Sortierung von Kunststoffabfällen durch mobiles RFA- Screening auf verbotene polybromierte-flammhemmer

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1 Sortierung von Kunststoffabfällen durch mobiles RFA- Screening auf verbotene polybromierte-flammhemmer 22. Seminar Kunststoffrecycling in Sachsen Dresden Dipl. Ing. Stefan Rutsch Tel.: Mobil: Mail: analyticon instruments gmbh Dieselstr. 18 D Rosbach v. d. Höhe

2 Problem: Vermarktung als Abfall oder als Wertstoff? Wenn ich nur wüsst was drinnen ist Kunststoffarten (ca. 40 Kunststoffarten, erweiterbar) auch schwarze Kunststoffe bis 1% Kohlenstoffruß im Kunststoff zu trennen qualitative und quantitative Messungen Produktionsüberwachung Warenein- und -ausgang (durch Glas und Folie) Qualitätsüberwachung 2

3 Lösung: Identifizierung der Kunststoffart mit Nahinfrarot und Analyse mit Röntgenfluoreszenz Handgerät mobile NIR mphazir NIR (Nah-Infrarot) bekannte Analysen-Methode in Kunststofftechnik bisher aufgrund Bauform und Größe der Geräte Einsatz im Labor durch neue Technologien nun auch mobile Geräte verfügbar Analyse mit Licht (nahes Infrarot: nm / nm) Detector: InGaGs Handgerät oder mit Probenkammer RFA-Gerät NITON XL2 Gewicht 1,5 Kg Akku- oder Netzbetrieb (mit Probenkammer) Röhre 45 KV, 2 W Detektor: Si-PIN, Auflösung < ev) Messfleck Ø 8 mm 3

4 Einfaches Arbeiten mobile NIR im Kunststoff-Recyling Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen einfachste Bedienung Messzeit wenige Sekunden zerstörungsfrei Probe steht noch zur Verfügung Beispiele: Überprüfung an Sortieranlage Prüfung großer Teile Teppich Recycling: Nylon 6, Nylon 6-6 Textilien: Nylon, Wolle, Baumwolle, Erkennung von mehr als 30 Kunststoffsorten: PET, PP, PS, ABS, PI, PSO, PE, PPS, TPV, PTT, PC, PMP, PBT, PA, PETG, SAN, EVA, PB, PPO, CA, PA6, PMMA, PUR, PVC, PVA, Ionomer, Polyallomer, Vinyl, Styrol- Terpolymer, Elastomer, Nylon 6, Nylon 6-6, Wolle, Baumwolle, 4

5 standardmässig ein Saphirschutzfenster am Messkopf zusätzliches Display am hinteren Teil des Messkopfes Ladeanzeige am Akku, Ersatzakku standardmässig incl. automatische Referenzmessung am internen Referenzstandard 5

6 MERKBLATT Grenzüberschreitende Verbringung und ordnungsgemäße Behandlung von Kunststoffabfällen mit verbotenen polybromierten Flammhemmern (PBDE, PBB) Die Beprobung von über 3000 Stück TV-Gehäusen und fast 1600 PC-Gehäusen ergab, dass etwa 15% der Kunststoffabfälle aus TV-Gehäusen und etwa 47% Kunststoffabfälle aus PC-Gehäusen deutlich höhere Summengehalte an PBDE als 0,1% aufweisen und bei Nichtabtrennung zu einer Überschreitung des Grenzwertes 0,1% führen Folge: mehrfache Überschreitungen des Grenzwertes! [Institut für nachhaltige Abfallwirtschaft und Entsorgungstechnik, Motanuniversität Leoben (2012)] Im Falle der grenzüberschreitenden Verbringung ist somit eine Einstufung derartiger Abfallfraktionen in die Grüne Liste der EG-AbfallverbringungsVO Nr. 1013/2006 unzulässig 6

7 Wie kann ich das jetzt umsetzen? Bei kontinuierlicher Bestimmung des Gesamtbromgehaltes mittels Röntgenfluoreszenzanalytik (z.b. Handheld ) unter Einhaltung der strahlenschutzrechtlichen Bestimmungen und Umrechnung auf PBDE sowie gleichzeitiger Ausschleusung der höher belasteten Kunststoffabfälle mit PBDE ist eine Einstufung der Kunststofffraktionen aus der Elektroaltgeräteaufbereitung (insbesondere Bildschirmgeräte), in die Grüne Liste der EG-AbfallverbringungsVO Nr. 1013/2006 (Eintrag B3010 Kunststoffe) möglich. Bei diskontinuierlicher Bestimmung ist damit zu rechnen, dass die Mehrzahl der Fraktionen aufgrund des Vorliegens einiger stark belasteter PBDE-Kunststoffe den Grenzwert von 0,1% PBDE (in Summe) für die Einstufung in die Grüne Liste der nicht einhalten. Somit wäre bei diskontinuierlicher Messung eine Einstufung von EAG-Kunststoffabfällen generell als nicht gelisteter Abfall gemäß EG- AbfallverbringungsVO Nr. 1013/2006 (Notifikations- und Bewilligungspflicht) vorzunehmen. nur tatsächlich analysierte Einzelchargen (GC/MS) als Abfall der Grünen Liste verbracht werden dürfen, die den Grenzwert von 0,1% für die Summe der PBDE nachweislich einhalten! Eine stoffliche Verwertung jener Fraktionen größer 10 Tonnen, die den Grenzwert 0,1% für die Summe aller PBDE und PBB (davon Grenzwert: <50 ppm PBB für die Einstufung in die Grüne Liste) überschreiten, ist im Elektroniksektor verboten (siehe Vorgaben der europäischen ROHS-RL bzw. ElektroaltgeräteVO). 7

8 RFA - Messprinzip Element-Analyse Röntgen-Fluoreszenz-Analyse (RFA, engl. XRF) Röntgenröhre bestrahlt Probe und entfernt Elektronen von inneren Schalen der Elektronenhülle. Elektronen höherer Schalen füllen entstandenen Lücken aus und geben charakteristische Röntgen-Fluoreszenz-Strahlung ab. Diese wird im Detektor detektiert. Das Röntgen-Spektrum wird ausgewertet: qualitativ (Elemente) und quantitativ (Element-Gehalte). Probe kann beliebig sein: fest, flüssig, gasförmig, leitend, Isolator, Metall, Nichtmetall,. (DIN 51418) X-ray tube X-ray fluorescence 8

9 RFA - Möglichkeiten und Grenzen Möglichkeiten Akkurate Messergebnisse Einfach Schnell: Anzeige nach 2 Sekunden aller Elementen (bis 21) Grenzen der RFA Physik (Anregung, Absorption, Detektor,..) Linien-Überlagerungen (Röntgen-Spektral-Linien) Genauigkeit abhängig von Kalibrierung (Kalibrierproben) inhomogene Proben 9

10 Informationstiefe der Elemente abhängig von Energie der Spektral-Linie, Matrix, (Winkel) jedoch prinzipiell nicht vom Geräte-Typ für Brom 30 mm in PE für Brom 2 mm in PVC Information depth in µm (99% attenuation) Pine Wood d=0.53 PE d=0.96 PVC d=1.3 EPS d=0.1 Glass d=2.5 Soil d=1.4 Al d=2.7 H2O d=1 Brass d=8.5 Solder d=8.9 Au d=19.3 Fe d=7.8 1 Mg-Ar: K-Cr: Fr-Nd: Tube voltage 8 kv 20 kv 50 kv 0.1 Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti Cr Fe Ni Cu Zn Ta W As Au Br Pb Bi Sr Zr Mo Rh Ag Cd Sn Sb Ba La Ce Pr Nd calculated by Dr. Mathieu Bauer, ThermoScientific Niton Analyzer, for incident and take off angel 21 deg 10

11 11 Einfach und sicher Arbeiten

12 Hartkunststoffe Eine Beispielmessung aus der aktuellen LAGA Studie zur Validierung der Probenvorbereitung Teilen, Vierteln mg/kg Brom 629 mg/kg Cadmium 4067 mg/kg Antimon 12

13 Fazit unübertroffene Flexibilität und Wirtschaftlichkeit Erstmals statistische Aussagen möglich! Gleichzeitige schnelle Bewertungen von über 20 Elementen möglich Geringer zeitlicher Aufwand Schnelle Reklamation und/oder Produktionsüberwachung Nachweisgrenze ausreichend ideal für Schwermetalle und halogenierte Flammschutzmittel in Kunststoffen geeignet Analytik in Kombination mit herkömmlicher Probenaufbereitung jederzeit möglich Fragen? Stefan Rutsch

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