Feuerfeste Abfälle werden wieder zu Rohstoffen
Schamotteziegel, d. h. feuerfeste Steine zur Auskleidung von Öfen, industriellen Brennöfen, Verbrennungsanlagen und Reaktoren für Hochtemperaturprozesse, sind teuer in der Herstellung und nur schwer zu recyceln. Das von der EU finanzierte Forschungsprojekt REFRASORT hat die letzten drei Jahre nach einem Weg zur verbesserten Sortierung von gebrauchten Feuerfestmaterialien gesucht, wobei man das Ziel verfolgte, Industrieabfälle zu einem nützlichen Rohstoff zu machen. Das Team von REFRASORT hat ein automatisiertes System entwickelt, in dem Laser-Emissionsspektroskopie (Laser-induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) zum Sortieren der gebrauchten feuerfesten Ziegel und ein System von Schubelementen zu deren Handhabung zum Einsatz kommen. Es ist klar, warum eine bessere Wiederverwertung notwendig ist. „Nur 5 bis 7 % der Rohstoffnachfrage werden durch wieder aufbereitete Materialien gedeckt und das auch nur bei wenigen Anwendungen, so dass viel Material verloren geht“, sagt Liesbeth Horckmans, Projektkoordinatorin von REFRASORT und Forscherin auf dem Gebiet der nachhaltigen Materialien am belgischen Cleantech-Forschungsunternehmen VITO. Gegenwärtig werden die meisten feuerfesten Abbruchmaterialien für geringwertige Anwendungen wie etwa im Straßenunterbau eingesetzt oder auf Deponien entsorgt. Gleichzeitig sind die europäischen Ziegelsteinhersteller in hohem Maße vom Import der dafür benötigten Rohstoffmengen abhängig. So kommen beispielsweise 90 % des Bauxits aus China — und die Preise sind instabil. Verunreinigungen erschweren Sortierung Das Sortieren von gebrauchten Feuerfestmaterialien, was gegenwärtig von Hand erfolgt, ist aufwändig. Extreme Temperaturen und das Wechselspiel von heißem Stahl und Schlacke während des Gebrauchs, zudem der Staub, der beim Abbruch dazukommt, verursachen Schichten aus Verunreinigungen, die sich auf den Ziegelflächen aufbauen und die Identifizierung der Bestandteile der Steine erschweren. Diese Kontamination verhindert den Einsatz von Sensoren zur Untersuchung der Oberflächeneigenschaften. Das REFRASORT-Team konnte dieses Problem unter Anwendung von Laser-Emissionsspektroskopie lösen, indem bei jedem Abfallbruchstück, das auf dem Förderband vorbeikommt, zwei Laserimpulse ausgelöst werden. Der erste Impuls durchdringt die Schicht aus Verunreinigungen bis zu einer Tiefe von 100 μm, so dass der zweite Impuls Material zur störungsfreien Analyse gewinnen kann. „Eines der Probleme, die wir lösen mussten, bestand darin, dass das Material sehr gut nachverfolgt werden musste, da man sichergehen muss, dass der zweite Strahl genau auf die gleiche Stelle wie der erste trifft“, erläutert Dr. Horckmans. Schnelle Handhabung Die zweite Hürde war die Konzipierung eines mechanischen Handhabungssystems, das schnell genug ist, um mit dem Sensor mitzuhalten. „Bisher kommen in Handhabungssystemen üblicherweise mechanische Klappen oder mit Luftdruck betriebene Systeme zum Einsatz, aber in diesem Fall wiegen die Ziegel oft mehrere Kilogramm“, erklärt Dr. Horckmans. Außerdem muss jedes Bruchstück in einem definierten Abstand zum nächsten präsentiert werden. Das Team entwickelte ein System, das sich aus vier Unterabläufen zusammensetzt: Aufrichten, Isolieren, Zwischenraum schaffen und Trennen. Das Ganze basiert auf einer Serie von pneumatischen Schiebeeinrichtungen. Es sortiert acht Fragmente auf einmal und kann pro Sekunde einen Ziegel identifizieren, was einen Gesamtdurchsatz von zehn Tonnen pro Stunde ergibt. 2016 nutzte das Team eine bei der belgischen Recyclingfirma ORBIX aufgebaute Demonstrationsanlage, um 30 Tonnen Material zu sortieren, das dann in einer Installation verwendet wurde. „Wir haben das Konzept der Nutzung von LIBS zur Identifizierung als realisierbar belegt und wir haben gezeigt, dass ein großtechnischer Einsatz möglich ist, und dass die Resultate ausreichend gut zur Wiederverwendung geeignet sind“, sagt Dr. Horckmans. Die Projektmitglieder sind nun auf der Suche nach Finanzmitteln, um die weitere technische Entwicklung und Hochskalierung voranzutreiben. Sie berichten über ein starkes Interesse der Industrie und verfolgen das Ziel, innerhalb von zwei bis drei Jahren die umfassende industrielle Anwendung zu realisieren.
Schlüsselbegriffe
REFRASORT, Sortierung, Recycling, Feuerfestmaterialien, feuerfeste Steine, Schamotteziegel, Automatisierung, Laserspektroskopie, mechanische Handhabung
