книги / Переработка отходов производства и потребления
..pdfтрикотажа, отходов, полученных при нанесении покрытий и при каландровании, отходов вакуум-формования и т. д. При гранули ровании в экструдере можно осуществить направленную модифи кацию отходов с получением продуктов с улучшенными свойства ми, что позволяет использовать их в различных отраслях промыш ленности.
Червячные экструдеры для гранулирования отходов термопла стов имеют узел дегазации. В зависимости от последовательности двух процессов, проходящих во время гранулирования, - резки и охлаждения - измельчение осуществляют двумя способами: грану ляцией на экструзионной головке и подводным гранулированием. Выбор способа гранулирования зависит от свойств полимера: вяз кости и адгезии расплава термопласта к металлу.
При грануляции на экструзионной головке расплав выдавлива ется через отверстия решетки (количество которых достигает 300) в виде жгутов (стренг) и тут же срезается скользящими вдоль ре шетки ножами. Полученные при резке гранулы охлаждаются воз духом или водой. При гранулировании полиолефинов срезанные гранулы попадают в ванну с водой, где и происходит их охлажде ние.
При подводном гранулировании жгуты расплава полимера сра зу поступают в ванну с водой и уже там нарезаются на гранулы. Температура воды поддерживается в пределах 50 - 70 °С, что по зволяет ей интенсивно испаряться с поверхности гранул во время их сушки. Расход воды составляет 40 м3 на 1 т гранулята. Размер получаемых гранул зависит от размера и формы отверстий, скоро сти вращения шнека и числа срезающих ножей.
При гранулировании в экструдере материал постоянно нахо дится под воздействием механических сил и высокой температуры, что способствует процессу термомеханодеструкции полимерных це пей.
Для подготовки к переработке объемных отходов пластмасс, например пленки, используют агломерацию. Агломераторы обеспе чивают непрерывное приготовление сыпучего гранулята из пленоч ных, волокнистых и пористых отходов термопластов всех видов: полиэфирных, полипропиленовых, полистирольных, полиамидных, поливинилхлоридных и др.
Разработан агломератор для гранулирования отходов термопла стов с низкой насыпной плотностью, минуя подготовительные ста дии. Он представляет собой вращающийся цилиндр с электрообог ревом. При работе температура в цилиндре поддерживается выше температуры плавления термопласта. Цилиндр размещен внутри нагреваемого цилиндрического кожуха, смещенного по отношению
коси цилиндра. Кожух и цилиндр агломератора образуют камеру
суменьшающимся поперечным сечением и заканчивающуюся с
противоположной стороны раклей, за которой расположена головка с отверстиями или прорезями.
Попадая на горячую поверхность вращающегося цилиндра, ма териал, вводимый в бункер, плавится и прилипает к его поверхно сти. Так как поперечное сечение камеры при вращении цилиндра уменьшается, расплавленный материал прижимается к наиболее ограниченной зоне камеры и, наконец, к ракле, а затем выдавли вается наружу через головку. Из материала, проходящего последо вательно устройство охлаждения и режущие элементы, получают гранулят. Размер частиц 2 - 1 5 мм, насыпная плотность 400 кг/м3. В процессе агломерации возможно введение в композицию какихлибо добавок (наполнителей, красителей и др.).
Разделение смесей отходов полимеров осуществляют различ ными методами. Смешанные отходы термопластов содержат, как правило, вешества, различающиеся механическими и химическими свойствами, что позволяет для их разделения применять физиче ские и химические способы.
Разделять смеси термопластов можно, сочетая процессы грохо чения и воздушной сепарации, основу которой составляет различие в скоростях осаждения, размерах твердых частиц и их плотности. Полная сортировка достигается, когда скорость оседания самых крупных частиц легкого компонента равна скорости оседания са мых малых частиц тяжелого компонента. С помощью этого метода можно разделить до пяти-шести видов материалов.
Для разделения отходов пластмасс по видам можно использо вать флотационный метод, основанный на различии в смачиваемо сти полимеров водой. С целью увеличения эффективности разделе ния используют ПАВ, изменяющие смачиваемость полимеров и по верхностное натяжение на границе раздела воздух - полимер - во да. В частности, для выделения из смеси отходов частиц ПВХ ис пользуют водные растворы сульфоната двухосновного алифатиче ского спирта, полиоксиэтиленсульфата и других ПАВ.
Хорошие результаты получаются при последовательном разде лении отходов различных пластмасс в солевых растворах с различ ной плотностью (способ тяжелосредной сепарации).
11.3. Особенности переработки отходов некоторых термопластов
Переработка отходов полиолефинов. Полиолефины - самый распространенный вид термопластов, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве. К ним относятся полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен. Наиболее эффективным спосо бом утилизации отходов полиолефинов является их повторная пе реработка. Ресурсы вторичных полиолефинов велики: только отхо
ды потребления полиэтилена низкой плотности в 1995 г. достигли 2 млн. т.
Способы переработки отходов полиолефинов зависят от марки полимера и их происхождения. Наиболее просто перерабатываются технологические отходы, т.е. отходы производства, которые не подвергались интенсивному свето-тепловому воздействию в про цессе эксплуатации. Не требуют сложных методов подготовки и отходы потребления из полиэтилена высокой плотности и полипро пилена, так как, с одной стороны, изделия, изготавливаемые из этих полимеров, не претерпевают значительных воздействий вследствие своей конструкции и назначения (толстостенные дета ли, тара, фурнитура и т.д.), а с другой стороны, исходные полиме ры более устойчивы к воздействию атмосферных факторов, чем полиэтилен низкой плотности. Такие отходы перед повторным ис пользованием нуждаются только в измельчении и гранулировании.
К основным особенностям полиэтиленовых отходов потребле ния относятся низкая насыпная плотность, пониженные прочно стные свойства и высокая вязкость расплава. Изменение физико механических свойств вторичного полиэтилена, полученного из от ходов потребления, является следствием термоокислительного и механохимического воздействия на полимер в процессе переработ ки и особенно при эксплуатации. Наибольшее изменение свойств происходит именно вследствие протекания фотохимических про цессов.
Вторичный полиэтилен низкой плотности, полученный из отра ботанной сельскохозяйственной пленки, сильно отличается от пер вичного материала. В табл. 11.3 приведены свойства исходного по лиэтилена и этого же материала после повторной переработки и после трехмесячной эксплуатации пленочного материала из него в районе с субтропическим климатом.
|
|
|
Т а б ли ц а 11.3 |
|
Изменение свойств полиэтилена низкой плотности |
||||
при повторной переработке и при старении |
|
|||
Показатели |
|
Полиэтилен |
|
|
исходный |
вторич |
вторичный после |
||
|
||||
|
ный |
эксплуатации |
||
|
|
|||
Содержание низкомолекулярной |
0,1 |
6,2 |
6,2 |
|
фракции, % |
|
|
|
|
Содержание геля, % |
0 |
20,0 |
20,0 |
|
Прочность при растяжении, МПа |
15,5 |
10,0 |
11.4 |
|
Относительное удлинение, % |
490,0 |
125,0 |
17,0 |
|
Стойкость к растрескиванию, ч |
8,0 |
1,0 |
- |
|
Светостойкость, сут |
90,0 |
50,0 |
— |
Для вторичного полиэтилена низкой плотности, полученного из отходов потребления, характерна низкая текучесть расплава при малых напряжениях сдвига. Однако ее можно регулировать, Изме няя температуру и напряжение сдвига.
Снижение текучести расплава может служить критерием для ориентировочной оценки свойств отходов и их пригодности для по вторного использования совместно с исходным материалом.
Для улучшения свойств вторичного полиолефина в компози цию на его основе добавляют минеральные и органические напол нители, ПАВ и другие добавки. Так, введение наполнителя в коли честве до 30% (объемн.) позволяет получать из вторичного поли этилена напорные трубы, упаковочные пленки, многооборотную тару и другую продукцию. В качестве наполнителя могут быть ис пользованы дисперсные частицы любой природы, в том числе из отходов других материалов, например древесная мука, резиновая крошка или измельченные отходы реактопластов.
Интересен опыт Тушинского машиностроительного завода, ко торый производит из отходов полиэтилена и резиновой крошки массивные блоки для переездов трамвайных путей. Основная масса такого изделия изготавливается прессованием из смеси крупной крошки и отходов пластика, а покровный слой небольшой толщи ны - из износостойкой протекторной резины. Такие изделия повы шают долговечность переездов, уменьшают шум, снижают нагруз ку на трансмиссию и колеса автомобиля.
Подготовка отходов полиолефинов к повторному использова нию включает следующие операции: сортировку; идентификацию (для смешанных отходов), измельчение, разделение смешанных отходов, мойку, сушку, агломерацию, грануляцию.
Первичная сортировка заключается в разделении отходов по цвету, габариту, форме и при возможности - по видам пластмасс. Она проводится вручную на сортировочных столах.
Идентификация видов пластмасс необходима для отделения друг от друга отходов изделий, изготовленных из различных по лимеров, поскольку их смешивание приводит не только к ухудше нию внешнего вида будущих изделий, но и очень часто к сниже нию технологических свойств смеси и физико-механических свойств изделий.
Мойка осуществляется с целью очистки отходов от загрязнений с помощью специальных моющих агрегатов, состоящих из ленточ ного транспортера, бункера, транспортирующего шнека и моющей камеры. Для мойки используют воду и синтетические моющие средства.
Вымытые отходы подвергают сушке для удаления остатков во ды. Для этого применяют сушилки различных конструкций: полоч ные, ленточные, с ’’кипящим” слоем, вихревые и т.д.
Заключительной стадией подготовки отходов полиэтилена к по вторной переработке в изделия является агломерация измельчен ных отходов и их грануляция.
Особенно важна стадия агломерации для отходов с низкой на сыпной плотностью (например, пленочных материалов из полиэти лена низкой плотности). В процессе агломерации происходит ус реднение отходов и их уплотнение, что облегчает их дальнейшую переработку.
Многократная переработка другого полимера из класса поли олефинов - полипропилена приводит обычно к увеличению пока зателя текучести расплава (ПТР), хотя при этом прочностные ха рактеристики материала не претерпевают значительных измене ний. Поэтому отходы, образующиеся при изготовлении деталей из полипропилена, а также сами детали по окончании срока эксплуа тации могут быть повторно использованы в смеси с исходным ма териалом для получения новых деталей. В табл. 11.4 приведено из менение свойств полипропилена в процессе многократной перера ботки.
Таблица 11.4
Влияние многократной переработки методом литья под давлением на свойства полипропилена
Показатели |
|
Кратность переработки |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
||||||
Прочность при статическом изгибе, МПа |
42,3 |
37,2 |
30,8 |
32,9 |
34,2 |
|
Удельная ударная вязкость, кДж/м2 |
1300 |
1250 |
1100 |
1050 |
990 |
|
Прочность при растяжении, МПа |
35,6 |
34,1 |
35,2 |
34,6 |
33,5 |
|
Относительное удлинение, % |
52 |
55 |
59 |
61 |
98 |
Рассмотренные технологические операции по подготовке к по вторному использованию отходов полимерных материалов могут быть реализованы на непрерывной линии, которая включает в себя все необходимые агрегаты для их выполнения.
Так, линия немецкой фирмы ’’Райфенхаузер” для гранулиро вания загрязненной полиэтиленовой пленки включает: ножевой измельчитель; ванну для мойки; вихревой водоотделитель; фильтр; червячный пресс; ванну с охлаждающей водой; гранулятор; транс портирующие устройства; вспомогательное оборудование.
Процесс получения гранул на этой линии состоит из следую щих стадий: измельчения, смешения, усреднения, отмывки, суш ки, уплотнения, пластикации, фильтрации расплава, формования жгутов, охлаждения жгутов, гранулирования, контроля качества гранулята и его затаривания.
Производительность такой линии составляет 300 кг/ч, установ ленная мощность 326 кВт, расход охлаждающей воды 2,5 м /т, расход воды для отмывки пленки 5,5 м3/т, размеры гранул 4x4 мм.
Отечественная линия ЛПВ-2000 (рис. 11.3), выпускаемая на заводе ’’Кузполимермаш”, предназначена для комплексной подго товки к переработке кусковых и пленочных отходов полиэтилена. Производительность линии составляет 2000 т/год. Измельчение от ходов производится в роторных измельчителях (ИПР-300 - для ку сковых отходов, ИРНП-300-600 - для пленочных отходов). Из мельченные отходы в виде пульпы попадают в шнековый промыватель, откуда поступают в отжимное устройство и далее в вихревую сушилку, а затем в шнековый экструдер на грануляцию. Размер гранул, получаемых на этой линии, 2 - 5 мм.
Рис. 11.3. Схема производства вторичной полиэтиленовой пленки:
1 ~ узел сортировки отходов; 2 - дробилка; 3 ~ моечная машина; 4 - |
цен |
||
тр и ф у г 5 - сушилка; |
6 - питатель; |
7 - экструзионные прессы; 8 - |
гра |
нулятор; 9 - |
смеситель; 10 - |
пленочный агрегат |
|
Переработка отходов поливинилхлорида. Поливинилхлорид и его сополимеры широко применяют в производстве покрытий для полов, стен, мебели, обивочных и галантерейных искусственных кож, пленок, клеенки, обуви, литьевых изделий и т. д. Значитель ные количества отходов этого полимера образуются как при изго товлении этих материалов, так и при их использовании в промыш ленности, в частности при раскрое рулонных материалов.
Можно выделить три основных направления в использовании отходов ПВХ:
*переработка отходов в линолеум, искусственные кожи и пленочные материалы;
*химическое восстановление ПВХ композиций с регенериро ванием, как правило, пластификаторов и ПВХ порошка;
*использование отходов в различных полимерных компози циях.
Поскольку ПВХ широко применяют при изготовлении рулон ных материалов на текстильной основе, ниже мы рассмотрим осо бенности переработки отходов именно таких текстильно-полимер ных материалов, которые образуются в значительных количествах и при изготовлении, и при их применении.
Только на автомобильных заводах России при вырубке деталей обивки и облицовки салонов автомобилей ежегодно образуются сотни тонн отходов искусственных кож и пленочных материалов на основе ПВХ. Такие отходы могут быть использованы для полу чения вторичных материальных ресурсов и для последующего из готовления из них линолеума, упаковочных пленочных материалов и другой продукции.
При сборе отходов нельзя допускать смешивания обрезков ис кусственной кожи различных цветов. В общем виде схема регене рации отходов искусственной кожи и пленочных материалов пред ставлена на рис. 9.4. По такой схеме можно изготавливать различ ные покрытия для полов (линолеум, линолеумную плитку), искусственные кожи технического назначения и другие материалы.
Компоненты смеси
Текстильная основа
Рис. 11.4. Схема регенерации отходов искусственной кожи и пленочных материалов
Отходы искусственных кож сначала поступают на измельчение в дробилку. Из дробилки получившаяся крошка выталкивается в накопительную емкость.
При переработке отходов сильно загрязненных ПВХ пленок важным процессом подготовки является их очистка и промывка, которые осуществляются в промывочном устройстве, включающем
мешалку с вертикальными лопастями. Мешалка расположена та ким образом, что весь внутренний объем промывочного устройства делится на две зоны: зону турбулентного потока, который образу ется ниже лопастей мешалки, и зону ламинарного потока над ними.
Через дозирующее устройство крошка непрерывно поступает в промывочное устройство сначала в турбулентную зону, а затем в зону ламинарного потока. Отходы всплывают на поверхность про мывного раствора, плотность которого больше плотности крошки, и отбираются с помощью специального подъемного устройства.
Улавливающие воронки, расположенные в днище промывочно го устройства ниже зоны турбулентности, создаваемой мешалкой, собирают включения, отделенные от крошки, и выводят их через трубопровод. Крошка, поднятая вертикальным транспортером, раз гружается на желоб, по которому она стекает во входное отвер стие, питающее воздуходувку, и из нее выдувается на вихревое си то. Подсушенная крошка падает вниз и захватывается поперечным потоком подогретого воздуха, создаваемым подъемной воздуходув кой. Высушенная крошка по трубопроводу через циклоны направ ляется на гомогенизацию на рифайнер-вальцы.
Время обработки на вальцах составляет 1 - 5 мин, что вполне достаточно для разрушения текстильной основы и гомогенизации смеси. Полученная гомогенная смесь поступает на экструдер-гра нулятор, а оттуда в виде гранул подается в накопительный бункер.
Технологические отходы производства пленочных материалов и искусственных кож не нуждаются в промывке, сушке и ряде дру гих промежуточных операций.
Оборудование, применяемое на различных операциях переработ ки технологических отходов искусственных кож, приведено ниже:
Дробление |
Дробильные вальцы Др-800: |
|
|
|
|
длина рабочей части валков 800 мм |
|||
|
производительность за 1 |
цикл 50 кг |
||
|
мощность двигателя 75 кВт |
|
||
|
загрузка - |
не более 20 кг |
|
|
|
масса вальцов 15660 кг |
|
не менее 25 мин |
|
|
продолжительность обработки - |
|||
|
габариты 3,72*2,89*1,18 м |
|
||
Гомогенизация |
Интенсивный смеситель: |
|
|
|
|
объем 100 л |
|
|
|
|
масса 29.4 т |
|
|
|
|
время смешения 5 - 7 мин |
130 ’С |
||
|
температура в смесителе |
120 - |
||
Листование |
Вальцы СМ-1530: |
|
|
|
|
габариты |
4,63*2,93*2,05 м |
|
|
|
диаметр валков 550 мм |
|
|
|
|
длина рабочей части валков 1530 мм |
|||
|
фрикция |
1:1,17 |
|
|
|
мощность двигателя 75 кВт |
|
||
|
частота вращения двигателя 985 мин |
|
температура валков , |
°С: |
|
||
|
переднего 9 0 -1 0 0 |
|
|||
|
заднего |
100 - |
110 |
|
|
|
зазор между валками 4,5 мм |
||||
|
загрузка 60 - 70 кг |
|
|
||
|
время разогрева 10 мин |
|
|||
Рафинирование |
Рифайнер-вальцы-800: |
|
|
||
|
габарит 3,715x2,893x1,880 м |
||||
|
мощность двигателя |
75 кВт |
|
||
|
частота вращения двигателя 980 мин'1 |
||||
|
производительность 5 0 - 6 0 |
кг/ч |
|||
|
температура валков, °С: |
|
|||
|
переднего 9 0 -1 0 0 |
|
|||
|
заднего |
100 - |
110 |
|
|
|
фрикция |
1:2,5 |
|
|
|
|
частота вращения, мин'1: |
|
|||
|
переднего вала |
13,5 |
|
||
|
заднего вала 27,0 |
0,1 - |
0,2 мм |
||
|
зазор между валками |
||||
|
количество пропусков |
1 —2 |
|
||
|
загрузка - не более 20 кг |
|
Наиболее целесообразно при использовании отходов искусст венных кож предварительно отделять пленочное полимерное по крытие от текстильной основы. Такие способы существуют, но, как правило, в связи с большой трудоемкостью применяются редко. Один из способов состоит в пропитке отходов искусственных кож водой, что позволяет снизить прочность связи пленочного покры тия с текстильной основой, после чего их измельчают. При из мельчении обработанных водой отходов происходит отделение пленки от основы. Затем смесь разделяют, частицы пленочного по крытия сначала обрабатывают 20%-ным раствором серной кислоты для удаления остатков волокон основы, а затем - щелочным рас твором для нейтрализации кислоты и сушат. В результате получа ют практически исходную поливинилхлоридную композицию, ко
торая пригодна для изготовления лицевого слоя искусственной ко жи.
Обычно рулонные материалы с использованием отходов искус ственной кожи изготавливают многослойными: лицевой слой дела ют из композиции, содержащей только первичное сырье, а нижний слой - из 30% первичного сырья и 70% отходов. Содержание от ходов в нижнем слое зависит от количества текстильных волокон в них. Если отходы изготовлены из материалов, не содержащих тек стильной основы (пленок, листовых материалов, безосновного ли нолеума), то в этом случае их содержание в нижнем слое может достигать 95 - 100%. При переработке отходов ПВХ необходимо помнить о его недостаточной термостабильности. Поэтому в состав полимерной композиции дополнительно вводят стабилизаторы, а
также пластификаторы, которые позволят избежать механодеструкционных процессов.
Установлено, что при использовании соответствующих стаби лизаторов возможна 6-кратная повторная переработка отходов
ПВХ практически без изменения его физико-механических свойств.
Искусственная кожа, изготовленная с применением в нижнем слое полимерного покрытия отходов, по свойствам практически не отличается от исходного материала.
Свойства искусственной кожи на тканевой основе с монолит ным покрытием приведены ниже:
|
С использова- |
Без отходов |
|
мием отходов |
|
Масса 1 м2, кг |
0,70 |
0,71 |
Разрывная нагрузка полоски 50*100 мм, Н |
820 |
830 |
Относительное удлинение при разрыве, % |
28 |
30 |
Сопротивление раздиру, Н |
32 |
31 |
Жесткость, Н |
0,28 |
0,26 |
Хорошими свойствами обладает трехслойный линолеум, изго товленный с применением гранулята, полученного из отходов ис кусственной кожи. Содержание регенерированной ПВХ-смеси в та ком линолеуме составляет 76 - 85%, волокна 24 - 15%. Нижний слой линолеума изготавливается полностью из вторичного матери ала, средний слой содержит 75% отходов, а тонкий лицевой слой изготавливают из первичного сырья.
Технологический процесс изготовления линолеума из отходов искусственной кожи осуществляется по схеме, приведенной на рис. 11.5, на оборудовании, обычно используемом в производстве линолеума и искусстенной кожи.
При химическом восстановлении отходов ПВХ материалов с
последующим разделением на полимер и пластификаторы можно утилизировать любой тип отходов, в том числе различные пленки, листовые материалы, обивочные, галантерейные, обувные и другие искусственные кожи.
Способ включает следующие стадии:
*измельчение отходов, обработку их в полярном растворите ле в течение времени, достаточного для полного растворе ния полимера;
*фильтрация полученной смеси и отделение фильтрата, со держащего полимер, от твердого осадка, содержащего нера створимые компоненты отходов;