Утилизация шин

Введение

Динамичный рост парка  автомобилей во всех развитых странах  приводит к постоянному накоплению изношенных автомобильных шин. По данным Европейской Ассоциации по вторичной  переработке шин (ЕТРА) в 2000 году общий  вес изношенных, но непереработанных шин достиг:

в Европе-2,5 млн тонн;

в США-2,8 млн тонн;

в Японии-1,0 млн тонн;

в России-1,0 млн тонн.

В Москве ежегодно образуется более 70 тыс. тонн изношенных шин, в  Петербурге и Ленинградской области - более 50 тыс. тонн... 

Объем их переработки методом  измельчения не превышает 10%. Большая  часть собираемых шин (20%) используется как топливо. Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды:

• шины не подвергаются биологическому разложению;
• шины огнеопасны и, в случае возгорания, погасить их достаточно сложно;
• при складировании они являются идеальным местом размножения грызунов, кровососущих насекомых и служат источником инфекционных заболеваний.

Вместе с тем, амортизированные автомобильные шины содержат в себе ценное сырье: каучук, металл, текстильный  корд.

Проблема переработки  изношенных автомобильных шин и  вышедших из эксплуатации резинотехнических  изделий имеет большое экологическое  и экономическое значение для  всех развитых стран мира. Невосполнимость  природного нефтяного сырья диктует  необходимость использования вторичных  ресурсов с максимальной эффективностью, т.е. в место гор мусора мы могли бы получить новую для нашего региона отрасль промышленности - коммерческую переработку отходов. 

Не менее перспективным  методом борьбы с накоплением  изношенных шин является продление  срока их службы,путем восстановления.

В настоящее время, все  известные методы переработки шин  можно разделить на две группы:

1.      Физический метод переработки шин

2.      Химический метод переработки шин

Рассмотрим их более подробно.

В настоящее время все  большее значение приобретает направление  использования отходов в виде дисперсных материалов. Наиболее полно  первоначальная структура и свойства каучука и других полимеров, содержащихся в отходах, сохраняются при механическом измельчении.

Установление взаимосвязи  между размерами частиц материала, их физико-химическими и механическими  характеристиками и затратами энергии  на измельчение и параметрами  измельчающего оборудования необходимо для расчета измельчителей и определения оптимальных условий их эксплуатации.

Процесс измельчения, несмотря на кажущуюся простоту, очень сложный  не только по определению характера, величины и направления нагрузок, но и по трудности количественного  учета результатов разрушения.

Ниже представлена классификация  имеющихся в настоящее время  способов измельчения вторичных  резин. 

 

Способы измельчения вторичных резин
		По температуре измельчения
		При отрицательных температурах				При  положительных температурах
		По механическому воздействию
	Ударом		Истиранием	Сжатием	Сжатием со сдвигом			Резанием

Согласно данной классификации  рассмотрим следующие технологии:

1. Низкотемпературная  технология утилизации шин

Разработчик и  поставщик оборудования ЗАО "ALMAS ENGINEERING"(Москва)

 
При низкотемпературной обработке  изношенных шин дробление производится при температурах -60 град.С ... -90 град. С, когда резина находится в псевдохрупком состоянии. Результаты экспериментов  показали, что дробление при низких температурах значительно уменьшает энергозатраты на дробление, улучшает отделение металла и текстиля от резины, повышает выход резины. Во всех известных установках для охлаждения резины используется жидкий азот. Но сложность его доставки, хранения, высокая стоимость и высокие энергозатраты на его производство являются основными причинами, сдерживающими в настоящее время внедрение низкотемпературной технологии. Для получения температур в диапазоне -80 град.С ... -120 град.С более эффективными являются турбохолодильные машины. В этом диапазоне температур применение турбохолодильных машин позволяет снизить себестоимость получения холода в 3-4 раза, а удельные энергозатраты в 2-3 раза по сравнению с применением жидкого азота. Технология не внедрена. Производительность линии 6000 т/год.  

Описание  технологической линии переработки  шин

Схема линии представлена в приложении 1. 

Изношенные автомобильные  шины подаются в машину для удаления бортовых колец. После этого шины поступают в шинорез и далее в ножевую роторную дробилку. Затем следует магнитный сепаратор и аэросепаратор. Для охлаждения порезанные и предварительно очищенные куски резины подаются в холодильную камеру, где охлаждаются до температуры -50 град.С...-90 град.С. Холодный воздух для охлаждения резины подается от генератора холода воздушной турбохолодильной машины. Далее охлажденная резина попадает в роторно-лопаточный измельчитель, откуда она направляется на повторную очистку в магнитный сепаратор и аэросепаратор, где отбирается резиновая крошка менее 1 мм ... 0,5 мм, а также более крупная и затаривается в мешки и отправляется к заказчику. 

 

2. Бародеструкционная технология переработки покрышек

Разработчик и  поставщик оборудования: ГНПП "Корд-экс"

Технология основана на явлении "псевдосжижения" резины при высоких давлениях и истечении её через отверстия специальной камеры. Резина и текстильный корд при этом отделяются от металлического корда и бортовых колец, измельчаются и выходят из отверстий в виде первичной резино-тканевой крошки, которая подвергается дальнейшей переработке: доизмельчению и сепарации. Металлокорд извлекается из камеры в виде спрессованного брикета. Производительность линии 6000 т/год. В настоящее время реализованы и успешно работают 2 перерабатывабщих завода: "Астор"(Пермь), ЛПЗ(Лениногорск,Татарстан)

Описание технологической  линии   

Схема линии представлена в приложении 2.  Автопокрышка  подаётся под пресс для резки шин, где режется на  фрагменты массой не более 20 кг. Далее  куски подаются в  установку высокого давления.

В установке высокого давления шина загружается в рабочую камеру, где происходит экструзия резины в виде кусков размерами 20-80 мм и  отделение металлокорда.

После установки высокого давления резинотканевая крошка и металл  подаются в аппарат очистки брикетов для отделения металлокорда (поступает в контейнер)от резины и текстильного корда, выделение бортовых колец. Далее остальная масса подаётся в магнитный сепаратор , где улавливается основная часть брекерного металлокорда. Оставшаяся масса подаётся  в роторную дробилку , где резина  измельчается до 10 мм.

Далее вновь в кордоотделитель, где происходит отделение резины от текстильного корда и  разделение резиновой крошки на две фракции:

· менее 3 мм;

· от 3 до 10 мм.

Отделившийся от резины текстильный  корд поступает в контейнер.

В случае если резиновая крошка фракцией более 3 мм интересует потребителя  как товарная продукция, то она фасуется в бумажные мешки, если нет, то она  попадает в экструдер-измельчитель.

После измельчения вновь  в кордоотделитель. Текстильный корд - в контейнер, а резиновая крошка - в вибросито, где происходит дальнейшее её разделение на три фракции: 

I - от 0,3 до 1,0 мм; 

II - от 1,0 до 3,0 мм; 

III - свыше 3,0 мм.

Фракция резиновой крошки более 3 мм возвращается в экструдер-измельчитель, а резиновая крошка I и II фракции отгружается покупателю.

3.      Полностью механическая переработка шин

Генеральный разработчик: ООО "Компьютерное проектирование иконструирование" (Москва).

Поставщик оборудования:  ОАО "Тушинский машиностроительный завод" (Москва).

В основу технологии переработки  заложено механическое измельчение  шин до небольших кусков с последующим  механическим отделением металлического и текстильного корда, основанном на принципе "повышения хрупкости" резины при высоких скоростях  соударений, и получение тонкодисперсных  резиновых порошков размером до 0,2 мм путем экструзионного измельчения полученной резиновой крошки. Производительность линии 5100 т/год. Оборудование успешно эксплуатируется в ЗАО "Экошина"(Москва). 

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  ЛИНИИ

Технологический процесс включает в себя три этапа:

• предварительная резка шин на куски;
• дробление кусков резины и отделение металлического и текстильного корда;
• получение тонкодисперсного резинового порошка.

Схема линии представлена в приложении 3. 
На первом этапе технологического процесса поступающие со склада шины подаются на участок подготовки шин, где они моются и очищаются от посторонних включений. 
После мойки шины поступают в блок предварительного измельчения - агрегаты трехкаскадной ножевой дробилки, в которых происходит последовательное измельчение шин до кусков резины, размеры которых не превышают 30х50 мм. 
На втором этапе предварительно измельченные куски шин  подаются в молотковую дробилку , где происходит их дробление до размеров 10х20 мм. При дроблении кусков обрабатываемая в молотковой дробилке масса разделяется на резину, металлический корд, бортовую проволоку и текстильное волокно. 
Резиновая крошка с выделенным металлом поступает на транспортер, с которого свободный металл удаляется с помощью магнитных сепараторов и поступает в специальные бункеры. После металлические отходы брикетируются. 
На третьем этапе куски резины подаются в экструдер-измельчитель. На этой стадии обработки происходит параллельное отделение остатков текстильного волокна и отделение его с помощью гравитационного сепаратора от резиновой крошки. Очищенный от текстиля резиновый порошок подается во вторую камеру экструдера-измельчителя, в котором происходит окончательное тонкодисперсное измельчение. 
По выходу из экструдера - в вибросито, и где осуществляется рассев порошка на 3 фракции. 

1-ая фракция                               -0,5…0,8   мм 
 2-ая фракция                              - 0,8…1,6   мм 
 3-яя дополнительная фракция - 0,2…0,45 мм (поставка по заказу)

В приложении 4 представлено сравнение вышеназванных технологических  линий по затратам электроэнергии и  по выходу товарного продукта.  

4. Новейшая  технология переработки ( утилизации ) шин

Золотая медаль 26-го Международного салона изобретений, прошедшего весной 2000 года в Женеве, присуждена способу  озонной переработки изношенных шин, предложенному группой российских ученых и инженеров. Суть технологии - в "продувании" озоном автомобильных покрышек, что приводит в полному их рассыпанию в мелкую крошку с отделением от металлического и текстильного корда.

При этом новая технология значительно экономнее всех существующих и, кроме того, абсолютно экологически безвредна - озон окисляет все вредные  газообразные выбросы. В России созданы  две опытные озонные установки, их суммарная производительность - около 4 тыс. тонн резиновой крошки в  год. 

Возможные направления  использования резиновой крошки

• порошковая резина с размерами частиц от 0,2 до 0,45 мм используется в качестве добавки (5…20%) в резиновые смеси для изготовления новых автомобильных покрышек, массивных шин и других резинотехнических изделий. Применение резинового порошка с высокоразвитой удельной поверхностью частиц (2500-3500 см. кв/г), получаемой при его механическом измельчении, повышает стойкость шин к изгибающим воздействиям и удару, увеличивая срок их эксплуатации;
• порошковая резина с размерами частиц до 0,6 мм используется в качестве добавки (до 50…70%) при изготовлении резиновой обуви и других резинотехнических изделий. При этом свойства таких резин (прочность, деформируемость) практически не отличаются от свойств обычной резины, изготовленной из сырых каучуков; 
  порошковую резину с размерами частиц до 1,0 мм можно применять для изготовления композиционных кровельных материалов (рулонной кровли и резинового шифера), подкладок под рельсы, резинобитумных мастик, вулканизованных и не вулканизованных рулонных гидроизоляционных материалов;
• порошковая резина с размерами частиц от 0,5 до 1,0 мм применяется в качестве добавки для модификации нефтяного битума в асфальтобетонных смесях.

 

       Следует привести некоторые результаты  исследования ее влияния  на эксплуатационные свойства асфальтобетона. При исследовании изучалось влияние количество вводимой в асфальтобетонную смесь резиновой крошки по количеству и размерам частиц на трещиностойкость асфальтобетона и коэффициент сцепления колеса автомобиля с поверхностью проезжей части дороги.