Технологии процесса переработки и восстановления изношенных автомобильных шин

Технологии  процесса переработки и восстановления изношенных автомобильных шин 

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 не переработанных 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.

Физические  методы переработки  резиновых отходов 

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.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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 и конструирование" (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.