IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В последние годы отечественная индустрия шин демонстрирует довольно высокие темпы роста. Объем производства шин в России ежегодно увеличивается в среднем на 9 -10%. В тоже время и увеличивается количество импортированных шин различных производителей.

Проблема переработки и использования изношенных автошин имеет важное

экономическое и экологическое значение. Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником загрязнения окружающей среды, носящим длительный характер, они не подвергаются биологическому разрушению и требуют постоянного наращивания площадей для хранения.

В России и СНГ ежегодный объем выбрасываемых автошин оценивается цифрой более 1 млн т. Только в Московском регионе, по экспертным оценкам, образуется ежегодно от 70 до 90 тыс. т изношенных шин. Из этого объема порядка 10 тыс. т перерабатывается на Чеховском регенератном заводе и на Тушинском заводе по переработке РТИ, а остальная масса шин оказывается на подмосковных полигонах, несанкционированных свалках, пригородных лесах, довольно часто загорается, усугубляя и без того непростую экологическую обстановку в регионе.

Идет непрерывное накопление изношенных шин, а перерабатывается

всего лишь около 20 % от их числа. Изношенные шины представляют собой самую крупнотоннажную продукцию полимерсодержащих отходов, практически не подверженных природному разложению, поэтому переработка и вторичное использование вышедших из эксплуатации шин имеют важное экономическое и экологическое значение. Вместе с тем изношенные автошины являются источником ценного вторичного сырья: резины (каучука), сажи (практически чистого углерода), металла и синтетического корда. 90 % всех резиносодержащих отходов находятся в шинах и представляют огромный резерв сырья. При наметившейся в промышленности невосполнимости материальных ресурсов большое значение приобретает эффективное использование вторичного сырья. Шины представляют собой ценное полимерное сырье: в 1 т шин содержится около 700 кг резины, которая может быть повторно использована для

производства топлива, резинотехнических изделий и материалов строитель-

ного назначения. В то же время если сжечь 1 т изношенных шин, то в атмосферу выделится 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов.

Подобные проблемы стоят перед Курганской областью и в частностти перед городом Курган. По данным Курганстат в городе Курган и Курганской областина сегодняшний день находитьяс более 300 000 автомобилей (табл.1)

Табл.1.Количество автотранспортных средств

Категория транспортного средства	Кол-во
Транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми мест для сидения	270 340
Транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов	38 254

Каждая машина имеет по 2 комплекта шин (летний и зимний), которые, в среднем, меняют раз в 5 лет. Имеем, примерно, 2 млн. шин леговых автомобилей и почти 500 тыс. шин грузовых автомобилей, которые необходимо утилизировать.

Над решением проблем утилизации шин и создания соответствующего технологического оборудования работает множество фирм и отечественных

научных и исследовательских организаций, однако эти работы ведутся без достаточного финансирования, с ориентацией на устаревшие технологические схемы с усовершенствованием оборудования 50-х гг. прошлого века.С целью глобального решения проблемы шин предлагается физико-химическая технология утилизации шин с предварительным глубоким замораживанием и последующим тонким измельчением вулканизата посредством использования побочных продуктов криогенной техники: водорода и кислорода при их стехиометрическом соотношении с получением гремучего газа, используемого для газовзрывного тонкого измельчения вулканизата без разрушения синтетического и металлокорда с применением встречно расположенных пневмоцилиндров с дробящими плитами и размещенной между ними дробимой шиной. Технология утилизации шин с их глубоким замораживанием посредством охлажденного воздуха является высокорентабельной, как показывает опыт наиболее развитых стран, что обеспечивает переход вулканизата шин из упруговязкого в достаточно хрупкое состояние с минимизацией удельных затрат на его последующее дробление и тонкое измельчение до минимально необходимых фракций. На настоящее время Утилизация шин развивается по следующим направлениям:

• Восстановление изношенных протекторов для повторного их использования;

• Измельчение шин механическим способом при температуре окружаю-щей среды и с применением глубокого охлаждения на одной из стадий механического измельчения, при этом в качестве хладагента используется жидкий азот либо охлажденный воздух;

• Термическая деструкция шин метод, при котором происходит разложение резины при высокой температуре;

• Переработка предварительно измельченных шин с применением микроволновой техники;

• Переработка шин с применением озона;

• Разложение при помощи химических растворителей;

• Пиролиз шин.

Можно отметить основные направления использования продуктов переработки:

Резиновые порошки:

Резиновые порошки (ТУ 38.108.035-97) – имеют высокую адсорбционную способность и химическую активность, обладают большой удельной поверхностью и после девулканизации близки по свойствам к исходным каучукам.

Это определяет сферы их дальнейшего применения:

• Как исходное сырье для получения девулканизованной резины (регенерата);

• Для приготовления резино-битумных мастик;

• В качестве активного наполнителя в дорожные покрытия;

• Как исходное сырье для получения различных РТИ;

• В качестве наполнителя при изготовлении композиционных материалов на

снове термопластов;

• Для тампонирования скважин при бурении;

• В качестве сорбирующего материала для сбора нефтепродуктов с водных

поверхностей;

• В качестве активного наполнителя в резиновые смеси.

Текстильный корд:

• Как исходное сырье для изготовления тепло-звукоизоляционных плит;

• Для тампонирования скважин при бурении;

• В качестве армирующего наполнителя при изготовлении композиционных эластомерных материалов.

Металлический корд:

• Как исходное сырье для получения неответственных марок стали;

• В качестве армирующего наполнителя при изготовлении строительных и дорожных конструкций.

Девулканизованная резина (регенерат):

• Для изготовления резинотехнических изделий (с введением вулканизующей группы);

• Для приготовления битумно-резиновых мастик;

• Для изготовления гидроизоляционных и кровельных материалов;

• В качестве активного наполнителя в резиновые смеси при изготовлении автошин.

В настоящее время протяженность автомобильных дорог общего пользования Курганской области составляет более 17 тысяч км, в том числе регионального или межмуниципального значения - 7896,6 км, из них с твердым покрытием - 5863,4 км (74,3%). Обеспеченность автомобильными дорогами с твердым покрытием на тысячу квадратных километров территории составляет 123,5 км, что значительно меньше среднего по Российской Федерации показателя - 300 км.

71,4% протяженности автомобильных дорог регионального или межмуниципального значения не соответствуют нормативным требованиям по транспортно-эксплуатационному состоянию, что приводит к повышению себестоимости автомобильных перевозок и снижению конкурентоспособности продукции предприятий.

Опережение роста интенсивности движения на автомобильных дорогах по сравнению с увеличением протяженности и пропускной способности автомобильных дорог приводит к росту аварийности (приложение 6 к Программе), что требует проведения необходимых мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и улучшению условий дорожного движения.

Для повышения долговечности и качества асфальтовых дорожных покрытий используется резиновая крошка. Это специальный материал, который получают путем переработки старых автомобильных покрышек, камер и других резиновых изделий. Для модификации асфальтовых смесей используется крошка двух различных фракций:

• крошка с размером частиц от 0,5 до 0,62 мм;

• крошка с размером частиц от 1 до 2,5 мм

Первый тип крошки применяют при влажном или горячем методе изготовления асфальта с измельченной резиной. Второй тип используется для сухого или холодного способа изготовления резиносодержащего асфальта.

Количество вводимой дробленой резины должно составлять 1,5-3 % массы минеральной части (при введении ее в минеральную часть) или 5-7 % массы битума (при введении в битум).

Для приготовления 1 тонны Асфальтабетонной смеси необходимо 26 кг. резиновой крошки(5%). На дорогу длинной 2 км. потребуется 1015 тонн Асфальтабетонной смеси (Или 2030 тонн для укладки 2 слоев).

Почему выгодно использовать резиновую крошку для асфальта.

Асфальтовые покрытия, изготовленные с использованием резиновой крошки, приобретают целый ряд преимуществ. Такие покрытия надежнее и долговечнее обычного асфальта. На дорогах, при изготовлении которых использовалась резиновая крошка для асфальта, значительно снижается аварийность. При этом удается добиться значительного повышения эксплуатационных характеристик дорожного полотна, например снижения шумности дороги и уменьшения износа покрышек автомобилей.

Асфальтовые покрытия с добавлением резиновой крошки получаются более гибкими, что позволяет увеличить период службы полотна на 5 – 10 лет. Лучшая устойчивость подобных покрытий к перепадам температуры значительно увеличивает период между ремонтами. При этом расходы на ремонтные работы сокращаются на порядок. Резиновая крошка для асфальта улучшает дренажные свойства дороги, что также существенно снижает износ дорожного полотна во время дождей.

За счет повышения пластичности и упругости асфальта, покрытия с резиновой крошкой устойчивее обычных при пониженных и повышенных температурах. Так при высоких температурах за счет упругости снижается вероятность возникновения следов от машин на подобных покрытиях, а впоследствии и колеи. При низких температурах модифицированные крошкой асфальтовые покрытия более устойчивы к появлению трещин.

При движении по асфальтовому дорожному полотну, изготовленному с использованием резиновой крошки, значительно снижается вероятность заносов. Это происходит за счет увеличенного сопротивления скольжению у такого покрытия. В результате опытной эксплуатации дорог с подобными покрытиями количество несчастных случаев со смертельным исходом снижается на 50%.

У покрытий, изготовленных из модифицированного асфальта, существенно снижаются светоотражающие свойства. Благодаря этому так же повышается безопасность движения.

Длительный срок, при котором сохраняется высокое качество дорожного покрытия, так же положительно сказывается на снижение аварийности на подобных дорогах.

Технические характеристики оборудования для переработки шин

Общие технические характеристики оборудования для переработки шин ЛПШ-300

Производительность (входной объем сырья для переработки), кг/ч	до 500
Общий выход чистого продукта, кг/ч	до 300
Выход текстильного корда, кг/ч	до 36
Выход металлокорда, кг/ч	до 84
Максимальный внутренний диаметр перерабатываемых шин, мм	1500
Мощность, кВт	от 100
Потребление воды для охлаждения вальцов, л/ч	10-15
Количество работающего персонала, чел.	8-9
Требуемое помещение не считая склада, кв. м	200

Технические характеристики станков

Технические характеристики станков, входящих в комплекс оборудования для переработки шин ЛПШ-300

1. Станок для удаления бортового кольца

Технические характеристики:

Мощность, кВт	4
Внутренний диаметр шины, мм	до 1200
Производительность, шт./ч	25
Габариты, мм	1100*900*1700
Вес, кг	500

2. Станок, обеспечивающий нарезку полос из шины

Технические характеристики:

Мощность, кВт	5,5
Внутренний диаметр шины, мм	до 1200
Производительность, шт./ч	20
Ширина ленты на выходе, мм	35-55
Габариты, мм	1280*870*1550
Вес, кг	880

3. Станок для отделения металлического корда от резины бортового кольца шины

Технические характеристики:

Мощность, кВт	10
Габариты, мм	1540*1160*1200
Вес, кг	1370

4. Измельчитель, для получения резиновой крошки (вальцы)

Технические характеристики:

Мощность, кВт	70
Размер валков, мм	450*760
Фракция	1:1,38
Габариты, мм	4770*1846*1835
Вес, кг	4000

5. Магнитный сепаратор

6. Воздушный сепаратор - комплекс пневмосепарации для отделения текстильного корда от резиновой крошки и пыли

Технические характеристики:

Мощность, кВт	5,5
Производительность, кг/ч	300-500
Габариты, мм	1500*1500*3400
Вес, кг	2500

Технолоческий процесс переработки шин

1. Сортировка шин по типоразмеру.

Сортировка шин с учетом массы покрышки и диаметра бортового кольца, удаление видимых минеральных и металлических включений.

1. Отделение бортового кольца.

Шина устанавливается в станок для удаления бортового кольца, где производится отделение бортового кольца от шины.

1. Нарезка полос.

Шину с удаленным бортовым кольцом помещают в станок для нарезки полос. По спирали шину разрезают на ленты шириной 3-5 см.

1. Нарезка заготовок (чипсов).

Полосы из шин помещают в станок для нарезки заготовок (чипсов), после чего полученные заготовки уходят на ленточный транспортер.

1. Разделение на составляющие.

Чипсы подаются в зазор вальцев, где сырье проходит стадию измельчения. Измельчение осуществляется за счет высокого давления в зоне сжатия при различных скоростях вращения валков. После чего полученная смесь переходит на ленточный транспортер.

1. Сепарация.

С помощью магнитного сепаратора, при помощи вибрации и воздействия магнитных полей, осуществляется отделение и извлечение металла из общей массы, состоящей из резины, металла и текстиля. Дальше необходимо разделить оставшиеся вместе текстиль и резину. Посредством ковшового тарпортера смесь резины и текстиля подают в воздушно-сепарационный комплекс, где с помощью магнитных ловушек отделяются остатки металла. Отделение текстильного корда от резины происходит за счет сильных вихревых потоков, вибрации и системы фильтров.

1. Разделение на фракции.

Очищенная резиновая крошка с помощью шнекового транспортера переходит на вибросито. Для того чтобы разделить ее на 4 разноразмерные фракции используют вибрацию и сетки с разной величиной ячеек. Каждая фракция отгружается в определенную тару. Некондиционная резиновая крошка (резиновая крошка, не соответствующая заданным размерам) и крупный текстильный корд возвращается в измельчитель с помощью ленточного транспортера. Удаленные бортовые кольца измельчаются до состояния резиновой крошки отдельно, в станке для удаления металлокорда.

1. Складирование.

Складирование готовой продукции.

Рентабельность и окупаемость вложений в оборудование для переработки шин

№	Статья	Расход, руб.	Доход, руб.
1.	Аренда производственных площадей, мес.	около 70 000	-
2.	Заработная плата, мес.	не более 300 000	-
3.	Расход электроэнергии 35 000 кВт/ч * 4,00 руб (средняя стоимость по стране).	70 000	-
4.	Производственные расходы (ГСМ, маски, перчатки, спец. одежда и т.д.)	50 000	-
5.	Реализация крошки 55 тонн. По цене 15 000 рублей за тонну.	-	825 000
6.	Реализация металлокорда 25 т. по цене 8 000 руб.	-	200 000
Итого:		490 000	1 025 000
Чистая прибыль:		535 000

Технологическая линия позволяет перерабатывать изношенные шины, в том числе с металлокордом. Технология основана на явлении «псевдосжижения» резины при высоких давлениях и истечения ее через отверстия в специальной камере. Более 90% содержащегося в шине металла удаляется на первых стадиях переработки, а резинотекстильная смесь поступает в дальнейшую переработку: доизмельчения, сепарацию и фракционирование.

Основные преимущества технологии:

• Малая удельная энергоемкость (на 1кг исходного сырья расходуется 0,54 кВт/час);

• Полная экологическая безопасность;

• Резиновые порошки имеют высокую адсорбционную способность и химическую активность,

• Крошка обладает большой удельной поверхностью и после девулканизации близка по свойствам к исходным каучукам;

• Максимальный выход товарного резинового порошка.

Промышленная линия представляет собой мини-завод, который позволяет осуществлять переработку легковых и грузовых автошин с металлокордом и без него диаметром до 1300мм и шириной профиля до 400мм, а также различных резиносодержащих материалов (ездовые камеры, пневморессоры, отходы обувных фабрик и заводов РТИ).

Технологическая линия позволяет получать резиновую крошку двух фракций: 50% 0,1-1мм (где половина 0,1-0,5мм) и 50% 1,1-3мм.

Код для цитирования: Скопировать