книги / Переработка отходов производства и потребления

Рис. 11.11. Схема криогенного дробления изношенных покрышек

Металлокорд подается в обжиговую печь 5 для выжигания ос­ татков резины на проволоке и далее - на пакетировочный пресс б, текстильный корд - на доизмельчение в роторный измельчитель 7 (типа ИПР) и затем на пакетировочный пресс 8.

В результате криогенного разрушения за один удар в крошку переходит до 75% резины, содержащейся в покрышке, причем 57% крошки имеет размеры 1,25 - 20 мм и 24% - от 0,14 до 1,25 мм. Это позволяет существенно сократить затраты на доизмельче­ ние резиновой крошки обычными методами.

Удельные затраты энергии на разрушение покрышки в охрупченном виде в 1,8 раза меньше, чем в эластичном.

В самые последние годы активно разрабатывается промышлен­ ная технология высокотемпературного сдвигового измельчения (сжатие со сдвигом) по способу, разработанному отечественными учеными. В основе способа лежит сложный физико-химический процесс множественного разрушения твердых тел в условиях ин­ тенсивных комплексных нагрузок сжатия со сдвигом. При опреде­ ленных температуре и давлении резина быстро разрушается на мелкодисперсные частицы. Преимущества этой технологии заклю­ чаются в сравнительно низких энергозатратах и возможности по­ лучения из резиновых отходов мелкодисперсных частиц с высоко­ развитой поверхностью. Для реализации такого способа измельче­ ния резиновых отходов разработаны роторные измельчители не­ прерывного действия. Схема узла измельчения роторного дисперга­ тора показана на рис. 11.12.

Рис. 11.12. Узел измельчения роторного диспергатора резины

Измельчитель работает следующим образом. Отходы резины размером 30x40x10 мм, в том числе с металлокордом, поступают через загрузочную воронку 2 в камеру, образуемую корпусом 9, шнеком 77 и ротором 7. Для начала процесса установки неболь­ шой производительности снабжены обогревателем 3. Шнек и ротор имеют единый привод 7. С противоположной стороны вал 11 шне­ ка-ротора вращается в опорном подшипнике 12. Боковая поверх­ ность уплотняющего шнека имеет спиральные канавки, глубина которых уменьшается в направлении от привода к ротору. В конце шнека перед ротором имеется кольцевая проточка 4\ аналогичная проточка 5 имеется и на наружной цилиндрической поверхности ротора. Обе проточки образуют кольцевую камеру 76, в которой резиновые отходы подвергаются сжатию со сдвигом, в результате чего материал разогревается в течение нескольких секунд до 70 - 140 °С. Для охлаждения корпуса диспергатора в нем сделаны три проточные камеры 74, куда через штуцеры 15 подается охлаждаю­ щаяся вода; выход воды осуществляется через штуцер 8. Вал рото­ ра также охлаждается водой, которая поступает и выходит из него с помощью узла 13. Выгрузка измельченных отходов резины про­ изводится через патрубок 70, в который они поступают по кольце­ вому зазору 6, образуемому наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью корпуса.

Роторный измельчитель позволяет получать порошок резины, практически однородный по размеру частиц (10 - 50 мкм). Такой

можно вводить в полимерные композиции в большом количестве без ухудшения их свойств.

Интересный способ отделения резины от металлокорда после измельчения покрышек разработали японские инженеры. Предла­ гается продукты измельчения подвергнуть высокочастотному на­

греву, в результате которого происходит нагрев металла и обугли­ вание пограничного с ним слоя резины, вследствие чего она отсла­ ивается от металлических частиц.

Измельченная резина в виде муки и крошки широко применя­ ется в различных областях, и прежде всего в качестве полноцен­ ной добавки к свежим резиновым смесям. Установлено, что дис­ персность резиновой муки оказывает большое влияние на свойства резиновых изделий, а также на возможность ее применения в со­ ставе смеси. С увеличением дисперсности возможно увеличение содержания муки до 300 - 400 массовых частей на 100 массовых частей каучука. При этом прочностные свойства резины не только не снижаются, но возрастают по сравнению с резиной, содержащей в таком же количестве активные минеральные наполнители. Это становится возможным при использовании резиновой муки с раз­ мером частиц несколько микрон, что достигается при новейших способах измельчения, например при рассмотренном выше высоко­ температурном измельчении, при сжатии со сдвигом или с по­ мощью абразивно-дискового измельчителя, в котором резиновая крошка измельчается в зазоре между двумя вращающимися в раз­ ные стороны абразивными кругами.

При использовании резиновой муки в составе резин необходи­ мо учитывать, что ее свойства в процессе хранения ухудшаются, так как происходит старение резиновой муки вследствие ее интен­ сивного окисления по всей образованной в процессе измельчения высокоразвитой поверхности.

Целесообразно использование резиновой крошки в составе ас­ фальтобетонных дорожных покрытий. Благодаря повышенным фрикционным свойствам и лучшему сопротивлению износу такие покрытия могут быть эффективными на горных дорогах, на площа­ дях и улицах с интенсивными транспортными потоками, на взлет­ но-посадочных полосах аэродромов, на мостах и в тоннелях.

Высокие эластические свойства, придаваемые дорожному по­ крытию резиновой фракцией, делают этот материал весьма полез­ ным при создании дорог в регионах с большими температурными перепадами, строительстве трамвайных путей (виброзащитные свойства), беговых дорожек стадионов.

При изготовлении асфальтобетонных покрытий используется резиновая крошка размером до 25 мм без удаления частиц металлокорда и волокна. Композиция изготавливается в бетономешал­ ках (бетонные смеси) или обогреваемых смесителях (асфальтовые смеси). Для укладки покрытия используются обычные дорожно­ строительные машины.

Резиновая крошка используется в составе антикоррозионных битумных покрытий для защиты днища автомобиля, гидроизоля­ ции пластов земли при добыче нефти, поверхностной очистки воды от разлитых нефтепродуктов и для других целей. Получаемые на­

ряду с резиновой крошкой металлическая и текстильная фракции также утилизируются по технологиям, разработанным для этих видов материалов.

11.7. Производство регенерата

Одним из направлений утилизации резиносодержащих отходов, в частности изношенных шин, является получение регенерата - пластичного материала, способного вулканизоваться при добавле­ нии в него вулканизующих агентов и частично заменить каучук в составе резиновых смесей.

Регенерация резины - физико-химический процесс, в результа­ те которого она превращается в пластичный продукт - регенерат. Существуют различные способы получения регенерата, отличаю­ щиеся характером и интенсивностью воздействия на резину, а так­ же природой и количеством участвующих в регенерации резины веществ. При регенерации резины происходят следующие процес­ сы: деструкция углеводородных цепей; структурирование вновь об­ разовавшихся молекулярных цепей; уменьшение содержания сво­ бодной серы, использованной для вулканизации резины, деструк­ ция серных, полисульфидных связей, модификация молекулярных цепей каучука; изменение углеродных цепей, образованных сажей, содержащейся в резине. Это свидетельствует о сложности физико­ химических процессов, лежащих в основе регенерации резины.

При получении регенерата применяются различные химиче­ ские вещества: мягчители, активаторы, модификаторы, эмульгато­ ры и др. В качестве мягчителей используются продукты переработ­ ки нефти, угля, сланцев и лесохимического производства. Содер­ жание мягчителей зависит от способа производства регенерата.

Активаторы позволяют сократить продолжительность и снизить температуру процесса, улучшить свойства конечного продукта. В качестве активаторов наибольшее применение нашли серосодержа­ щие органические соединения.

Модификаторы позволяют придать регенерату и резине на его основе некоторые специальные свойства - прочность, масло-, бен­ зостойкость, блеск и др. Для модификации регенерата используют­ ся как мономеры (малеиновый ангидрид, малеиновая и лимонная кислоты и др.), так и полимеры (полистирол, полиметилметакри­ лат, поливинилхлорид и др.). Эмульгаторы применяют в техноло­ гических целях —для стабилизации водных дисперсий измельчен­ ных резиновых отходов.

Начальная стадия получения регенерата любым из существую­ щих способов - измельчение резиновых отходов. Размер частиц, которые необходимо получить при измельчении, определяется спо­ собом последующей регенерации, а также свойствами резины, под­ вергаемой регенерации, и требованиями к регенерату. Чем меньше размеры частиц резины, тем более быстро и равномерно они набу­ хают в мягчителях, в результате чего повышается производитель­ ность оборудования и улучшается качество регенерата. Однако уменьшение размеров резиновой крошки связано с увеличением затрат на ее получение, поэтому размеры частиц всегда больше 0,5 мм.

размером 2,5 - 3,5 мм, содержа­

\ние текстильного корда в ней не

должно превышать 10% (масс.). J0Ls Количество мягчителя, добавля­ емого в смесь, достигает при ре­

\генерации некоторых резин 40 массовых частей на 100 массо­

1,1 ±0,1 МПа, и процесс девулканизации продолжается в течение 4 - 5 ч для резиновых отходов, не содержащих текстиль, и 5 - 8 ч - для отходов, содержащих кордное волокно.

Термомеханический способ получения регенерата более пред­ почтителен вследствие непрерывности процесса, полной его меха­ низации и автоматизации, а также непродолжительности цикла. При этом способе не образуются сточные воды, что также весьма

существенно снижает стоимость продукта. Однако эта технология предъявляет более высокие требования к культуре производства, в частности, необходимо четкое соблюдение параметров технологи­ ческого процесса.

При получении регенерата термомеханическим способом ис­ пользуется крошка размером не более 0,8 мм при содержании тек­ стильных волокон не более 5% (масс.). По этой технологии (рис. 11.14) резиновая крошка непрерывно подается в двухчервяч­ ный смеситель, охлаждаемый водой.

Рис. 11.14. Схема производст­ ва регенерата термомеханиче­ ским способом:

1 - бункер резиновой крошки;

2 - емкость с мягчителем; 3 - дозаторы резиновой крошки и мягчителя; 4 - смеситель непре­ рывного действия; 5 - червяч­ ный девулканизатор; 6 - рафи­ нировочные вальцы; 7 - готовая

продукция

Под влиянием механических воздействий и температуры в смесителе в тонком зазоре между шнеком и корпусом происходит девулканизация резины за счет тепла, выделяющегося при ее де­ формации, и воздействия кислорода и мягчителя. Средняя дли­ тельность пребывания резины в шнековом смесителе не превышает 7 мин; осевое усилие, развиваемое шнеком, составляет 1000 кН. Температура продукта, выходящего из головки шнека, не должна превышать 190 °С, для чего корпус шнека охлаждается водой. При дальнейшем прохождении через червячный девулканизатор про­ дукт охлаждается до 70 - 80 °С и в таком виде поступает на рафи­ нировочные вальцы, где ему придается товарный вид (пленка, свернутая в рулон наподобие рулона толя или рубероида). При этом происходит гомогенизация регенерата, окончательное его обезвоживание, очищение от посторонних включений и недоста­ точно деструктированных частиц резины.

Рафинировочные вальцы имеют фрикцию 1:2,5. Для более пол­ ной гомогенизации продукта рафинирование выполняется на двух вальцах. На первых вальцах устанавливается зазор, обеспечиваю­ щий выход с вальцов полотна толщиной не более 0,25 мм. Толщи­ на полотна, сходящего со вторых вальцов, не должна превышать 0,17 мм. Полотно закатывается в рулон массой до 15 кг.

Характеристики основного оборудования, используемого при производстве регенерата термомеханическим способом, приведены ниже:

покрышки. Преимуществами утилизации автопокрышек методом пиролиза являются: экологическая чистота процесса, возможность производства продуктов высокого качества, пользующихся спросом на рынке. Пиролиз происходит при ограниченном доступе кисло­ рода и температуре 500 - 1000 °С. От температуры зависит состав продуктов, образующихся при пиролизе, и соотношение твердой, жидкой и газообразной фракций. При пиролизе выделяется значи­ тельное количество тепла, так что его подвод извне к реактору не­ обходим только на начальной стадии процесса. Средний массовый баланс процесса пиролиза шин при различных температурах при­ веден в табл. 11.8.

Газообразные продукты пиролиза содержат 48 - 52% водорода, 25 - 27% метана и имеют высокую теплоту сгорания (34 - 44 МДж/кг). Они используются как источник энергии. Твердые продукты пиролиза (так называемый шинный кокс) используют при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов, фенола, нефтепродуктов. Технический углерод, получаемый при пиролизе, используется в качестве активного наполнителя в производстве ре­ зиновых смесей, пластмасс и в лакокрасочной промышленности. Жидкая фракция продуктов пиролиза резиновых отходов также является высококачественным топливом, но продукт ее переработ­ ки может использоваться и в составе резиновой смеси.

Схема установки для пиролиза автопокрышек приведена на рис. 11.15.