Переработка промышленных отходов

Раздел: Переработка

Утилизация отходов пластмасс ввиду быстрого роста объемом их применения приобрела важное экономическое и экологическое значение. Использование отходов полимерных материалов помогает решить сырьевые проблемы, позволяя сократить потреблс ние первичных материальных ресурсов.

Вторичные полимерные материалы должны играть в промышленности по переработке пластмасс такую же роль, какую играет металлолом в металлургии.

Отходы термопластичных пластмасс можно классифицировать следующим образом:

♦          технологические отходы производства, образующиеся при синтезе и переработке пластмасс и составляющие от 5 до 35 % (по массе). По свойствам они мало отличаются от исходного сырья и могут повторно перерабатываться в смеси с исходным мате риалом;

♦          отходы производственного потребления, накапливающиеся в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, используемых в различных отраслях экономики. Эти отходы достаточно однородны и также могут быть повторно переработаны в изделия. К ним относятся детали машин, тара, отходы пленочных материалов сельскохозяйственного назначения и др.;

♦          отходы общественного потребления, накапливающиеся на свалках в результате морального или физического износа полимерных деталей или изделий, в которых они использовались (пластмассовая посуда, мебель, детали автомобилей и другой бытовой техники). Хотя они и представляют ценное вторичное сырье, но вследствие перемешивания с другими видами отходов их переработка в изделия затруднена. Доля отходов общественного потребления составляет 50 % всех полимерных отходов.

Для облегчения разделения пластмассовых отходов потребления во многих странах изделия при их производстве маркируют, что позволяет идентифицировать вид полимера, из которого оно изготовлено.

Раздельный сбор отходов потребления пластмассовых деталей с учетом вида полимера (а еще лучше цвета) у нас в стране пока не производится. Поэтому значительная часть отходов пластмасс не перерабатывается.

Захоронение отходов ведет к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию ресурсов. Сжигание также ианосит ущерб природе, но при этом хотя бы возможно использовать выделяющееся при горении тепло.

Создание био-, фото- и воздухоразрушаемых полимеров хотя и возможно, но во многих случаях нерационально, так как такие материалы не обладают необходимыми эксплуатационными свойствами. Они могут найти применение для изготовления упаковочных пленочных материалов, одноразовой посуды и тары, гак как эти изделия имеют ограниченный срок эксплуатации. Однако издержки при изготовлении таких полимерных материалов выше, чем при производстве обычных пластиков, и поэтому создание полимеров, способных к быстрому разложению под воздействием факторов окружающей среды, имеет ограниченное значение.

В промышленности применяются следующие основные направления утилизации и ликвидации отходов пластмасс:

□         переработка отходов в полимерное сырье и повторное его использование для получения изделий;

□         сжигание вместе с бытовыми отходами;

□         пиролиз и получение жидкого и газообразного топлива;

□         захоронение на полигонах и свалках.

Основной путь утилизации отходов пластмасс — это их повторное использование по прямому назначению. Капитальные затраты при таком способе утилизации невелики. При этом не только достигается ресурсосберегающий эффект от повторного вовлечения материальных ресурсов в производственный цикл, но и существенно снижаются нагрузки на окружающую среду.

Несмотря на значительные преимущества повторного использования полимерных материалов, таким способом утилизируется лишь незначительное их количество, что связано с трудоемкостью сбора, разделения, сортировки, очистки отходом (прежде всего отходов бытового потребления).

Поэтому наряду с вторичной переработкой отходов пластмасс' в изделия в промышленности используются и другие способы утилизации.

Весьма перспективна переработка отходов пластмасс пи ролизом, в результате которого из пластмассовых отходов при 425 °С и давлении 20 МПа получают топливо, на 95 % состоящее из жидких углеводородов и на 5 % из горючего газа.

Применение этой технологии для переработки пластмассовых отходов экономически выгодно. Установка, перерабатывающий 11,3 тыс. т/год отходов окупается за три года. Использование этих установок целесообразно лишь в районах с ресурсами отходов не менее 465 тыс. т/год.

К технологическим отходам относятся остатки исходного сырья, образовавшиеся в процессе призводства и частично или полностью утратившие показатели качества. Часть из них (возвратные отходы) — литники, отходы при выходе на режим, бракованные детали — используются после предварительной подготовки в том же или другом процессе. Технологические отходы, безвозвратно утратившие свои основные свойства, не могут быть переработаны в изделия и подлежат сжиганию либо захоронению.

Сокращению технологических отходов, образующихся при изготовлении деталей из пластмасс, способствуют следующие мероприятия:

1.         Правильное распределение имеющейся номенклатуры изделий по оборудованию таким образом, чтобы суммарные отходы были минимальны, учитывая, что потери сырья при переходах i одного изделия на другое на машинах с большой произво дительностью максимальны.

2.         Усовершенствование конструкции оснастки, выбор он тимального формующего инструмента (пресс-форм, дорнои, матриц и т. д.),

3.         Оптимизация режимов переработки полимера с целым исключения его термодеструкции и получения бракованны* изделий.

4.         Уменьшение числа переходов с одного цвета на другоИ как при изготовлении деталей, так и при переработке отходом.

5.         Установка на вентиляционных отсосах дробильных отделений циклонов для улавливания полимерной пыли, образующейся При дроблении отходов.

6.         Организация безостановочного цикла работы оборудования, уменьшение количества остановок оборудования на ремонт или замену формующей оснастки.

В зависимости от качества и чистоты отходов такая схема может быть реализована в полном или сокращенном объеме. Как правило, промышленные отходы не требуют выполнения всех стадий технологического процесса, показанного на этой схеме. Ьытовые полимерные отходы, наоборот, нуждаются в тщательной подготовке. Производственная схема переработки таких отходов пластмасс приведена на  9.8.

Переработка технологических отходов термопластов должна начинаться с определения степени изменения их свойств и выбора ипиболее эффективной технологии их использования.

Высокое качество готовых изделий и стабильность технологического процесса могут быть обеспечены лишь при равномерном нитровании измельченных или гранулированных отходов и хорошем смешении их с исходным сырьем.

при переработке отходов

В случае, если имеется рынок сбыта продуктов переработки, осуществлены непрерывность и регулярность поступления отходов, рщработана экономичная технология их переработки, а посыпающие отходы стандартизованы, имеет смысл создавать специализированные предприятия по переработке отходов. Если количество полимерных отходов невелико, то целесообразно передавать их на переработку предприятию—изготовителю первичной продукции.

При переработке отходов на предприятиях, производящих изделия из термопластов, они возвращаются в основной технологический процесс.

В процессе вторичного использования пластмасс необходимо предотвратить или уменьшить ухудшение их физико-механических и реологических свойств вследствие старения, вызываемого напряжением сдвига и нагреванием (термомеханическим воздействием), которым подвергают полимер при размоле, расплавлении и формовании. С этой целью в композиции на основе вторичных полимерных материалов вводят дополнительные стабилизаторы, которые позволяют без изменения технологических свойств полимеров сохранить их эксплуатационные характеристики. Для различных видов полимеров разработаны и известны такие стабилизирующие вещества.

Сбор и сортировка отходов пластмасс являются наиболее слабым звеном в процессе организации переработки как технологических отходов, так и в еще большей степени отходов потребления.

Идеальная сортировка отходов должна обеспечить разделение их не только по видам, маркам, цвету, но и по форме, степени загрязненности, содержанию инородных материалов, физико- механическим свойствам ит. п., что требует настолько больших затрат, что делает утилизацию отходов неэффективной.

Наиболее простой и в то же время удовлетворяющей основным требованиям является сортировка, осуществляемая в процессе сбора отходов непосредственно на рабочем месте, т.е. на стадии их образования (так называемый околомашинный сбор отходов).

Околомашинная переработка отходов позволяет добавлять к первичному сырью наиболее близкие по свойствам вторичные материалы, при этом устраняется необходимость их сортировки по цветам, снижается возможность- их загрязнения, отпадает необходимость в складских помещениях, проверке качества вторичных материалов, их сушке и т. п.

Наиболее эффективны сбор и сортировка промышленных отходов при полностью замкнутом цикле переработки пластмасс. Конструктивное оформление таких схем предусматривает автоматический сбор отходов, их измельчение и добавление в определенной пропорции к исходному сырью.

Если предприятие не перерабатывает отходы, а поставляет их на сторону, их сортировка должна производиться на местах образования, так как переработка нерассортированных отходов у потребителя связана со значительно более высокими затратами на сортировку и дополнительную очистку отходов от загрязнений.

С целью упрощения сбора и сортировки отходов возможно изготовление некоторых изделий из смесей отходов различных пластмасс.

Идентификация пластмасс имеет важное значение. Среди проблем, возникающих при утилизации пластмасс, главная — определение природы материала, т. е. идентификация. Если отсутствует специальное оборудование для проведения хими ческого, физико-химического и других видов специального анализа, то можно воспользоваться простыми, но достаточно точными способами идентификации, с помощью исключения или сравнения с точно известными образцами или путем анализа сведений о возможности применения тех или иных видов пластмасс для определенных целей.

Чтобы отличить термопластичный материал от термореактивного, следует приложить к образцу раскаленный металлический предмет. Если при этом поверхность контакта с ним плавится, то это термопластичный материал.

Если образец пластмассы (непористый) плавает на поверхности воды, в которую добавлены несколько капель моющего вещества (для снижения поверхностного натяжения), то этот образец, вероятнее всего, из неполярного полимера — полиэтилена или полипропилена. Продукты горения таких материалов пахнут горящей стеариновой свечой.

Сжигание образцов пластика — достаточно надежный способ его идентификации. Для этого кусок или полоску пластика берут щипцами, пинцетом, клещами или другим аналогичным инструментом (порошкообразный материал насыпают на лезвие ножа или другой удобный инструмент) и подносят к пламени. Полученные результаты сравнивают с известным поведением пластмасс при горении. Во внимание принимаются следующие характеристики: легкость воспламенения, характер плавления, продолжительность горения после вынесения из пламени, наличие копоти, цвет пламени, запах. При этом необходимо помнить о мерах безопасности при определении запаха и при поджигании образцов. Поведение различных полимеров в пламени горелки видно из данных  9.1.

Полимерные материалы, содержащие хлор (например, поливинилхлорид), можно распознать, приложив к их поверхности раскаленную медную проволоку. Если после внесения ее в пламя спички или горелки оно окрашивается в зеленый цвет, то это свидетельствует о присутствии в полимере хлора.

Помимо сжигания идентифицировать материал могут помочь эксперименты с растворением пластмассы. Поведение пластмасс в различных растворителях описано в химических справочниках и другой специальной литературе.

Повторному использованию отходов термопластов, как иравило, предшествует переработка, связанная с их измельчением и гранулированием. С этой целью разработаны специальные машины и установки для переработки отходов самых разнообразных форм и размеров для получения вторичного сырья, которое по форме и размерам в значительной мере соответствовало бы первичному сырью.

Первичное сырье, используемое при переработке пластмасс, представляет собой главным образом гранулы со стандартной величиной зерен, с постоянной объемной массой и хорошей сыпучестью.

Отходы термопластов должны иметь аналогичный гранулометрический состав.

Крупногабаритные отходы пластмасс предварительно нарс заются на циркулярных пилах или ленточно-пильных станках.

Для гранулирования широко используются режущие гра нуляторы, переработка отходов в которых происходит между роторными и статорными ножами, а сито, расположенное и нижней части машин, определяет заданную величину зерен. II  9.2 приведены характеристики роторных измельчителей, выпускаемых отечественной промышленностью. Конструкция роторно-ножевого измельчителя изображена на  9.9.

Производительность измельчителя определяется видом отходов, а также конструктивными особенностями установки: числом и длиной ножей, а также частотой вращения ротора. В процессе работы производительность роторных измельчителей падает вследствие износа ножей. Поэтому необходимо при падении производительности измельчителя на 20—30 % от первоначального значения при работе на одном материале проводить периодическую заточку ножей.

Степень измельчения отходов определяется размером ячеек сита, ограждающего камеру помола со стороны выхода измельченного материала. Размер частиц измельченных отходов колеблется от 3 — 5 до 25— И) мм. Роторные измельчители при работе издают сильный шум. С целью его уменьшения измельчитель вместе с двигателем и вентилятором заключают в шумозащитный кожух, что позволяет снизить уровень шума на 10—15 дБ.

Некоторые виды отходов можно измельчать после охлаждения и среде сжиженного углекислого газа (температура испарения 78,5 °С). Хладагенты вводят или непосредственно в дробилку, или используют специальный конвейер, на котором пластмассовые отходы предварительно охлаждаются, а затем в охлажденном виде подаются на измельчение.

Криогенная техника измельчения полимерных отходов по сравнению с измельчением при комнатной температуре имеет ряд преимуществ. В частности, расход энергии на измельчение полимерных отходов на одной из таких установок, созданных и используемых в Японии для утилизации полимерных деталей выпускаемой фирмой "Хитачи" электробытовой аппаратуры, составляет 6 Вт • ч/кг отходов по сравнению с 24 Вт • ч/кг на обычной установке.

При измельчении тонких и легких отходов (обрезков пленки, волокон, переплетов, остатков тканей и ковров из синтетических полимеров, искусственных кож и т. д.) с помощью роторных измельчителей получают обрезки с незначительной объемной массой и плохой сыпучестью, дальнейшая переработка которых на существующем технологическом оборудовании практически невозможна. Поэтому отходы такого типа, имеющие насыпную массу менее 0,25 г/см3, превращают в гранулят с помощью экструдеров, т. е. с помощью плавления.

Гранулирование в экструдерах имеет ряд преимуществ, связанных с возможностью использования практически любых отходов, в том числе отходов, образующихся при получении волокон, ткани, трикотажа, отходов, полученных при нанесении покрытий и при каландровании, отходов вакуум-формования и т. д. При гранулировании можно осуществить направленную модификацию отходов с получением продуктов с улучшенными свойствами, что позволяет использовать их в различных отраслях промышленности.

Червячные экструдеры для гранулирования отходов термопластов имеют узел дегазации. В зависимости от последо вательности двух процессов, проходящих во время гранулирования, — резки и охлаждения — измельчение осуществляют двумя способами: грануляцией на экструзионной головке и подводным гранулированием. Выбор способа гранулирования зависит от свойств полимера: вязкости и адгезии расплава тер мопласта к металлу.

При грануляции на экструзионной головке расплав вы давливается через отверстия решетки (количество которых достигает 300) в виде жгутов (стренг) и тут же срезается скользящими вдоль решетки ножами. Полученные при резке гранулы охлаждаются воздухом или водой. При гранулировании полиоле

финов срезанные гранулы попадают в ванну с водой, где и происходит их охлаждение.

При подводном гранулировании жгуты расплава полимера сразу поступают в ванну с водой и уже там нарезаются на гранулы. Температура воды поддерживается в пределах 50—70 °С, что позволяет ей интенсивно испаряться с поверхности гранул во время их сушки. Расход воды составляет 40 м3 на 1 т гранулята. Размер получаемых гранул зависит от размера и формы отверстий, скорости вращения шнека и количества срезающих ножей.

При гранулировании в экструдере материал постоянно находится под воздействием механических сил и температуры, что способствует процессу термомеханодеструкции полимерных цепей.

Для подготовки к переработке объемных отходов пластмасс, например пленки, используют агломерацию.

Агломераторы обеспечивают непрерывное приготовление сыпучего гранулята из отходов термопластов всех видов: полиэфирных, полипропиленовых, полистирольных, полиамидных, поливинилхлоридных и других.

Разработан агломератор для гранулирования отходов термопластов с низкой насыпной плотностью, минуя подготовительные стадии. Он представляет собой вращающийся цилиндр с электрообогревом. При работе температура в цилиндре поддерживается выше температуры плавления термопласта. Цилиндр размещен внутри нагреваемого цилиндрического кожуха, смещенного по отношению к оси цилиндра. Кожух и цилиндр пгломератора образуют камеру с уменьшающимся поперечным сечением и заканчивающуюся с противоположной стороны раклей, IH которой расположена головка, оснащенная отверстиями или прорезями.

Попадая на горячую поверхность вращающегося цилиндра, материал, вводимый в бункер, плавится и прилипает к его поверхности. Так как поперечное сечение камеры при вращении цилиндра уменьшается, расплавленный материал прижимается к наиболее ограниченной зоне камеры и, наконец, к ракле, а затем выдавливается наружу через головку. Из материала, проходящего последовательно поставленные устройство охлаждения и режущие •лементы, получают гранулят. Размер частиц 2—15 мм, насыпная плотность 400 кг/м3. В процессе агломерации возможно введение

в композицию каких-либо добавок (наполнителей, красителей и ДР-)-

Разделение смесей отходов полимеров осуществляют различными методами. Смешанные отходы термопластов содержат, как правило, вещества, различающиеся механическими и химическими свойствами, что позволяет для их разделения применять физические и химические способы.

Разделение смесей термопластов можно осуществить сочетанием процесса грохочения и воздушной сепарации, основу которой составляет различие в скоростях осаждения, размерах твердых частиц и их плотности. Полная сортировка достигается, когда скорость оседания самых крупных частиц из легкого компонента равна скорости оседания самых малых частиц тяжелого компонента. С помощью этого метода можно разделить до пяти-шести видов материалов.

Хорошие результаты получаются при последовательном разделении отходов различных пластмасс методом флотации н солевых растворах с различной плотностью.

Рассмотрим для примера последовательность технологических операций при разделении смеси следующего состава: 54 % — поливинилхлорида (ПВХ) (плотность 1,38 г/см3); 22,7% — полистирола (ПС) (плотность 1,05 г/см3); 22,3% — полиэтилена (ПЭ) (плотность 0,95 г/см3). Отходы измельчают до частиц размером не менее 4 мм и подают в бункер, куда заливают разделительную жидкость с плотностью 1,08 г/см3 в таком количестве, чтобы на 1 объемную часть полимеров приходилось 60 частей жидкости. В качестве разделительной жидкости используют воду с добавлением поваренной соли. Суспензия, получаемая в смесительном бункере, подается центробежным насосом в гидроциклон. Коническая часть гидроциклона для отделения ПВХ имеет угол 9°, а отношение длины верхней цилиндрической части к диаметру равно 4.

В гидроциклоне часть несущей жидкости сливается через край вместе с ПС и ПЭ, а другая часть выводится через нижнее отверстие вместе с фракцией ПВХ, частицы которого потонули. Перелившаяся через край смесь состоит из 49,5 % ПС и 50,5 % ПЭ. Жидкость, слившаяся через сито, возвращается по трубам » бункер. ПС и ПЭ от остатков соли промывают водой. Из нижнего сливного отверстия на сито подается фракция, содержащая 98,9 %

ПВХ, который также промывают водой от соли. ПС и ПЭ направляют в другой бункер, где они суспендируются в несущей жидкости с плотностью 0,97 г/см3, например состоящей из спирта и воды, для проведения следующей ступени разделения в гидроциклоне с почти плоским дном, угол конуса которого составляет 170°. Отношение высоты верхней цилиндрической части гидроциклона к его диаметру равно 8. Перелившаяся из гидроциклона фракция попадает на сито и содержит 90,8 % ПЭ, выход его составляет 94,4 %. Фракция, выведенная через нижнее отверстие и собранная на другое сито, содержит 94,4 % ПС, выход которого составляет 90,3 %.

9.5. Особенности переработки отходов некоторых термопластов

Переработка отходов полиолефинов. Полиолефины — самый многотоннажный вид термопластов, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, транспорта и в сельском хозяйстве. К ним относятся полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен. Наиболее эффективным способом утилизации отходов полиолефинов является их повторная переработка. Ресурсы вторичных полиолефинов велики: только отходы потребления полиэтилена низкой плотности в 1995 г. достигли 2,0 млн. т.

Способы переработки отходов полиолефинов зависят от марки полимера и их происхождения. Наиболее просто перерабатываются технологические отходы, т. е. отходы производства, которые не подверглись интенсивному свето-тепловому воздействию в процессе эксплуатации. Не требуют сложных методов подготовки и отходы потребления из полиэтилена высокой плотности и полипропилена, так как, с одной стороны, изделия, изготавливаемые из этих полимеров также не претерпевают значительных воздействий вследствие своей конструкции и назначения (толстостенные детали, тара, фурнитура и т. д.), а с другой стороны, исходные полимеры более устойчивы к воздействию атмосферных факторов, чем полиэтилен низкой плотности. Такие отходы перед повторным использованием нуждаются только в измельчении и фанулировании.

К основным особенностям полиэтиленовых отходов потребления относятся низкая насыпная плотность, пониженные прочностные свойства и высокая вязкость расплава. Изменение физико-механических свойств вторичного полиэтилена, полученного из отходов потребления, является следствием термоокислительного и механохимического воздействия, оказываемого на полимер при переработке и особенно при эксплуатации. Наибольшее изменение свойств происходит именно вследствие протекания фотохимических процессов.

Вторичный полиэтилен низкой плотности, полученный из отработанной сельскохозяйственной пленки, сильно отличается от первичного материала. В  9.3 приведены свойства исходного полиэтилена и этого же материала после повторной переработки и после трехмесячной эксплуатации пленочного материала из него в районе с субтропическим климатом.

Для вторичного полиэтилена низкой плотности, полученном) из отходов потребления, характерна низкая текучесть расплава при малых напряжениях сдвига. Однако ее можно регулирован., изменяя температуру и напряжение сдвига.

Снижение текучести расплава может служить критерием дли ориентировочной оценки свойств отходов и их пригодности дли повторного использования совместно с исходным материалом.

Для улучшения свойств вторичного полиолефина в композицию на его основе добавляют минеральные и органические наполнители, поверхностно-активные вещества и другие добавки. Так, введение наполнителя в количестве до 30 % (объемн.) позволяет получать из вторичного полиэтилена напорные трубы, упаковочные пленки, многооборотную тару и другую продукцию. В качестве наполнителя могут быть использованы дисперсные частицы любой природы, в том числе из отходов других материалов, например древесная мука, резиновая крошка или измельченные отходы реактопластов.

Подготовка отходов полиолефинов к повторному использованию включает следующие операции: сортировку; идентификацию (для смешанных отходов); измельчение; разделение смешанных отходов; мойку; сушку; агломерацию; грануляцию.

Первичная сортировка заключается в разделении отходов по цвету, габариту, форме и при возможности по видам пластмасс. Она проводится вручную на сортировочных столах.

Идентификация видов пластмасс необходима для отделения друг от друга отходов изделий, изготовленных из различных иолимеров, поскольку их смешивание приводит не только к ухудшению внешнего вида будущих изделий, но и очень часто к снижению технологических свойств смеси и физико-меха- мических свойств изделий.

Мойка осуществляется с целью очистки отходов от загрязнений с помощью специальных моющих агрегатов, состоящих из ленточного транспортера, бункера, транспортирующего шнека и моющей камеры. Для мойки используют моду и синтетические моющие средства.

Вымытые отходы подвергают сушке с целью удаления остатков воды. Для этого применяют сушилки различных конструкций: молочные, ленточные, с "кипящим" слоем, вихревые и т. д.

Заключительной стадией подготовки отходов полиэтилена к повторной переработке в изделия является агломерация измельченных отходов и их грануляция.

Особенно важна стадия агломерации для отходов с низкой иисыпной плотностью (например, пленочных материалов из полиэтилена низкой плотности). В процессе агломерации происходит усреднение отходов и их уплотнение, что облегчает их ммпьнейшую переработку.

Многократная переработка другого полимера из класса полиолефинов — полипропилена приводит обычно к увеличению ПТР, хотя при этом прочностные характеристики материала не претерпевают значительных изменений. Поэтому отходы, образующиеся при изготовлении деталей из полипропилена, а также сами детали по окончании срока эксплуатации могут быть повторно использованы в смеси с исходным материалом для получения новых деталей.

Рассмотренные технологические операции по подготовке к повторному использованию отходов полимерных материалов могут быть реализованы на непрерывной линии, которая включает в себя все необходимые агрегаты для их выполнения.

Так, линия немецкой фирмы "Райфенхаузер" для гранулирования загрязненной полиэтиленовой пленки включает: ножевой измельчитель; ванну для мойки; вихревой водоотделитель; фильтр; червячный пресс; ванну с охлаждающей водой; гранулятор; транспортирующие устройства; вспомогательное оборудование.

Процесс получения гранул на этой линии состоит из следующих стадий: измельчения, смешения, усреднения, отмывки, сушки, уплотнения, пластикации, фильтрации расплава, формования жгутов, охлаждения жгутов, гранулирования, контроля качества гранулята и его затаривания.

Производительность такой линии составляет 300 кг/ч, установленная мощность 326 кВт, расход охлаждающей воды 2,5 м3/т, расход воды для отмывки пленки 5,5 м3/т, размеры гранул 4x4 мм.

Отечественная линия ЛПВ-2000 ( 9.10), выпускаемая в г.Пензе на заводе "Кузполимермаш", предназначена для комплексной подготовки к переработке кусковых и пленочных отходов полиэтилена. Производительность линии составляет 2000 т/год. Измельчение отходов производится в роторных измельчителях (ИПР-300 — для кусковых отходов, ИРНП-300-600 — для пленочных отходов). Измельченные отходы в виде пульпы поступают в шнековый промыватель, откуда отмытые отходы поступают Ь отжимное устройство и далее в вихревую сушилку, а затем в шнековый экструдер на грануляцию. Размер гранул, получаемых на этой линии, 2—5 мм.

Переработка отходов поливинилхлорида. Поливинилхлорид и его сополимеры широко применяют в производстве покрытий для полов, стен, мебели, различных обивочных искусственных кож, пленок, литьевых изделий и т. д. Значительные количества отходов этого полимера образуются как при изготовлении этих материалов, так и при их использовании в промышленности, в частности при раскрое рулонных материалов.

Поскольку ПВХ широко применяют при изготовлении рулонных материалов на текстильной основе, ниже мы рассмотрим особенности переработки отходов именно таких текстильно- полимерных материалов, которые образуются в значительных количествах и при изготовлении, и при их применении.

Только на автомобильных заводах России при вырубке деталей обивки и облицовки салонов автомобилей ежегодно образуется до 1500 т отходов искусственных кож и пленочных материалов на основе ПВХ. Такие отходы могут быть использованы для получения вторичных материальных ресурсов и для последующего изготовления из них линолеума, упаковочных пленочных материалов и другой продукции.

При сборе отходов нельзя допускать перемешивания обрезков искусственной кожи различных цветов.

В общем виде схема регенерации отходов искусственной кожи и пленочных материалов представлена на  9.11. По такой схеме можно изготавливать различные покрытия для полов (линолеум, линолеумную плитку), искусственные кожи технического назначения и другие материалы.

Отходы исккуственных кож сначала поступают на измельчение в дробилку.

Из дробилки получившаяся крошка через пропускное отверстие выталкивается в накопительную емкость.

При переработке отходов сильно загрязненных ПВХ-пленок основным процессом подготовки является их очистка и промывка, которые осуществляются в промывочном устройстве, включающем горизонтально расположенную мешалку с вертикальными лопастями. Мешалка расположена таким образом, что весь внутренний объем промывочного устройства делится на две зоны: зону турбулентного потока, который образуется ниже лопастей мешалки, и зону ламинарного потока над ними.

Через дозирующее устройство крошка непрервно поступает в промывочное устройство сначала в турбулентную зону, а затем в зону ламинарного потока. Отходы всплывают на поверхность промывного раствора, плотность которого больше плотности крошки, и отбираются с помощью специального подъемного устройства.

Улавливающие воронки, расположенные в днище промывочного устройства ниже зоны турбулентности, создаваемой мешалкой, собирают включения, отделенные от крошки, и выводят их через трубопровод. Крошку, поднятую вертикальным транспортером, разгружают на желоб, по которому она стекает во входное отверстие, питающее воздуходувку, и из нее выдувается на вихревое сито. Подсушенная крошка падает вниз и захватывается поперечным потоком подогретого воздуха, создаваемым подъемной воздуходувкой. Высушенная крошка по трубопроводу через циклоны направляется на гомогенизацию на рифайнер-вальцы.

Время обработки на вальцах составляет 1—5 мин, что вполне достаточно для разрушения текстильной основы и гомогенизации смеси. Полученная гомогенная смесь поступает на экструдер- гранулятор, а оттуда в виде гранул подается в накопительный бункер.

Наиболее целесообразно было бы при использовании отходов искусственных кож предварительно производить отделение пленочного полимерного покрытия от текстильной основы. Такие способы существуют, но, как правило, в связи с большой трудоемкостью, применяются редко. Один из способов состоит в пропитке отходов искусственных кож водой, что позволяет снизить прочность связи пленочного покрытия с текстильной основой, после чего их измельчают. При измельчении обработанных водой отходов происходит отделение пленки от основы. Затем смесь разделяют, частицы пленочного покрытия обрабатывают 20 %-ным раствором серной кислоты для удаления остатков волокон основы, обрабатывают щелочным раствором для нейтрализации кислоты и сушат. В результате получают практически исходную поли- винилхлоридную композицию, которая пригодна для изготовления лицевого слоя искусственной кожи.

Обычно рулонные материалы с использованием отходов искусственной кожи изготавливают многослойными: лицевой слой делают из композиции, содержащей первичное сырье, а нижний слой — из 30 % первичного сырья и 70 % отходов. Содержание отходов в нижнем слое зависит от количества текстильных волокон в них. Если отходы изготовлены из материалов, не содержащих текстильную основу (пленок, листовых материалов, безосновного линолеума), то в этом случае их содержание в нижнем слое может достигать 95—100 %. При переработке отходов ПВХ необходимо помнить о его недостаточной термостабильности. Поэтому в состав полимерной композиции дополнительно вводят стабилизаторы, а также пластификаторы, которые позволят избежать механо- деструкционных процессов.

Установлено, что при использовании соответствующих стабилизаторов возможна 6-кратная повторная переработка отходов ПВХ практически без изменения его физико-механических свойств.

Искусственная кожа, изготовленная с применением в нижнем слое полимерного покрытия отходов, по свойствам практически не отличается от исходного материала ( 9.5).

Хорошими свойствами обладает трехслойный линолеум, изготовленный с применением гранулята, полученного из отходов искусственной кожи. Содержание регенерированной ПВХ-смеси в таком линолеуме составляет 76—85 %, волокна — 24—15 %. Нижний слой линолеума изготавливается полностью из вторичного материала, средний слой содержит 75 % отходов, а тонкий лицевой слой изготавливают из первичного сырья.

Процесс осуществляется с использованием технологического оборудования, используемого в производстве линолеума и искусственной кожи.

При химическом восстановлении отходов ПВХ-материалов с последующим разделением на полимер и пластификаторы можно утилизировать любой тип отходов, в том числе различные пленки, листовые материалы, обивочные, галантерейные, обувные и другие искусственные кожи.

Способ состоит из следующих стадий:

1) измельчения отходов, обработки их в полярном растворителе в течение времени, достаточного для полного растворения полимера;

2) фильтрации полученной смеси и отделения фильтрата, содержащего полимер, от твердого осадка, содержащего нерастворимые компоненты отходов;

3)        осаждения полимера из раствора добавлением воды, насыщенного углеводорода, имеющего более низкую температуру кипения, чем использованный растворитель, или смеси указанного углеводорода и алифатического спирта с С, — С4;

4)        восстановления осажденного полимера или сополимера.

Разрезанные отходы измельчают на мелкие кусочки размером около 3 мм. Затем 40 массовых частей отходов обрабатывают в 100 массовых частях растворителя или смеси растворителей при температуре 50 °С. Применяемые растворители должны в неограниченном объеме смешиваться с водой. Для этого могут быть использованы: формамид, диметилформамид, ацетамид, гексаметилтриамид фосфора, диметилсульфоксид.

Готовый раствор фильтруется на центрифуге, осадок, оставшийся на фильтре, высушивается и сепарируется.

Фильтрат, содержащий все растворенные ингредиенты, при быстром перемешивании обрабатывается водой. Осажденные ингредиенты, в том числе ПВХ, проходят обжимные валки, обработка на которых повторяется несколько раз, после чего получают продукт, содержащий 95 % твердых веществ и 5 % воды и растворителя. Его сушат под вакуумом при температуре 50 °С и получают ПВХ композицию, включающую первоначальные ингредиенты и сохранившую свойства исходного материала. Все промывные воды восстанавливают в единой емкости, а полярный растворитель дистилляцией отделяют от воды. Описанный способ дает возможность получать ПВХ композицию, близкую по свойствам к исходной.

При модификации способа вместо воды для осаждения ПВХ используют органические жидкости — ненасыщенные углеводороды (например, гексан, октан, нонан, керосин) или циклические углеводороды как сами по себе, так и смешанные с алифатическими спиртами (метиловым, этиловым). При этой обработке отделяются пластификаторы и антиоксиданты. Полученный осадок содержит в основном ПВХ, термостабилизатор, смазки и пигменты. Пластификатор, термостабилизатор и антиоксид ант остаются в растворе. Органическая жидкость отгоняется на последней стадии-путем дистилляции, после которой остается смесь пластификатора и растворителя. Смесь разделяют перегонкой. Для экстрагирования пластификаторов применяют: метанол, этанол, циклогексанол, циклопентан, гексан, гептан, октан, авиационный бензин, низкокипящий керосин.

Вторичная переработка промышленных отходов ПВХ материалов методами химической регенерации приобретает особое значение в современных условиях, так как позволяет получить значительную экономию энергии (до 80 %) и ценного химического сырья.

Возможно использование отходов ПВХ в смеси с другими термопластами для получения формованных изделий с хорошими физико-механическими показателями и низкой себестоимостью.

При совместной переработке отходов ПВХ и ПЭНП для улучшения технологической совместимости можно использовать сополимер этилена с винилацетатом, который улучшает реологические характеристики смеси, снижает энергозатраты при переработке и способствует получению эластичного изделия с высокой ударной прочностью.

В автомобилестроении целесообразно использовать виб- ропоглощающие листовые материалы для кузова, а также различные отделочные материалы (коврики пола, обивку багажника и др.), изготовленные из отходов ПВХ в сочетании с отходами других термопластичных материалов, например, полиэтилена, а также с наполнителями (порошками металлов, опилками, мелом и др.).

Гидролизная технология заключается в обработке отходов НУ водяным паром при давлении 0,05—0,15 МПа и температуре не ниже 185 °С в присутствии аммиака, способствующего увеличению скорости процесса. В результате гидролиза получают ииамины и жидкие полимерные продукты.

Измельченные ПУ отходы в виде порошка можно добавлять в термопластичный ПУ, в резиновые смеси на основе нитрильных, хлоропреновых и других полярных эластомеров в качестве усиливающих наполнителей до 50 % (по массе).

Например, для изготовления различных упругих деталей используют композицию, состоящую из 6—25 % уретанового форполимера, 4—5 % полистирола и 60—90 % измельченных отходов ПУ.

Возможно также изготовление формованных деталей из отходов пористых или непористых полиуретановых эластомеров. Для этого их измельчают, пластицируют в экструдере с одновременным отводом газообразных продуктов, причем термообработку ведут с регулированием температуры по зонам: 130— 170 °С в первой зоне и 160—190 °С во второй. Переработанные таким образом ПУ отходы и полученные компаунды представляют собой эластичные термопластичные материалы, которые обладают хорошими физико-механическими свойствами и применяются при изготовлении формованных деталей методом литья под давлением.

Переработка отходов полиамида. Известные способы переработки полиамидных отходов могут быть разделены на две основные группы: физические к химические.

Физические способы используют для переработки отходов волокна и изделий из него.

Из химических способов переработки полиамидных отходов наиболее часто используют следующие:

□         деполимеризацию отходов с целью получения мономеров для последующего производства полимеров;

□         расплавление отходов с целью получения гранул полимеров;

□         переосаждение из растворов;

□         введение измельченных волокон в качестве наполнителя в пластмассы;

□         модификацию композиций с целью получения полимерных материалов с новыми свойствами.

Для переработки технологических отходов полиамида в промышленности химических волокон широко применяется способ деполимеризации. К преимуществам метода относится возможность использования регенерированного капролактама. Получаемый капролактам обладает высокими свойствами и может быть использован для производства волокон технического назначения.

Основным критерием, определяющим возможность практического использования методов деполимеризации, является чистота отходов. Характер и степень загрязненности отходов не только определяют метод переработки отходов, но существенно влияют на свойства получаемого изделия из вторичного материала, а следовательно, и области применения вторичного сырья.

При сильной загрязненности отходы приходится подвергать сложной очистке, что повышает стоимость регенерированного волокна.

Для очистки загрязненных отходов применяют следующие способы: сухое удаление пыли, стирку (полимерных текстильных материалов), мойку в воде или органических растворителях, растворение с последующей фильтрацией раствора и высадкой растворенного полимера. При стирке и мойке используют слабые (0,5—1 %) растворы моющих веществ.

После очистки, стирки и промывки отходов вода отжимается на центрифуге и отходы сушатся при 70—80 °С. Более высокая температура может привести к оплавлению и агломерации отходов.

Значительным по объему источником отходов полиамида являются текстильные материалы, состоящие из смесей волоком (трикотажные, чулочно-носочные изделия и др.). Такие смешанные отходы можно использовать для изготовления теплоизоляционных рулонных нетканых материалов. Последние широко применяют в качестве основы при производстве утепленного линолеума, а также шумопоглощающих материалов для автомобильной промышленности.

Возможно также растворение полиамида в разбавленной соляной кислоте и высадка его из раствора. Основными продуктами, получаемыми из растворенных и осажденных отходов полиамида, являются клеи различного назначения, пленкообразующие композиции и порошкообразные материалы.

Порошкообразные материалы на основе регенерированного полиамида используются для нанесения покрытий различного назначения, формования пленок, листов, а также формованных изделий путем центробежного нанесения и спекания. Полиамидные порошки применяются для изготовления специальных текстильных материалов (подворотничковой ткани, нетканых материалов) в качестве присадок к лакокрасочным материалам и для других целей.

Вторичный полиамид для литья под давлением получают путем переплава отходов и гранулирования расплава на экструзионных установках.

Полиамид может повторно перерабатываться до четырех и более раз. Четырехкратная переработка полиамидных отходов практически не изменяет его важнейших свойств, в том числе такого показателя, как диэлектрическая проницаемость.

Некоторое снижение физико-механических свойств полиамида после более чем четырехкратной переработки методом расплавления и литья под давлением устраняется добавлением в композицию наполнителей, в частности мелкодисперсного стекловолокна. Это становится возможным, так как в процессе многократной переработки происходит не только изменение физико-механических свойств, но вследствие деструктивных процессов уменьшается вязкость полимера. Стеклонаполненный нторичный полиамид не только не уступает первичному иолиамиду, но по некоторым показателям (прочностные, фрикционные свойства) превосходит его.

Области применения стеклонаполненного вторичного полиамида определяются его высокой механической прочностью, сравнимой с прочностью легких металлов, что позволяет использовать его для изготовления различных деталей машин, в том числе вентиляторных колес, шестерен, шкивов и других деталей, а также деталей электрооборудования.

Регулирование свойств вторичного полиамида возможно также смешением его на стадии расплава с другими термопластами, например с полиэтиленом. Такая композиция обладает повышенной износостойкостью, сопротивлением старению, химической стойкостью и меньшим водопоглощением по сравнению с исходным полиамидом.

Переработка полистирольных пластиков. Полистирольные пластики широко применяются в различных отраслях промышленности и в быту. Так, в автомобильной промышленности используются изделия из ударопрочного полистирола, из акри- лонитрилбутадиенстирола (АБС). Это детали облицовки интерьера, различные крупногабаритные детали, получаемые термоформованием из листовых материалов. Из полистирольных пластиков методом литья под давлением изготавливают различные формованные изделия бытового назначения, детали радиоприемников, телевизоров и т. п. Вспененный полистирол используется как упаковочный и теплошумоизоляционный материал.

Объем отходов материалов на основе этого полимера достигает 50 тыс. т в год.

Различают следующие отходы полистирола: технологические промышленные*, сильно загрязненные; амортизо ванные изделия; отходы пенополистирола и смешанные.

Сильно загрязненные отходы к использованию в качестве вторичных материальных ресурсов непригодны вследствие неоднородности и низкого качества. Их можно использовать дли получения жидких продуктов методом деструкции, а также и качестве топлива.

Технологические отходы по физико-механическим и тех нологическим свойствам не отличаются от первичного сырья. Эта отходы являются возвратными и используются на месте of) разования. Наиболее распространенным методом переработки технологических отходов полистирола является литье пол давлением.

Несмотря на значительные деструктивные процессы, про текающие при многократной переработке полистирола, о чем свидетельствует уменьшение молекулярной массы, его основные физико-механические свойства изменяются незначительно.

Многократная (до 5 раз) экструзия полистирола (см.  9.Н) приводит к незначительному увеличению показателя 'текучести расплава (ПТР) и небольшому уменьшению прочностных свойств. II то же время относительное удлинение уменьшается почти в 2 раза.

Бракованные и амортизованные изделия из полистирола перерабатывают после измельчения, как правило, в смеси с первичным продуктом. Измельчение проводится на роторных измельчителях, а полученная крошка вследствие однородности по гранулометрическому составу не требует дополнительной грануляции через расплав. Размер крошки зависит от зазора между ножами измельчителя. Для последующей переработки литьем под давлением целесообразно использовать крошку размером около 5 мм, для чего следует использовать калибровочную решетку с диаметром отверстий 8 мм и устанавливать зазор между ножами I ie более 0,1 мм. Получаемую крошку можно добавлять в первичное сырье в любых количествах без ухудшения качества выпускаемой продукции.

Амортизованные изделия из ударопрочного полистирола после измельчения также можно повторно использовать, добавляя полученную крошку в первичное сырье или смешивая с гранулами полиэтилена. Соотношение компонентов (ПС:ПЭ) следует регулировать с учетом конструкции и назначения будущего изделия из этой смеси.

Для повторной переработки блочного полистирола его необходимо совмещать с ударопрочным полистиролом в соотношении 70:30 или модифицировать другими способами, так как тгот полимер чрезвычайно хрупок, а также склонен к деструкции под воздействием механических нагрузок.

При переработке отходов полистирольной пленки их подвергают агломерации в роторных агломераторах. Отличительной особенностью полистирола является его хрупкость при комнатной температуре и высокая липкость даже при сравнительно небольшом нагревании. Уже при 80 °С, т. е. не достигая плавления, частицы полистирола слипаются между собой и налипают на детали оборудования. Образующиеся крупные агломераты мешают процессу, поэтому при переработке полистирольной пленки необходимо особо тщательно следить за температурой.

Переработка отходов пенополистирола требует особого подхода. ')тот материал применяется для упаковки радиоприборов, иудиотехники, посуды, холодильников и т. д. Отходы пенополистирола сначала нагревают в течение 7 мин до 110 °С, т.е. выше температуры стеклования, которая составляет 105 °С. Объем вспененного полимера уменьшается на 40 %. Полученную смесь вакуумируют при давлении 1,3 кПа, после этого ее объем уменьшается еще на 30 %. В итоге объем материала уменьшается до 6,5 % от исходного. После этого отходы измельчают на роторных дробилках и используют для производства слегка вспененных изделий, так как полностью ликвидировать его ячеистую структуру даже после описанных операций не удается.

К полистирольным пластикам относится и такой важный конструкционный материал, как АБС-пластик (акрилонит рилбутадиенстирол). Он широко используется в автомоби лестроении, радиотехнической промышленности и других от раслях. Детали из него изготавливают как литьем под давлением из гранул, так и термоформованием из листа. В последнем случае количество образующихся при штамповке отходов достигает и отдельных случаях 40 %.

Наиболее простым и эффективным способом утилизации отходов АБС-пленки также является их дробление и использование полученной крошки в качестве добавок к исходному материалу. При содержании в композиции до 20 % (по массе) вторичного пластика эксплуатационные и технологические характеристики материала практически не отличаются от первичного полимера Некондиционные пленочные материалы можно также исполь зовать для получения методом прессования многослойных вырубных плит с регулируемой послойно твердостью.

Оптимальная температура нагрева экструдера по зонам при переработке отходов АБС-пластика при его гранулировании должна составлять 140, 190 и 190 °С. При температуре выше 200 °С проис ходит интенсивная термодеструкция АБС-пластика, что приводит к значительному уменьшению его прочностных свойств и ухудшению других характеристик.