ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Классификация резиновых отходов и способов их переработки

Особенности химического строения эластомеров, заключающи­еся в наличии длинных цепных молекул, которые образуют проч­ную трехмерную структуру с поперечными связями, а также слож­ность надмолекулярных структур эластомеров придают им уни­кальные свойства, делающие их незаменимыми материалами для современного машиностроения и других отраслей промышленности.

В то же время именно эти свойства, в ряде случаев усугубляю­щиеся сложной конструкцией изделий (например, шин), являются основой значительных трудностей, связанных с утилизацией отра­ботанных резиноподобных материалов.

Изделия из резины, благодаря уникальным ее свойствам (прежде всего способности к большим обратимым деформациям) применяются во всех отраслях промышленности. Их изготавлива­ют путем вулканизации резиновых смесей, основой которых явля­ется каучук. Состав резиновых отходов зависит от ассортимента продукции, который включает резинотехнические изделия, обувь и шины. В зависимости от назначения резиновые изделия изготавли­ваются на основе различных каучуков, пластификаторов, наполни­телей и других ингредиентов, а потому смешивание различных ре­зиновых отходов не всегда целесообразно. Отходы резины образу­ются как в сфере производства резиновых изделий, так и в сфере их потребления, т. е. при эксплуатации.

Резинотехнические изделия могут содержать в своем составе в качестве арматуры текстильные материалы и металл. Промышлен­ные отходы образуются на всех стадиях изготовления резиновых изделий. С точки зрения утилизации отходов принципиально важ­но, образовались ли они до вулканизации или после нее. Все рези - носодержащие отходы можно классифицировать так, как изобра­жено на рис. 11.7.

Резиновые отходы, образовавшиеся до стадии вулканизации, по свойствам мало отличаются от исходных резиновых смесей и могут возвращаться в производство без значительной обработки. Эти от­ходы являются ценным сырьем и перерабатываются непосредствен­но на тех предприятиях, где образуются. Они могут быть исполь­зованы в производстве шлангов для полива, резиновых ковриков, кровельных материалов, рукавиц, поддонов для пола салонов лег­ковых автомобилей и других неответственных изделий техническо­го назначения.

Из них также изготавливают резиновые плиты для животно­водческих ферм. Содержание различных видов невулканизованных резиновых отходов в смеси для получения таких плит достигает 95% (масс.). Невулканизованные и частично вулканизованные ре­зиновые отходы используют для изготовления резиновой кровли (волнистых и плоских листов).

Более сложно обстоит дело с переработкой вулканизованных резин, поскольку в отличие от других материалов они обладают высокой эластичностью, т. е. способностью к обратимым и высоким деформациям, что затрудняет их измельчение, являющееся первой стадией переработки практически любых твердых отходов. Несмот­ря на это вулканизованные резиновые отходы также являются ценным вторичным сырьем, но требуют перед утилизацией тща­тельной обработки и подготовки.

Известные способы переработки вулканизованных резиносодер­жащих отходов можно разделить на химические, физико-химиче­ские и физические (рис. 11.8).

Химические методы переработки приводят к необратимым хи­мическим изменениям не только резины, но и веществ, ее состав­ляющих (каучуков, мягчителей и т. д.). Эти методы осуществляют­ся при высокой температуре, вследствие чего происходит деструк­тивное разрушение материала. К химическим методам относятся сжигание и пиролиз.

Несмотря на то что химические методы переработки отходов резины позволяют получить ценные продукты и тепло, такая ути­лизация недостаточно эффективна, поскольку не позволяет сохра­нить исходные полимерные материалы.

Физико-химические методы переработки отходов или регенера­ция, осуществляемая различными способами, позволяют сохранить структуру сырья, использованного в процессе производства резины. При регенерации разрушается пространственная вулканизационная сетка за счет теплового, механического и химического воздействия на резину. Получаемый продукт - регенерат - обладает пластиче­скими свойствами и используется при изготовлении резиновых смесей с целью замены каучука.

Физические методы переработки резиновых отходов представ­ляют собой различные способы их измельчения с целью получения резиновой крошки (муки), наиболее полно сохраняющей свойства резины.

Измельчение резиновых отходов может производиться ударным воздействием, истиранием, резанием, сжатием, сжатием со сдви­гом. При ударном воздействии на резиновые отходы кинетическая энергия ударного инструмента расходуется на деформацию разру­шения. Эффект воздействия инструмента при ударе зависит от его массы и скорости движения. Ударные измельчители имеют про­стую конфигурацию и высокую долговечность инструмента.

При истирании резиновые отходы контактируют с абразивным инструментом. На процесс измельчения истиранием влияет отно­сительная скорость взаимодействия измельчаемого материала и аб­разивного инструмента. Такие измельчители имеют невысокую производительность и могут использоваться на второй стадии про­цесса для получения тонкодисперсных порошков из предваритель­но измельченных другим инструментом отходов.

При резании резиновых отходов их разделение на фрагменты происходит с помощью режущих инструментов (ножей), являю­щихся концентраторами напряжения. На эффективность резания влияют скорость резания, форма инструмента и свойства отходов.

При сжатии измельчение резин происходит за счет воздействия на них высокого давления. Процесс, как правило, происходит меж­ду двумя рабочими поверхностями, где материал раздавливается. Этот способ может осуществляться на прессе или на вальцах, вал­ки которых вращаются навстречу друг другу с одинаковой скоро­стью.

При сжатии со сдвигом, осуществляемом в экструдере или на вальцах, у которых валки вращаются навстречу друг другу, но с различной скоростью, происходит объемное деформирование мате­риала, что позволяет при сравнительно небольших затратах энер­гии получать мелкодисперсный порошок резины. Процесс измель­чения резины достаточно сложен, поскольку благодаря ее высоким эластическим свойствам энергия, затрачиваемая на разрушение, расходуется в значительной степени на механические потери. Эф­фективность измельчения резины зависит от температуры и скоро­сти приложения нагрузки.

Наиболее крупными по габаритам, объему и сложными по со­ставу отходами резины являются шины. Поэтому в дальнейшем способы переработки резиносодержащих отходов мы рассмотрим на примере изношенных шин.

Производство шин для авто-, мототехники, дорожных и строи­тельных машин, колесных тракторов постоянно растет, а следова­тельно, непрерывно увеличиваются и отходы их потребления. Только в г. Москве ежегодно образуется до 60 тыс. т изношенных автопокрышек. При этом накопление изношенных шин происходит по всей территории нашей страны, включая отдаленные и плохо освоенные территории, где их сбор и транспортировка к месту ути­лизации являются дорогостоящими и практически неосуществимы. Однако основная масса амортизованных автопокрышек образуется в крупных промышленных центрах и, являясь ценным BMP, мо­жет быть эффективно переработана с получением товарной про­дукции, пользующейся устойчивым спросом.

В связи с этим следует упомянуть об опыте Японии, добившей­ся утилизации 75% изношенных автопокрышек всеми известными способами.