Технологический процесс переработки отходов шин

Очевидно, что производители металлокорда стремятся закрепить свои позиции на этом рынке и размешают новые производственные мощности.

Можно сделать вывод, что производство металлокорда в мире будет расти с каждым годом, особенно на динамичном азиатском рынке, где производители корда стремятся как можно быстрее разместить новые заводы либо расширить уже имеющиеся производственные мощности.

 

Строение и  состав шины

Характеристика деталей шин:

• покрышка - торообразная оболочка пневматической шины, непосредственно воспринимающая усилия, действующие при эксплуатации автомобиля;
• камера - герметичная торообразная эластичная оболочка, заполняемая воздухом или газом;
• вентиль камеры или бескамерной шины - обратный воздушный клапан, предназначенный для наполнения, удержания, выпуска воздуха и обеспечения контроля внутреннего давления в шине; ободная лента - профилированное эластичное резиновое кольцо, располагаемое между бортами покрышки, камерой и ободом колеса; ободная лента применяется в камерных шинах грузовых автомобилей для предохранения камер от повреждений.
• ободная лента - профилированное эластичное резиновое кольцо, располагаемое между бортами покрышки, камерой и ободом колеса; ободная лента применяется в камерных шинах грузовых автомобилей для предохранения камер от повреждений.

 По конструкции шины подразделяются на:

• диагональные;
• радиальные.

В диагональных шинах нити корда  каркаса перекрещиваются в смежных  слоях и имеют угол наклона  нитей в средней части беговой  дорожки в пределах 45 - 60град. Такое  расположение нитей корда называется диагональным.

В радиальных шинах нити корда во всех слоях каркаса в средней  части беговой дорожки имеют  угол наклона, близкий к нулю, т.е. нити корда в смежных слоях  параллельны друг другу или пересекаются под небольшим углом. Такое расположение нитей корда называется меридиональным или радиальным.

Покрышка имеет следующие составные части (рис 1.2):

• каркас - главный силовой элемент покрышки, состоящий из одного или нескольких слоев обрезиненного корда, закрепленных, как правило, на бортовых кольцах. Корд представляет собой ткань, состоящую из толстых нитей основы и тонких редких нитей по утку, изготавливаемую на основе натуральных или синтетических волокон, или тонких стальных нитей (металлокорд);
• брекер - внутренняя деталь покрышки, расположенная между каркасом и протектором и состоящая из нескольких слоев обрезиненного металлического или другого корда. Брекер предназначен для смягчения ударных нагрузок на шину, возникающих при движении автомобиля по дороге;
• протектор - наружная резиновая часть покрышки шины, как правило, с рельефным рисунком, обеспечивающая сцепление с дорогой и предохраняющая каркас от повреждений;
• боковина - слой покровной резины, расположенный на боковой стенке покрышки, предохраняющий каркас от наружных повреждений;
• борт покрышки - жесткая часть пневматической шины, обеспечивающая ее крепление на ободе колеса.

 

Рис.1.2. Строение покрышки

 

2. Отходы, как источник вторичного  сырья

  

        Отходы металлокорда нашли широкое применение при изготовлении различных конструкционных материалов. Один из них фибробетон.

         Фибробетон - конструкционный материал, получаемый на основе мелкозернистого бетона, армированного тонкодисперсным синтетическим или стеклянным волокном, а также металлической сечкой-фиброй.      

        Стальная фибра обычно представляет собой стальную проволоку длиной от 30 до 80 мм, диаметром 0,5 -1,2 мм, прочностью на растяжение около 1000 МРа и более, специально профилированную.Очень часто данный вид бетона применяют для пола.

       Благодаря своей высокой чистоте металлический корд после очистки от     резины является так же ценнейшим источником металлического лома для сталеплавильных заводов.

        Используя вместо железной руды в качества сырья для сталепла- вильных заводов переработанный металлолом, можно сократить энергопотребление на 74 %, а загрязнение окружающей среды - на 80 % в расчете на одну тонну сырой стали. На сегодня уровень выплавки стали из металлолома вырос до 50 %, это стимулирует рост потребности в высококачественном переработанном металлоломе.

3. анализ состава и свойств отходов. Физико-химический состав.

    В таблице 3 представлены результаты анализа металла, который используется в шинах ведущих производителей.

 

  Таблица 3

Химический состав отходов металлокорда шины Michelin

Наименование отхода	Результаты анализа (содержание химических  элементов),%
Отход металлокорда автомобильных шин	Fe	Mn	C	Cr	Si	S	P
	98,115	0,52	0,95	0,09	0,28	0,029	0,016

 

       Анализ химического состава свидетельствует о возможности использования брекера в качестве высокопрочной стальной фибры дисперсно-армированного бетона.Присутствие в химическом составе кремния и марганца способствует значительному повышению прочности армирующих элементов. Фосфор и сера при любом их содержании являются вредными составляющими к разрушению стали. Сера, обладая более низкой температурой плавления, чем сталь, снижает механическую прочность последней. Фосфор, образуя с железом твердый раствор, является хрупким компонентом, снижающим ударную вязкость стали. Анализ химического состава свидетельствует о незначительном превышении углерода (на 0,3%). По химическому составу марка стали материально соответствует ст.85. Очевидно, что для высококачественных дисперно-армированных сталефибробетонов применение армирующих элементов брекера является весьма эффективным.

      Выявлено  влияние стальной фибры из  отходов металлокорда на физико-механические и эксплуатационные свойства дисперсно-армированного сталефибробетона: повышение прочности на растяжение при изгибе, стойкость к воздействию динамических нагрузок, сохранение целостности бетона в экстремальных условиях.

      Таким образом,  анализ экспериментальных данных  свидетельствует о возможности  использовании отходов переработки  в качестве армирующих элементов  дисперсно-армированного бетона.

Бетоны с таким свойствами можно использовать в местах повышенной сейсмической активности, при устройстве дорожных и аэродромных покрытий, подвергающихся ударным нагрузкам, в зданиях, испытывающих ударные  нагрузки.

    

4.Выбор и описание технологической схемы утилизации отходов

 

4.1. Методы утилизации автомобильных шин

                     Использование целых автомобильных шин.

      Изношенные  шины применяются для устройства  искусственных рифов, служащих местом обитания рыб и устриц. Фирмой «Гудьир» в 1970 г . у берегов Австралии был создан искусственный риф из 15 тыс. шин. Рифы созданы у берегов Флориды (215 тыс.-шин); Новой Зеландии, Ямайки, Греции, Японии и др. Загрязнение морской воды при этом не происходит. Около 200 искусственных нерестилищ из изношенных шин создано в Германии. Старые шины используют для зашиты склонов от эрозии. Для этого склоны покрывают шинами, засыпают землей и засевают травой. Согласно разработке фирмы «Органикой» (Германия), при создании звукоизолирующих ограждений вдоль автострад у шин удаляют одну боковину, после чего их соединяют и заполняют землей. В результате образуется наклонный спуск, который можно озеленить. Такая конструкция не отражает звук и требует 5 тыс. шин на 100 м погонной длины барьера. Одновременно конструкция служит барьером безопасности.

                          Сжигание шин с целью получения энергии.

       С  точки зрения экологии использование  изношенных шин для получения  энергии оценивается неоднозначно. В первую очередь это связано  с выделением цинка и окислов серы в атмосферу. На примере тушения пожара на складе в Канаде (14 млн. шин) были рассмотрены особенности воздействия горения шин на окружающую среду. В дыме горящих шин содержатся канцерогенные субстанции и небольшие количества диоксина. Горевшие в Канаде шины тушили 17 дней с помощью пожарных вертолетов, грязевого ливня и снегопадов. В результате пожара образовались сотни литров диоксинсодержащих масел. Вследствие выброса ядовитых дымов

 

пришлось эвакуировать окрестное население. Отмечается в  то же время, что продукты сжигания шин в печах могут не загрязнять атмосферу и, что в техническом  отношении нет проблем в организации полного и безопасного сгорания шин в существующих печах, оборудованных соответствующими фильтрами очистки выбросов. Однако создание печей и очистительных установок для улавливания вредных газов и соединений тяжелых металлов требуют больших затрат. Имеется информация, что применение шин в качестве топлива требует затрат порядка 20 ~ 25 или даже 30 — 35 долларов на тонну. Метод сжигания шин неперспективен также с энергетической точки зрения: с учетом КПД при сжигании легковой шины количество энергии примерно равно получаемой от сжигания 3 л. нефти. По данным изготовителей энергия, накопленная в шине, равна энергии, получаемой при сжигании 27-30 литров нефти (21 литр расходуется на изготовление сырья и б литров на процесс переработки).

Применение  шин в качестве топлива в цементной  промышленности.

  Целые или разрубленные на куски шины вводятся во вращающуюся печь, где температура исходящих газов достигает 1200 - 2800°Р (Сжигание целых шин или их кусков может также производится путем их подачи в зону, где температура исходящих газов 600 — 1400Т). Здесь металлокорд частично заменяет железную руду, необходимую в производстве цемента. Рекомендуют заменять шинами 5 - 10 % топлива. Применение изношенных шин в цементной промышленности позволяет экономить 1- 2 % основного вида топлива.

     Специалистами  отмечается, что при сжигании  изношенных шин при производстве  цемента может быть сокращен  на 25% расход ископаемых энергоносителей  и снижен уровень загрязнения окружающей среды. Так как содержание кислорода в печи велико, горючие газы достаточно долго находятся в зоне сгорания, в процессе не образуется остатков вредных веществ по той причине, что сера и металл связываются в получаемом продукте.

             Пиролиз.

     Пиролиз  кусков шин и резиновой крошки  осуществляется в среде с недостатком  кислорода, в вакууме, в атмосфере  водорода в присутствии катализаторов и без них, в реакторах периодического и непрерывного действия, в псевдокипящем слое при различных температурах. Исследован также процесс пиролиза смеси резиновой крошки (20%) и масла (80%).Системы пиролиза, популярные в 70-е годы, оказались неудобными в эксплуатации в течение сколько-нибудь длительного времени. В настоящее время это направление считается не оправдавшим возлагавшихся на него ожиданий. Большая часть таких установок работала в периодическом режиме. Получаемые продукты требовали дополнительной очистки перед употреблением, а затраты не покрывались стоимостью получаемых материалов. Специалисты считают, что проблема пиролиза старых шин практически исчерпана из-за высоких затрат и низкого качества получаемых продуктов.

                        Дробление(имельчение) изношенных шин.

      Измельчение (дробление) шин считается  наиболее привлекательным методом их переработки, поскольку он позволяет максимально сохранить физические свойства резины в продуктах переработки. Методы измельчения принято разделять на измельчение при положительных температурах и криогенное измельчение.

 

4.2.Метод утилизации шин с предварительным охлаждением

 

Известен более новаторский  способ утилизации шин, основанный на предварительном охлаждении шин с последующей деструкцией с помощью ударных механических разрушающих средств в виде

молотов и мельниц.Использование для разрушения охлажденных автомобильных шин ударных механических средств, а именно молотов и мельниц, обусловливает невысокую скорость и эффективность работы завода для утилизации автомобильных покрышек, а также шумность. Чтобы решить указанные проблемы было предложено заменить механический (контактный) способ деструкции шин на электромагнитный (бесконтактный), для чего используются емкостные накопители (батареи импульсных конденсаторов) и индукторы (импульсные катушки).

Преимущества этого  метода:

• экономически выгоден;
• экологически безопасен;
• позволяет выделять металлокорд, полностью отделенный от резины и с неизменными свойствами.

 

4.3. Описание процесса переработки

      Схема завода для утилизации автомобильных шин с металлокордом приведена на рис. На ней изображены транспортные средства 1, цех 2 доставки и хранения, цех 3 сортировки и подготовки, цех 4 деструкции и разрушения, цех 5 сепарации, упаковки и отправки. Кроме того, показаны цех 6 получения сжиженных газов (например, жидкий воздух или азот), цех охлаждения автомобильных шин, средства 8 доставки сжиженных газов. Цех деструкции и разрушения 4 снабжен разрушающими средствами электромагнитного действия.

Следует отметить, что  вместо жидкого воздуха или азота могут использоваться воздушные турбохолодильные машины российского производства, например ВТХУ1-11 (установленная мощность 30 кВт, потребляемая — 24 кВт, температура воздуха —60...—70 °С, стоимость установки — 750 тыс. руб. с НДС).

Использование воздушных  турбохолодильных машин позволяет  снизить себестоимость получения  холода в 3—4 раза, а удельные энергозатраты — в 2—3 раза по сравнению с применением жидкого азота.