Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Утилизация упаковки. Учебно-методическое пособие
.pdf
31
формы для уменьшения объема и гомогенизации потока сырья. Регулирование степени дробления полимерных отходов позволяет механизировать процесс переработки, повысить качество материала за счет
усреднения его технологических характеристик, сократить продолжительность других технологических операций, упростить конструкцию
перерабатывающего оборудования. Измельчение отходов обычно проводят в две стадии. На первой применяют оборудование для предварительного измельчения. Предварительно измельченные отходы необходимо повторно измельчать, гранулировать или агломерировать.
Очистка и отмывка отходов полимерных материалов позволяют очистить сырье и отделить грязь. Очистка измельченных полимерных отходов от посторонних металлических включений, в том числе
цветных металлов, осуществляется в сепараторах для отделения металлических включений; от пыли и песка ‒ в виброситах.
В магнитных сепараторах осуществляется разделение сепарируемого продукта по магнитным свойствам. Применяться магнитные сепараторы могут как автономно, так и в составе различного технологического оборудования для переработки отходов.
При очистке в виброситах на решетках с диаметром отверстий
2‒3 мм отделяются загрязнения в виде песка, пыли; на решетках с диаметром отверстий 5‒8 мм осуществляется отделение частично очищенных отходов; загрязнения, превышающие размер 5‒8 мм, сходят
с вибросит и направляются в отвал. Подача отходов на вибросита осуществляется через бункеры-питатели, имеющие решетки для отделения
особо крупных загрязнений.
«Влажная» очистка может быть схематически разделена на три
операции, выполняемые последовательно:
– вымачивание осуществляется в мешательных чанах (открытых
или закрытых) или на медленно движущихся винтовых конвейерах,
длительные циклы вымачивания снижают использование механической
энергии на станции переработки;
– при зачистке частицы грязи удаляются благодаря непрерывному переворачиванию материала. Сильно загрязненные материалы
очищаются в турбинных или фрикционных моющих машинах;
– при разделении грязь отделяется от подлежащего очистке сырья осаждением в отстойниках или с помощью очистных пластин.
Промывка сырья осуществляется в специальных агрегатах холодной или горячей водой с применением и без применения моющих
средств. При использовании шнековых промывателей под действием
32
струй воды и вращения шнека из массы отходов отделяются слабо связанные с ними крупнодисперсные загрязнения, а также диспергированные примеси, которые с потоком воды через перфорацию желоба-промывателя с диаметром отверстий 3‒6 мм отводятся в канализацию.
При использовании установок для непрерывной отмывки измельченных отходов или предварительно очищенных россыпей гранул
отходы попадают на лопасти моечных барабанов и перемещаются в
верхнюю часть установки. Промывная вода, подаваемая противотоком,
увлекает за собой частицы загрязнений и уносит их через сливные отверстия в заслонке. Отжатые отходы выгружаются из моечной камеры
через отверстие в верхней части, а отработанная вода сливается в отстойник. Мойку иногда совмещают с дополнительным измельчением,
т. е. перемешивание в моечной камере осуществляют с помощью режущих ножей.
Процесс промывки загрязненных полимерных отходов требует
больших объемов воды, которая по экономическим причинам часто используется в замкнутом цикле. После использования в промывочном
оборудовании вода должна быть профильтрована от взвешенных примесей и возвращена в замкнутый цикл.
Сортировка измельченных полимерных отходов. В основе сор-
тировки лежит разделение сырья по его определенным свойствам. Цель
сортировки смеси полимеров состоит в выделении материалов с какими-то одинаковыми свойствами. Сортировку обычно удается прово-
дить лишь для частиц одного размера, поэтому часто сначала проводится фракционирование.
Используют несколько способов сортировки и идентификации:
‒ воздушную сортировку;
‒ флотацию – осаждение;
‒ пенную флотацию;
‒ селективное растворение;
‒ ИК-спектроскопию в среднем и ближнем диапазонах;
‒ рентгеновский анализ;
‒ электростатические методы.
В процессе сортировки значительной проблемой является перекрывание свойств различных полимеров, например величин их плотностей. Особенно это характерно для полиолефинов, так как именно они
составляют большую часть упаковочных материалов.
33
Воздушная сортировка предварительно измельченных отходов
(в том числе различных термопластов) производится в воздушных сепараторах за счет разности в плотностях полимеров. Сортировка по
плотности в настоящее время достаточно распространена и чаще всего
применяется с использованием сепарирующей среды. Примером такого
метода может быть флотационная сепарация с использованием силы тяжести. Сепарирующей средой, как правило, являются водно-солевые
растворы разной плотности. Сепарация позволяет тяжелым частицам
лечь на дно, а легким всплыть на поверхность и двигаться с помощью
лопаток или лопастей к выходным валкам. Тяжелые компоненты периодически удаляются со дна резервуара. Принцип флотационной сепа-
рации используется также в аппаратах с центробежным полем: гидроциклонах и сепарирующих центрифугах.
Сортировка, основанная на различной смачиваемости пластмасс (аналог пенной флотации минералов) и приводящая к оседанию
гидрофильных частиц и всплыванию гидрофобных, в настоящее время
на практике применяется ограниченно.
Селективное растворение с последующим удалением нерастворенных компонентов позволяет разделить смешанный поток измельченных пластмасс на чистые компоненты. Для растворения необходим
подбор последовательности растворителей и определенных температур
растворения. Селективным растворением можно разделять пластмассы
с одинаковой плотностью.
Из спектральных методов разделения чаще всего используют
инфракрасную и рентгеновскую спектроскопию. ИК-спектр полимера
зависит от химической структуры, что дает возможность идентифицировать материал. После распознавания пластмасса отбрасывается в соответствующую емкость. Инфракрасная идентификация применяется
на больших станциях по переработке отходов для распознавания до шести различных материалов.
Рентгеновская спектроскопия основана на поглощении рентгеновского излучения атомами. Переходя из возбужденного состояния в
стабильное, атомы испускают характеристические длины волн, которые можно фиксировать. Рентгеновские датчики настраивают обычно
на оптимальную чувствительность к одному элементу, например хлору.
Так можно отделить бутылки из ПВХ от бутылок из ПЭТ и ПЭ. Деление
двух последних полимеров с помощью этого метода невозможно.
В этом случае рекомендуется использовать ИК-спектроскопию.
34
Смесь измельченных отходов (в том числе термопластов)
можно разделять электростатическими методами. В электростатических сепараторах происходит разделение за счет разности диэлектрических характеристик полимеров.
Операция сушки позволяет уменьшить содержание влаги в материале после процедур промывки и разделения до приемлемого
уровня. Для сушки измельченных полимерных материалов используются процессы механической и термической сушки.
Механическая сушка основана на принципе удаления влаги за
счет сил инерции. Предварительное извлечение влаги обычно осуществляется на подвижных или стационарных экранах или на дренажном шнеке с перфорированным конвейером. Для дальнейшего уменьшения остаточной влаги применяются винтовые ситовые центрифуги
или ступенчатые сушилки.
Термическая сушка, как правило, следует за механической процедурой, с ее помощью содержание влаги приводится в соответствие с
рекомендованным уровнем, необходимым для дальнейшей обработки
сырья. Термическая сушка может осуществляться за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Большинство аппаратов работают на основе конвекционного тепла, используя горячий воздух, который одновременно служит транспортировочным средством. В циклонных сушильных установках воздушная смесь материала вводится в циклон
под углом и проходит через него по спирали снизу вверх. Перфорированные перегородки препятствуют прохождению насыщенного влагой
материала в следующую камеру сушильного агрегата. С помощью переворачивания и растаскивания материала достигается хорошее перемешивание и интенсификация теплообмена. В процессе проведения
термической сушки может быть достигнуто содержание остаточной
влаги менее 0,2 % мас. Для термической сушки могут быть также использованы конвейерные сушилки, сушилки с кипящим слоем и вибрационные разделительные сушилки.
Включение операций агломерации или грануляции в технологическую цепочку возможно по специальному требованию заказчика.
Особенно важна стадия агломерации для отходов с низкой насыпной
плотностью (например, пленочных материалов). В процессе агломерации происходят усреднение отходов и их уплотнение, что облегчает
дальнейшую переработку.
35
Гранулированный или агломерированный вторичный полимерный материал может быть реализован как товарный продукт или использован для производства изделий.
Вторично переработанные полимерные материалы можно использовать в большинстве технологических процессов, включая литье
под давлением, компрессионное формование, экструзию (плоскощелевую или с раздувом), каландрование, термоформование и ротационное
формование. Однако в процессы переработки следует внести ряд изменений. Вторичные полимеры могут отличаться по своим свойствам от
первичных пластмасс вследствие деструкции во время их длительного
использования или при повторной переработке, а также из-за наличия
примесей других полимеров.
Вторичные полимерные материалы могут перерабатываться самостоятельно или в качестве добавки к первичному виду сырья. Вариант переработки (отдельно или в качестве добавки) зачастую определяется видом формуемого изделия. Если изделие предназначено для ответственных целей, например, для изделий, где не должно быть существенного снижения физико-механических показателей, то такие термопластичные отходы следует перерабатывать только в качестве небольшой добавки к первичному сырью. Если изделие менее ответственно, то его можно формовать только из отходов.
Ассортимент оборудования для смешения полимерных материалов представлен барабанными смесителями, пневматическими смесителями с механическим псевдоожижением, смесителями с мешалками
(рамной, лопастной, пропеллерной, якорной, ленточной), центробежными смесителями.
Практически весь спектр пластмасс из массы ТБО в результате
повторной переработки может быть возвращен в использование в виде
различных изделий. Следует отметить, что сбор и повторная переработка полимерной тары и упаковки приводят к удорожанию упаковки,
качество вторичного полимера также оказывается ниже продукта, полученного непосредственно первичным изготовителем. К тому же не
каждый потребитель согласен использовать упаковку из вторичного полимера. Даже если допустить, что значительная часть тары и упаковки
будет использована вторично, возникает вопрос, какая кратность переработки является допустимой, после чего все же наступит время захоронения или, если возможно, сжигания.
36
2.7. Использование в производстве строительных материалов
Полимерные отходы могут использоваться:
– как структурирующие или наполненные материалы в ирригационных работах (дренажные и кабельные трубопроводы). Например,
для дренажа кислотных стоков, подземных сводов, соединительных
боксов канализационных труб применяется полимербетон – материал
из отходов ПЭТФ и минеральных наполнителей, таких как зола и песок;
– в дорожном строительстве (добавки к бетону, асфальту).
В данном случае материалы представляют собой битумно-полимерные
композиции. Битум, являющийся главным связующим в большинстве
асфальтовых дорожных покрытий, обладает недостаточной водостойкостью и невысокими прочностными показателями. Это заметно ухудшает свойства асфальтовых покрытий на основе битумов и сокращает
сроки их эксплуатации. Битумно-полимерные композиции, как правило, получают, смешивая битум с отходами полиолефинов при температурах 40‒100 °С и выгружая образующуюся смесь в специальные
формы, в которых происходит охлаждение при комнатной температуре.
Введение до 30 % различных полиолефиновых отходов приводит к значительному повышению прочностных показателей композиции и снижению деформируемости. Вводить более 30 % полимерной добавки нецелесообразно, так как это может вызвать расслоение системы. Оптимальное содержание отходов полиэтилена для битумно-полимерных
композиций составляет 7–12 %;
– при производстве строительных материалов (черепицы в смесях с неорганическими наполнителями, облицовочных и звукоизоляционных панелей для сельскохозяйственных сооружений, плитки для
настила полов в промышленных зданиях и др.);
– как компонент водостойких материалов для герметизации
швов между панелями зданий, а также для покрытия частей сооружений, работающих под водой или в условиях повышенной влажности.
2.8. Особенности утилизации комбинированных и многослойных
материалов
Широкое применение в качестве упаковки находят многослой-
ные и комбинированные материалы. Термин «многослойные материалы» относится к группе материалов, состоящих только из слоев раз-
37
личных полимеров, в то время как в состав комбинированных материалов входят слои материалов различного типа (бумага, фольга, ткань).
Соединение различных полимерных пленок позволяет получить
многослойные упаковочные материалы, значительно превосходящие
исходные по характеристикам (табл. 2.1). Оптимальным количеством
слоев, улучшающих прочностные свойства полимерного материала, является соединение двух-трех видов полимеров в два-три слоя. Для улучшения барьерных свойств упаковочного материала (обеспечения газо-,
влаго-, жиро- и ароматонепроницаемости) необходимо сочетать так
называемые барьерные полимерные пленки, отличающиеся большой
водопроницаемостью, с паро- и водонепроницаемыми пленками – несущими слоями. При этом барьерный слой защищается с обеих сторон несущими слоями, поэтому барьерный упаковочный материал конструируется из трех, пяти, семи, т. е. нечетного числа слоев.
Таблица 2.1
Упаковочные свойства различных материалов
Упаковочные
свойства
Наименование компонента материала,
обладающего данным свойством
Прозрачность
Большинство полимерных пленок, целлофан
Непроницаемость для
водяных паров
Алюминиевая фольга, влагостойкие
марки целлофана, ПЭВД, ПЭНД, ПП,
ПЭТ
Непроницаемость для
газов
Алюминиевая фольга, целлофан, ПВДХ,
жесткий ПВХ, ПЭТ
Устойчивость к высоким температурам
Алюминиевая фольга, ПА,
ПЭНД, ПП, ПЭТ, бумага
Устойчивость к низким температурам
Алюминиевая фольга, ПЭВД, ПЭНД,
ПЭТ, бумага
Жиростойкость
Алюминиевая фольга, целлофан, ПЭНД,
ПП, ПВХ, ПВДХ, жиростойкая бумага
Термосвариваемость
ПЭНД, ПЭВД, ПП
Восприимчивость к печати
Алюминиевая фольга, ПЭ, ПП, бумага,
целлофан, при использовании спец. красок ПВХ и ПС
38
Сочетание различных материалов обусловливает практически
неограниченные возможности варьирования свойств конечного материала (оптимальная газо-, свето-, жиро- и ароматопроницаемость, физикомеханические свойства и химическая стойкость). Вместе с тем этот комплекс свойств, играющий положительную роль в процессе хранения
продуктов, имеет и отрицательную сторону, так как вторичная переработка комбинированных и многослойных материалов представляет
определенные трудности. Дело в том, что каждый из слоев подобного
материала требует применения конкретного метода переработки, а отделение слоев друг от друга механическим способом не представляется
возможным. Кроме того, при ручной сортировке невозможно определить, к какой категории лучше отнести такой материал – к отходам бумаги, полимеров или металла.
38
39
3. УТИЛИЗАЦИЯ КАРТОННОЙ И БУМАЖНОЙ ТАРЫ
Картонная и бумажная тара по конструктивному признаку и
виду материала подразделяется на ящики из гофрированного картона,
ящики из сплошного склеенного картона, лотки картонные, барабаны
картонные, картонные обечайки, картонные вкладыши, мешки бумажные, тара из бумажного литья, поддоны картонные, контейнеры картонные, устойчивые упаковки (пакеты) из комбинированных материалов
на основе картона, прокладки, амортизаторы, перегородки и др., а также
вспомогательные упаковочные средства (этикетки, кольеретки и др.).
Утилизация использованной и пришедшей в негодность бумаж-
ной тары может происходить по следующим направлениям:
– повторное использование для производства бумаги и картона;
– изготовление упаковки из бумажно-волокнистой массы;
– использование в качестве наполнителя в различных производ-
ствах;
– использование в производстве теплоизоляционных и мягких
кровельных материалов;
– использование для изготовления волокнистых и полимерно-
бумажных плит;
– захоронение или уничтожение в составе твердых бытовых от-
ходов.
Качество, вид и состав макулатуры для вторичного использова-
ния в производстве бумаги и картона регламентируются по ГОСТ
10700-97 «Макулатура бумажная и картонная. Технические условия».
Для повышения эффективности использования макулатуры необходимо соответствие ее качества виду выпускаемой продукции. Тарный
картон, бумага для гофрирования могут вырабатываться преимущественно с применением макулатуры групп А и Б.
Макулатура марки МС-1А представляет собой отходы производства белой бумаги (кроме газетной); МС-2А – отходы производства
белой бумаги (кроме газетной) в виде обрезков с линовкой и черно-белой или цветной полосой; МС-3А представляет собой бумагу из сульфатной небеленой целлюлозы, отходы производства бумаги: упаковочной, шпагатной, электроизоляционной, мешочной, основы абразивной,
основы для клеевой ленты, а также перфокарты; марки МС-4А – мешки
бумажные невлагопрочные: использованные мешки без битумной пропитки, прослойки, армированных слоев, а также остатков абразивных и
химически активных веществ. Макулатура марки МС-5Б представляет
40
собой отходы производства и потребления гофрированного картона, бумаги и картона, применяемых в его производстве; марки МС-6Б – отходы производства и потребления белого картона в виде обрезков с
черно-белой полосой или цветной печатью.
Производство гофрированного картона является самым крупным потребителем макулатуры; основным ее компонентом являются
старые картонные ящики и коробки.
3.1. Повторное использование картонной и бумажной тары
для производства бумаги и картона
Основную часть макулатуры (до 90 %) потребляют предприятия
по производству картона и бумаги. Утилизированный гофрокартон
обычно применяется для производства тарного картона (до 80 % от
всего объема потребления). Из оставшихся 20 % половина идет на выпуск коробочных картонов, половина ‒ на изготовление прочих материалов.
Основным компонентом бумаги и картона являются волокна
целлюлозы. Макулатура является заменителем таких видов первичного
сырья и полуфабрикатов, как целлюлоза, древесная масса, бумажная
масса. Отходы свежей бумаги, образующейся в процессе производства,
и чистой незапечатанной, могут добавляться непосредственно в пульпу.
Запечатанная бумага (газетная, журнальная) сначала проходит предварительную обработку для удаления печатной краски и элементов переплета и брошюровки.
Вторичная (макулатурная) масса представляет собой сложную
полидисперсную систему, состоящую из нескольких волокнистых
фракций и загрязняющих примесей. Составляющие ее фракции различаются между собой в основном средней длиной волокна и способностью образовывать связи между волокнами в бумаге. Чем большему количеству циклов переработки подвергалась макулатура, тем существеннее отличие ее по фракционному составу.
Современным технологическим решением при оснащении технологической схемы приготовления макулатурной массы должна быть
организация процесса фракционирования вторичного сырья. Разделение макулатурного волокна на фракции позволит эффективно проводить дальнейшую обработку массы, повышая ее качественные характеристики и бумагообразующие свойства.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]