Переробка відходів термопластів
Виробництво пластичних мас є однією з областей промисловості, що найбільш швидко розвиваються. У зв'язку з безперервним зростанням обсягу виробництва та споживання пластмас збільшується і кількість їх відходів. За джерелами освіти відходи можна розділити на великі групи: відходи виробництва та відходи споживання.
У першу групу входять відходи, що утворюються при виробництві та переробці полімерів: зливки та шматки полімерів, литники, обрізки, дефектні вироби. Відходи переробки термопластів повністю використовуються як вторинна полімерна сировина. Невеликі зливки, що утворюються при синтезі полімерів, також переробляються у вторинні матеріали; Найближчим часом планується організувати переробку і великогабаритних зливків.
До другої групи входять відходи споживання, які у свою чергу поділяються на технічні відходи (відходи промислового споживання) та побутові відходи (відходи побутового споживання). До відходів технічного призначення відносяться деталі, що втратили в процесі експлуатації початкові показники властивостей: шестірні, втулки, важелі, радіотехнічні вироби, ізоляція проводів, теплоізоляція, будівельні погонажні вироби і т. д. Побутові відходи являють собою зношені вироби, що втратили споживчі властивості: упаковка, плівка, деталі меблів тощо. Іноді дуже важко встановити приладдя зношеного виробу до того чи іншого виду відходів. Відходи технічного призначення складаються з найрізноманітніших термопластів, у побутових відходах переважають поліолефіни (55-62%). стирольні пластики (18-28%) і полівінілхлорид (6-11%).
Використання відходів термопластів, що утворюються при їх переробці у вироби,представляє особливих труднощів. Інша справа – переробка побутових відходів. У цьому випадку проблеми виникають при організації збору та при сортуванні відходів за видами пластмас. Тому трудомісткість переробки побутових відходів не завжди окупається і часто спалюють їх з утилізацією тепла.
Технологія переробки відходів
Загальна технологічна схема переробки відходів.
Переробка відходів пластмас може здійснюватись різними методами. Але загальна схема їх переробки включає такі операції: попереднє сортування та очищення відходів, подрібнення, відмивання та сепарацію, класифікацію відходів за видами пластмас, сушіння, грануляцію, переробку грануляту у виріб.
Забруднені відходи, які можуть містити гуму, метали, скло та інші матеріали, за допомогою конвеєра / подаються на дробарку попереднього подрібнення 2. Подрібнені відходи промиваються та пневмотранспортом направляються у повітряний роздільник 3, у якому відокремлюються важкі метали. Далі відходи додатково подрібнюються в другій дробарці і проходять через магнітний сепаратор 4 для видалення металів, що залишилися. Потім подрібнені відходи ще раз промивають водою і сушать у відцентровій сушарці 7. Висушені відходи перемішують у турбінному млині 8 для запобігання комкування і подають в екструдер 9, в якому за допомогою таблетуючого пристрою 10 матеріал перетворюється на таблетки. Отримання вторинних полімерів за цією схемою є трудомістким і дорогим процесом, який не набув великого поширення. Здебільшого він застосовується для переробки побутових відходів.
Загальна технологічна схема переробки відходів:
Переробка відходів подрібненням та екструзією.
При подрібненні відходи термопластів-литники, кромки листів, відходивакуумформувальних виробництв, дефектні вироби та інші надходять у дробарки, де подрібнюються і крихту з розміром частинок близько 2 мм. Найбільш поширеним типом обладнання для дроблення є подрібнювачі ножового типу, в яких подрібнення відбувається у вузькому зазорі (0,1-0,5 мм) між нерухомими ножами, закріпленими всередині статора, і ножами, встановленими на роторі, що обертається. У табл. 8.1 наведено технічні характеристики деяких типів подрібнювачів пластмас.
Для дроблення крихких матеріалів (полістирол, багато реактопластів) ефективні подрібнювачі, конструкція яких заснована на ударній, ударно-ріжучій або ударно-імпульсній дії. Промисловістю випускаються універсальні дезінтегратори-активатори, у яких завдяки високій швидкості удару (до 310 м/с) та багаторядності розташування ударних елементів досягається висока продуктивність при подрібненні полімерів - від 20 кг/год до 50 т/год.
Для подрібнення в'язкопружних полімерів, таких, як поліаміди, термопластичні поліуретани, фторопласти, та інших останнім часом все більше застосування знаходять подрібнювачі, забезпечені установками для глибокого охолодження матеріалу-до температур нижче температури крихкості полімерів, що подрібнюються. В якості охолоджуючого агента використовується рідкий азот з температурою -196 ° С, що нижче температури крихкості більшості полімерних матеріалів.
Подрібнення при знижених температурах має ряд переваг: завдяки охолодженню та інертному середовищу виключається термодеструкція полімеру, запобігає окисленню продукту, різко зростає ступінь подрібнення, підвищується продуктивність процесу та знижуються питомі енерговитрати.
Отримана на подрібнювачах крихта надходить на переробку у вироби, найчастіше у вигляді сумішісвіжий матеріал.
Технологічна схема переробки відходів методом екструзії:
1-- подрібнювач; 2 - бункер; 3 – магнітний жолоб; 4- екструдер; 5 охолодна ванна; 6-- гранулятор
Широко застосовується екструзійний метод переробки відходів. Відходи надходять у дробарку 1 з якої крихта пневмотранспортом подається в бункер-змішувач 2. Далі, пройшовши магнітний жолоб 3 для відділення металевих домішок, подрібнений матеріал надходить у бункер екструдера 4. Екструдат у вигляді джгута або стрічки після охолодження у ванні 5 на гранули.
Установки для переробки відходів екструзійним методом, наприклад, лінія ЛГВТ9Х120, має продуктивність до 200 кг/год.
При подрібненні плівкових відходів, обрізків пінопластів, мають низьку насипну щільність, їх попередньо ущільнюють. Для цієї мети застосовуються, наприклад, дискові ущільнювачі, що є грануляторами з фрикційними дисками, один з яких обертається, а інший встановлений нерухомо. Спікання та ущільнення відходів відбувається за рахунок теплоти тертя, що виділяється при обертанні диска. Після спікання одержана маса у вигляді джгута з потоком холодного повітря подається в ножову дробарку.
Для переробки відходів поліетиленової плівки застосовується комплексна лінія продуктивністю П5 кг/год, до складу якої входять вузли подрібнення відходів, їх ущільнення та грануляції.
Технологічна схема переробки от.ходон поліетиленової плівки; 1 - гранулятор; 2 - охолодна ванна, 3 - екструдер: 4-клінкер; 5 - подрібнювач відходів
Подрібнення здійснюється в ножовій роторній дробарці з трисекційним ротором, після чого подрібнені відходи пневмотранспортером через дозуючий живильник подаються вущільнюючий конусно-шнековий екструдер з гранулюючою головкою і далі після охолодження ріжуться на гранули розміром 3X4 мм.
Переробка відходів вальцово-каландровим способом.
Цим способом переробляють відходи термопластів без попереднього поділу. Метод полягає у вальцуванні та каландруванні матеріалу та одержанні плит та листів, які можуть бути використані для виготовлення лінолеуму, тари, меблів. Хороші пластикація і гомогенізація матеріалу забезпечують отримання виробів з досить високими показниками міцності. Як приклад можна навести переробку відходів виробництва шлангів та різних прокладок (ущільнювачі дверей домашніх холодильників тощо) із пластифікованого ПВХ. Зразки виробів надходять на вальці, на яких відбувається їх пластикація та гомогенізація протягом 20-30 хв. При переробці нпзкопластифікованих відходів температура робочого валка 160°С, холостого 150°С, високопластифікованих відповідно 120 п 115°С; коефіцієнт фрикції 1,25-1,30. Отримані листи надходять виготовлення плиток для підлоги.
Автоклавний метод переробки відходів.
Цей метод застосовується для переробки зношених виробів з поліамідів, а також плутанки, клаптя та інших відходів прядильного, трикотажного та швейного виробництв, які використовують поліамідні волокна та тканини.
За цим методом забруднені вироби (в основному рибальські мережі) завантажують у спеціальну пральну машину з об'ємом бака 700 л і промивають гарячим розчином кальцинованої соди протягом 20 хв. Далі мережі відмиваються від лугу гарячою та холодною водою, віджимаються в центрифузі та сушаться до вмісту вологи не більше 3%. Підготовлені таким чином вироби надходять у автоклав на переплавку. Автоклав євертикальний циліндричний апарат із сорочкою для теплоносія - суміші днфенілу з дифенілоксидом, що дозволяє підтримувати температуру розплаву близько 250 °С. Щоб уникнути деструкції поліаміду, плавлення проводиться під азотом. Розплав поліаміду збирається в конічному днищі автоклава і через фільєру випускається в охолодну ванну завдовжки 8-10 м у вигляді стрічки. Стрічка, що затверділа, надходить у дробарку, в якій ріжеться на крихту 10X 5 мм.
Отриманий вторинний поліамід можна переробляти на вироби без змішування з вихідним матеріалом. Принципова схема вузла плавлення відходів показано на рис. 8.4.
Композиційні матеріали із використанням відходів пластмас.
Композиції на основі сумішей відходів термопластів як сполучного та різних наповнювачів (відходів деревообробної промисловості, паперово-шарових пластиків, склопластиків та ін.) знаходять широке застосування в промисловості. Змішенням відходів полістирольних пластиків з відходами деревообробної промисловості з подальшим пресуванням отримують плити, що використовуються у будівництві та у виробництві деталей меблів. Крім того, широко застосовуються композиції з відходів АБС-пластиків та паперово-шарових пластиків, які отримують шляхом холодного змішування компонентів у швидкісних змішувачах з подальшою екструзією. Гранули переробляються литтям під тиском або пресуванням вироби невідповідального призначення.
Відходи термопластів можуть застосовуватися як модифікуючі добавки для полімерів. Наприклад, низькомолекулярні відходи поліетилену використовуються в композиціях з полістирольними пластиками для підвищення їх еластичності. Так, при додаванні 2% відходів поліетилену до полістиролу ударна в'язкість зростає з 28 до 43 кДж/м 2 .
Все ширше застосуваннязнаходять полімерні відходи для виготовлення звукоізоляційних плит та панелей, герметиків, що застосовуються у будівництві будівель та гідротехнічних споруд. Один із методів отримання будівельних плит полягає в пресуванні суміші відходів та піску у співвідношенні 1:1. Пісок просіюють, нагрівають до 500°С, додають суміші відходів, змішують при 150°С протягом 25 хв і масу пресують. За такою ж технологією отримують композиції відходів пластмас з крейдою, скляним волокном, азбестом та іншими мінеральними наповнювачами. Полімерні відходи і наповнювачі підсушують при 120°С протягом 2 год, потім пластицируют у змішувачі при 250-ЗОО^С протягом 15 хв, вивантажують при 180°С форми і пресують.
Отримані матеріали мають хороші показники міцності і мають високу стійкість до стирання, що дозволяє використовувати їх як настил для підлоги. Для поліпшення зовнішнього вигляду композиції додають на стадії змішування пігменти, наприклад оксид заліза, оксид хрому, жовтий крон та ін.
Будівельні матеріали можна отримувати шляхом змішування в розплаві відходів поліетилену, поліпропілену або з цементом з наступним розливом маси у форми та охолодженням. Виготовлені таким чином елементи будівельних конструкцій мають високу міцність та стійкість до горіння.
Композиційні матеріали на основі відходів пластмас застосовуються для герметизації швів між панелями будівель, покриття частин споруд, що працюють під водою, для отримання гідроізоляційних покриттів, герметизуючих стрічок і т. д.