Член КРО «Деловая Россия», директор ООО «Ультрамол» Павел Гречкин в статье журналу «ТБО – обращение с отходами» рассказал об уникальной курской технологии переработки резинотехнических изделий. Со статьей можно познакомиться ниже.

 

АКТИВНЫЙ РЕЗИНОВЫЙ ПОРОШОК – ЭКОЛОГИЧНО, ЭФФЕКТИВНО, ЭКОНОМИЧНО

 

В поисках наиболее совершенного метода утилизации отходов резинотехнической промышленности рассматриваются преимущества и недостатки различных способов. Приведено описание активного резинового порошка – оптимального продукта, который получается в результате переработки таких отходов. Обсуждаются возможности и экономический эффект его применения в дорожном строительстве.

 П. В. Гречкин, Н. Е. Корниенко,

ООО «УльтраМол»

Такие материалы, как резина, силиконовая резина и подобные им имеют статус незаменимого сырья в различных отраслях промышленности и сегментах экономики. Основу резинотехнических изделий (РТИ) составляют сшитые полимерные структуры, образованные молекулами с поперечными связями. Характерной особенностью таких изделий является возможность создания анизотропных конструкций, воспринимающих как статические, так и динамические внешние нагрузки. Вместе с тем резина быстро изнашивается под воздействием внешних условий, а ее уникальные свойства создают затруднения для переработки. Поэтому при производстве РТИ образуется значительное количество отходов, требующих особого обращения. Конечно, компании – производители РТИ стремятся использовать свои же отходы или вышедшие из строя продукты повторно для производства таких же изделий, но для этого порошок резины должен обладать рядом свойств. По этим причинам вторичная переработка отходов в порошок является важнейшим экологическим шагом, раскрывающим материальную ценность отходов.

Большую часть отходов РТИ составляют изношенные автомобильные шины. Проблема использования изношенных шин имеет важное экологическое значение. Ежегодно в России образуется около 1 млн т изношенных автомобильных покрышек [1], а общий объем перерабатываемых в России автомобильных шин составляет лишь около 20 % [2] от общего количества. В связи с этим происходит процесс их накапливания и, как следствие, наносится непоправимый урон окружающей природе. Для сравнения, уровень переработки изношенных шин в Европе составляет 76 %, в США – 87 %, а в Японии – 89 %.

Переработка шин предпочтительна потому, что их производят с использованием ценного натурального каучука и синтетического каучука, который получают из нефти – невозобновляемого природного ресурса. Замена складирования, захоронения и сжигания утилизацией имеет важное экономическое значение, так как способствует сохранению природных запасов ценного сырья, стимулирует развитие ресурсосберегающих технологий, а также улучшает экологическую обстановку и исключает использование больших земельных площадей под свалки резиновых отходов. Иерархия управления отходами представляет собой пять подходов [3]:

• удаление (захоронение и сжигание без выработки энергии);
• восстановление (сжигание с выработкой энергии, сбор биогаза на свалках и т. д.);
• переработка (превращение отходов во вторичное сырье для повторного использования);
• повторное использование (вторичное использование предметов без переработки);
• предотвращение образования (комплекс мер по сокращению объемов производимого мусора).

Удаление является наименее эффективным способом работы с отходами, а предотвращение образования и повторное использование – наиболее эффективными [3].

Существует два способа переработки шин для повторного использования освобождаемых ценных ресурсов: химический и физический. Химический способ утилизации – сжигание или высокотемпературная переработка. При использовании резины в качестве энергоносителя необходимы затраты на ее подготовку к сжиганию (измельчение и очистку от металла), а также на установку очистительных систем. Причем очистительные системы не обеспечивают экологической безопасности в силу специфики процесса горения. Кроме того, стоимость получаемой таким образом энергии более чем в 3 раза превышает стоимость энергии, получаемой традиционными методами [1, 2]. Наиболее распространенный физический способ заключается в механическом дроблении шин. Распространение данный способ получил за счет широкого спектра применения получаемого продукта – резиновой крошки. Резиновая крошка используется для изготовления разного рода недорогих резинотехнических изделий (подошвы для обуви, шланги, гидроизоляционные материалы, спортивные покрытия и т. п.) [4, 5].

Основными методами переработки резины в мире являются: дробление резанием, криогенное измельчение, измельчение на вальцах. Криогенное измельчение является относительно дорогим способом получения резиновой крошки, при этом ее частицы обладают гладкой (стеклянной) поверхностью, в связи с чем для лучшей совместимости с другими полимерами или битумом требуется химическая или физическая модификация.

Измельчение на вальцах идентично измельчению резанием, за исключением того, что материал не срезается, а раздавливается и перетирается. Такой процесс энергозатратен и длителен, а поверхность частиц хоть и становится более активной, но в большей степени остается гладкой. Дробление резанием также имеет ряд недостатков: получать частицы микронного размера сложнее, так как возникает риск возгорания, а сами частицы обладают гладкой, неразвитой поверхностью, как и при криогенном измельчении.

Метод, разработанный в ООО «УльтраМол», воздействует на материал сразу несколькими способами (срез, сдавливание, температура, перетирание, сдвиг), за счет чего поверхность частиц становится очень развитой, что позволяет использовать этот материал в различных областях. Отходы резины измельчаются в несколько этапов, в зависимости от размера входящего сырья. Сначала отходы РТИ предварительно измельчаются в дробильной установке до фракции 3–5 мм. Подготовленный материал поступает в измельчительную камеру роторно-сдвиговой установки МКР-300. Механика процессов, происходящих в мельнице, такова, что частицы разрушаются, а затем частично истираются, подвергаются деформации при повышенном давлении и температуре. Установка состоит из статора и ротора особой конструкции. Материал подается из загрузочного бункера непрерывно, его частицы разгоняются по направляющим ротора и соударяются о статор и между собой. При этом происходит переход энергии движения частиц в энергию разрушения, что приводит к измельчению исходного материала. Завихрения потоков частиц в полостях статора создают области, в которых происходит истирание и пластическое деформирование частиц. Разработанный способ получения активного порошка резины – технически наиболее совершенный по сравнению с другими применяемыми методами. Преимущества такого способа заключаются в том, что на поверхности макрочастиц происходит разрыв S-S-связей, а в объеме внутри частицы сохраняется структура вулканизированной резины и молекулы каучука не разрушаются. Все это позволяет эффективно встраивать частицы активного резинового порошка в исходную маточную смесь без потери физико-механических свойств изделий. В процессе такого типа переработки отходов резиновых изделий получают активный резиновый порошок – совокупность частиц измельченной резины различного размера и разнообразной формы, которые характеризуются тем, что сохраняют молекулярную структуру и свойства исходной резины. Размеры частиц составляют от 100 до 800 мкм, что позволяет применять получаемый материал при строительстве дорог (свойства материала соответствуют требованиям ГОСТ Р 55419-2013). Активные частицы порошка обладают высокоразвитой удельной поверхностью и наноразмерной структурой, что обуславливает уникальные свойства данного материала.

Свыше 12 предприятий резинотехнической отрасли в России уже внедрили новую технологию переработки собственных отходов:

• Московская область – 1 проект, безотходный завод РТИ;
• Санкт-Петербург – 3 проекта, безотходные заводы РТИ;
• Саратовская обл., г. Балаково – 2 проекта, безотходные заводы РТИ;
• Волгоградская обл., г. Волжский – 2 проекта, безотходные заводы РТИ;
• Астрахань – 1 проект, безотходный завод РТИ;
• Уфа – 4 комплекса по производству пивного силикагеля;
• Нижегородская обл., г. Арзамас – 2 комплекса по производству каучука;
• Челябинск – 2 проекта, безотходные заводы РТИ.

Кроме экологического эффекта, данная технология обладает экономическими преимуществами. Снижение себестоимости за счет внедрения технологии достигает 40 %. Однако создание резинотехнических предприятий замкнутого цикла – не единственная сфера применения активного резинового порошка. Еще в середине 90-х годов в совместной работе специалистов Института химической физики РАН и американской фирмы Gaia International было показано, что активные порошки, полученные сдвиговым измельчением отходов изопреновой, бутадиенстирольной или нитрильной резины, можно вводить в сырые резины того же химического состава, получая при этом композиционные вторичные резины, прочность и деформируемость которых превышает прочность и деформируемость соответствующих первичных резин [5].

При создании асфальтовых покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума. Однако свойства обычного, немодифицированного битума не позволяют получить дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, причем наиболее сильно это проявляется при высоких и при пониженных температурах. В связи с этим основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода полимерных добавок. Применение модифицированного битума позволяет существенно улучшить все основные свойства асфальта – повысить его однородность, прочность, морозостойкость, трещиностойкость, влагостойкость, стойкость к высоким температурам и т. д., а также уменьшить толщину слоя асфальтового покрытия при тех же параметрах долговечности. Процесс смешения битума с резиновым порошком сопровождается изменением основных свойств битума: происходит увеличение его теплостойкости, снижение температуры хрупкости, увеличение деформируемости и т. д. В других случаях резиновый шинный порошок сначала перемешивают с минеральными компонентами асфальта, а затем заливают полученную смесь горячим битумом. Прежде всего, такой порошок отличается более низкой стоимостью, не требует какой-либо дополнительной модификации, очень быстро растворяется в битуме, а его введение в асфальт сопровождается существенным улучшением свойств покрытия.

 

Пример

Для анализа экономического эффекта был произведен расчет стоимости использования активного резинового порошка. Был взят регион – город Курск и Курская область, где планировалось уложить 791 000 м2 асфальта в 2020 г. Для модификации 1 м2 толщиной 10 см (верхний + нижний слой) требуется примерно 1,2 кг модификатора. Для всего региона требуется 1000 т модификатора в год. При средней цене добавки в 130 руб./кг объем рынка данного региона составит около 130 млн руб. в год. В ходе выполнения проекта планируется занять до 30 % всего объема рынка, что составляет 20–30 т модификатора в месяц, или 30-40 млн руб. в год. В состав асфальта, изготовленного по технологии Superpave, входит не менее 5 % битума марки PG стоимостью 22–32 тыс. руб/кг*. Применение модификатора и стандартных битумов БНД (цена 12–17 тыс. руб/т) позволяет добиться лучших характеристик асфальта, чем с дорогим битумом PG, и исключить целлюлозную добавку (40 тыс. руб/т). Для обеспечения региона требуется закупить 9500 т битума, что при покупке битума марки PG будет стоить 209–304 млн руб., а при применении модификатора К-АРП – 190–200 млн руб. Как видно из данных расчетов, экономическая выгода от использования активного резинового порошка позволяет сэкономить до 30 % материальных средств. *Данные взяты на период январь–февраль 2021 г.

 

Литература

1. Резиносодержащие отходы, технологии их переработки, основные принципы построения технологического комплекса» (промежуточный) / Отчет НИОКР / Руководитель А. Б. Шаповалов. – ООО «ЭкоТехЭнерго». – № ГР 01201055055. – Инв. № 0220.1054115. 2009. – 158 с.
2. Шаповалов А. Б. Рециклинг изношенных шин нанодеструкцией // Экологический вестник. – 2011. – № 11. – С. 108–115.
3. Шаповалов А. Б. Рециклинг отходов нанодеструкцией в товарные продукты // Справочник эколога. – 2015. – № 3. – С. 82–90.
4. Касаткин М. М. Переработка амортизованных автомобильных (авиационных) шин и отходов резины. – М., СигналЪ, 2000. – С. 29-30.
5. Khait K. and Carr S. H. Solid-State Pulverization: A New Polymer Processing and Power Tehnology // Lancaster-Basel: Technomic Publishing, 2001. – P. 57

 

ДЕКАБРЬ 2021 / ТБО – ОБРАЩЕНИЕ С ОТХОДАМИ