Warum reden wir überhaupt über sensorgestützte Sortierung?

Das neue Verpackungsgesetz vom 02.01.2019 sorgt für bessere Verpackungen und mehr Recycling.

Zum Jahresbeginn 2019 ist das neue Verpackungsgesetz in Kraft getreten. Das Gesetz dient dem Ziel, Verpackungsabfälle zu vermeiden und das Recycling zu stärken. Die Recyclingquoten werden deutlich erhöht.

Verbesserung des Recyclings:

Zukünftig müssen mehr Verpackungsabfälle recycelt werden. So steigt zum Beispiel die Recyclingquote für Kunststoffverpackungen von bisher 36 Prozent zunächst auf 58,5 Prozent und bis zum Jahr 2022 auf 63 Prozent. Auch bei anderen Verpackungsmaterialien werden die Recycling-Quoten deutlich erhöht, bei Metallen, Glas und Papier auf 90 Prozent.

sensorgestützte Sortierer für die Sortierung von Schüttgütern

Einige wichtige Kenngrößen:

• minimale Korngröße: 1 mm
• Maximale Korngröße: 300 mm
• Durchsatz abhängig von Korngröße: bis zu 300t/h pro Meter Maschinenbreite
• maximal detektierbare Partikelzahl:
  40.000/Sekunde

Quelle: Prof. Hermann Wotruba RWTH Aachen

Definition Schüttgüter: vereinfacht gesagt, alles was vereinzelt werden kann.

Beispiele:

• Mineralien: Kalk, Feldspat, Quarzit, Talk, Magnesit, Kalziumcarbonat, Silizium, Salz uvm.
• Kunststoffe: Polyethylenterephthalat (PET), Hart-Polyethylen (HDPE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Technische Kunststoffe, Misch- und Biokunststoffe
• Glas: Flach- und Hohlglas, Sondergläser (z.B. hitzefeste Gläser, bleihaltig Gläser, Bildschirmglas, PV-Panels etc.)
• Papier
• Ersatzbrennstoffe
• Schrott: Auto-, Metall-, Elektro-/Elektronikschrott, Kabel, Batterien
• Aschen, Schlacken, Bauschutt
• andere Materialien: Kompost, Hausmüll, Holz, gelbe Tonne

Es kommt fast jeden Tag etwas Neues hinzu.

Die Technik der sensorgestützten Sortierung

Gemeint ist, dass jedes einzelne Korn oder Teil eines Schüttguts anhand seiner Merkmale (nach Farbe, Reflexion, Transmission, Transparenz, Form, Größe oder chemischer Zusammensetzung) erkannt wird. Mittels entsprechend in der Steuerung hinterlegter Filter wird dann entschieden, wie mit dem Korn oder Teil weiter zu verfahren ist, also ob es aus dem Materialstrom entfernt werden soll oder nicht.

Wird es anhand des Filters als zu entfernen deklariert, erfolgt Anschließen mit Hilfe von Luft die Ausschleusung. Es wird mittels Druckluft ausgeblasen.

Grundlegend können die Sensoren für sensorgestützte Sortiertechnik unterschieden werden in:

1. Sensoren zur Detektion von Oberflächenmerkmalen
   • keine bzw. sehr geringe Eindringtiefe
   • benötigen meist saubere bzw. gewaschene Oberflächen
   • keine Aussage über Materialzusammensetzung im Innern eines Korns
2. Sensoren zur Detektion von Materialeigenschaften des gesamten Korns
   • limitierte Korngröße/Durchdringungstiefe
   • auch ungewaschenes, verschmutztes Material
     detektierbar (komplett trockener Prozess)
3. Sensoren zur Detektion von „sekundären“ Materialeigenschaften wie:
   • Farbe
   • Reflexion und Transmission im sichtbaren optischen Bereich
   • Helligkeit
   • Elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit
   • Dichte
   • Magnetisierbarkeit
   • Gammastrahlungsemission (auch zur Detektion von primären Eigenschaften (U, Th, K‐Gehalt)
4. Sensoren zur Detektion von „primären“ Materialeigenschaften wie:
   • elementarer Gehalt
   • mineralogische Zusammensetzung

Quelle: Prof. Hermann Wotruba RWTH Aachen

Schon lange gibt es Aufgabenstellungen, die eine Sortierung von gut und Schlechtmaterial erforderlich machten.

Ob bei Talk und Magnesit, bei verunreinigten Materialien oder bei der Edelsteingewinnung. Bis vor einigen Jahren in Europa und teilweise heute noch in den Entwicklungsländern wurde die Aufgabe an langen Förderbändern von Menschen erledigt, mit all den Nachteilen, die der menschliche Faktor mit sich brachte. Hier seien nur genannt, Ermüdung, Ablenkung, nachlassen der Konzentration und im Falle von Edelsteinen der Diebstahl. Außerdem die hohen Personalkosten für das Sicherheitspersonal und die Problematik, unplanbarer Ausfall von Personal durch Krankheit.

Zudem konnte nur sortiert werden, was mittels des Auges, also optisch erkennbar und damit unterscheidbar war.

Die heute verfügbaren optischen Sortierer stellen hier eine am Bedarf orientierte, wirtschaftliche und zuverlässige alternative und ständig weitere Evolutionsschritte dar.

Denn neben der rein optischen Erkennung z.B. von Farbunterschieden, ist es heute dank modernster optischer Verfahren, wie UV, NIR, LIPS, XRT zusätzlich zur Induktion möglich, selbst Materialien sicher zu unterscheiden, die für das Auge keinen Unterschied erkennen lassen.

Detektionsmodi der sensorgestützten Sortiertechnik:

Positive Detektion: Wertmineral bzw. Wertelement wird detektiert

Negative Detektion: Nebengestein/Armerz wird detektiert

Doppelte Detektion: Wertmineral und Nebengestein wird detektiert

Indirekte Detektion: Wertstoffhaltige Stücke werden mittels „Indikatormineralen“ oder „Indikatorelementen“ identifiziert (z.B. Kupfererz über Alterationsminerale)

Abtrennungsmodi der sensorgestützten Sortierung:

Positive Abtrennung: Wertmineral wird ausgeblasen

Negative Abtrennung: Nebengestein wird ausgeblasen

Üblicherweise wird das Material ausgeblasen, das den geringeren prozentualen Anteil hat, um Energie (Druckluft) zu sparen.

Energieverbrauch der sensorgestützten Sortiertechnik

Energieverbrauch pro Tonne Durchsatz je nach ausgeblasenem Mengenanteil etwa 1 bis 2 kWh/t

Quelle: Prof. Hermann Wotruba RWTH Aachen

Der Prozess der sensorgestützten Sortierung

Im Normalfall wird das Material durch verschiedene Klassierungs- und Reinigungsprozesse optimal für die Sortierung vorbereitet. Im Idealfall läuft nur über den Sortierer, was anders nicht zu trennen ist. Der Grund sind die hohen Investitionskosten für einen optischen Sortierer im Vergleich zu einem Sieb. Hier ist die Unterstützung erfahrener Anlagenbauer, die viele Jahre Erfahrung in der Aufbereitung von Recyclingmaterialien ohne soS haben, sehr hilfreich.

Ist die zu sortierende Fraktion nun soweit aufbereitet, dann wird das Aufgabematerial auf einer Vibrationsrinne vereinzelt. Wenn nötig, wird das Material auch noch mit Wasser gereinigt, um anhaftenden Staub zu entfernen und oder um die Farbunterschiede besser hervorzuheben.

Es gibt zwei Sortiersysteme, einmal den sogenannten Rutschensortierer, bei dem das zu sortierende Material in einen Schacht fällt und dabei detektiert wird und den Bandsortierer, bei dem das Material über ein Band transportiert und detektiert wird.

Das vereinzelte Material fällt bei der Sortierung von schwerem Material wie Mineralien und Glas dann in einen Schacht, in dem die Ausblasdüsen dann das zu separierende Teil ausblasen. Werden Leichtstoffe sortiert, gibt es unterschiedliche Ansätze, entweder wird ebenfalls über einen Schacht sortiert oder durch das Transportband wird der auszusortierende Leichtstoff nach oben weggeblasen.

Je nach Sortierer sind ein oder mehrere optische Systeme installiert, die das Material dann auf unterschiedliche Art erkennen. Dies kann entweder einseitig oder zweiseitig geschehen. In einem Rechner erfolgt dann der Abgleich mit den hinterlegten Sortierkriterien. Anschließend gibt der Rechner dann an die Ausblasdüsen den Befehl, das selektierte Korn auszublasen.

Bauteile eines sensorgstützten Sortierers

Hier sehen sie mein Firmenlogo in welchem Sie sehr vereinfacht die wesentlichen Bauteile eines sensorgestützten optischen Sortierers sehen:

Wie schon erläutert, gibt es eine Vielzahl optischer Systeme. Was die wenigsten Kunden wissen, der Hersteller des optischen Sortierers, den Sie einsetzten möchten, ist in der Regel weder der Hersteller der optischen Systeme noch der Ventile.

Diese Systeme werden von speziellen Herstellern wie z. B. LLA Instruments aus Berlin hergestellt. Anbieter für die Ventile sind z. B. Festo, Matrix und Mac, Beleuchtungseinrichtungen und Fördertechnik (Förderbänder und Vibrorinnen) gibt es von vielen Anbietern.

Sicher gibt es auch noch mehr Anbieter, aber hier mauern viele Hersteller sensorbasierter optischer Sortierer, weil Sie das Bild aufrechterhalten wollen, dass sie der Hersteller sind.

Wo setze ich die sensorgestützte Sortierteichnik wirtschaftlich sinnvoll ein?

Die eigentliche Herausforderung ist gar nicht mehr das Sortieren an sich, sondern an welcher Stelle im Gewinnungsprozess wird der Sortierer wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt?

Diese Frage kann nicht pauschal beantwortet werden.

Viele Faktoren, wie die

• Mengen
• Materialzusammensetzung
• Sortierkriterium
• Konzentration an Wunschmaterial
• Standortbedingungen

sind dazu zu berücksichtigen.

Hierbei berate ich sie gerne.

Die Komplexität der Materialverbünde macht immer aufwendigere Trennungs- und Sortierverfahren erforderlich, diese dann wieder sauber zu trennen.