ПОИСК ЭФФЕКТИВНОГО методА переработки отходов синтетических каучуков на примере автомобильных шин

А.А. Горячева, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой «Биотехнологии и техносферная безопасность», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет»

А.Н. Серёдкин, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Информационные компьютерные технологии», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет»

Р.А. Дярькин, аспирант кафедры «Биотехнологии и техносферная безопасность», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет»

Аннотация. Постоянный прирост отходов синтетических каучуков (ОСК), как в России, так и зарубежом, увеличивает объёмы их утилизации путём сжигания. Поиск решений в области снижения вредного воздействия на окружающую среду и рациональной переработки ОСК является актуальным аспектом обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий. Для максимально эффективной переработки отходов синтетических каучуков необходимо подобрать доступный метод, отвечающий требованиям ресурсосбережения и экологии. Выполненный анализ позволяет сделать вывод о необходимости применения механического метода измельчения ОСК, позволяющего сохранить физико-химическую структурную целостность данных отходов после переработки и наиболее эффективно утилизировать ОСК по безотходной технологии.

Ключевые слова: отходы синтетических каучуков, автомобильные шины, анализ и оценка методов переработки.

I. Введение

По данным проводимых в настоящее время исследований, для осуществления полного материального рециклинга отходов синтетических каучуков, необходимы материалы и технологии, которые в максимальном отношении использовали бы продукты переработки ОСК и при этом превосходили аналоги не только в ценовом показателе, но и по качественно-количественным характеристикам [3].

Одними из наиболее распространённых видов отходов синтетических каучуков являются изношенные автомобильные шины. Анализ результатов маркетинговых исследований рынка автомобильных шин в России свидетельствуют о преимущественном использовании шин иностранных производителей, характеризуемых повышенным качеством их изготовления [7].

Показателем качества изношенных шин, как вторичного материального сырья, является характеристика их экологической безопасности на протяжении периода «выпуск - эксплуатация – утилизация».

Автомобильные шины представляют собой многокомпонентное изделие, обладающее большой устойчивостью к нагрузкам повторно-переменного механического воздействия и разрушающим факторам окружающей среды [4].

Оценка конструктивных особенностей автомобильной шины показывает, что практически все её элементы могут быть востребованы различными отраслями промышленности в виде вторичного материального сырья, в достаточно больших объёмах [4].

Виды, типы и концентрации состава резиновой смеси у любого предприятия-производителя шин и других видов резинотехнических изделий - коммерческая тайна, обусловленная их предназначением. [6, 7]

Каучуковые смеси, технический углерод, кремниевая кислота, масла и смолы, сера, вулканизационные активаторы и экологические наполнители являются основными компонентами резин в изношенных автомобильных шинах. Поэтому, вопрос утилизации отходов синтетических каучуков должен решаться в совместном контексте ресурсосбережения и экологии.

II. Постановка задачи

Целью исследования является поиск наиболее доступного и эффективного в эколого-экономическом отношении метода переработки отходов синтетических каучуков. Для реализации цели применены методы анализа и оценки статистической и технологической информации способов утилизации и переработки ОСК.

III. Результаты

Процесс размельчения изношенных автомобильных шин, весьма энергозатратный и сложный, как по определению характера, величины и направления нагрузок, так и по трудности качественно-количественного учёта результатов измельчения. Существует множество способов разрушения ОСК на компоненты [1, 2].

В основу криогенного метода измельчения резиносодержащих отходов, положено низкотемпературное разрушение (дробление) при температурах - 70 ⁰С ... - 95 ⁰С, при этом состояние резины является хрупким. Дробление при указанных температурах уменьшает энергетические затраты на измельчение, улучшает отделение сопутствующих компонентов шин от резины, повышает выход резиносодержащих продуктов. В качестве вещества, необходимого для охлаждения ОСК, в основном используется жидкий азот. Производство больших объёмов жидкого азота финансово не рентабельно, по причине высоких амортизационных затрат. Вместе с тем, увеличение отрицательного диапазона температур до - 90 ⁰С ... - 130 ⁰С, возможно при использовании охлаждающих турбин [5, 6].

Дробление автомобильных шин в указанном диапазоне позволяет снизить себестоимость получения холода в 3-5 раза, а удельные энергетические затраты в 2 раза по сравнению с применением азота. Но, не смотря, на высокую технологическую эффективность, очевидные недостатки криогенного метода, ограничивают распространение данной технологии разрушения резин.

Еще одним из существующих методов разрушения резиносодержащих отходов является бародеструкция. Метод основан на сжижении резины при применении высокого давления. Резиносодержащие компоненты, массой не более 25 кг, поступают на экструзию. Сопутствующие компоненты изношенных шин (металл и текстиль) разделяются между собой и выходят в виде первичных продуктов, в дальнейшем подвергающихся сепарированию. Вместе с тем, металл извлекается и прессуется.

Метод разрушения под давлением является дорогостоящим, как на этапе первоначального использования, так и в последующем проведении работ по техническому обслуживанию применяемого оборудования. Самое главное, что указанный способ не позволяет сохранить первичные физико-механические свойства продуктов переработки шин [4, 5].

Рассмотрены методы механического измельчения. В основу технологии механической резки заложено измельчение резинотехнических отходов до кусков размером 120х60х12 мм, с последующим механическим отделением сопутствующих компонентов ОСК, основанном на принципе увеличения упругости резины при оптимальных скоростях соударений, и получение тонкодисперсных компонентов размером до 0,2 мм.

Технологический процесс включает в себя: первоначальную резку шин на куски определённых размеров; дробление кусков отходов резин и отделение сопутствующих компонентов; получение тонкодисперсных составляющих.

На первом этапе технологической линии, поступающие с мест временного накопления, автомобильные шины подаются на участок подготовки - очищения от посторонних включений. После чистки, ОСК поступают в установку предварительного механического измельчения - агрегаты многокаскадной ножевой дробилки, в которых происходит последовательное размельчение.

На втором этапе размельчённые куски отходов синтетических каучуков направляются в молотковую дробилку, где происходит их доизмельчение до наиболее меньших размеров 10х20 мм. При дроблении, обрабатываемая в молотковой дробилке масса разделяется на резину, лом легированной стали и текстиль. Металлические компоненты отделяются при помощи магнитного сепаратора [6, 7].

На третьем этапе куски шин подаются в экструдер-размельчитель.

На этой стадии обработки происходит параллельное отделение остатков сопутствующих компонентов при помощи гравитационного сепаратора. Очищенный резиновый порошок подаётся в последующий измельчитель, в котором происходит окончательное тонкодисперсное измельчение [6, 7].

IV. Выводы

На примере автомобильных шин, научно обосновано применение механического метода измельчения отходов синтетических каучуков. Проведённые исследования показывают, что возможно комплексное и безотходное использование ОСК в ресурсосберегающих технологиях. Дальнейшие исследования в этой области позволят установить точные технологические параметры утилизации отходов синтетических каучуков и позволят смоделировать технологический процесс при помощи электронно-вычислительных машин.

Литература

1. Белозёров Н.В. Технология резины // - М.: Издательство «Химия», - 1964. - С. 5 – 35.

2. Беляев В.А. и др. Методические рекомендации по утилизации и обезвреживанию промышленных отходов г. Москвы // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. - М.: ВИНИТИ. - 1988. - № 4, 5. - С. 52 – 74.

3. Горячева А.А. Эколого-экономическая оценка утилизации резинотехнических отходов во вторичное сырье // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10. - С. 963-967.

4. Иваницкий М.А., Соколов Э.М. и др. Перспективный процесс переработки использованных автомобильных шин // Экология и промышленность России. - 1997. - № 10. - С. 9 - 12.

5. Исфорт Г. Производственный процесс и окружающая среда // - М.: Прогресс, - 1983. - С. 14 – 20.

6. Коростелев А.Б., Быховская Е.Ю. Актуальные вопросы рециклинга, переработки отходов и чистых технологий // Цветные металлы. – 2007. - № 2. - С. 101 - 119.

7. Пауков А.Н. Разработка технологии переработки нефтяных шламов, промышленных и бытовых отходов // Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. – Уфа: УГНТУ. - 2010. – С. 94 - 105.