X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В наше время общество сильно волнует вопрос утилизации, отработавших свой срок службы, автомобильных покрышек, число которых быстро растет из-за непрерывного и динамического увеличения количества автомобилей.

Так по данным на февраль 2016 года в ГИБДД России зарегистрировано более 44,2 млн. легковых автомобилей, более 6,2 млн. грузовых, 890 тысяч автобусов, 2,2 млн. единиц мототранспорта и более 3 млн. прицепов и полуприцепов. Как сообщает официальный сайт ГИБДД, за последнее десятилетие количество автомототранспорта в стране увеличилось более чем на 65%.

В среднем каждый год число транспортных средств возрастает на 1,5 млн. единиц. Общемировые запасы изношенных шин оценивают от 25 до 39 млн. тонн. В России и в СНГ, по экспертным данным образуется более 1 млн. тонн отработанных автошин ежегодно [4].

Проблема возникает в экологической безграмотности населения и малом количестве специальных пунктов приема автомобильных шин. В итоге, идет непрерывное накопление шин, а перерабатывается всего лишь около 20% от их общего числа. Таким образом, изношенные шины становятся источником многолетнего загрязнения окружающей среды, так как практически не поддаются биологическому разложению, они разлагаются сотни лет.

Постепенное разрушение шин под воздействием биологических и климатических факторов приводит к образованию мелкодисперсных крошек, которые рассеиваются в природной среде и уносятся на большие расстояния ветром.

При складировании в шинах накапливается вода, что делает их идеальным местом для размножения кравососущих насекомых, которые опасны для человека различными инфекциями (туляремия, чума, холера, и т.д.) Кроме того шины огнеопасны, погасить их трудно, что может привести к продолжительным пожарам на свалках, а при горении резины в атмосферу выделяются высокотоксичные, вредные для человека и природы вещества. Так, при сжигании 1 тонны покрышек в атмосферу попадает более 250 кг сажи и более 400 кг токсичных газов, в том числе бенз(а)пирен, диоксин, фуран, полиароматические углеводороды, полихлорированные бифенилы (ПХБ), хром, мышьяк, кадмий и т.д. Опасность для здоровья людей и экологии ставит проблему утилизации изношенных автошин в разряд приоритетных [7].

На сегодняшний день применяется ряд традиционных и новых методов, которые отличаются друг от друга по виду производимой продукции, экономичности, технологичности и экологической безопасности.

К основным методам утилизации изношенных шин относятся химические и физические методы.

В свою очередь к химическим методам относятся сжигание, пиролиз и восстановление.

Сжигание шин происходит в цементной промышленности и на теплоэлектроцентралях. Шины используются здесь как материал-заменитель угля и мазута. Недостатками этого метода является то, что при сжигании в атмосферу выделяется углекислый газ (около 3700 м³ на одну тонну шин), а также происходит потеря ценного химического сырья, из которого путем дополнительной переработки можно было бы получить полезный продукт [3].

Пиролиз, при своей кажущейся простоте воплощения, не даёт действительно товарных продуктов, есть проблемы у этого способа и в экологическом плане. Вот почему он и не нашёл широкого применения. При нем использованные автопокрышки под влиянием тепла при отсутствии кислорода разделяются на твердые, жидкие и газообразные вещества. При этом длинные полимерные цепи превращаются в водородные молекулярные частицы. Продукция, полученная в результате переработки шин методом пиролиза (пиролизное масло, сажа и сталь), имеет низкое качество и не может быть прибыльно реализована на рынке. До сегодняшнего времени пиролизное масло из-за его низкого качества не может использоваться как конкурентоспособный продукт – заменитель. При пиролизе, в особенности протекающем при низких и средних температурах, из-за температурных колебаний и, вследствие этого, не полностью протекающих реакций возникают такие ядовитые вещества, как диоксид и фуран. При этом для того, чтобы предотвратить возникновение диоксидов и фуранов, энергетический баланс технологии при температуре выше 1100°C является отрицательным, т.е. расходы значительно выше, чем прибыль от продажи данного продукта [1].

Основной недостаток пиролиза заключается в том, что вследствие разделения шины на ее составные части уже состоявшийся производственный процесс становится неэффективным и нерентабельным. Высококачественный материал превращается в низкокачественный продукт, имеющий на рынке ограниченные возможности сбыта, при этом на его производство затрачиваются большие средства.

Восстановление является экологичным способом, при котором может быть повышен срок эксплуатации шины. С одной стороны, это ведет к уменьшению количества отходов, с другой – к экономии ресурсов, т.к. для восстановления шины необходимо в среднем около 5 литров сырой нефти, а для производства новой автопокрышки – 35 литров.

С технической точки зрения восстановление шины не может повторяться сколько угодно раз без влияния на ее качество и безопасность эксплуатации (как правило, шина может быть восстановлена максимально только два раза). Каждая восстановленная шина неотвратимо превращается в изношенную. Поэтому восстановление представляет собой только временное, а не комплексное решение проблемы утилизации отходов [2].

К физическим методам относится низкотемпературный метод утилизации, бародеструкционный метод, озонная переработка и механические методы.

Обработка резины при низкотемпературном методе происходит за счет перевода сырья в псевдохрупкую форму. Достигается такое состояние посредством охлаждения резины до температуры от минус 60°С до минус 90°С. Такой способ обработки шин существенно снижает энергозатраты. Также к достоинствам данного метода можно отнести отличное отделение метала и текстиля от резины, следовательно, улучшаются качественные свойства продукта (резиновая крошка). В аппаратах, предназначенных охлаждать резину, применяют жидкий азот. Данная особенность не дает низкотемпературной технологии широко применяться. Жидкий азот имеет затруднения в хранении и транспортировке, а также на его производство необходимы большие энергетические затраты. Для того, чтобы добиться низких температур в интервале от минус 80°С до минус 120°С наиболее подходящими и эффективными установками будут турбохолодильные аппараты. В данном промежутке температур использование таких установок помогает уменьшить стоимость (в 3-4раза) производство холода, а также энергетические затраты (в 2-3 раза) [6].

Бародеструкционная технология переработки шин основана на эффекте «псевдосжижения». Во время процесса от металлического корда и бортовых колец шины удаляется резина и текстильный корд. Далее покрышки подвергаются дроблению, и в результате из отверстий образуется резинотканевая крошка. Затем она обрабатывается: доизмельчается и проходит сепарацию. В качестве спрессованного металлического брикета из камеры выходит металлокорд. Тем не менее, бародеструкционная технология имеет существенные технологические недостатки: цикличность и ограничение объема загрузки. А это конкретно лимитирует общую производительность (объем переработки) всей линии [6].

Основа метода механической переработки шин – это механическое измельчение шины до кусков средних размеров, а также механическое удаление металлического и текстильного кордов. Базой технологии является принцип «повышения хрупкости» материала, это происходит путем использования значительных скоростях соударений. Происходит получение тонкодисперсного резинового порошка размером до 0,2 мм.

Три этапа механической переработки:

1 этап: покрышка заранее подвергается порезки на куски в ножевой дробилке;

2 этап: порезанные куски резины обрабатывают и удаляют металлический и текстильный корды в молотковой дробилке;

3 этап: получение тонкодисперсного резинового порошка.

При переработке изношенных шин в конечный продукт автопокрышка разделяется на основные составляющие: резину, сталь, текстиль. Содержащаяся в шине в качестве основного компонента резина перерабатывается в резиновую крошку. Основное преимущество данного метода по отношению к другим технологиям состоит в сохранении основных физических и химических свойств резины в полученной резиновой крошке.

Полученные продукты пригодны для дальнейшего использования в хозяйственной деятельности. Резиновые крошки используют для приготовления битумно-резиновых мастик; в качестве наполнителя при изготовлении композиционных материалов на основе термопластов; для тампонирования скважин при бурении; в качестве активного наполнителя в дорожные покрытия; в качестве сорбирующего материала для сбора нефтепродуктов с водных поверхностей; в качестве активного наполнителя в резиновые смеси и т.д.

Текстильный корд используют как исходное сырье для изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов; для тампонирования скважин при бурении; в качестве армирующего наполнителя при изготовлении композиционных эластомерных материалов.

Металлический корд применяют как исходное сырье для изготовления неответственных марок стали; в качестве армирующего наполнителя при изготовлении строительных и дорожных конструкций.

При получении резиновой крошки шины дробят при положительных или сверхнизких температурах с помощью различных измельчителей (молотковых, дисковых, роторно-ножевых и др.). Переработка шин при положительных температурах требует применения оборудования с износостойкими режущими элементами [5].

На сегодняшний день разработано большое число всевозможных измельчителей, но надежного оборудования для промышленной переработки шин с металлокордом в мире пока нет.

Вопрос о целесообразности применения той или иной технологии должен рассматриваться с точки зрения экономики. Технология переработки изношенных шин должен быть рентабельной и экологически целесообразной, продукт, полученной в ходе переработки, не должен уступать по качеству первичному сырью.

Анализируя все выше сказанное можно определить, что существующие в настоящее время технологии утилизации изношенных автошин, не отвечают в полной мере требованиям экологии, при этом велики расходы энергии и себестоимость единицы массы переработанных отходов.

Из представленных методов переработки шин механический способ –

самый оптимальный, так как он дает возможность не утратить физические и химические свойства резины в конечных продуктах переработки. При использовании остальных методов утилизации шин происходит нерезультативное использование сырьевого ресурса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Бобович, Б.Б. Утилизация автомобилей и автокомпонентов: учебное пособие / Б.Б. Бобович. ‒ М : ФОРУМ, 2016. ‒ 168 с.

Большой справочник резинщика. Ч. 2. Резины и резинотехнические изделия / Под.ред. С.В. Резниченко, Ю.Л. Морозова. ‒ М : ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. ‒ 648 с.

Ветошкин, А.Г. Технологии защиты окружающей среды от отходов производства и потребления: Учебное пособие. ‒ 2-е изд., испр. и доп. ‒СПб : Издательство «Лань», 2016. ‒ 304 с.

Госавтоинспекция: официальный сайт Госавтоинспекции: [Электронный ресурс]. ‒ М.: 2007-2017. URL: http://gibdd.ru (Дата обращения 15.12.2017).

Невядомская, А.И. Утилизация и переработка шин в крошку / А.И. Невядомская, А.А. Дериглазов // Молодой ученый. ‒ 2014. ‒ №17. ‒ С. 310-313.

Середа, А.Г. Рекуперация автомобильных шин / А.Г. Середа // Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения: сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Томск, 17-19 ноября 2016. ‒ С. 113-116.

Экология и безопасность в техномире:[Электронный ресурс]. ‒ М.: 2004-2017. URL: http://ecokom.ru (Дата обращения 20.01.2018).

Код для цитирования: Скопировать