Mehr herausholen aus Metallspänen und Schleifschlämmen

Das Projekt Kompass an der Universität Duisburg-Essen untersuchte Entölungsverfahren für Metallspäne und Schleifschlämme, die mit Kühlschmierstoffen belastet sind. Durch einen entsprechenden Prozess, der auf eine effizientere metallurgische Wiederverwertung zielt, könnte unter Umständen die Einstufung von Schlämmen als gefährlicher Abfall entfallen.

Dem Verbundvorhaben „Kontinuierliche Öl- und Metallrückgewinnungs-Prozessanlage für Schlämme und Späne“, kurz „Kompass“, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die bisherigen Entölungsverfahren für Späne und Schleifschlämme keine vollständige Entölung erreichen und dabei sehr kostenintensiv sind. Eine Wirtschaftlichkeit ist nicht gegeben.

Physikalische Verfahren wie Zentrifugieren und Pressen eignen sich nur für die Vorentölung. Der Restölgehalt beträgt dann zwischen fünf und zehn Prozent, was eine metallurgische Verwertung ausschließt. Mit chemischen Verfahren wie der Extraktion mit Lösungsmitteln oder überkritischem Kohlenstoffdioxid können die Restölgehalte von Schlämmen und Spänen zwar auf unter ein Prozent reduziert werden, doch sind diese Verfahren technisch aufwändig und energieintensiv. Die Durchsatzmengen liegen deutlich unter denen der physikalischen Verfahren. Begrenzt wirtschaftlich sind auch thermische Verfahren wie das Sintern. Ihr Vorteil ist, dass sich Ölanhaftungen nahezu vollständig entfernen lassen. Der Nachteil – eine gesonderte Rauchgasbehandlung ist nötig – überwiegt. Das Metall wird außerdem im Prozess mit aufgeheizt, was den Energieverbrauch zusätzlich erhöht.

Kompass nutzte für Versuche eine bereits in einem anderen, früheren Projekt eingesetzte Anlage im Technikums-Maßstab, bestehend aus einem Senkrechtschneckenförderer, der im Gegenstromverfahren hochgeholte ölhaltige Schleifschlämme mit warmen Wasser und Tensiden reinigt, einer Vakuumdestillationsanlage zur Kreislaufwasserführung und einem Koaleszensabscheider, der das ölverschmutzte Abwasser der Reinigungsschnecke in seine Bestandteile Öl und Wasser auftrennt und wieder nutzbar macht. Anders als bei der Entölung von Metallspänen – Restölgehalt: unter 0,1 Prozent – stellte sich bei der Entölung von Schleifschlämmen nur ein geringer Reinigungserfolg ein. Es bestätigte sich, dass das abgewaschene Öl bei den geringen Korngrößen der Schlämme von unter 30 µm durch Tenside ersetzt wird. Die am Schlamm angelagerten Tenside zeigen bei einem Flammenvergleich ähnlich negative Eigenschaften wie Öl.

Thermisch oder adsorptiv
Eine Lösung bietet die thermische Entölung: Das Öl wird unter einer Schutzgasatmosphäre verdampft. Die Öldämpfe lassen sich aus dem Gasstrom kondensieren und so wiedergewinnen. Der Ölgehalt des behandelten Schleifschlamms liegt unter 0,1 Prozent. Die Methode kann zudem die sonst übliche Soxhlet-Extraktion zur Bestimmung des Restölgehalts ersetzen. Unter Schutzglas lässt sich die Verdampfung – bei vergleichbarer Messgenauigkeit – deutlich schneller durchführen. Eine großtechnische Anwendung des Verfahrens setzt die Bereitstellung von günstiger Energie zur Erhitzung des Schleifschlamms voraus. Denkbar wäre zum Beispiel niederkalorische Abwärme.

Schleifschlämme können auch mittels adsorptiver Entölung effizient gereinigt werden. Dazu wird der Schleifschlamm mit einem Adsorptionsmittel vermischt. Das Öl geht vom Schleifschlamm, der im verölten Zustand zum Agglomerieren neigt, auf das Adsorbens über, wodurch der Schlamm entölt wird. Als Folge lösen sich einzelne Partikel aus der Agglomeration, die daraufhin abgesiebt werden können. Der auf diese Weise gereinigte Schleifschlamm hat einen Restölgehalt unter ein Prozent. Die „beladenen“ Adsorbenzien können als Brennstoff im Hochofen oder als Brenn-/Einsatzstoff in der Zementindustrie genutzt werden.

Für die metallurgische Verwertung der gereinigten Späne ist es möglich, diese zu brikettieren oder direkt in den Ofen zu chargieren. Ohne Bindemittel lässt sich Schleifschlamm nicht brikettieren – der Pressling zerfällt wieder zu Pulver. Konventionelle Bindemittel neigen unter Umständen bei der Aufgabe zur Flammenbildung. Wird das ungebundene Pulver auf eine flüssige Schmelze aufgegeben, liegt der Grad der Einbringung nur bei etwa 78 Prozent und es bildet sich Schlacke. Wird als zweite Möglichkeit das Pulver zu Beginn mit den metallischen Einsatzstoffen in den Ofen gegeben, wird ein Ausbringen von über 97 Prozent erreicht.

Die Versuche sind ausführlich beschrieben in dem Beitrag: „Verfahren zur Entölung von kühlschmierstoffbehafteten Metallspänen und -schlämmen“ von Carsten Reschke, Daniel Schubert, Holger Biedermann und Rüdiger Deike, erschienen in: Recycling und Rohstoffe – Band 12, hrsg. v. Stephanie Thiel, Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Daniel Goldmann und Bernd Friedrich, Thomé-Kozmiensky Verlag 2019, ISBN 978-3-944310-46-6.

(EU-Recycling 07/2020, Seite 14, Foto: Harald Heinritz / abfallbild.de)