Staubkontrolle beim Materialrecycling

Recycling ist mittlerweile fest in der Rohstoffversorgungskette in ganz Europa verankert, wo Unternehmen, die sich auf Materialmanagement spezialisiert haben – sei es für Gewerbeabfälle, industrielle Nebenprodukte, Metalle, Elektronik, Biomasse, Karton und Papier oder Kunststoffe –, den Wert ihrer Rohstoffe maximieren und gleichzeitig die Produktionseffizienz verbessern.

Innerhalb dieser Abfallströme können feine Materialien (die sich als Staub manifestieren) einen erheblichen Anteil der Gesamtproduktion ausmachen, was Maßnahmen zur Kontrolle und Eindämmung von Verschüttungen und Emissionen erforderlich macht. Staub ist schwierig und kostspielig zu entsorgen und kann auch während des gesamten Recyclingprozesses Probleme verursachen.

Flüchtige Staubemissionen schaffen ein ungesundes Arbeitsumfeld in und um die Anlage herum. Erschwerend kommt hinzu, dass bestimmte Abfälle bei der Verarbeitung giftige Partikel freisetzen, insbesondere Materialien mit korrosiven Eigenschaften oder solche, die Fragmente von Klebstoffen, Beschichtungen und anderen als gefährlich eingestuften Substanzen enthalten.

Beeinträchtigend, inhalierbar und ­lungengängig

Obwohl der Großteil dieser Partikel (PM) lediglich als Belästigung angesehen wird, gelten Partikel mit einer Größe von ≤ 100 μm als „inhalierbar“. Partikel, die kleiner als PM 40 (≤ 40 μm) sind, sind mit bloßem Auge in der Regel nicht sichtbar. Bei vielen Recyclingprozessen entstehen Partikelemissionen von weniger als PM 10 (≤ 10 μm), die als „lungengängig” gelten. Und PM 2,5 (≤ 2,5 μm), bekannt als Feinstaub, kann tief in die Lunge eindringen und die Alveolen (die winzigen Lungenbläschen, in denen der Sauerstoffaustausch stattfindet) erreichen. In dieser Größe gelangen einige Partikel in den Blutkreislauf.

Bei Partikeln aller Größenordnungen sammelt sich ohne regelmäßige manuelle Reinigung Staub an, der Gehwege und Treppen bedeckt, Steuergeräte einhüllt, Beschilderungen verdeckt und schließlich den Zugang unmöglich macht. Überlastete Wartungsteams haben Mühe, mit der Reinigung Schritt zu halten, was wiederum zu Sicherheitsmängeln und Risiken für die Gesundheit der Atemwege der Mitarbeiter führen kann. In einigen Recyclingbetrieben sind feine Schwebstoffe brennbar, was zu einem erheblichen Risiko von Staubbränden und Explosionen führt.

Darüber hinaus ist bekannt, dass Staub freiliegende Maschinenkomponenten verschmutzt, wodurch diese schneller verschleißen und früher gewartet und ausgetauscht werden müssen. Partikel verstopfen auch die Lufteinlässe von Geräten, was zusätzliche Wartungsarbeiten und Ausfallzeiten erforderlich macht.

Mit Ausnahme von Zerkleinern, Mahlen und Schreddern, sind die häufigsten Staubquellen in jeder Recyclinganlage die Übergabestellen der Förderbänder. Wenn loses Material auf ein Förderband fällt, verteilen sich Partikel in der Luft. Am anderen Ende des Förderbandes werden Feinanteile, die nicht an der Kopfrolle ausgetragen werden, zurücktransportiert und verteilen sich als Staub und Verschüttungen entlang des Rücklaufwegs des Systems.

Eindämmung ist entscheidend

Jahrelange Beobachtungen und Forschungen vor Ort haben gezeigt, dass der Ausgangspunkt für die Verbesserung der Luftqualität im Bereich von Förderbändern darin besteht, die Austragung einzudämmen. Dies lässt sich am besten erreichen, indem man die zugrunde liegenden Probleme durch eine umfassende Bewertung der Ursachen der Staubbildung angeht und dann die Konstruktion und den Betrieb der Bandübergabe an der Quelle optimiert.

Eine schlechte Konstruktion der Übergabestelle ist eine der Hauptursachen für Staubemissionen. Der durch die kontinuierliche Materialabgabe verursachte Luftstrom drückt die Luft durch die Umhüllung einer Übergabestelle, und die daraus resultierenden Turbulenzen drücken den Staub durch jede verfügbare Öffnung nach außen. Betreiber sind im Allgemeinen der Meinung, dass eine passive Staubbekämpfung durch nachträgliche Änderungen an der Konstruktion der Übergabestelle praktischer und kostengünstiger ist als Vernebelungssysteme oder HLK-Lösungen.

Steigende Produktionsmengen und Fördergeschwindigkeiten können bestehende Staubprobleme verschärfen. Wenn das System ursprünglich nicht für einen höheren Durchsatz ausgelegt war, sind Staub in der Luft, vermehrte Materialansammlungen durch Verschüttungen und Bandverstellungen unvermeidlich. Dies kann zu häufigeren Stillständen und einer erhöhten Gefährdung führen. 

Erst die Rutsche, dann die Fragen

Eine gut konstruierte Übergaberutsche verfügt über mehrere wichtige Merkmale, die die Verteilung von Feinmaterial beim Fallen und Absetzen auf einem Förderband minimieren.

Erstens bestimmen Länge, Winkel, Größe und Form einer Rutsche genau, wie das Material auf das darunter liegende Band gelangt. Die Optimierung dieser Faktoren hängt von zahlreichen Variablen ab, aber einige Konstruktionen sind besser als andere. Bei zentrierten, geneigten und löffelförmigen Rutschenkonfigurationen gelangt das Material beispielsweise mit weniger Aufprall und wenig oder gar keinem Rückprall auf das Band. Diese Konstruktion verringert das Risiko von Bandschäden, reduziert Luftturbulenzen und minimiert Ladungsverschiebungen, die eine Hauptursache für Spurveränderungen sind.

Die Verwendung von Verschleißauskleidungen verhindert, dass herabfallende Materialien die Sockelleiste beschädigen. Dadurch wird auch die Sockelleiste geschützt, die zur Abdichtung der Übergabestelle dient, was die Lebensdauer der Anlage erhöht. Darüber hinaus ermöglichen nach außen gerichtete Verschleißauskleidungen einen einfachen Zugang zu den Gehäusen und damit eine schnellere und sicherere Wartung. Diese Konstruktionen erhöhen auch die Höhe der Rutsche, sodass mehr Platz für die Staubabscheidung in der Beruhigungszone zur Verfügung steht.  

Einhausung des Bereichs

Entlang der gesamten Länge der Ladezone muss die gesamte Einhausung mit einer Bandumrandung gut abgedichtet sein:

Eine einfache Umrandung sollte entsprechend der Form des Bandtrogwinkels zugeschnitten werden, um eine bessere Abdichtung zu erzielen. Die besten Konstruktionen können für eine einfache und sichere Einstellung außen montiert werden.

Doppelte Schürzen sind eine technische Kon­struktion mit einer primären und einer sekundären Dichtung, die einen zusätzlichen Schutz vor Verschüttungen und Staubabrieb bieten. Doppelte Schürzen sind in Urethan und Gummi erhältlich.

Selbstjustierende Schürzensysteme nutzen die Schwerkraft, um einen leichten Druck nach unten auszuüben, wodurch der Wartungsaufwand minimiert wird. In manchen Situationen können sie die richtige Lösung sein.

Auffangen des Aufpralls

Das Gewicht des auf einem Förderband landenden Materials kann dazu führen, dass sich das Band zwischen der Seitenwand und den Tragrollen durchhängt. Die Effizienz und Leistung einer Übergabestelle kann durch die Installation einer Auffangvorrichtung unter dem Band erheblich verbessert werden. Aufprallstützen absorbieren die Kraft des fallenden Materials und verhindern so Schäden am Band und an der Konstruktion. Die stoßdämpfenden Stangen tragen dazu bei, die Umgebung abzudichten und Verschüttungen zu verringern. Darüber hinaus sorgen unter dem Band angebrachte Gleitstützen mit abriebfesten Polyurethan-Stangen für eine Abdichtung entlang der gesamten Länge der Seitenwand und schaffen so eine luftdichte Absetzzone.

Vorhang auf

Nach dem ersten Aufprall kann turbulente Luft durch Verlängerung der Übergabeschurre entlang einer bestimmten Länge des Förderbandes beruhigt werden, wodurch ein größerer Raum für größere Partikel entsteht, die zurück auf das Band fallen können. Auch wenn weiterhin ein gewisser Luftstrom vorhanden ist, besteht der Schlüssel darin, diesen auf unter 1 m/s zu verlangsamen, damit sich die Partikel absetzen können. Das Hinzufügen einer Rückwand und von Staubvorhängen ist für die Verlangsamung des Luftstroms unerlässlich, aber das einfache Anbringen dieser Elemente an den Enden führt nicht unbedingt zu der erforderlichen ruhigen Umgebung. 

Das Verständnis des Luftstroms und die strategische Platzierung der Vorhänge sind der Schlüssel zur Verlängerung der Transportstrecke für die Staubpartikel, damit diese mehr Zeit haben, sich zu agglomerieren und auf dem Band abzusetzen. Rutschen, die ordnungsgemäß abgedichtet und mit drei Vorhangzonen nachgerüstet sind, führen den Luftstrom zurück und ermöglichen das Absetzen des Staubs. Feldversuche zeigen eine drastische Reduzierung der Emissionen von sowohl störendem als auch lungengängigem Staub bei korrekter Vorhanganordnung.

Kollektive Entscheidung

Die oben beschriebenen Transferpunktmerkmale können zusammenfassend als „passive Staubkontrolle“ bezeichnet werden, bei der technische Konstruktionslösungen zum Einsatz kommen, um die Entstehung von Staub in der Luft zu minimieren und ihn zurück in den Materialfluss zu leiten. Unter bestimmten Umständen, beispielsweise wenn Längen- oder Platzbeschränkungen für Rutschen eine verlängerte Absetzzone verhindern, können jedoch Staubbeutel und mechanische Luftreinigungsvorrichtungen erforderlich sein. Diese nutzen in der Regel den Luftstrom, um Staub zu sammeln und wieder auf das Band zu befördern. Sie können jedoch einen höheren Wartungs- und Überwachungsaufwand erfordern, sodass eine Abdichtung immer vorzuziehen ist, um die Wartungskosten zu minimieren.

Austragungsrückstände

Auch flüchtige Materialien im Austragsbereich können problematisch sein. Rückstände aufgrund unzureichender Bandreinigung können zu Verschüttungen führen und entlang der gesamten Länge des Band­rücklaufs zu Materialverwirbelungen in der Luft führen. Neben der Ansammlung von Material unterhalb des Systems können Förderbänder, die Wind und Wetter ausgesetzt sind, flüchtigen Staub über einen größeren Bereich verteilen.

Um Rückstände zu vermeiden, erfordert die optimale Reinigungslösung Technologien, die den Bedarf an regelmäßiger Wartung und Inspektion reduzieren und so ungeplante Ausfallzeiten verhindern. In Bezug auf die Arten von Materialien, die recycelt werden, haben führende Hersteller von Bandreinigern langlebige Lösungen entwickelt, mit denen sich Bänder von den abrasivsten, korrosivsten, säurehaltigsten oder flüssigsten Substanzen reinigen lassen, ohne das Band selbst zu beschädigen.

Fazit

Die Vielfalt der Abfallstoffe und die Prozesse des Zerkleinerns, Schredderns und Mahlens führen unweigerlich zu großen Mengen an Partikeln, die leicht in die Luft gelangen können, wenn sie nicht streng kontrolliert werden. Förderbandübergabestellen sind zwar nicht die einzige Staubquelle, aber sie gehören zu den häufigsten Verursachern von Partikelemissionen.

Staub ist eines der am schnellsten wachsenden Gesundheitsprobleme in der Industrie, aber es gibt Lösungen, um ihn zu kontrollieren. Über Gesundheit und Sicherheit hinaus bietet die Beseitigung von Staub in der Luft zahlreiche Vorteile, darunter eine bessere Raumhygiene, ein verbessertes Umweltmanagement, weniger Wartungsaufwand, Prozesseffizienz, höhere Produktivität und eine Senkung der Gesamtlebenszykluskosten.

Eine vollständige Anleitung zum Staubmanagement ist im Grundlagenbuch von Martin Engineering, Abschnitt 4 (info.martin-eng.com/foundations-book-download-page-25) zu finden.

Durch die Bekämpfung der Ursachen, die Befolgung bewährter Verfahren und die Installation hochwertiger Komponenten können Recyclingunternehmen Staub methodisch bekämpfen. Sobald die wichtigsten Staubquellen beseitigt sind, wird es einfacher, Emissionen aus anderen Bereichen des Betriebs zu eliminieren, mit dem Ziel eines vollständig sauberen, effizienten und vor allem sicheren Betriebs.

Fallstudie: Energiegewinnung aus Abfall
in Deutschland

Eine große Energiegewinnungsanlage in Deutschland verarbeitet jährlich rund 300 000 t Abfall. Die Anlage verarbeitet eine Vielzahl von Materialien und erzeugt Energie in Form von Strom und Wärme, während gleichzeitig Reststoffe zur Wiederverwendung zurückgewonnen werden. Ein wichtiger Teil des Betriebs sind die 40 Förderbänder – mit einer Breite von 800 mm bis 1200 mm und einer typischen Geschwindigkeit von 1,3 m/s –, die zum Transport abrasiver Materialien durch den Prozess verwendet werden. Anhaltende Rückstände auf den meisten Förderbändern führten zu einem übermäßigen Reinigungsaufwand, was ein Problem für die Produktivität darstellte und potenzielle Sicherheitsrisiken mit sich brachte.

Die Experten von Martin Engineering besuchten den Standort und empfahlen eine innovative Lösung zur Bandreinigung – den CleanScrape^®-Primärreiniger und den hochwirksamen SQC2™-Sekundärreiniger. Beide Reinigertypen eignen sich perfekt für schwierige Bedingungen mit begrenztem Platzangebot. Sie haben eine lange Lebensdauer und sorgen für eine effektive Bandreinigung ohne Risiko für das Band oder die Verbindung. Der CleanScrape^®-Primärreiniger ist besonders langlebig und verfügt über ein einzigartiges Design: Er wird diagonal über die Abwurfrolle installiert, bildet eine dreidimensionale Kurve und verfügt über eine Matrix aus Wolframkarbidspitzen. Er übt nur minimalen Druck auf das Band aus und entfernt verhärtetes Material, ohne das Band zu beschädigen.

Insgesamt wurden 30 CleanScrape^®-Primärreiniger und 5 SQC2™-Sekundärreiniger an den betroffenen Förderbändern installiert. Durch die Installation konnten der Reinigungsaufwand und ungeplante Ausfallzeiten erheblich reduziert werden, wodurch sich die Betriebskosten senken ließen. Dank der optimierten Bandreinigungsleistung durch den CleanScrape^®-Primärreiniger sowie der Kombination aus Primär- und Sekundärreinigern und deren Langlebigkeit erzielte das Werk eine höhere Produktivität bei deutlich geringerem Wartungsaufwand.