ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Изготовление и применение резиновой крошки

Применение измельченной резины в виде крошки и тонкодис­персной резиновой муки в качестве эластичных наполнителей — наиболее перспективный метод утилизации резиновых отходов и изношенных шин, поскольку позволяет в максимальной степени сохранить и использовать эластические и прочностные свойства вулканизованной резины. Композиции, содержащие измельченные вулканизаты, представляют собой дисперсию типа "полимер в по­лимере" с четко выраженной границей раздела.

Наибольшее распространение получила технология измельче­ния шин в высокоэластическом состоянии при умеренных скоро­стях, несмотря на значительно более высокий расход энергии по сравнению с криогенной технологией.

По этой технологии переработка покрышек ведется в такой по­следовательности: мойка, вырезка бортов, предварительное дробле­ние, грубое дробление, мелкое дробление, сепарация и помол.

На стадии предварительного дробления используются борторез - ка, механические ножницы и шинорез, на последующих стадиях - дробильные и помольные вальцы, сепаратор для извлечения метал­лических частиц и вибросито.

В настоящее время разработано много различных видов обору­дования для измельчения резиновых покрышек, которые различа­ются по характеру и скорости нагружения, конструкции рабочих органов и т. п. Для этих целей применяют абразивные ленты и круги, гильотины, борторезки, дисковые ножи, прессы, вальцы, ро - торно-ножевые дробилки и другое оборудование.

Традиционно применяемое у нас в стране оборудование для дробления резиновых отходов - вальцы. За рубежом чаще приме­няют дисковые и роторные измельчители. Однако схема, основан­ная на применении вальцов, более производительна и менее энер­гоемка.

Наиболее простая технология измельчения отходов резины, не содержащих металлических элементов, представлена на рис. 11.9. Крупные отходы резины поступают на дробильные вальцы 1, затем на мельницу грубого помола 2. Мелкие отходы (различные резино­технические изделия) сразу поступают на мельницу грубого помо­ла 2. Измельченные в мельнице отходы транспортером подаются на магнитный сепаратор 3, а затем двумя потоками - на мельницы тонкого помола 4 и 5, где измельчаются до 0,3 - 5 мм. Необходи­мость разделения потока после мельницы грубого помола вызвана большей длительностью процесса измельчения резиновых частиц до мелкодисперсного состояния и возвратом отсева после прохож­дения измельченных отходов через вибросита 6 и 7. Размер ячеек вибросит составляет 1 мм, и все, что не проходит через них, воз­вращается на доизмельчение в мельницы тонкого помола.

Производительность такой линии 300 - 350 кг/ч резиновой му­ки с размером частиц до 1 мм. Более половины частиц имеют раз­мер менее 0,5 мм.

Характеристики оборудования, используемого для реализации такой технологии, приведены ниже:

Дробление отходов Дробильные вальцы Др-800:

Единовременная загрузка 15 - 25 кг время дробления до 5 мин зазор между валками 1 - 1,5 мм температура валков, °С: переднего 50 - 60 заднего 60 -70 диаметр валков, мм: переднего 490 заднего 610 рабочая длина валков 800 мм частота вращения валков, мин': переднего 16,61 заднего 33,2 фрикция 1:2,54

Мощность электродвигателя 110 кВт

Вибрационное сито М 1145x2445: угол наклона сита 43 град частота колебаний сита 200 мин" габариты 3,122x1,611x0,857 м

Тарельчатые мельницы Д-800; 10802-РЗ: производительность 200 кг/ ч

Частота вращения 533 мин"

Вибрационное сито М 1485x1215: угол наклона 6 град частота колебаний сита 365 мин" габариты 2,135x0,700x0,550 м

Покрышки с металлокордом по описанной технологии измель­чать нельзя. Для этого используется другое, более мощное обору­дование, предусматривающее предварительное вырезание из по­крышки бортовых колец и нарезку покрышек на куски.

Для измельчения покрышек используют более мощные вальцы модели Др-800 710/710 производительностью 3500 кг/ч с мощно­стью электродвигателя 353 кВт. Габариты таких вальцов 6695*4469*1880 мм, а масса 50,6 т.

В последнее время получило широкое распространение измель­чение резиносодержащих отходов, и прежде всего изношенных шин, основанное на новейших представлениях о прочности поли­мерных материалов. В частности, известно, что разрушение поли­меров в стеклообразном или в высокоэластическом состоянии (но с высокой скоростью) происходит с минимальными затратами энер­гии.

Криогенное измельчение имеет следующие преимущества по сравнению с измельчением при комнатной температуре, т. е. когда резина находится в эластичном состоянии: меньшие энергозатраты; исключение пожаро - и взрывоопасности; возможность получения мелкодисперсного порошка резины с размером частиц до 0,15 мм; уменьшение загрязнения окружающей среды.

Эффективность криогенного измельчения покрышек является следствием:

Ослабления связи между металлокордом и резиной при низкой температуре, что приводит к частичному отделению резины от ме­талла;

Резкого снижения эластичности резины и ее хрупкого разруше­ния уже при незначительных деформациях.

При криогенном измельчении покрышки охлаждаются в тече­ние 25 мин в устройствах барабанного типа, расход жидкого азота составляет 0,25 - 1,2 кг на 1 кг измельчаемого материала. Охлаж - . денная покрышка измельчается в различного типа (рис. 11.10) дробилках. Наиболее эффективно применение оборудования, изо­браженного на рис. 11.10, в. Первичное криогенное дробление осу­ществляется с помощью молота, а затем, после отделения корда, производится доизмельчение резиновой крошки до необходимой дисперсности на валковой дробилке. Полученная в результате дробления крошка имеет размеры от 0,15 до 20 мм. Стоимость жидкого азота составляет 2/3 от всех затрат на эксплуатацию ус­тановки.

Рис. 11.10. Механизмы для криогенного дробления по­крышек с металлокордом:

А - ударно-отражательная дро­билка (1 - покрышка; 2 - ва­лок; 3,4- отражательные пли­ты); б - валковая дробилка (1 — покрышка; 2,3- подвиж­ный и неподвижный валки); В - молот (1 - покрышка; 2, 3 - Теплоизолированные матрица, пуансон; 4 - валковая дробил­ка); г - молотковая дробилка (У - покрышка; 2 - транспор­тер; 3 - ротор; 4 - молоток)

Технологическая схе­ма криогенного измель­чения покрышек пред­ставлена на рис. 11.11. При подготовке покры­шек к криогенному из­мельчению их моют,

Сортируют и отправляют на борторезку 1 для удаления борто­вых колец. Далее покрышка поступает в охлаждающую камеру 2, куда подается жидкий азот. В качестве оборудования для ох­лаждения может быть использована после некоторой модифика­ции сушильная печь барабанного типа. Покрышки охлаждаются до -120 °С (температура стеклования практически любых резин не ниже -70 °С).

Имеющийся запас охлаждения покрышки необходим для ком­пенсации теплопритоков к ней во время перемещения из охлажда­ющей камеры к молоту 3, а также для компенсации тепловыделе­ний при ударе молота, происходящих вследствие превращения ки­нетической энергии молота в тепловую. Молот имеет профили­рованные пуансон и матрицу, на которых происходит разбивание стеклообразной покрышки. Энергия удара составляет 38 кДж, ход пуансона 700 мм, масса пуансона 800 кг. Измельченная покрышка после молота транспортером подается на шкивной железоотдели - тель 4, где происходит разделение резины, текстиля и металла. Ре­зиновая крошка поступает на сепарацию, фракционирование и до - измельчение на стандартных дробильных и размольных вальцах.

Металлокорд подается в обжиговую печь 5 для выжигания ос­татков резины на проволоке и далее - на пакетировочный пресс 6, 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 доизмельче­ние резиновой крошки обычными методами.

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

В самые последние годы активно разрабатывается промышлен­ная 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 ин­тенсивных комплексных нагрузок сжатия со сдвигом. При опреде­ленных температуре и давлении резина быстро разрушается на мелкодисперсные частицы. Преимущества этой технологии заклю­чаются в сравнительно низких энергозатратах и возможности по­лучения из резиновых отходов мелкодисперсных частиц с высоко­развитой поверхностью. Для реализации такого способа измельче­ния резиновых отходов разработаны роторные измельчители не­прерывного действия. Схема узла измельчения роторного дисперга- тора показана на рис. 11.12.

Измельчитель работает следующим образом. Отходы резины размером 30*40x10 мм, в том числе с металлокордом, поступают через загрузочную воронку 2 в камеру, образуемую корпусом 9, шнеком 17 и ротором 7. Для начала процесса установки неболь­шой производительности снабжены обогревателем 3. Шнек и ротор имеют единый привод 1. С противоположной стороны вал 11 шне­ка-ротора вращается в опорном подшипнике 12. Боковая поверх­ность 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 16, 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 14, куда через штуцеры 15 подается охлаждаю­щаяся вода; выход воды осуществляется через штуцер 8. Вал рото­ра также охлаждается водой, которая поступает и выходит из него с помощью узла 13. Выгрузка измельченных отходов резины про­изводится через патрубок 10, в который они поступают по кольце­вому 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 размер частиц и очень большая удельная поверхность (0,5 - 5 м2/г) придают порошку резины совершенно новые свойства. Его можно вводить в полимерные композиции в большом количестве без ухудшения их свойств.

Интересный способ отделения резины от металлокорда после измельчения покрышек разработали японские инженеры. Предла­гается продукты измельчения подвергнуть высокочастотному на­греву, в результате которого происходит нагрев металла и обугли­вание пограничного с ним слоя резины, вследствие чего она отсла­ивается от металлических частиц.

Измельченная резина в виде муки и крошки широко применя­ется в различных областях, и прежде всего в качестве полноцен­ной добавки к свежим резиновым смесям. Установлено, что дис­персность резиновой муки оказывает большое влияние на свойства резиновых изделий, а также на возможность ее применения в со­ставе 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 раз­мером частиц несколько микрон, что достигается при новейших способах измельчения, например при рассмотренном выше высоко­температурном измельчении, при сжатии со сдвигом или с по­мощью абразивно-дискового измельчителя, в котором резиновая крошка измельчается в зазоре между двумя вращающимися в раз­ные стороны абразивными кругами.

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

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

Высокие эластические свойства, придаваемые дорожному по­крытию резиновой фракцией, делают этот материал весьма полез­ным 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 метал - локорда и волокна. Композиция изготавливается в бетономешал­ках (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, гидроизоля­ции пластов земли при добыче нефти, поверхностной очистки воды от разлитых нефтепродуктов и для других целей. Получаемые на - раду с резиновой крошкой металлическая и текстильная фракции также утилизируются по технологиям, разработанным для этих видов материалов.