Раздел 5. Утилизация изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

Раздел 5 Утилизация изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

5.1 Общая информация о деятельности по утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

Состав изделий из резины, утративших потребительские свойства, 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. Резинотехнические изделия могут содержать в своем составе в качестве арматуры текстильные материалы и металл.

Отходы резиновых шин, покрышек с металлическим кордом содержат в среднем 45-52 % натурального каучука, 10-15 % металла.

Согласно исследованиям ассоциации "Шинэкология" и Центра международного сотрудничества ЮНИДО, а также исследованиям Центра развития НИУ ВШЭ "Рынок утилизации отходов", образование отходов шин, покрышек в Российской Федерации ежегодно составляет от 700 тыс. т до 1 млн т [41, 42].

Месторасположение предприятий, осуществляющих утилизацию отходов изделий из резины на территории Российской Федерации, приведено на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Месторасположение предприятий, осуществляющих утилизацию отходов изделий из резины на территории Российской Федерации

Самым распространенным способом утилизации является механическое дробление, которое используют действующие в Российской Федерации компании.

Большинство предприятий среднего и мелкого бизнеса ориентированы на местный/региональный рынок сырья.

Основные сведения о методах и технологиях утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

Все известные методы утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, можно разделить на три группы:

- физический метод - дробление;

- физико-химический метод - регенерация;

- термические методы - пиролиз.

К физическим методам относятся технологии механической утилизации, где основным этапом является механическое дробление (измельчение) отходов шин и покрышек, различными способами: ударным воздействием, истиранием, резанием, сжатием, сжатием со сдвигом. Последующие действия с измельченными шинами зависят от требований потенциального потребителя. Например, для использования на цементных заводах извлечение металлического корда не требуется. Для производства резиновой крошки проводятся работы по отделению металлического и текстильного корда, получение тонкодисперсных резиновых порошков осуществляется путем экструзионного измельчения. Продуктами утилизации являются резиновые чипсы или резиновая крошка различных фракций для производства резинотехнических изделий, лом черных металлов низкого качества и текстильное волокно [43].

К физико-химическим методам утилизации отходов относится регенерация резины. Регенерация осуществляется различными способами и позволяет сохранить структуру сырья, использованного в процессе производства резины [44].

Известны и используются в промышленности следующие способы регенерации резин: водонейтральный (нейтральный), термомеханический (риклемейтор-процесс), паровой и его модификации, паровоздушный и паровой высокотемпературный [45]. Подавляющее большинство способов регенерации отходов резины основано на двух последовательных процессах [44, 45]:

- первоначально отходы резинотехнических изделий подвергают механическому измельчению в крошку;

- крошка обрабатывается мягчителем и активатором с получением регенерата.

Утилизация отходов резины термическим методом - пиролиза рассмотрена в ИТС 9-2020 "Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами".

Экологические проблемы, возникающие при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

Утилизация отходов изделий из резины в большинстве производится физическими методами. Данные методы связаны со значительными энергозатратами при утилизации отходов резины. Физическими факторами воздействия являются шум и вибрация оборудования на стадии механического дробления.

Физический метод утилизации отходов резины сопровождается образованием выбросов загрязняющих веществ в воздух рабочей зоны - пыли тонко измельченного резинового вулканизата.

Процесс регенерации требует использования металлоемкого оборудования (смесители, экструдеры, вальцы и др.). Процесс регенерации сопровождается выбросом в атмосферный воздух паров и дымов, содержащих, в частности, соединения серы.

5.2 Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в области утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

В основной массе методы направлены на утилизацию изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер с целью получения вторичного сырья - резиновой крошки.

5.2.1 Технологии утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, основанные на физических методах

В основу технологий утилизации, базирующихся на физических методах, заложено механическое измельчение изделий из резины до небольших кусков с последующим при необходимости механическим отделением металлического и текстильного корда для шин и покрышек и получением вторичного сырья резиновой крошки.

Способы измельчения различаются по температуре измельчения (при отрицательных температурах и при положительных температурах) и способу механического воздействия (ударный способ, истирание, сжатие, сжатие со сдвигом, резание) [46].

Измельчение осуществляется следующими методами:

- резание - при резании изделий из резины, утративших потребительские свойства, разделение на фрагменты происходит с помощью режущих инструментов, являющихся концентраторами напряжения; на эффективность резания влияют скорость резания, форма инструмента и свойства отходов;

- ударное воздействие - при ударном воздействии на изделия из резины кинетическая энергия ударного инструмента расходуется на деформацию разрушения; эффект воздействия инструмента при ударе зависит от его массы и скорости движения;

- истирание - при истирании изделия из резины контактируют с абразивным инструментом; на процесс измельчения истиранием влияет относительная скорость взаимодействия измельчаемого материала и абразивного инструмента.

Основным этапом утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, является:

- измельчение - измельчение резиновых лент до кусков резины (чипсов) может осуществляться на ножевых дробилках. При дроблении, обрабатываемая в дробилке масса разделяется на резину, металлический корд, бортовую проволоку и текстильное волокно.

В ряде случаев перед измельчением производится удаление бортовых колец - отделение бортовых колец и нарезка изделий из резины на ленту.

Дополнительные этапы утилизации отходов изделий из резины, в том числе шин и покрышек, включают:

- удаление металлического корда - свободный металл удаляется с помощью магнитных сепараторов и брикетируются;

- повторное измельчение - резина измельчается в экструдере-измельчителе;

- удаление текстильного корда - отделение остатков текстильного волокна от резиновой крошки производится с помощью гравитационного сепаратора;

- тонкодисперсное измельчение и рассев - очищенный резиновый порошок подается на тонкодисперсное измельчение и рассев на фракции (вибросито).

На выходе получают 3 фракции резинового порошка:

- 1-я фракция - 0,5...0,8 мм;

- 2-я фракция - 0,8...1,6 мм;

- дополнительная фракция - 0,2...0,45 мм (поставка по заказу).

Станки для утилизации изделий из резины (покрышек, шин и др.) представлены на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Станки утилизации отходов шин, покрышек: вырезатель посадочного кольца, разрезатель на ленту, разрезатель на куски, выжиматель посадочного кольца

В настоящее время на российском рынке представлено достаточное количество линий механического дробления различной комплектации [47]. Этапы утилизации отходов шин, покрышек представлены на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Технологическая схема по утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства (шин, покрышек, камер резиновых), в резиновую крошку [48]

5.2.2 Бародеструкционная технология изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

В основу бародеструкционной технологии утилизации отходов изделий из резины заложено явление "псевдосжижения" резины при высоких давлениях. Во время этого процесса имеющийся металл и бортовые кольца отделяются от основной резиновой массы, которая направляется для дальнейшего измельчения и сепарации.

Схема линии бародеструкционной технологии представлена на рисунке 5.4. Основные этапы утилизации отходов изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, включают:

- 1-й этап технологического процесса включает резку и прессование, изделие подается на пресс для резки шин, где отход разрезается на куски массой не более 20 кг;

- 2-й этап технологического процесса - обработка на агрегатах с высоким давлением: в установке высокого давления отход загружается в рабочую камеру, где происходят сжижение резины и истечение ее через отверстия специальной камеры, ее экструзия в виде кусков размерами 20-80 мм; одновременно происходит отделение компонентов металла и текстиля, которые направляются на брикетирование;

- 3-й этап - окончательная очистка и получение товарного продукта: после установки высокого давления резиновая масса направляется для окончательной очистки от металлокорда; освобожденная от металлокорда резиновая масса подается в роторную дробилку, где измельчается до 10 мм; в кордоотделителе происходит отделение резины от текстильного корда и разделение резиновой крошки на две фракции: менее 3 мм и от 3 до 10 мм.

Рисунок 5.4 - Схема бародеструкционной технологии утилизации отходов шин и покрышек [49]

Резиновая крошка фракцией более 3 мм подается в экструдер-измельчитель и после измельчения поступает вновь в кордоотделитель. Текстильный корд поступает в контейнер, а резиновая крошка - на вибросито, где рассеивается 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 фракций отгружается покупателю [49].

5.2.3 Низкотемпературная технология утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

В основу технологии низкотемпературной утилизации изделий из резины заложено явление перехода резины при низкотемпературном охлаждении в "псевдо-хрупкое" состояние. Дробление при низких температурах улучшает отделение металла и текстиля от резины, повышает выход резины [50].

Технологическая схема низкотемпературного метода утилизации отходов шин, покрышек представлена на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 - Технологическая схема низкотемпературной утилизации отходов шин, покрышек [49]

Основные этапы утилизации отходов шин, покрышек включают:

- подготовительный этап - удаление бортовых колец, нарезка изделий из резины на фрагменты;

- измельчение - измельчение резиновых фрагментов до кусков резины определенного размера может осуществляться на роторных дробилках;

- охлаждение отхода до температур 60-90 °C, когда резина переходит в псевдо-хрупкое состояние с использованием жидкого азота (рисунок 5.5) или воздушной турбоохладительной машины;

- измельчение - измельчение охлажденной резины с отделением металлокорда и текстиля и получением резиновой крошки.

На рисунке 5.6 приведена схема автоматической линии по низкотемпературной утилизации отходов шин и покрышек, исключающей применение жидкого азота.

Рисунок 5.6 - Схема автоматической линии низкотемпературной утилизации отходов шин, покрышек, исключающей применение жидкого азота [49]

5.2.4 Технология утилизации отходов изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, при повышенных температурах

В основу технологии утилизации при повышенных температурах изделий из резины заложено повышение температуры технологического процесса утилизации до температур, специфичных для каждого типа резины и при которых начинается термоактивированный распад полисульфидных или других межмолекулярных связей. Термоактивированный распад межмолекулярных связей облегчает механическое разрушение резины.

Но методы утилизации при высоких температурах не получили распространения из-за постепенного налипания перерабатываемой резины на режущие лезвия, на применяемые для ударного разрушения молотки и на стенки камеры измельчения. Единственным исключением является метод сдвигового измельчения, который в случае изопреновой резины применяют даже при 180-190 °C, а в случае этиленпропилендиеновой резины - при 240-250 °C. Высокотемпературное сдвиговое воздействие применяется на двух основных этапах утилизации: при отслоении шинной резины от корда и при тонком измельчении резины.

5.2.5 Технология регенерации отходов изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

В основу технологии регенерации отходов изделий из резины заложен физико-химический процесс, в результате которого резина превращается в пластичный продукт регенерат.

Существуют различные способы получения регенерата, отличающиеся характером и интенсивностью воздействия на резину, а также природой и количеством участвующих в регенерации резины веществ. В процессе регенерации резины происходят следующие процессы [51, 52]:

- деструкция углеводородных цепей;

- структурирование вновь образовавшихся молекулярных цепей;

- уменьшение содержания свободной серы, использованной для вулканизации резины;

- деструкция серных, полисульфидных связей;

- модификация молекулярных цепей каучука;

- изменение углеродных цепей, образованных сажей, содержащейся в резине.

Известны следующие методы производства регенерата: нейтральный, кислотный, щелочной, паровой низкого и высокого давления и термомеханический. Для резин на основе бутилкаучука наиболее эффективен радиационный метод регенерации с использованием излучений высоких энергий. Для производства регенерата любым методом необходимо первоначально измельчить изношенные шины в крошку; при этом конечный размер крошки зависит от метода получения регенерата. В настоящее время в шинной промышленности регенерат практически не применяют, а в промышленности по производству резинотехнических изделий используют только для изготовления малоответственных изделий [52, 53].

Процесс регенерации отходов изделий из резины включает следующие технологические операции:

- сортировку и измельчение отходов резины;

- освобождение отходов резины от текстильного волокна и металла;

- девулканизацию и механическую обработку девулканизата.

Разные способы регенерации отличаются главным образом техническим оформлением процесса девулканизации.

К устаревшим методам регенерации относятся щелочной, кислотный, термический, паровой методы, а также метод растворения.

В настоящее время применяются три метода регенерации: водонейтральный, термомеханический и метод диспергирования [53].

Водонейтральный метод включает следующие основные операции:

- подготовку резины;

- подготовку мягчителей и активаторов;

- девулканизацию; влагоотделение и сушку;

- механическую обработку.

Водонейтральный метод имеет периодичность процесса и большие дозировки мягчителя, что влияет на качество регенерата.

Метод диспергирования не получил широкого распространения вследствие сложностей, связанных с распылительной сушкой водной дисперсии резины.

Метод термохимической регенерации является непрерывным процессом. Процесс девулканизации в данном случае осуществляется в непрерывном шнековом девулканизаторе в присутствии мягчителя и активатора деструкции. Данный метод регенерации получил наиболее широкое распространение [44, 53].

5.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер

Эмиссии в окружающую среду при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, физическими методами

Утилизация отходов изделий из резины сопровождается выбросами загрязняющих веществ (резиновой пыли) в атмосферный воздух от дробилок и измельчителей.

Сточные воды в процессе утилизации не образуются.

Утилизация отходов изделий из резины может сопровождаться образованием отходов металлокорда и текстильного корда.

Физическими факторами воздействия являются шум измельчителей и вибрация вибросит.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, с использованием бародеструкционной технологии

Утилизация отходов изделий из резины сопровождается выбросами загрязняющих веществ (резиновой пыли) в атмосферный воздух от экструдера-измельчителя и роторной дробилки.

Сточные воды в процессе утилизации не образуются.

Утилизация отходов изделий из резины может сопровождаться образованием отходов металлокорда и текстильного корда.

Физическими факторами воздействия являются шум измельчителей и вибрация вибросит.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, с использованием низкотемпературной технологии

Утилизация отходов изделий из резины сопровождается выбросами загрязняющих веществ (резиновой пыли) в атмосферный воздух от криомельницы.

Сточные воды в процессе утилизации образуются на стадии подготовки при мойке отходов изделий из резины.

Утилизация отходов изделий из резины может сопровождаться образованием отходов металлокорда и текстильного корда.

Физическими факторами воздействия являются шум роторных дробилок (измельчителей).

Эмиссии в окружающую среду при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, с использованием технологии повышенных температур

Утилизация отходов изделий из резины сопровождается выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух от процесса термической обработки.

Утилизация отходов изделий из резины может сопровождаться образованием отходов металлокорда и текстильного корда.

Эмиссии в окружающую среду при утилизации изделий из резины, утративших потребительские свойства, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, с использованием технологии регенерации

Утилизация отходов изделий из резины сопровождается выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух на стадиях влагоотделения, сушки и механической обработки.

Утилизация отходов изделий из резины может сопровождаться образованием отходов металлокорда и текстильного корда.

Физическими факторами воздействия являются шум измельчителей на стадии механической обработки.