Rückgewinnung von Zink aus Flugasche

Automatischer Zink-Stripper

Die Kehrichtbeseitigungsanlage Kebag nahm Ende 2012 eine neue Anlage in Betrieb, in der mit Schwermetallen belastete Flugasche gereinigt wird. Das aus dem Elektrolyse-Vorgang gewonnene Zink wird wiederverwertet. Ein Vierachs-Roboter handhabt die Kathoden und Anoden.

Der Roboter ist zur Handhabung der Anoden und Kathoden mit einem schmalen Spezialgreifer versehen. (Foto: Thurnheer/Kebag)

Die Flurec-Anlage sei eine Weltneuheit, erläutert Markus Juchli, Direktor der Kebag. Hier wird aus Flugasche, deren Entsorgung bisher viel Geld kostete, wertvolles Zink gewonnen - die tägliche Ausbeute beträgt rund eine Tonne und wird verkauft. Bei der Verbrennung von Kehricht fallen neben der Schlacke - den Feststoffen, die nicht verbrennen - jährlich rund 4.000 Tonnen Flugasche an. Dies ist der Staub im Rauch, der bei jedem Feuer entsteht. In dieser Asche befindet sich ein Großteil der problematischen Schwermetalle aus der Verbrennung: Zink, Blei, Cadmium und Kupfer. Deren Entsorgung auf einer Deponie kommt nicht in Frage. In der Flugaschen-Waschanlage der Kebag wurde bisher die Asche mit Salzsäure, die bei der Rauchgasreinigung anfällt, vermischt. In der Säure lösen sich die Schwermetalle auf und lassen sich dann herausfiltern. Die Asche wird hiernach sauber genug, um zusammen mit der Schlacke auf einer Deponie entsorgt werden zu können. Zurück bleibt der Hydroxidschlamm mit den Schwermetallen. Dieser wurde bisher ins Ausland transportiert, wo die Schwermetalle recycliert wurden. Ein kostspieliges Verfahren, denn pro Tonne Hydroxidschlamm waren 350 Schweizer Franken zu berappen - pro Jahr fallen rund 750 Tonnen dieses belasteten Schlamms an.

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Eine Anfrage von BSH Umweltservice im Jahr 2008 brachte den Stein für ein neues Verfahren ins Rollen: Der Spezialist für Wertstoffrecycling suchte einen Partner zur Entwicklung einer Anlage, in der sich Zink aus dem Schlamm zurückgewinnen lässt. Kebag zeigte Interesse, zumal Zink ein wertvoller Rohstoff ist, der wiederverwendet werden kann. So entstand gemeinsam mit der BSH ein Verfahren zur Trennung von Zink. Grundlage war die Technik, die bereits aus der Zinkgewinnung aus Eisenerzen bekannt ist: Dem belasteten Schlamm wird Zinkpulver zugesetzt, was bewirkt, dass die unerwünschten Metalle Blei, Cadmium und Kupfer ausfallen und abgetrennt werden können. Um das in der Lösung verbleibende Zink in hochreiner Form zurückgewinnen zu können, sind weitere komplizierte Reinigungsschritte notwendig, bevor sich das metallische Zink elektrolytisch abscheiden lässt. Es lagert sich auf Aluminiumplatten (Kathoden) ab, von denen es schließlich abgeschält wird.

Roboter übernimmt den automatischen Schälprozess
Alle Kathoden werden täglich einmal abgeschält - was auch "strippen" genannt wird. Dieser Vorgang dauert zwei bis drei Stunden und erfolgt vollautomatisch: Die Kathoden werden der Reihe nach der jeweiligen Zelle entnommen, in einer Station wird Zink dann abgeschält, eine Etage tiefer werden Zinkplatten auf Paletten gestapelt, die Anoden und Kathoden werden gereinigt, Kathoden und Anoden werden vor und nach dem Abschälen gewogen. Die Anlage erstreckt sich über zwei Stockwerke. Im Erdgeschoss befinden sich die Elektrolysezellen mit der Automatisierung, im Untergeschoss werden die geernteten Zinkplatten palettiert. Die komplette Anlage wird über einen Leitrechner gesteuert und kontrolliert. Als Elektrolysezellen werden standardisierte Betonwannen verwendet, wie sie in Zinkhütten zum Einsatz kommen. Sie sind mit Abluftkanälen versehen. Auf den beiden Längsseiten sind spezielle Kontaktböcke für die Anoden und Kathoden aufgebaut und auf den beiden Schmalseiten Rolltore mit Servomotoren. Um beim Herausziehen der Anoden oder Kathoden ein Verschmutzen der Anlage zu vermeiden, sind auf den Rolltoren Spritzdüsen (Wasser) sowie Luftvorhänge montiert.

Ein vierachsiger Palettierroboter KR 180-PA ist auf einem etwa 1,6 Meter hohen Sockel montiert. Dessen Steuerung ist in einem separaten Raum installiert. Damit der Roboter sowohl Anoden als auch Kathoden handhaben kann, war ein speziell schmaler Greifer zu konstruieren; an den Anoden und Kathoden sind dafür Griffleisten befestigt. Der Abstand zwischen Kathode und Anode beträgt nur 42 Millimeter. Im Greifer sind zwei kleine Wägezellen integriert, womit sich die einzelnen Gewichte der Kathoden feststellen lassen. Da die Anoden und Kathoden auf den Zellen nur einseitig in den Kontaktböcken positioniert sind, hilft beim Ablegen ein am Greifer befestigter Eindrückzylinder. Der Roboter fährt über die entsprechende Zelle, und die beiden Rolltore fahren synchron an die Stelle, wo die erste Kathode dem Bad entnommen werden soll. Sie öffnen sich nur so weit, dass der Greifer dazwischenfahren kann. Für den Ernteprozess werden die Gleichrichter der zu bearbeitenden Zelle abgestellt. Mit einem Abstandssensor prüft der Roboter zuerst die Anwesenheit der Kathode. Nun fährt der Roboter hinunter, greift die Kathode und zieht sie langsam nach oben. Während des Hochziehens wird mit beidseitigen Spritzdüsen die Kathode abgespritzt und gleich wieder mit zwei Luftvorhängen getrocknet. Der Roboter fährt nun zur Strippstation. Die beiden Wägezellen im Greifer übermitteln das Gewicht der Kathode mit Zink an das Leitsystem. Mit dem bekannten Kathodenleergewicht wird nun das Zinkgewicht errechnet. Nach kurzem Auspendeln steckt der Roboter die Kathode zwischen die Messerbalken.

Zinkplatten landen auf dem Stapel
In der Zwischenzeit wurde im Untergeschoss der Fangkorb in die senkrechte Lage gebracht und unter die Strippstation hochgefahren. Die Messerbalken schließen sich, bis die Messer noch wenige Zehntelmillimeter Abstand von den Kunststoffeinsätzen haben. Der Roboter zieht die Kathode nun langsam hoch, die Zinkbleche beginnen sich zu lösen. Dabei erhält der Roboter von unten durch zwei Pneumatikzylinder Kraftunterstützung. Nach rund 100 Millimeter wird die Hubbewegung unterbrochen. Die Messerbalken öffnen sich, und die Zinkplatten lösen sich auf der ganzen Kathodenbreite. Nun kann der Roboter mit voller Geschwindigkeit hochfahren. Bereits auf halber Strecke sind die beiden Zinkhälften von der Platte abgelöst und fallen in den Fangkorb. Die Hubsäule fährt abwärts, der Fangkorb wird um 90 Grad in die horizontale Lage gedreht. Kurz vor Erreichen des Zinkstapels auf der Palette werden die Klappen am Fangkorb geöffnet, und die Zinkplatten fallen auf den Stapel. Dieser wird schließlich manuell gebunden und mit einem Kran von der Bodenwaage gehoben. Der Roboter wartet in einer definierten Parkstellung, bis wieder eine leere Palette verfügbar sowie der Schutzzaun geschlossen und quittiert ist.  W. Thurnheer/pb

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