Schlüsselwörter
(Englisch)
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mass production, combination of materials, compound materials, recycling industry, extract waste materials, electrodynamic fragmentation, EDF, phase boundaries of compound material and composites, slags, ashes, filter cakes, electronic waste components, carbon fibers, glass fibre reinforced plastics.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Modern mass production of consumer goods relies on sophisticated materials. In fact, many products consist of a combination of materials or compound materials, which are connected and joined together to achieve the desired functionality and to reduce costs. At the end of their life, these products challenge the recycling industry. Nowadays the recycling industries often pre-process the compound materials by simple sorting, shredding, sieving or other mechanical processes to extract waste materials at an early stage and to reduce the overall volume. The result is a losing of a large proportion of valuable materials during the sorting process by categorising compound materials incorrectly, and during mechanical treatment processes by inaccurate release and by losses in undersized gains and dusts. And finally at the end of a process the compound waste materials are sent to smelters for metals recovery.
By using the electrodynamic fragmentation (EDF), it is possible to "liberate individual substances along the phase boundaries of compound material and composites or disconnect components from complex target mass flows, in order to achieve a better sorting. Better material sorting helps that raw material input into production can be replaced and reduced by secondary resources. This reduces the amount of waste, which has to be disposed, so that future environmental burdens from waste landfilling can be avoided and minimized.
The research project focuses on the up-scaling and integration of EDF technology into the existing recycling technology machinery of particular waste streams. These can be slags, ashes, and filter cakes from waste incineration plants, as well as electronic waste components and a variety of compound materials including carbon fibers and glass fibre reinforced plastics.
The present project is part of the European ECO-INNOVERA research program. The following institutions/organisations are partners in the consortium engaged in this program:
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Organisation
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Country
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Funding organisation
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University of Liege
GeMMe - Mineral Processing and Recycling
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Belgium
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Service public de Wallonie (SPW), Direction générale opérationnelle Economie, Emploi et Recherche (DGo6)
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University of Applied Sciences of Northwestern Switzerland (FHNW) ZEF, IKT
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Switzerland
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Federal Office for the Environment FOEN
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Reprocover S.A.
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Belgium
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Service public de Wallonie (SPW), Direction générale opérationnelle Economie, Emploi et Recherche (DGo6)
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Selfrag AG
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Switzerland
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Federal Office for the Environment FOEN
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Immark AG
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Switzerland
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Federal Office for the Environment FOEN"
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The present contract constricts on the part of the FHNW, Selfrag AG and Immark AG, funded by the FOEN.
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Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
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1 Die notwendige EDF-Anlage für die Durchführung der Tests an der FHNW ist installiert und betriebsbereit.
2 Ein «Consortium Agreement» ist von allen Partnern international bis spätestens 6 Monate nach Projektbeginn unterzeichnet. Meilenstein 1.
3 Die Material-Eingangsströme für die EDF-Anlage sind hinsichtlich Grösse, Form, Freisetzungsgrad, Vermahlbarkeit, Spezifizierung und Zusammensetzung dokumentiert.
4 Der Testablauf sowie die Testprotokolle sind definiert und liegen schriftlich vor.
5 Die materialspezifischen vor- und nachbehandelnden Prozesse aufbauend auf den Versuchsergebnissen der Materialauftrennung mit EDF sind spezifiziert, die Recyclingraten sind bestimmt, die Analyse der Prozesswasser durchgeführt und die Energieverbräuche sind gemessen. Meilenstein 2.
6 Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 5 und mit Einbezug der Ergebnisse aus den Ökobilanzen.
7 Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets
8 Präsentation der Ergebnisse an einer Konferenz oder Workshop von ECO-INNOVERA oder an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung
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Projektziele
(Englisch)
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1 Aims of the project
The aims of the project ElectroDynamic Fragmentation of High Value Compound materials & bulk material with potentially recoverable substances (EDF-HVC) are to improve the recyclability of compound materials and bulk waste volumes and to increase the recovery rates of valuable substances contained in such materials.
Challenges lie in the development of exact processing specification including feed-in, feed-out and material sorting and separation steps after the EDF treatment
2 Aims for this project of FHNW, Selfrag AG and Immark AG
The aim is to develop and refine the feed-in, feed-out, post and pre-treatment as well as sorting and cleansing processes. The new technology will be compared with treatment processes without EDF.
To achieve these aims in a new domain specific waste streams like slags, ashes, and filter cakes of waste incineration plants, electronic waste components and waste batteries, variety of compound materials including carbon fibres and glass fibre enhanced plastics with a semi-continuous/batch mode will be used in order to simulate a treatment process at an industrial scale.
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Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
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Elektrodynamische Fragmentierung (EDF) nutzt Hochspannungsimpulse um Festkörper selektiv in ihre Bestandteile aufzutrennen. Entladen sich die Impulse entstehen kurzzeitig hohe Drücke und Temperaturen welche Festkörper in Resonanz versetzen und selektiv aufspalten. Die Zielstoffe können anschliessend in hoher Reinheit sortiert werden. EDF wurde in diesem Projekt auf Rückstände aus Kehrichtverbrennungen, Elektroschrott und Carbonfaserverstärkte Kunststoffe getestet.
Das Verfahren eignet sind insbesondere um metallische und keramische Bestandteile in Kehrrichtverbrennungsschlacken freizulegen und mit einer geeigneten Sortierung zurückzugewinnen. Es konnte gezeigt werden, dass bis zu 80% der Metalle von Schlackeresten befreit sind und dem Recycling zugeführt werden können.
EDF ist geeignet um Leiterplatten und verbundene elektronische Bauteile zu trennen. Die Rückgewinnbarkeit von Kupferleitungen in Leiterplatten durch chemical leaching konnte durch EDF stark verbessert werden. Ebenso können Kleingeräte mit hermetisch geschlossenen Gehäusen für eine weitere Verarbeitung mit EDF geöffnet werden. Inwiefern allerdings EDF für Elektroschrott konkurrenzfähig sein wird, kann heute noch nicht abschliessend beantwortet werden.
Carbonfaserverstärkte Kunststoffe können mit der EDF Technologie aufbereitet werden. Es entsteht dabei ein Faserbrei aus freigelegten Carbonfasern, welche in bestehenden Herstellungsprozessen wiederverwendet werden können und bis zur 80% der Festigkeiten vom Ausgangsmaterial erzielen. Momentan sind Energieverbrauch und Intensität dieser Behandlung jedoch zu hoch. Es entstehen ausserdem giftige Gase (hauptsächlich Kohlenmonoxid), so dass zusätzlich Massnahmen zu Arbeitsplatzsicherheit ergriffen werden müssen.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die erste industrielle EDF Aufbereitungsanlage für Rückstände aus der Kehrrichtverbrennung wurde in 2016 für die Saidef (Société anonyme pour l'incinération des déchets du canton de Fribourg) umgesetzt. Nach Abtrennen der Feinfraktion kleiner 2mm wird der gesamte Austrag aus der Kehrrichtverbrennung mit EDF behandelt und mehrstufig sortiert. Momentan können 60-65% der Gesamtmetallgehalte >2mm zurückgewonnen werden, Ziel ist es Rückgewinnungsraten von 80-90% zu erreichen. Magnetische Metalle, Buntmetalle und keramische Bestandteile werden weiterverkauft oder als Ersatzbaustoffe eingesetzt. Übrig bleibt eine metallarme Restschlacke die nach wie vor deponiert werden muss. Gelöste Salze und Schwebstoffe werden gefällt und dem Prozesswasser entzogen. Dieses wird anschliessend wiederverwendet bzw. in einer Kläranlage gereinigt.
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Weiteres Vorgehen
(Deutsch)
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Eine erweiterte Anwendung der EDF Technologie auf die Feinfraktion von KVA Schlacke kann das Ruckgewinnungspotential vor allem für Buntmetalle erhöhen. Verschiedene Studien belegen, dass insbesondere Buntmetalle (u.a. Kupfer, Blei, Silber, Gold) sich in der Feinfraktion anreichern.
Sehr gute Resultate konnten bei der Behandlung von Betonabbruch mit EDF festgestellt werden (verwandtes Projekt). Nach EDF Behandlung waren die Druckfestigkeit, die Biegezugfestigkeit und der Elastizitätsmodul von Betonprüfkörpern besser als bei Prüfkörpern, die mit herkömmlichem Material hergestellt wurden. Als Grund dieser Verbesserung wird das gezielte Brechen von Aggregaten mit feinen Haarrissen vermutet.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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- Martino, Rémi, Cedric Iseli, Stoyan Gaydardzhiev, Alexander Weh, und Martin Streicher-Porte. 2016a. «Characteristics of EoL Printed Wiring Boards processed by ElectroDynamic Fragmentation», accepted at Chemie Ingenieur Technik.
- Martino, Rémi, Cedric Iseli, Stoyan Gaydardzhiev, Alexander Weh, und Martin Streicher-Porte. 2016b. «Electro dynamic fragmentation of printed wiring boards as a preparation tool for their recycling», submitted to Minerals Engineering – second revision pending.
- Iseli, Cedric, Martin Streicher-Porte, Rémi Martino, Stoyan Gaydardzhiev, und Alexander Weh. 2016. «Elektrodynamische Fragmentierung von Elektroschrott», gehalten auf der Recy & DepoTech 2016, Leoben.
- Maxim Roux, Expert Talk, Re-source 2016, Ressourcenschonung – von der Idee zum Handeln, 21. / 22. April 2016 - München
- Keller, Thomas, Martin Streicher-Porte, und Harald Schuler. 2016. «Elektrodynamische Fragmentie-rung von Betonabbruch». gehalten auf der Recy & DepoTech 2016, Leoben.
- Roux, M., N. Eguemann, C. Dransfeld, F. Thiebaud, and D. Perreux. 2015. ‘Thermoplastic Car-bon Fibre-Reinforced Polymer Recycling with Electrodynamical Fragmentation: From Cradle to Cradle’. Journal of Thermoplastic Composite Materials, August. doi:10.1177/0892705715599431.
- Eguémann, Nicolas, Lian Giger, Clemens Dransfeld, Frédéric Thiébaud, and Dominique Perreux 2013. ‘Compression Moulding of Hinges for Aerospace with Recyclable Materials’. JEC Magazine. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00983330/.
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