des Aufbereiters langsam auf Aufschlussgeschwindigkeit angehoben (ca. 4 m/s). Anschließend erfolgt der Aufschlussvorgang.

[75] Zum Abschluss dann wird der Waschvorgang eingeleitet - und zwar vorzugsweise mittels einer sogenannten Differenzwäsche. Dabei entnimmt man einem Behälter mit Mehrkammersystem (vertikal übereinander, jeweils mit Rührwerk), jeweils das Aufschlussmedium vom vorherigen Batch - mit jeweils leicht niedrigerem Gehalt an Aktivkomponente. Führt man nun dieses Medium dem Reaktor kontinuierlich zu, so nimmt die Konzentration im Reaktor bei dieser Art der Wäsche stetig ab - ohne dass dafür der Reak- tor abgelassen werden muss. Am Ende lässt man die Flüssigkeit, die jetzt nur sehr gering konzentriert ist, ab und spült noch einmal mit Frischwasser nach. Gegebenenfalls kann eine Auspressung dazwischen geschaltet werden. Das Nachspülen mit Frischwasser reduziert die Anhaftungen. Am Ende erfolgt der Materialaustrag mittels des Austragsystems.

[76] Beispielsweise zum Abreichern und Gewinnen von Faserstoff ist eine Fahrweise als Batchbetrieb mit kontinuierlichem Unterlauf geeignet.

[77] Bei einer Fahrweise mit trockener Materialzufuhr wird als Komponente wieder nur der Reaktor benötigt. Die Wasserzufuhr erfolgt ganz oben - tangential, zur Nutzung des Zulaufimpulses als Turbinenwirkung.

[78] Zur Befüllung des Reaktors wird das Material über den Trichter 110 des Austrag- Systems aufgegeben - bei gleichzeitigem Faseraufschluss und auch gleichzeitiger Faserstoffwäsche. Dieser Prozessschritt erfolgt so lange, bis etwa die Hälfte des anteiligen Faserstoffs entnommen ist - gemessen über Stoffdichte und Wasserfluss im Unterlauf.

[79] Anschließend gibt man ausgewaschenes Begleitstoffmaterial auf und lässt die Wendel so lange weiterlaufen, bis sich im Reaktor nur noch so wenig Faserstoff befindet, dass eine weitere Wäsche unwirtschaftlich wäre. Unwirtschaftlich in Bezug auf die Faserstoffgewinnung einerseits und die Wäsche zur Kunststoffgewinnung andererseits.

[80] Zum Schluss entleert man den Reaktor mittels Austragsystem - und zwar komplett.

[81] Eine weitere Variante sieht eine Zufuhr einer Suspension, also eine flüssige Zufuhr vor. Dieser Prozess ähnelt der zuvor beschriebenen Fahrweise. Die Materialzufuhr erfolgt jedoch mittels einer Pumpe über den tangentialen Eingang - z.B. mittels einer Kreiselpumpe.

[82] Dieser Prozess hat u.a. den Vorteil, dass die Mischung von Stoff und Wasser schon vorher erfolgt - die Wäsche wird dadurch erheblich beschleunigt. Auch ergibt sich dadurch die Möglichkeit, störende Schwerteile vorher abzuscheiden - z. B. mittels Zyklon. Auch vermag der Suspendierer große Teile vorzubrechen und ersetzt somit ggf. einen Vor- schaltshredder. Darüber hinaus ist ein derartiges System durch das Zusammenspiel von Schneckenförderer und saugender Kreiselpumpe sehr viel leistungsstärker als die Aus- tragswendel, die in der Praxis während einiger Minuten in einen hohen Strukturdruck hinein drücken muss.

[83] Die Materialzufuhr erfolgt wiederum so lange, bis etwa die Hälfte des anteiligen Faserstoffs entnommen ist - gemessen über Stoffdichte und Wasserfluss im Unterlauf.

[84] Im Unterschied zur trockenen Materialzufuhr erfolgt das Abreichern des restlichen Faserstoffs dadurch, dass man die volle Begleitstoffwendel rückwärts laufen lässt.

[85] Das sich anschließende Entleeren erfolgt solange bis der Leistungsbedarf der Wendel absinkt. Dies garantiert, dass der Austragspuffer noch (fast) voll ist - voller gewaschener Begleitstoffe. Dann kann der nächste Batch starten.

[86] Der in Figur 2 gezeigte Chargenbetrieb mit externem Puffer stellt die mit Abstand leistungs stärkste Variante dar, allerdings auch die aufwändigste. Hier wird ein externer Puffer benötigt. Bei ihm ist garantiert, dass zu jedem Zeitpunkt einer Charge die maximal mögliche Faserstoffmengenzufuhr - und somit auch am meisten Faserstofffluss erfolgt.

[87] Zum Vergleich: beim Batchbetrieb wird etwa in der Mitte der Faserstoffgewinnungszeit (vor dem Wechsel der Materialzufuhr) Material mit vollem Faserstoffgehalt in Material ohne Faserstoffgehalt hinein gedrückt, und es wird danach Material ohne Faserstoff in Material mit noch erheblichem Faserstoffgehalt vermischt. Beide Male entsteht in erheblichem Maße Entropie.

Zum Prozess an sich: Das komplett leere System wird mittels Suspension gefüllt, anschließend solange im Kreislauf gefahren bis der gewünschte Restfaserstoffgehalt absehbar ist. Dann mittels einer Weiche in den Rejektpuffer entleert und von da aus in die Rejektpresse gegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Aufbereiter mit einem Behälter, in dem eine Schraube (2, 52) angeordnet ist, und einer in den Behälter führenden Wendel, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter druckdicht geschlossen ist und an seiner Oberseite eine Entlüftungsöffnung (106) aufweist.

2. Aufbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Absaugeinrichtung aufweist, die mit der Entlüftungsöffnung (106) in Verbindung steht.

3. Aufbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Lochblech oder Sieb (3, 53) und mindestens einen Räumer (150) aufweist, der an die Unterseite der Schraube (151) angeschweißt ist und einen Schieber (152) aufweist, der in einem Abstand von weniger als 3 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm, zum Lochblech oder Sieb angeordnet ist.

4. Aufbereiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (152) lösbar an dem Räumer(150) angeordnet ist.

5. Aufbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (113) axial verschiebbar ist, um nahe an den Räumer (150) herangeführt zu werden.

6. Aufbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (113) in einem Rohr (114) angeordnet ist, das eine Öffnung (115) (115)aufweist, wobei die Wendel (113) in axialer Richtung vor und nach der Öffnung (115) angeordnet ist und vor der Öffnung (115) eine gegenläufige Steigung zu nach der Öffnung (115) aufweist.

7. Aufbereiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (113) keine Seele aufweist und zwischen den Bereichen mit gegenläufiger Steigung einen diese Wendelbereiche verbindenden Rohrräumer (118) aufweist.

8. Aufbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er der obere Bereich des Behälters einen kreisförmigen Querschnitt hat und eine Suspensionszufuhr tangential in den oberen Bereich führt.

9. Vorrichtung mit einem Aufbereiter (1, 50), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Oberlauf (56), der durch ein Sieb oder Lochblech von einem Unterlauf (5, 54) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zyklon aufweist, dessen dezentraler Zulauf (43) mit dem Oberlauf (56) oder dem Unterlauf (5, 54) des Aufbereiters (1, 50) in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Pumpe (59, 62) aufweist, deren Eingang mit dem Oberlaufaustrag 56 des Aufbereiters (50) und deren Ausgang mit dem dezentralen Zulauf (43) des Zyklons (40) in Verbindung steht, und dass der zentrale Ablauf (44) des Zyklons (40) mit dem Zulauf (51) des Aufbereiters (50) in Verbindung steht.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Kreiselpumpe (59) ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kreislaufpumpe (62) aufweist, die vom zentralen Ablauf (44) des Zyklons (40) zum dezentralen Zulauf (43) des Zyklons (40) fördert.

13. Vorrichtung nach einem der Vorrichtungsansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Filter (71) aufweist, dessen Flüssigkeitszulauf mit dem Unterlauf (5, 54) des Aufbereiters (1, 50) und dessen Flüssigkeitsauslass mit den Zulauf der Kreiselpumpe (59) in Verbindung steht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen weiteren Zyklon (68) aufweist, der zwischen dem Unterlauf (54) des Aufbereiters (50) und dem Filter (71) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Puffer (57) aufweist, der zwischen dem Oberlauf (51) des Aufbereiters (50) und der Kreiselpumpe (59) angeordnet ist. Zyklon (26, 68, 40), insbesondere für einer Aufbereiter oder eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kopfbereich, der einen dezentralen, vorzugsweise tangentialen, Zulauf (43) und einen zentralen Ablauf (44) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zentralen Ablauf (44) ein sich erweiternder Ausgangskonus (46) anschließt.

Zyklon nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich zylinderförmig ist.

Zyklon nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ausgangskonus (46) ein sich wieder verjüngender Sammelkonus (47) anschließt.

Zyklon nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ausgangskonus (46) oder den Sammelkonus (47) eine verschließbare Aus- tragsöffnung (49) anschließt.

Zyklon nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsöffnung (49) eine Schleuse (48) aufweist.

Zyklon nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Zuführöffnungen (73) im unteren Bereich des Zyklons, wie beispielsweise in einem Austragskonus (46) oder einem Sammelkonus (47) einen Zulauf einer Flüssigkeit oder eines Gases ermöglichen.

Zyklon nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Decke (74) aufweist, in der ein zentraler Ablauf (44) derart angeordnet ist, dass er nicht in den Zyklon hineinragt.

Zyklon nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Decke (74) aufweist, die konvex gebogen ist oder sich zum Ablauf (44) hin konisch verjüngt.

Verfahren zum Behandeln eines Stoffgemenges (6, 66) aus unterschiedlichen Materialien insbesondere mit einem Aufbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Stoffgemenge eine Waschflüssigkeit zugegeben wird und das Stoffgemenge (6, 66) in einem Arbeitsbereich des Aufbereiters (1, 50) mittels eines Rotors unter hohen Scherkräften vermengt wird, um mindestens eine Fraktion vom Gemenge zu trennen, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Aufbereiter Gas abgesaugt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit ein Tensid aufweist.

26. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen der Fraktionen vom Gemenge (6, 66) in einer Flüssigkeit (65) durchgeführt wird, die leichter oder schwerer als Wasser ist.

27. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Aufbereiter mit Stoffgemenge gefüllt ist und die Stoffdichte im Aufbereiter über 10 % GG, vorzugsweise über 20 % GG oder etwa 30 GG % aufweist.

28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vermengens die Geschwindigkeit des Rotors an seinem radial äußersten Ende unter 5 m/s beträgt.

29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche mit einem Zyklon, bei dem das Stoffgemenge (6, 66) in einem Arbeitsbereich des Aufbereiters (1, 50) unter hohen Scherkräften vermengt wird, um mindestens eine Fraktion vom Gemenge zu trennen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Fraktion anschließend im Zyklon weiterbehandelt wird.

30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemenge (6, 66) einen Verbundstoff mit einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, und Kunststoff aufweist.

31. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemenge mit demselben Spiralförderer dem Aufbereiter zugeführt und aus ihm entnommen wird. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen der Fraktionen vom Gemenge (6, 66) im Batch-Prozess durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abtrennen einer Fraktion des Stoffgemenges im Arbeitsbereich ein Teil des Gemenges mit einem Spiralförderer aus dem Arbeitsbereich des Aufbereiters entnommen wird und nach einer bestimmten Bearbeitungszeit durch Umkehrung der Schraubenförder- richtung Gemenge aus dem Spiralförderer wieder in den Arbeitsbereich zurück gefördert wird.

Verfahren nach einem der einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit in Behältern mit unterschiedlicher Waschflüssigkeitskonzentration vorgehalten wird und dem Aufbereiter nach und nach aus den Behältern Flüssigkeit mit abnehmender Konzentration zugeführt wird.

Verfahren insbesondere nach einem der einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gemengefraktion zuerst in einem ersten Zyklon und danach in einem zweiten Zyklon behandelt wird, wobei im ersten Zyklon mehr Flüssigkeit im Gegenstrom zur Erhöhung der Trennschärfe zugeführt wird als im zweiten Zyklon.