Ziel der EU ist die Senkung der Treibhausgasemissionen um mindestens 40 Prozent (gegenüber dem Stand von 1990). Solche immer strenger werdenden Umwelt- und Effizienzvorgaben erfordern neue Wege für das Recycling metallischer Nebenprodukte, wie zum Beispiel Schleifschlamm. Die Verfahrens-Kombination “Vakuum-Destillation plus Brikettierung” ist ein solcher Weg. Erzeugt werden hochfeste Briketts mit einem Ölgehalt unter 1 Prozent.
Beim Zerspanen metallischer Werkstoffe mit bestimmter Schneide, vor allem aber bei der Fein- und Feinstbearbeitung mittels Schleifen, entstehen in der Regel eine Vielzahl entsorgungspflichtiger Rückstände. So fallen allein in Deutschland jährlich ungefähr 200.000 Tonnen metallhaltige Schlämme und 950.000 Tonnen metallhaltige Pulver an. Diese Stoffe sind oftmals auch überwachungspflichtig und müssen in den meisten Fällen als ›gefährlicher Abfall‹ kostenintensiv entsorgt werden.
Die Verwertung von Spänen, Pulvern und Schlämmen ist häufig aufgrund der feinen Partikel, des Ölgehalts beziehungsweise der Kontamination durch die Kühlschmierstoffe, nur nach einer zusätzlichen Behandlung möglich. Zwar gilt die direkte Rückführung von Pulvern durch Einschmelzen als etabliert, sie bringt aber auch Schwierigkeiten mit sich, die unter anderem auf die spezielle, amorphe Konsistenz der Abprodukte zurückzuführen sind.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, gibt es sogenannte Brikettierpressen, die die feinen Rückstände zu kompakten Metallbriketts formen. Allerdings wird dabei oft ein hoher Anteil an Bindemittel verwendet und es kann keine starke Festigkeit erreicht werden. Die Briketts fallen schnell auseinander und entsprechen in ihrer Qualität keinem Sekundärrohstoff wie Schrott. Auch eine direkte Rückführung der in den Schleifschlämmen enthaltenen Metalle ist nicht ohne Weiteres möglich. Um die Rohstoffe wieder in den Produktionskreislauf zurückzuführen, sollte der Ölgehalt des Schlamms im ppm-Bereich liegen. Angesichts dieser Limitierung sind spezielle Trocknungs- und Entölungsverfahren als Zwischenstufe vor der Schmelzung notwendig. Dabei gilt es, außer dem Öl- auch den Wasseranteil und andere Kontaminationen, zum Beispiel TOC, zu extrahieren.
In vielen Produktionsbetrieben wird der anfallende Schleifschlamm vorbehandelt, um die feuchten Bestandteile zu reduzieren. Das geschieht mittels Abtropfen, Zentrifugieren und Pressen des Schlamms. Im Zuge dessen sinkt zwar der Ölgehalt, jedoch geht das meist mit einem Verlust der enthaltenen Rohstoffe einher - Metalle oxidieren oder das Öl ›cracked‹, was die Rückführung in den Produktionskreislauf erschwert.
Aus diesen Gründen müssen die getrockneten Reststoffe meist weiterverarbeitet oder entsorgt werden. Das wiederum erhöht die Kosten stark und verschlechtert die Abfallbilanz. Außerdem stellen diese Verfahren nicht immer eine vollständige Trocknung und Entölung des Materials sicher. Doch wenn der Ölgehalt nicht ausreichend gesenkt werden kann, bleibt die Gefährlichkeit des Abfalls erhalten. Die sogenannte Entfallstelle ist dann weiterhin für die Verbringung der verwerteten Reststoffe verantwortlich.
Seit 2013 lassen sich all diese Probleme mit einem speziellen innovativen Verfahren lösen: der Vakuum-Destillation. Es handelt sich dabei um eine Variante des vakuum-thermischen Entölens, dem ein Brikettieren mit organischem Binder folgt. Bei diesem weltweit einzigartigen Verfahren der CRONIMET Envirotec GmbH werden Feststoffe mithilfe der Destillation von flüssigen Bestandteilen getrennt und gekühlt. Nach der Entölung und Trocknung des Abfalls verlassen die metallischen Bestandteile den Prozess zunächst als Pulver − frei von jeglicher Kontamination.
Aufgrund der Abwesenheit von Sauerstoff im Vakuum ändert sich die chemische Zusammensetzung der enthaltenen Rohstoffe nicht. Da somit auch eine Oxidation ausbleibt, entfällt die üblicherweise bei einigen Metallen nötige, aufwendige Reduktion. Doch ein Effekt wiegt besonders schwer: Mithilfe dieses Prozesses verlieren metallhaltige Abfallschlämme ihren Status als gefährlicher Abfall und können problemlos wiederverwertet werden. Im Gegensatz zum Abtropfen oder Pressen von Schlämmen in herkömmlichen Anlagen ermöglicht die Vakuum-Destillation eine vollständige Trocknung bei gleichbleibender Rohstoffqualität. Das bedeutet, dass die Feuchtigkeit des behandelten Materials nach dem Aufbereitungsprozess wie gefordert im ppm-Bereich liegt.
Ebenso wie Filterstäube oder andere feine Metallpartikel lassen sich die Metallpulver, die als Output der Destillation entstehen, anschließend brikettieren. Dabei stellt die Zugabe eines organischen Bindemittels, das in der Schmelze anschließend nicht mehr bemerkbar ist, eine hohe Festigkeit der Briketts ohne Beeinträchtigung der Rohstoffqualität sicher. Es wird zudem weniger Bindemittel als üblich benötigt, sodass der metallische Anteil der Briketts deren Hauptbestandteil ausmacht. Die Briketts können wegen ihrer hohen Festigkeit und Qualität ohne weitere Prozessschritte in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden. Mithilfe dieser Technologie ist es außerdem möglich, High-Speed-Steel- (HSS-)Stäube zu brikettieren; das war in einer solchen Qualität bislang nicht möglich. Von großer Bedeutung ist zudem, dass während des gesamten Recyclingprozesses das Eigenschaftsprofil der Materialien und somit ihr Wert erhalten bleibt.
Die Outputstoffe des beschriebenen Verfahrens sind aufgrund ihrer gleichbleibenden Qualität mit Sekundärrohstoffen konkurrenzfähig. Somit besteht ein weiterer Vorteil dieser Technologie darin, dass der Abbau neuer Rohstoffe reduziert wird. Bereitet man Schlämme und Stäube mit einem hohen Legierungsanteil aus Metallen wie Wolfram oder Nickel auf, kann ein Unternehmen aus einer Kostenstelle für die Entsorgung unter Umständen sogar ein weiteres Profitcenter kreieren.
Inzwischen werden die erläuterten Aufbereitungsprozesse schon in metallverarbeitenden Unternehmen diverser Branchen angewendet. CRONIMET Envirotec bietet den Unternehmen die Technologie entweder als Entsorgungsfachbetrieb an oder im Service der Lohnumarbeitung, bei der die Entfallstelle die aufbereiteten Metalle anschließend wieder selbst einsetzt.
Speziell bei der Herstellung von Präzisionswerkzeugen gelingt es mit dem Verfahren, die oft Hartmetall oder HSS enthaltenen Abfälle umweltschonend wieder aufzubereiten und einen erheblichen Mehrwert zu generieren − so auch in einem großen deutschen Unternehmen dieser Branche. Der dort in der Werkzeugherstellung entstandene Schleifschlamm mit einem Nässe- und Ölanteil von rund 20 Prozent und metallischen Bestandteilen wie Wolfram, Chrom, Molybdän und Cobalt wurde früher als gefährlicher Abfall deklariert und in einer Verbrennungsanlage entsorgt.
In 2017 wurde für die Entsorgung erstmalig die Vakuumdestillation genutzt und somit konnten innerhalb eines Jahres zunächst rund 300 Tonnen des Schlammes in der entsprechenden Anlage aufbereitet werden. Im Zuge einer Ausweitung dieses Entsorgungskonzeptes auf weitere Standort verdoppelte sich die angelieferte Tonnage im folgenden Jahr.
Als Ergebnis der Verwertung des Materials mittels Vakuum-Destillation konnte der Hersteller insgesamt mehr als 700 Tonnen HSS wiedergewinnen und eine Vergütung des Materials realisieren − im Gegensatz zu den bisherigen hohen Entsorgungskosten in der Verbrennung. Zusätzlich zu dem ökologischen Vorteil, der sich aus dem reduzierten Rohstoffabbau ergibt, profitiert der Werkzeughersteller auch von einem erheblichen ökonomischen Mehrwert.
Feste Briketts - ein Substitut zur Primärrohstoffen (Quelle: CRONIMET Envirotec)
Werkzeughersteller kann mehr als 700 Tonnen HSS zurückgewinnen
Für einen anderen Metallbearbeitenden Betrieb konnten rund 600 Tonnen Nickel Schlamm aufbereitet werden. Das entspricht einer Einsparung von rund 3.400 Tonnen Nickel-Erzen und 52 Tonnen reinem Nickel als Primärrohstoffe. Ergänzend dazu ließen sich Filterstäube aus der Metallerzeugung brikettieren und als Substitut zu Stückschrott in Stahlwerke zurückführen.
Wie ersichtlich wurde, sind Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit nicht nur aus Image-Sicht wichtige Aspekte, die zunehmend an Bedeutung gewinnen. Sie haben auch einen direkten Einfluss auf die Kostenstruktur eines Metallbearbeitenden Unternehmens und tragen in nennenswertem Umfang zu dessen Wertschöpfung bei. Indem bislang überwiegend entsorgte Abfälle nun mit Hilfe von Vakuum-Destillation und innovativer Brikettierung wiederaufbereitet werden, ist ein bedeutender Beitrag zur Etablierung einer Zero-Waste-Industrie geleistet.