Metalle aus MVA-Schlacken wirtschaftlich rückgewinnen

Für die Rückgewinnung von Eisen- und Nichteisen-Metallen aus Müllverbrennungsschlacken steht in modernen Anlagen eine robuste und erprobte Technik zur Verfügung. Doch je kleiner das resultierende Korn der Wertstoffe, umso größer werden die Aufbereitungsprobleme – nicht zuletzt hinsichtlich wirtschaftlicher Rentabilität. Einige Beiträge der Berliner Konferenz über „Mineralische Nebenprodukte und Abfälle“ zeigten Lösungswege und neue Verfahren.  

Ihr „resource mining“-Konzept, bei dem die supersort-Aufbereitungsanlage zum Einsatz kommt, verdeutlichten Stefan Eberhard und Raphael Röcken von der Schweizer DHZ AG. Mit diesem Verfahren sollen Metalle aus MVA-Schlacken zurückgewonnen und verkaufsfertig für die Schmelzwerke aufbereitet werden können. Der dreiteilige Prozess sieht zunächst ein Schlackenrecycling vor, das in einem trocken mechanischen Verfahren Metalle größer drei Millimeter zurückgewinnt. Die folgende Feinaufbereitung der Metalle < 3 mm separiert die Nichteisen-Metalle. Ein dritter Schritt sieht die Veredlung der Nichteisen-Gemische zu wertvollen, hochwertigen Leicht- und Schwermetallprodukten vor.

In Stufe 1 wurden 1914 rund 8.200 Tonnen Material zurückgewonnen, während in Stufe 2 die speziell  entwickelte „Beschleunigungsmaschine“ eine zusätzliche jährliche Rückgewinnungsmarge von 500 bis 1.000 Tonnen NE-Metalle mit einem höheren Anteil an schweren Bunt- und Edelmetallen ermöglicht. In Stufe 3 übernimmt eine Pilotanlage Klassierung, Formbildung, Veredelung sowie Freisetzung der NE-Metalle, die mithilfe einer Dichtesortierung in leichte und schwere Fraktionen unterteilt werden. Am Ende des Prozesses stehen Materialien weitgehend ohne Schlackenanhaftungen und Verunreinigungen.

In Zahlen ausgedrückt, wurden im Jahr 2014 aus den verschiedenen Schlacken Metallfraktionen mit einem Gewicht von 8.202 Tonnen entnommen. Nach Abzug des Wasseranteils und der Verunreinigungen blieben über 6.400 Tonnen reine Rohmetalle. Somit wurden rund acht Prozent Metall aus der Schlacke zurückgewonnen. 70 Prozent dieser zurückgewonnenen Metalle (4.630 Tonnen) sind Eisen, die damit 5,7 Prozent der total verarbeiteten Menge an Schlacke darstellen. Die Nichteisenmetall-Gemische bilden mit 1,9 Prozent die zweitgrößte Fraktion. Edelstahl und Fe-Cu-Komponenten ergeben weitere 0,32 Prozent.

Das HVI-Verfahren

Die Vorteile des Hochspannungsimpulsverfahrens zur Bearbeitung von Rostschlacken stellte Alexander Weh (Selfrag AG) vor. In der konventionellen Schlackeaufbereitung wird mit Gesamtmetallausbeuten von sechzig Prozent gerechnet, wobei Eisen bis zu 90 Prozent, NE-Metalle zu etwa 40 Prozent abgeschieden werden. Der Effekt der Hochspannungsimpuls-Bearbeitung besteht – kurz gesagt – darin, die Aufbereitungsenergie zu den in der Schlacke eingeschlossenen Metallen zu leiten und durch die nachfolgende Druckwelle die Anhaftungen zu lösen. Im Gegensatz zur  trockenmechanischen Aufbereitung erreichen die Metalle, insbesondere NE-Metalle, höchste Konzentratqualitäten ohne Anhaftungen, Asche oder Stäube. Im Ergebnis wird bei einer trockenmechanischen Aufbereitung eine Metallausbeute von 60 Prozent erzielt; bei der Anwendung des HVI-Verfahren inklusive herkömmlich verfügbarer Abscheidetechniken sollen 96 Prozent möglich sein.

Die Qualität des resultierenden Konzentrats wäre ein Garant für bessere Preise am Markt: Es wird damit gerechnet, dass das Verfahren ab einem jährlichen Durchsatz von 10.000 Tonnen wirtschaftlich arbeitet. Hinzu kommt, dass durch die schonende – wenngleich effektive – Bearbeitung der Rostschlacke die mineralischen Bestandteile eine verbesserte Qualität aufweisen und verwertet oder vermarktet werden können. Alexander Weh kalkuliert für eine Anlage für das konventionelle Verfahren Investitionen in Höhe von 3,6 Millionen Schweizer Franken und 5,1 Millionen Schweizer Franken für die Technik der dafür benötigten Selfrag-Anlage. Durch Einsparungen an Deponievolumen sowie höhere Verkaufsmargen für Eisen- und Nichteisen-Metall kalkuliert er jedoch für die trocken mechanische Aufbereitung einen Verlust von 33 Schweizer Franken pro Tonne Schlacke, für das HVI-Verfahren hingegen einen Gewinn von 17 Schweizer Franken.

VeMRec: Konditionierung und XRT-Sortierung

Die effiziente Sortierung von NE-Metallgemischen hat sich das vom BMBF im R³ Forschungsprogramm geförderte Projekt VeMRec (Verlustminimiertes Metallrecycling aus Abfallverbrennungsaschen durch sensorgestützte Sortierung) zum Ziel gesetzt, wie Thomas Pretz und Alexander Feil vom Institut für Aufbereitung und Recycling der RWTH Aachen berichteten. Das zu analysierende Material ist nach Schmelze durch Wiedererstarrung mit mineralischen Partikeln behaftet, durch den Austrag im Wasserbad verkleinert und zusätzlich verunreinigt, bei Lagerung im Freien oxidiert, sowie durch mechanische Aufbereitung beansprucht und ein weiteres Mal verschmutzt. Somit lassen sich weder ursprüngliche Form noch Artikeleigenschaften oder die metalltypische Farbe identifizieren,

Das VeMRec-Pilotprojekt sieht daher eine kombinierte Konditionierung und Sortierung in eine leichte und einer schwere NE-Metallfraktion vor. Das gemischte NE-Konzentrat mit einer Korngröße 8 bis 40 mm wird zunächst in einer Prallmühle mechanisch vorbehandelt. Die Metalle werden leicht verformt, die mineralischen Partikel hingegen selektiv zerkleinert und die Korngrößen < 3 mm durch Spannwellensiebe abgetrennt. Farblich ließen sich nun zwar Kupfer und Messing erkennen, aber die grauen Partikel enthalten optisch untrennbares (leichtes) Aluminium und (schweres) Zink. Gröbere Partikelgrößen können nun einer Dichtetrennung im Schwimm-Sink-Verfahren unterzogen werden – mit dem Problem weiterer Schwerstoff-Anhaftungen. Oder die leichten Partikel, die den größten Massenanteil im NE-Metallmix darstellen, werden unter Einsatz von Röntgen-Transmissions-Sortiertechnologie der Firma Steinert vom Schwergut separiert. Zur Parameter-Einstellung des XRT-Sortierers müssen allerdings repräsentative Proben hinsichtlich Menge, Zusammensetzung, Kornform und -größe vorliegen. Sie dienen dazu, den XRT-Sortierer so zu kalibrieren, dass eine möglichst hohe Produktreinheit in der Leichtgutfraktion und eine gleichzeitig hohe Wertstoffausbringung der Schwermetalle erzielt werden. In der VeMRec-Pilotanlage betrug das Verhältnis von Leichtgut- zu Schwergutfraktion 70 zu 30 Prozent.

RENE- und RENE-Adapt-Verfahren

Das an der Technischen Universität Clausthal entwickelte „Recycling von NE-Metallen“-Verfahren, kurz RENE, sowie das RENE-Adapt-Verfahren präsentierten Boris Breitenstein, Daniel Goldmann und Benedikt Heitmann. Während sich das RENE-Verfahren auf die Rückgewinnung der Kupfer- und Aluminium-Partikel im Kornspektrum < 6 Millimeter konzentriert, ist das RENE-Adapt-Verfahren eine Weiterentwicklung des RENE-Verfahrens, das auf die Behandlung von Materialien mit einer Korngröße < 2 Millimeter zielt. Die Aufgabe dieser Behandlungsweise liegt darin, die massiven Verwachsungen von Metall und Mineralien in der Feinfraktion zu beseitigen und ihre Aufbereitungsquote zu steigern. An vier unterschiedlichen, nass gewonnenen MVA-Schlacken wurde die Effizienz des Verfahrens getestet: frische MVA-Schlacken als Referenzmaterial; zwölf Jahre abgelagerte und künstlich gealterte MVA-Schlacke; MVA-Schlacke aus thermischer Behandlung von deponiestämmigen Materialien; sowie MVA-Schlacke aus thermischer Behandlung von Ersatzbrennstoffen.

Nach Behandlung der MVA-Schlacken mit dem RENE-Verfahren zeigte sich, dass Partikel mit einem Korndurchmesser < 6 mm Kupferausbringen von 71 beziehungsweise 65 Prozent erzielt, während die frische Schlacke < 2 mm rund 52 Prozent erreicht. Aus den gröberen Stoffströmen konnten etwa 15 Prozent, aus der frischen Schlacke  < 2 mm etwa acht Prozent des enthaltenen Aluminiums zurückgewonnen werden. Um die Wertstoffausbringen des Materials unter 2 mm Korngröße noch zu verbessern, kam das RENE-Adapt-Verfahren zum Einsatz. Dadurch konnte – trotz verringerter Korngröße des Inputmaterials von < 6 mm auf < 2 mm – die Kenngröße der Ausbringen bei Aluminium von acht auf 15 Prozent und bei Kupfer von 52 auf über 65 Prozent gesteigert werden. Eine anschließende Sortierung nach Materialdichte resultierte in verbesserten Wertstoffkonzentrationen, geringeren Fehlausträgen und gesteigerter Vermarktungsfähigkeit zweier separater Konzentrate.

Die entsprechenden Artikel sind erschienen im Tagungsband: Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 2, hrsg. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Neuruppin 2015

Foto: EU-R Archiv

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