Переработка резиновых отходов

Важной проблемой, имеющей экологическое и экономическое значение для многих развитых стран, является проблема переработки резиновых отходов, и в частности изношенных автомобильных покрышек. Анализ данных показывает, что перерабатывается всего лишь около 20% покрышек, а остальные накапливаются. Несмотря на многообразие известных в настоящее время способов утилизации резиновых отходов, эта проблема в большинстве государств с достаточной экологической и экономической эффективностью не решена. В ряде стран изношенные покрышки используются в качестве топлива для получения энергии, а также в цементной промышленности. Однако такое направление, как и переработка в резиновую крошку, является малоэффективным, поскольку не позволяет в полной мере реализовать ценные свойства материалов, содержащихся в покрышках.

В настоящее время разработаны и используются различные технологии по переработке резиновых отходов. При этом в зависимости от вида отходов применяется та или иная технология их переработки, конечным этапом которой является возврат в исходное производство ценных компонентов, либо простое уничтожение отходов.

Резиновые невулканизированные отходы, включающие в себя непригодные для прямого использования резиновые смеси, остатки резиновых смесей, ценным компонентом которых является каучук, перерабатываются путем сортировки, очистки от посторонних включений, обработки очищенных отходов на смесительных вальцах. Полученная смесь возвращается в производство резины. Резиновые вулканизирующие отходы, образующиеся на стадиях вулканизации и отделки готовой продукции, а также бракованные изделия, перерабатываются в резиновую крошку, которая применяется на предприятиях как добавка к исходному сырью. Резинотканевые невулканизированные отходы, содержащие остатки прорезиненных тканей, а также бракованные изделия, перерабатываются путем сортировки, измельчения и последующего использования в качестве добавок к исходному сырью или в производстве изделий. Резинотканевые вулканизированные отходы, представляющие собой остатки от штамповки и отделки готовых изделий, а также бракованные изделия, перерабатываются путем измельчения и использования в качестве добавок при производстве строительных материалов и бытовых товаров.

Особый класс резиновых отходов составляют отходы шинной промышленности, а также изношенные шины. Основными возможными направлениями утилизации таких отходов являются: использование крошки для дорожного строительства, производства гидроизоляционных, строительных и технических материалов; получение технических продуктов методом пиролиза; получение тепла путем сжигания изношенных шин в специальных котлоагрегатах. В изношенных шинах содержится не только резина, свойство которой сравнительно ближе к первоначальным, но и большое количество армирующих (текстильных и металлических) материалов, использование которых позволит сэкономить дорогостоящее сырье.

В США, ФРГ, Австралии, Японии и ряде других стран из изношенных шин создают плавающие волнорезы, сооружают гидротехнические объекты, строят мосты через малые реки, ручьи и овраги, прокладывают водопроводные трубы под авто- и железнодорожные насыпи и т. д.

Длительное время значительную экономию каучука и других составляющих резиновых смесей в шинной промышленности, промышленности РТИ и резиновой обуви обеспечивало применение регенерата, получаемого из резиносодержащих отходов, главным образом, изношенных шин. Однако в последние годы, как за рубежом, так и в странах СНГ, производство регенерата и его объемы использования резко сокращаются. Коренное изменение ситуации в области производства и применения регенерата вызвано следующими причинами:

• непрерывный рост требований к эксплуатационным свойствам резиновых изделий;
• недостаточно высокое качество регенерата;
• увеличение объемов применения пластических масс вместо каучуков для производства резинотехнических изделий;
• вытеснение регенерата резиновой крошкой, особенно модифицированной; увеличение затрат на производство регенерата в связи с необходимостью перерабатывать шины с металлокордом;
• наличие каучуков, успешно конкурирующих по цене с регенератом и др.
  

В США, Западной Европе, Японии из изношенных шин с текстильным и металлическим кордом получают резиновую крошку. Дробление изношенных шин без вырезки или после вырезки из них бортовых колец производится при положительных температурах, а также криогенным способом. Наряду со стационарными установками используются мобильные установки, измельчающие шины при положительных температурах или с применением жидкого азота в местах их хранения, на свалках и т.п.

Резиновая крошка, которую получают из изношенных шин, применяется в резиновых смесях различного назначения, в том числе при изготовлении обуви, массивных шин и протекторов, резиновых покрытий, линолеумов, спортивных матов, получения композитных материалов и др.

В США, Франции, Бельгии, Австрии, Японии получены хорошие результаты по применению резиновой крошки в дорожных покрытиях: значительно повышается износо- и морозостойкость, снижается шумообразование, увеличивается срок службы, сокращается тормозной путь. Резиносодержащий асфальт более 30 лет применяется в США в штатах Аризона, Калифорния, Техас.

Использование резиновой крошки при строительстве дорог считается перспективным во Франции, США, Великобритании. При этом оптимальной технологией изготовления асфальтобетонных смесей является приготовление резинобитумного вяжущего с использованием предварительно набухшей в сланцевом мягчителе резиновой крошки и последующее смешение вяжущего с минеральными составляющими асфальтобетона. В результате переработки изношенных автопокрышек можно получить особый резиновый порошок, который используется для получения дешевых антикоррозийных мастик, гидроизоляционных материалов, герметиков для изготовления бесшовной кровли, эластичного наполнителя для строительства автомобильных дорог, основы для обуви, составляющей для новых автопокрышек, звукоизоляционной пористой плиты для домов.

Переработанные автопокрышки применяются также для производства:

• гидроизоляции при нефтедобыче;
• гидроизоляционных мостов и труб;
• защиты от эрозии почв и берегов;
• строительства мостов и водопропускных коллекторов в дорожной индустрии;
• создания звукоизолирующих ограждений . экранах на автодорогах;
• усиления «слабых» грунтов в инженерных сооружениях широкого профиля.

В Висконском университете (США) разработан другой способ утилизации шин. Их заливают жидким азотом. Шины становятся хрупкими, как стекло, их дробят и получают сырье для дорожного покрытия. Испытания, проведенные на такой дороге, показали, что у этого шоссе прекрасный коэффициент сцепления с автомобильными колесами, а уровень шума самый низкий. Цена дорожного покрытия не дороже асфальта.

В Польше измельченные автопокрышки стали использовать для изготовления транспортерных лент. Голландский способ дает материалы для изоляции электрических кабелей. Свой вариант есть и у болгарских специалистов (каучуковый комбинат в г. Писариджике). Они уже несколько лет производят резиновые шпалы для рельсовых путей в шахтах. У таких шпал есть шесть преимуществ над прежними: они в три раза дешевле железобетонных, лучше амортизируют удары и глушат шум, устойчивы к воздействию рудничных вод, к ним не нужен балласт из щебенки, и, наконец, когда кончится срок годности, эти шпалы можно снова переработать. Но, пожалуй, самый экологически чистый способ переработки старых шин запатентован в Колумбийском университете (США). В специальной емкости они подвергаются биологическому разложению с помощью микробов. И получается порошок для удобрения полей. [ Белоусова Е.Е. Проблемы утилизации отходов // Сб. науч. тр. международной специальной выставки «Отходы-1999»: индустрия переработки и утилизации». М., 1999. ]

В ряде стран (США, Японии, Германии, Швейцарии и др.) довольно длительное время эксплуатируются опытно-промышленные установки по пиролизу резиносодержащих отходов. Пиролиз резиносодержащих отходов осуществляется в среде с недостатком кислорода, в вакууме, в атмосфере водорода, в эвтектической смеси хлоридов лития и натрия, в реакторах периодического и непрерывного действия, в псевдоожиженном слое, при различных температурах.

В настоящее время на основании результатов работ по пиролизу, выполненных за рубежом и в СНГ, нельзя сделать обоснованный вывод об экономической и экологической целесообразности широкомасштабного использования этой технологии для переработки резиносодержащих отходов. С точки зрения экологии, использование изношенных шин в качестве топлива оценивается неоднозначно. Это обусловлено выделением при сжигании шин в атмосферу соединений цинка, титана, окислов кремния. Сжигание изношенных шин энергетически неперспективно, так как для изготовления легковой шины требуется энергия, содержащаяся в 35 л нефти, а при ее сжигании возвращается энергия, эквивалентная лишь 8 л нефти. Однако сжигание шин в цементных печах снижает загрязнение окружающей среды и в ряде случаев экономически выгодно. Этот метод также неперспективен и с энергетической точки зрения: с учетом КПД при сжигании легковой шины количество энергии примерно равно получаемому от сжигания 3 л нефти. При этом создание специальных печей и очистных сооружений для улавливания вредных газов и соединений тяжелых металлов требует больших затрат.

Одним из основных недостатков известных технологий переработки резиновых отходов являются большие выбросы вредных веществ в окружающую среду, необходимость предварительной сортировки и измельчения отходов, низкая энергетическая и экономическая эффективность, высокая пожаровзрывоопасность и низкое качество получаемых продуктов переработки. Перспективным представляется направление переработки резиновых отходов, позволяющее не только решать проблему уничтожения отходов, но и получать ценные сырьевые и энергетические ресурсы. Такое направление развивается и основано на паротермической деструкции резиновых отходов в среде перегретого пара.

Сущность технологии состоит в следующем. В реактор одновременно подаются резиновые отходы, например изношенные покрышки, и перегретый водяной пар. При температуре в реакторе 400.500 °С протекает деструкция резиновых отходов, с образованием твердой, жидкой и газообразной фаз. Газы деструкции вместе с водяным паром попадают в конденсатор, где происходит конденсация пара и части газообразных продуктов. Неконденсирующиеся газы направляются на дожигание в топке парогенератора. Образующихся газов достаточно для энергообеспечения процесса термообработки отходов. Сконденсированный пар и продукты деструкции отходов из конденсатора направляются в накопительную емкость. Твердый углеродсодержащий остаток деструкции направляется в мельницу, где осуществляется его размол. Получаемая в результате переработки жидкая фракция по своим техническим характеристикам полностью соответствует топочному мазуту марки М-40.

Важным направлением применения продуктов переработки резиновых отходов является возможность использования их в качестве исходного сырья для резиновой промышленности (масломягчители, техуглерод, сажа, пластификаторы и т. д.), промышленности нефтеоргсинтеза, в дорожном строительстве для производства битумных эмульсий и мастик.

Углеродсодержащий остаток (пирокарбон) представляет собой твердое вещество черного цвета (содержание углерода до 90 %). Пирокарбон может быть использован для производства сорбционных материалов, может применяться в металлургической промышленности в качестве заменителя аморфного графита, возвращаться в производство резины. Образующаяся жидкая фаза, как показывают исследования, представляет собой готовый масломягчитель для резиновой промышленности.

Данная технология позволяет существенно снизить или практически полностью предотвратить выбросы вредных веществ в атмосферу, гидросферу, достичь высокой энергетической эффективности как за счет рециркуляции тепла, так и путем использования части продуктов термической деструкции отходов для энергообеспечения процесса, обеспечить переработку отходов без предварительной сортировки и измельчения их, осуществить простое аппаратурное оформление (большинство узлов установки составляет стандартное серийное оборудование) процесса переработки, обеспечить высокую пожаровзрывобезопасность.