автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Разработка технологии переработки полимерных бытовых отходов

од

На правах рукописи

МУХАРЛЯМОВ САБИРХАН ФАИЗРАХМАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

11.01.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Казань-1998

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Зенитова Любовь Андреевна

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Махоткин Алексей Феофилактович

кандидат медицинских наук, доцент Борознов Николай Иванович

Ведущая организация

Государственное предприятие научно-исследовательский институт синтетического каучука им. C.B. Лебедева, г.Санкт-Петербург

Защита состоится " 10 " июня 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 063.37.05 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68 : (корпус А, зал заседаний Учёного Совета)

Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: 420015, Казань, ул. К.Маркса, дом 68, КГТУ, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Автореферат разослан " 8 "мая 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

А.С.Сироткин

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Ежегодно в Российской Федерации образуется около семи миллиардов тонн отходов, из них лишь 2 млрд. т. (28%) находят затем применение в народном хозяйстве. Особую тревогу вызывает скопление в отвалах и на свалках токсичных и экологически опасных отходов. Сложившаяся в стране ситуация с образованием, использованием, обезвреживанием, хранением и захоронением отходов ведёт к необратимым процессам деградации природной среды и представляет уже на данном этапе реальную угрозу здоровью населения и потенциальную угрозу будущим поколениям. Среди общей массы отходов около 130 млн. м3 ( 26 млн. т) твёрдых бытовых отходов (ТБО), доля полимеров в которых по разным оценка насчитывает от 2 до 10%. Это ценные материалы, имеющие кроме энергетической материальную ценность, которые необходимо использовать для воспроизводства сырьевой базы, а также получения различных видов изделий.

Некоторые успехи в этой области касаются переработки промышленных отходов, образующихся на предприятиях, производителях полимеров и изделий из них. Переработка и утилизация полимерных бытовых отходов (ПБО) несмотря на положительный мировой опыт в этой области, как в России, так и в Татарстане не налажена. Поэтому весьма актуальным является решение задачи учёта, сбора, сортировки, очистки и квалифицирог-ванной переработки ПБО.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с положениями законопроекта Государственного Совета РТ "Об отходах производства и потребления" и в рамках Целевой программы РТ "Управление отходами производства и потребления".

Цель работы. Целью настоящего исследования явилось создание технологии переработки и утилизации твёрдых ПБО в РТ.

Указанная цель достигалась решением следующих задач: •изучением структуры ПБО и выявлением приоритетных; •разработкой способов заготовки ПБО;

•установлением закономерностей их переработки на примере отработанных шин и резино-технических изделий (РТИ); •исследованием кинетики термораспада каучуков как основы отработанных шин и РТИ;

•применением способа отделения металлокорда и дробления автотранспортных покрышек, используя энергию взрыва;

•использованием метода упруго-деформационных воздействий для получения резиновой крошки:

•изучением возможности применения нелетучих растворителей для обработки резиновой крошки с целью получения регенератных резин, используемых в шинной промышленности;

•разработкой схемы безотходной технологии переработки отработанных шин и РТИ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней предложена и экспериментально обоснована возможность утилизации и переработки ПБО с детальной проработкой технологии переработки использованных шин и РТИ.

Впервые исследована морфология ПБО в промышленно развитом городе средней полосы России и выявлены наиболее часто встречающиеся в их составе полимеры.

Проанализированы возможные способы сбора и заготовки ПБО и выбраны наилучшие с точки зрения экологии, экономики и социальных возможностей.

При температурах 320 - 900°К по скорости газовыделения экспериментально исследован сложный комплекс физико-химических процессов, протекающих при термодеструкции в инертной и воздушной средах ряда кау-чуков общего и специального назначения, являющихся основной составляющей отработанных шин и резиновых изделий.

Проведено исследование закономерностей,1 влияющих на степень и качество измельчения отработанных шин и РТИ с помощью взрыва и метода упруго-деформационного воздействия с последующей обработкой нелетучим растворителем.

Практическая значимость работы заключается в том, что проведённые исследования позволили накопить банк данных о морфологии и качестве ПБО, влиянии их структуры на комплекс технологических и эксплуатационных характеристик.

Разработана и апробирована безотходная схема переработки отработанных шин и РТИ.

Установленные закономерности заложили основу комплексной программы сбора и утилизации ПБО и позволили разработать технологию их переработки в комплексе с ТБО на вновь строящемся мусороперерабаты-вающем предприятии в РТ.

Автор защищает:

• новое исследование морфологии и качества ПБО промышленно развитом городе Россия;

• способы заготовки, очистки и сортировки ПБО;

• выявленные закономерности термодеструкции каучуков общего и специального назначения с целью утилизации тепла сгорания, а также получения ценных в химическом отношении веществ;

• результаты исследований по использованию энергии взрыва и упруго-деформационных воздействий на отработанные шины и РТИ;

• исследования влияния регенератов резин на методы их переработки н конечные свойства изделий с их использованием;

• решение важной народно-хозяйственной задачи - улучшение экологической обстановки и получение материалов с ценными эксплуатационными свойствами;

• разработку природоохранных мероприятий для решения важных социальных проблем.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: на Республиканском научно-техническом семинаре "Мониторинг окружающей среды".Казань, 1993г.; на Международном конгрессе "Развитие мониторинга и оздоровление окружающей среды", г. Казань 1994г.; на научно-практической конференции "Процессы и технологии переработки отходов и вторичного сырья. Эксплуатация полигонов", Самара, 1997 г.; на Второй уральской конференции "Наукоёмкие полимеры и двойные технологии технической химии", Пермь, 1997г., на научных сессиях Казанского государственного технологического университета 1996-1997г.

Объём работы, диссертация состоит из введения^ глав, выводов и заключения, изложенных на 147 стр., включая 35 рисунков, 18 таблиц и списка литературы из 123 наименований.

Публикации. Основные результаты исследований и практической реализации изложены в 10 статьях и тезисах докладов.

Содержание работы.

В первой главе дан литературный обзор, где приведены правовые основы защиты окружающей среды в России и Татарстане, описаны инженерно-технические аспекты охраны окружающей среды, принципы организации экологически чистого потребления, сбора и использования изделий из полимеров. Особое внимание уделено известным методам утилизации и использованию отходов полимеров. На основании анализа имеющихся литературных данных поставлены задачи и намечены маршруты дальнейшего <1сследования.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. При изуче-)ии морфологии ПБО применялся метод анкетированного опроса населе-шя. При проведении качественных и количественных анализов полимеров. I также установлении некоторых закономерностей были использованы сле-1ующие методы: химический, хроматографический, ИК-спектрогра-шческий, вискозиметричеекий, потенциомегрический, калориметрический. Товедение полимеров и их смесей в широком температурном интервале нс-ледовалось методами: ТМ, ДТА и ТГМ.

1ля изучения кинетики термодеструкции использовалась методика опреде-ения скорости термораспада полимера по скорости газовыделения на становке, смонтированной на базе хроматографа Цвет 100М. Для непре-ывного замера кинетических характеристик деструкции при изменении гепени разложения 0<е<1, позволяющая проводить эксперименты в изо-ер.мическом и неизотермическом режимах в инертной (гелий) и окислп-

тельной (воздух) средах в широком интервале 320-900 °К температур. Установка обладает высокой чувствительностью, т.к. в качестве регистраторов газовыделения используются детекторы по теплопроводности (ДТП) и ионизации пламени (ДИП). Экспериментально полученные зависимости скорости газовыделения от времени и температуры образца обрабатываются с помощью пакета прикладных программ. По результатам неизотермической методики получают зависимость 1п (йг!й%) = £ (103/Т), позволяющие определить энергию активации разложения Еа и предэкспоненциальный множитель Ко. По результатам изотермической методики по зависимости 1п (йе/с1т) = п 1п (1-е) уточняется порядок реакции.

Изучением кинетики газовыделения при термодеструкции оценивалась возможность использования метода пиролиза и сжигания ПБО с целью получения ценных в химическом отношении продуктов и утилизации теплоты сгорания.

Комплекс физико-механических показателей определялся в соответствии с ГОСТ.

В третьей главе проанализировано положение с отходами потребления в РТ. Основная масса ТБО в России вывозится на полигоны. Обезвреживание ТБО на полигонах протекает за 50 - 100 лет, что негативно сказывается на экономической ситуации, требует непрерывного выделения новых территорий для организации полигонов, исключает вовлечение занятых полигонами площадей для хозяйственного использования. Анализ состояния мест захоронения и складирования ТБО по РТ, в которые составной частью входят полимерные, показал, что на большинстве действующих полигонов отсутствуют минимально необходимые природоохранные сооружения, такие как водонепроницаемые экраны, системы отвода и обезвреживание фильтрата поверхностных вод, ограждение границ полигона, бытовые помещения и т.д. Объекты размещения ТБО часто находятся в черте города или посёлка (КГ НПП им. Ленина, АО "Мелита", Оптико-механический завод, Арская поселковая свалка и т. д.), причём некоторые из них насчитывают более чем 30-летнюю историю (Самосыровская-1960г., Актюбинская-1960г.,Уруссинская - 1960г., Болгарская -1960г. и т.д.). Кроме того, многие из них заполнены на 90 - 100% (Самосыровская, Альметьевская, Дербышкинская и т.д.). Далеко не всегда на свалках налажена система контроля за очистными сооружениями. В некоторых местах сток очистных допускается в реки (п. Дербышки - в Казанку). В тоже время отсутствует единая стратегия в области отходов и мусора - не решено пока, какие отходы, в каком количестве, где и как складировать, уничтожать, но особенно мало по сравнению с мировой практикой отправляется отходов на вторичную переработку. Проведённый морфологический анализ образующихся на полигонах ТБО показал, что доля органических компонентов в сумме составляет 75-80%. Существенно уменьшилось содержание пищевых отходов, кожи, стекла. Однако значительно увеличилось содержание бумаги, картона, пакетирующих материалов. Наблюдается определенный стабильный рост полимерных материалов.

Естественно, что правильное определение количества и состава ТБО, прогнозирование их на перспективу необходимы для планирования работ по сбору, удалению отходов, потребностей в машинах и оборудовании, расчета сооружений и выбору рациональных технологических процессов обезвреживания и утилизации отходов с целью их более эффективного использования.

В этой связи было предпринято исследование по морфологии ПВО как части ТБО наиболее ценной и имеющей потенциальную возможность быть повторно используемыми или утилизированными.

В четвертой глава дана статистическая оценка загрязнения окружающей среды в РТ. С целью анализа ситуации с ПБО в районе промышленно-развитого города средней полосы России был выбран Вахитовский район г.Казани, как наиболее показательный с точки зрения загруженности объектами социальной сферы, притоком в дневные часы населения из "спальных районов", большого количества построек старого типа недостаточно оснащённых инженерными сооружениями коммунального хозяйства. 2000 жителям района точечно была предложена анкета, позволяющая оценить количество выбрасываемых полимерных отходов в течение месяца.

Социальные вопросы анкеты, касающиеся размера и дохода семьи, предполагали, что от них зависит количество и качество потребляемых полимеров (упаковка, тара, одежда и т.п.) и особенно, количество выброшенных изделий. Тип полимера, из которых они изготовлены, определялся как по специальным указателям на выбрасываемых объектах, так и с помощью аналитических методов, указанных в главе 2.

Как показали ориентировочные исследования на изучаемый момент (октябрь 1994 г.), чем выше уровень жизни, тем больше "не утилизируемых" в быту отходов. По-видимому, более обеспеченные семьи имеют больше выброшенных изделий. Менее же обеспеченные пытаются использовать их повторно, т.е. предусмотреть им " новую жизнь".

По результатам обработки анкет на первое место выходит резина Таблица 1. Главным образом это отработанные шины, далее следуют полиэтилен (ПЭ), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полистирол (ПС), полиамид (ПА) и т.д. Таким образом , один человек в среднем в месяц выбрасывал примерно 12 кг. полимеров, что составляет в год примерно 1800 т только в одном районе города.

Так как опрос не охватил всех аспектов проблемы, например сезонность, полимеры, имеющие в своей структуре инородные включения, и имея ввиду, что рынок полимеров значительно расширился и изменился, во второй половине 1997 г. был поставлен эксперимент с привлечением более 5000 человек из различных районов города. Новая анкета более детально ориентирована на вид выбрасываемого полимера благодаря тому, что на таре и упаковке проставляется знак, обозначающий возможность повторной переработки и тип полимера.

Состав выбрасываемых полимеров несколько из менился. Намного больше стало бутылок из ПЭТФ из-под напитков, минеральных вод, расти-

Таблица 1

Среднестатистические данные по типам и массе выбрасываемых полимеров в ТБО в течение месяца на одного человека, кг

Вид материала 1994 г. 1997 г.

Полистирол 0,123 0, 165

Полиэтилентерефталат 0,188 0, 326

Полиэтилен 0,192 0, 287

Полиамид 0,018 0,037

Полипропилен - 0,137

Поливинилхлорид - 0,283

Резина 0,518 0, 859

Прочие - 0, 123

тительного масла и т.п. Чаще всего это также тара из-под пищевых продуктов, таких как кетчуп, маргарин, масло и т.п. ПС в большинстве своём присутствует в таре из-под мо-лочно-творожных продуктов, упакованных в "стаканчики". Разовая посуда, упаковка всякого рода из термоусажи-ваемой пленки изготавливается из поливинил-

Итого 1,034 2,217

хлорида и ПЭ. Как и в предыдущем исследовании увеличенное количество полимеров потребляют семьи, в которых имеются дети.

Состав полимерных отходов в летний и зимний период отличается незначительно. Например практически одинаково количества полимеров из-под молочных и других видов пищевых продуктов. В летний период несколько увеличивается потребление мороженного и напитков и, как следствие, тары из ПС,ПП и ПЭТФ. Также летом несколько возрастает потребление ПЭ пакетов, по-видимому, в связи с увеличивающимся количеством овощей и фруктов.

Анализ приведённых данных даёт возможность сделать выводы о том, что количество полимеров в ТБО значительно настолько (~ 26 ООО т/год), что необходимость их сбора и дальнейшей переработки очевидна. Из возможных способов наиболее целесообразными видится два.

Заготовка полимерных отходов через систему коммунального хозяйства по двум вариантам: выборочный сбор отработанных пластмассовых изделий и выделение отходов полимеров из всей массы ТБО.

Второй способ - пиролиз или сжигание отходов пластмасс отдельно или совместно с бытовым мусором на мусороперерабатывающих заводах.

Пятая глава посвящена заготовке ПБО через систему коммунального хозяйства.

Заготовка бывших в употреблении полимеров может производиться в специальные ПЭ мешки или оборудованные контейнеры, которые предоставляются предприятиям, учреждениям, ЖЭУ и т. п. Коммунальные службы по утверждённому графику увозят их в подготовленные для этих целей депо для дальнейшей сортировки, чистки, компактирования и дробления. Контейнеры должны легко перемещаться, быть оборудованы герметично закрывающимися крышками, надписями, окрашены в цвета, характеризующие тот или иной вид отхода.

Успех в организации заготовки отходов полимеров из сферы бытового тотребления зависит от сознательной поддержки населением этого начинания. Несмотря на то, что большинство граждан РТ принципиально готово к участию в заготовках, необходимо постоянно и целенаправленно вести разъяснительную работу и давать информацию по этому вопросу, исполь-5уя радио, телевидение, прессу, наглядную агитацию, рекламу и т.д. Следует привлекать организации, имеющие опыт заготовки других*видов вторичного сырья. Важную роль в этом вопросе призваны сыграть учебные учреждения. Не стоит отбрасывать и экономическое стимулирование.

Первоначально можно рекомендовать заготавливать изделия из под эднотипного полимера, например ПЭТФ бутылки из-под напитков, или 1С тару из-под творожно-молочных продуктов, ПЭ пакеты и т. п. Способы IX вторичной переработки описаны в литературе и успешно применяются в фомышленно-развитых странах, в том числе и в России. Далее можно пе-зейти на заготовку разнотипных полимеров. Разработанная схема заготов-:и полимерных бытовых отходов приведена на рис. 1

Рис.1 Схема заготовки ПБО через систему коммунального хозяйства.

В шестой главе проведено исследование кинетики терморазложения аучуков. Как показали результаты опроса, резина составляет основную ассу выбрасываемых изделий. Это в основном отработанные шины, не-нотря на то, что существуют пункты регенерации протектора, а также ункты приёма отслуживших свой срок покрышек.

В этой связи исследование кинетики терморазложения каучуков общего назначения таких как СКИ, СКД и их сополимера СКИД Л, так и каучуков специального назначения: СКЭПТ и БК. Все они используются как для приготовления шинных резин, так и в рецептурах РТИ. Показано, что для всех рассмотренных полимеров термодеструкция описывается реакцией первого порядка, определены предэкспоненциальный множитель и энергия активации процесса. На основании кинетических параметров составлены уравнения, из которых при заданных значениях константы скорости (К = 0,005 мин-1) рассчитаны характеристические температуры Тр для оценки термостойкости рассмотренных каучуков. Указанные величины приведены в таблице 2.

Показано, что термостойкость рассмотренных полимеров зависит от количества двойных связей в них и природы заместителя у углеродного атома основной цепи. Увеличение степени сшивки ( вулканизованный и не вулканизованный СКЭПТ), как и следовало ожидать, уменьшает скорость газовыделения. С известной долей вероятности это утверждение можно перевести и на другие каучуки подвергнутые вулканизации.

Исследования, проведённые по изотермической методике показали, что для каучуков, содержащих небольшое количество двойных связей , -энергия активации термораспада не зависит от степени разложения, а для каучуков СКИ и СКД, имеющих в своём составе достаточное количество непредельности, зависит от степени разложения, что связано с возможностью протекания межмолекулярных реакций.

На основании полученных результатов с использованием формально-кинетического подхода, показано, что механизм распада имеет индивидуальный характер. Для СКЭПТ и СКД более вероятны процессы, идущие по закону случая. Для БК и СКИ терморазложение протекает по типу деполимеризации. Приводятся кинетические схемы термораспада.

Естественно, что полученные закономерности нельзя полностью перенести на изделия из каучуков. Свои особенности внесут ингредиенты резиновых смесей: наполнители, мягчители, пластификаторы, ускорители, ста-

Таблица 2

Кинетические параметры термодеструкции _ каучуков.__

Каучук Еа. кДж/моль Ко,(с-1) TP(°K)

БК 160+10 2,1 Ю10*1 580

СКЭПТ 280±20 2,6 1017±1 680

не вулк.

СКЭПТ 290±20 7,2 10|7±1 690

вулк.

СКИ 220±20 1,0 10l6±1 590

СКД 200+10 3,0 Ю1^1 640

СКИД Л 1 стадия 170±10 2 стадия 200+10 6,6 10'«*1 1,3 1012±1 590

билизаторы, специфические добавки и наконец сшивающие агенты! Однако учитывая, что каучуковая составляющая является преобладающей как в резиновых изделиях, так и в шинах, приведённые данные можно считать отправными.

Полученные исследования являются основой для изучения использования отработанных резиновых изделий в качестве материала для воспроизводства исходного сырья химических синтезов, а также возможностей утилизации тепловой энергии при сжигании отработанных изделий резиновой и шинной промышленности.

Седьмая глава содержит исследования по разработке безотходной технологии переработки отработанных шин и РТИ;

Переработка изношенных покрышек имеет важное технико-экономическое значение. Реализуемым в настоящее время направлением переработки покрышек является получение регенерата. При существующих объёмах потребления регенерата, ограничиваемых его качеством, промышленность может перерабатывать только 30% имеющихся ресурсов изношенных покрышек.' В настоящее время малопригодными или нежелательными для размола являются покрышки с металлокордом в брекере. При переработке покрышек с металлокордом по вальцевой технологии операции требуют сложного оборудования, значительных трудовых и энергетических " затрат, расходуемых на преодоление упругих свойств резины и измельчение металлокорда. Одним из прогрессивных направлений измельчения покрышек является способ, использующий энергию взрыва.

Однако известные способы взрывного дробления дают возможность голучать только крупные куски без одновременного отделения металло-сорда, что требует дополнительного измельчения по существующей меха-шческой технологии получения крошки.

Сущность способа заключается в формировании на поверхности по-;рышки наложенного заряда ВВ и последующем его подрыве во взрывной гамере.

Способ основан на использовании эффекта высокоскоростного мета-шя покрышки продуктами детонации взрывчатого вещества (ВВ), в провесе которого каждый элемент покрышки получает различный импульс и юзникают циклические волны нагрузки, приводящие к быстрым и высоким ©ответственно попеременным напряжениям сжатия и растяжения в эле-1ентах покрышки, к отрыву отдельных элементов - резины и металлокорда, [руг от друга, а также к дроблению резины. Эти процессы усиливаются с ювышением скорости метания покрышки. Кроме того, по имеющимся ли-ературным данным в момент взрыва происходит девулканизация резины, то способствует получению резиновой крошки по свойствам, приближающимся к сырой резине. Для реализации способа могут быть использо-аны различные ВВ, которые по комплексу взрывчатых и физических войств способны создать необходимый импульс.

На основании этого способа разработана технология, которая заклю-ается в следующем. Предварительно из автопокрышки вырезаются борта

и основная часть боковин. Протекторная часть разрезается поперёк в одном или двух местах на равные части. Комплект из двух протекторных частей и ленты ВВ, уложенной между ними, размещается в герметичной взрывной камере. Туда же помещаются боковины с заложенными между ними пакетами ВВ(аммонит или гексоген). После подрыва дробленная масса извлекается из камеры с помощью сжатого воздуха и гибкого трубопровода с магнитным сепаратором для попутного отделения элементов метал-локорда от резиновой крошки. При соотношении массы покрышки к массе ВВ от 2 до 9 дроблённая масса содержит 86,5% резиновой крошки и 13,5 % элементов металлокорда (рис.2).

Рис.2 Блок-схема измельчения отработанных шин с помощью взрыва

Фракции крошки размером от 0,2 до 2,0 мм составляют, таким образом, 86,5%, которые без дополнительной переработки могут быть использованы для изготовления широкого ассортимента резиновых изделий и в шинных резинах.

К положительным моментам этой технологии по сравнению с существующими механическими технологиями измельчения можно отнести обеспечение более высокопроизводительной, менее трудо- и энергоёмкой технологии. Преимуществами предложенной технологии также является расширение интервала дисперсности в сторону наиболее мелких фракций и снижение расхода энергии с 212 кВт/кг по сравнению с современной технологии "Дженерал моторе" до 9,12 кВт/кг. Кроме того данный способ заключаются в возможности переориентирования военных производств, производящих и использующих ВВ, на мирную продукцию.

До сих пор наиболее выгодным из реализуемых направлений переработки изношенных шин является получение из содержащихся в них резины регенерата - пластичного материала, способного подвергаться технологической обработке, вулканизоваться при введение в него вулканизующих агентов, что позволяет экономить каучук и другие ингредиенты резиновых смесей, снижать себестоимость резиновых изделий.

Для получения регенерата любым из существующих промышленных методов, как правило, применяются мягчители для набухания исходной резины, главным образом, продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев, а также продукты лесохимии. Однако ресурсы и качество этих продуктов не всегда отвечают в должной мере потребностям регенератной промышленности.

В качестве агента набухания был испытан синтетический каучук оли-гопипериленовьш (СКОП), представляющий собой раствор олигомера пи-перилена в димер-тримерной фракции.

Для обработки СКОПом исследовалась резиновая крошка после взрыва протекторной части изношенных шин. Как показали исследования, размер исходных образцов резины практически не оказывает влияние на величину крутящего момента Мир .выбранного критерием технологичности обработки. Было установлено, что смешение резиновой крошки со СКОПом необходимо проводить при температуре 80-130° С в течение 10 мин. Термообработка после воздействия СКОПа при температуре 80° С в течение 2 часов значительно снижает величину предельного давления в экструзионной головке Рз, также являющегося мерой технологичности обработки.

Установлено, что на величину предельного давления в головке влияют следующие факторы: количество СКОПа; время набухания; конструкция и диаметр выходного отверстия головки; температура в головке.

В результате исследований выбраны следующие параметры экструзии: температура в головке 120-130° С, частота вращения червяка - 30 об/мин, диаметр выходного отверстия головки - 0,3 мм.

Для оценки влияния резиновой крошки, обработанной 20% раствором СКОПа на физико-механические показатели изготовлены резины по рецептуре протекторных смесей, где количество резиновой крошки составляло 20%.

Полученные физико-механические показатели протекторных резин приветны в таблице 3.

Таблица 3

Физико-механические показатели протекторных резин

Показатели крошка, % мае.

0 20

Условное напряжение при 300% удл., МПа 9,2 7,5

Условная прочность при разрыве, МПа 18.0 13,6

Относительное остаточное удлинение, % 510 480

Динамическая выносливость при 200% растяжении. циклы 3875 3785

Сак видно из данных таблицы 3 применение резиновой крошки после ¡зрыва оработанной нелетучим растворителем даёт возможность получить фотекторные резины с качеством, приближающимся к аналогичным рези-тм. не содержащим регенерат и отвечает предъявляемым требованиям. Тотгому в дальнейшем при разработке безотходной технологии утилизами изношенных шин и РТИ с помощью взрыва можно рекомендовать об->аботку полученной крошки СКОПом.

Как показали представленные исследования, после взрыва получается рошка разнородного состава. В зависимости от соотношения ВВ: отрабо-анная резина от 2 до 9 фракционный состав резиновой крошки колеблется, :ричём доля фракция от 2 мм и выше может достигать 25%.

Ранее на Химическом заводе им. Ленина г. Казань была разработана установка для получения порошковой целлюлозы механическим методом, который позволил увеличить производительность аппаратуры, исключить часть технологических операций и единиц технологического оборудования, повысить безопасность производства и.т.д. Однако в связи с недостаточной загруженностью, сокращением военных заказов и с переориентированием оборонных производств на мирную продукцию, данная установка бездействует.

Ретроспективный анализ литературных и патентных данных показал, что установка, использующая принцип упруго-деформационного воздействия, может оказаться подходящей для измельчения резиновой крошки фракционного состава более, чем 2 мм.

Основные операции технологического процесса изготовления резиновой крошки из фрагментов размером более 2 мм состоит из следующих стадий: загрузка резиновой крошки через загрузочный циклон в бункер питателя; подача крошки в шйековый питатель; измельчение крошки; транспортированное крошки на сито-бурат или сортировку; просеивание крошки.

Задачей настоящего исследования было определить подходит ли данный аппарат для измельчения резиновой крошки с целью её дальнейшей переработки в качестве регенератных резин.

В таблице 4 приведен фракционный состав крошки полученный после прохождения шнекового измельчителя.

Таблица 4

Фракционный состав резиновой крошки, полученной после измельчения в шнековом аппарате.

Крошка, мм До измельчения, % масс. После измельчения, % масс.

№ партии 1 2 3 4 1 2 3 4

менее 0,2 - - - - 26,0 24,7 20,0 18.8

0,20 - 0,40 - - - - 17,7 16,2 12,3 11,7

0,40 - 0,63 - - - - 13,7 12,5 27,7 28,0

0,63- 1,60 - - - - 20,3 27.8 25,5 25,4

1,60-5,00 80,2 74,3 37,5 34,0 22,3 18,8 14,5 16,1

5,00 - 10,00 19,8 25,7 30,1 32,7 - - - -

10- 20 - - 16,4 16,8 - - - -

20-30 - - 16,0 9,5 - - - -

30-50 - - - 7,0 - - - -

Как видно из приведённых данных произошло измельчение крошки до размеров, приемлемых для использования в регенератных резинах. Данная крошка была испытана в качестве добавки для приготовления резиновой смеси основе СКД и СКИ в количестве 20% и было показано, что изменение физико-механических показателей вулканизатов по сравнению с аналогами не содержащими крошки, незначительно, что позволяет применять их для изготовления неответственных резиновых РТИ на изделий таблица 5.

Таблица 5

Физико-механические показатели вулканизатов на основе СКД и СКИ

Показатели СКД СКИ

без крошки/с крошкой без крошки/с крошкой

Условное напряжение при разрыве, МПа 22,0/18,5 30,0/25,0

Относительное остаточное удл., % 500/450 850/800

Эластичность по отскоку, % 75/70 69/66

Комплексная блок-схема переработки отработанных шин и РТИ приедена на рис.3

ис.З Комплексная блок-схема повторной переработки изношенных шин и

Выводы:

1.Проведено систематическое исследование морфологии полимеров в БО, которое позволило установить, что их количество настолько мате-галоёмко, что возникла необходимость в их вторичной переработке. Вы-¡лено, что наибольший удельный вес в ТБО среди полимеров занимают -работанные шины и РТИ.

2.Создана концепция сбора, утилизации и переработки бытовых поли-:рных отходов на примере промышленно развитого города средней поло-I России, каковым является Казань.

3. Изучены кинетические зависимости процессов терморазложения кау-чуков общего (СКИ, СКД) и специального (БК и СКЭПТ) назначения, составляющих большую часть отработанных шин РТИ.

4. Проанализированы возможные варианты измельчения шин и РТИ для получения регенерата и выбрана оптимальная с точки зрения технологии, экологии и экономики схема переработки с помощью взрыва.

5.Предложен вариант обработки резиновой крошки, полученной после' взрыва, нелетучим растворителем СКОП для улучшения перерабатываемое™ в шинный регенерат.

6.Изучены возможности применения аппаратуры, работающей по принципу упруго-деформационного воздействия на резиновую крошку фракционного состав более 2 мм , полученную после воздействия эффекта высокоскоростного метания, с целью использования её в рецептурах резиновых изделий.

7.Разработана и апробирована безотходная технология переработки изношенных шин и РТИ как наибольшей составляющей части полимерных отходов в ТБО, что позволило решить проблемы экологии окружающей среды, создать дополнительные рабочие места, использовать принципы и оборудование конверсионных производств, сэкономить материальные и энергетические ресурсы.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1 .Зенитова Л.А., Сафиуллина Ф.Ф., Мухарлямов С.Ф. и др. Оптимизация рецептур полиуретанов методом ОГХУ/ Известия вузов , 1993, Т.38 ,- С. 105-108

2.Сафиуллина Ф.Ф., Мухарлямов С.Ф. и др. Использование метода ОГХ для подбора оптимальных рецептур полимерных материалов / Тезисы докладов научно-техн. сем-ра " Мониторинг окружающей среды"- Казань. 1993. - С.20

3. Сафиуллина Ф.Ф. , Мухарлямов С.Ф, Усманова Г.Б. и др. Применение метода ДТА для контроля за содержанием токсичных несвязанных компонентов в полимерных материала / Тезисы докладов научно-техн. сем -ра " Мониторинг окружающей среды" - Казань , 1993. - С. 16

4.Сафиуллина Ф.Ф. , Мухарлямов С.Ф., Зенитова Л.А. и др. Оптимизация рецептур литьевых полиуретанов, полученных с использованием отходов/ Тезисы докладов Международного конгресса "Развитие мониторинга и оздоровление окружающей среды" - Казань, 1994, - С.47

5.Зенитова Л.А., Мухарлямов С.Ф. Модель эффективной переработки и утилизации полимерных отходов / Анн. сооб. н-ой сес. КГТУ, 7-8 02.97г.,-С. 51

б.Гатауллнн И.Р., Мухарлямов С.Ф. Анализ рынка бытовых полимерных отходов в административном районе г. Казани / Тезисы докладов научно-практической конференции "Процессы и технологии переработки от-

ходов и вторичного сырья. Эксплуатация полигонов", Самара, 22-25 04.9"

7.Гатауллин И.Р., Мухарлямов С.Ф. , Зенитова Л.А. Статистическая оценка загрязнения окружающей среды бытовыми полимерными отходами/ Тезисы докладов Второй уральской конференции "Наукоёмкие полимеры и двойные технологии технической химии" 21-23 .10 ,97г.. Пермь -

8.Морозова З.Г.. Решетников С.М., Мухарлямов С.Ф., Зенитовл Л.А. Исследование кинетики терморазложения и продукты распада отработанных изделий из синтетических каучуков I Анн.сооб, н-ой сес. КГТУ, 2-3 02.98 г, Казань.-С.25

9,Морозова З.Г., Решетников С.М., Мухарлямов С.Ф. и др. Высокотемпературное разложение каучуков общего назначения СКИ и СКД / Каз. госуд. технол. ун-т,- Казань, 1998. - C.lI- Деп. в ВИНИТИ, № 861 -В98, 25.02.98

Ю.Морозова З.Г., Решетников С.М., Мухарлямов С.Ф., Зенитова Л.А. Высокотемпературное разложение каучуков БК и СКЭПТ/ Казан, госуд. технол. ун-т,- Казань, 1998. - С.13 - Деп. в ВИНИТИ, №.862-В 98 от 25.02.98

г.,- СЛ8

С. 117

Соискатель

Заказ Á

Тираж 80 зк:

Офсетная лаборатория КГТУ -т20<М5, г.Каза.г-,. ул. К. М-.гкса .68.