перейти на главную страницу                                               перейти на список публикаций

НОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН
Двойнос Я.Г.,Бондаренко В.Н.,Радченко Л.Б.,Лукач Ю.Е.,Сезонов М.В.

Рассмотрены технологические схемы переработки изношенных шин и технические характеристики выпускаемого оборудования. Описан новый агрегат - диспергатор-экструдер червячно-роторный ДЭКЧЕР-150, принцип его действия и варианты использования.
Ключевые слова: отходы, шины, экструдер, диспергирование.

Розглянуто технологічні схеми переробки спрацьованих шин та технічні характеристики виготовляємого обладнання. Описан новий агрегат - диспергатор-екструдер черв’ячно-роторний ДЕКЧЕР-150, принцип його дії і варианти застосування.
Ключові слова: відходи, шини, ечструдер, диспергація.

 В настоящее время переработке изношенных шин уделяется большое внимание, что вызвано проблемой утилизации этого вида отходов и нехваткой сырьевых ресурсов. В письме Минэкономики от 02.02.98 №12-55/65 установлен обьем финансирования на “Программу использования отходов производства и потребления на период до 2005 года” в сумме 450 тыс. гривень. В дополнении к письму указано, что из этой суммы 25 тыс. гривень выделяется на “... создание и внедрение технологии и оборудования для производства кровельно-строительных материалов на основе отходов пластмасс и изношенных шин”.
 Для примера, в г. Киеве сбором и транспортировкой изношенных шин занимается государственная коммунальная фирма “КИЕВСПЕЦТРАНС” Киевской горгосадминистрации. Расходы на уничтожение изношенных шин оплачиваются предприятием, с территории которого они вывозятся в размере  3 гривны за шину (здесь и далее цены указаны на 01.01.98). Расходы на непосредственную утилизацию изношенных шин г.Киева следующие: на полигоне для захоронения - 6,7 гривни за метр кубический, сожжение - 23 гривни за тонну, вывоз в г.Комсомольск Полтавской области на специализированное предприятие по их переработке, где за них платят $17 за тонну (эта сумма не покрывает дорожные расходы).
 Типичная схема переработки изношенных шин на регенераторных заводах  представлена на рис. 1, [1].

 Рис.1. Схема переработки изношенных шин на регенераторных заводах: 1- подвесной транспортер; 2- борторезка; 3- механические ножницы; 4- шинорезка; 5- дробильные вальцы; 6- сепаратор для отделения частиц корда; 7- бункер запаса дробленой резины; 8- шнековый смеситель; 9- емкость мягчителя; 10- червячно-дисковый или шнековый девулканизатор; 11- рафинирующие вальцы; 12- склад продукции.
 
 Как видно из технологической схемы, переработку отходов условно можно разделить на три стадии: I -дробление отходов, II- подготовка крошки и III- непосредственно процесс девулканизации с формованием конечного изделия, например пластин на рафинирующих вальцах. В последнее время появились новые технологии дробления изношенных шин, в первую очередь криогенная. По этой технологии шину вначале замораживают, после чего ее разрушают. Вследствие замораживания процесс разрушения, и главное, отделения металлокорда упрощается. Эта технология особенно распространена в США, а получаемый порошок резины называется криорезиной. Другая технология предполагает резку шины струей воды под большим давлением. При этом образуется большое количество сточных вод и встает проблема сушки полученной крошки. Общим недостатком методов является низкая активность полученной крошки, что вызвано малоразвитой поверхностью частиц. Измельчение резины на дробилках ударно-режущего действия малопроизводительно и наличие острых режущих поверхностей требует их частой периодической заточки. Сравним удельные энергозатраты на измельчение 1 тонны резины:
сдвиговое измельчение при 150-170 град.С  500 -  600 кВт.ч
ударно-режущее измельчение при 20-50 град.С 1000 - 2000 кВт.ч
ударное измельчение при минус 150-100 град.С 500-1000* кВт.ч
В последнем случае необходимо добавить 1200-1500 кВт.ч на получение жидкого азота для охлаждения.
При любом способе необходима предварительная резка шин. Основным поставщиком оборудования для регенераторных заводов бывшего СССР является з-д “Большевик”, г.Киев (сейчас ОАО “Большевик”). Данные по выпускаемому на предприятии валковому оборудованию для дробления, измельчения и размола изношенных шин приведены в табл.1.
Таблица 1

	Др800	Дз800	Дф800	Др800
Назначение	дробильные	размольные	рафинировочные	дробильные
Производительность, кг/час	1100	480	110	3500
Перерабатываемые куски, мм	200х150	3-5	-	целя шина диам. 800
Дробленая крошка, мм	3-5	до 1	-	-
Установленная мощность, кВт	170	142	85	400

   В последние годы снизилась себестоимость синтетического каучука, появились новые эластомеры, увеличился обьем шинного утиля. Эти факторы стимулировали разработку новых, более дешевых и универсальных по отношению к сырью технологий переработки изношенных шин и других видов отходов из эластомеров, например, лент и ремней. Повысились требования к качеству регенерата.  До 70-х годов в СССР преобладали методы регенерации, основанные на принципе термоокислительной деструкции набухших вулканизатов - водонейтральный, кислотный, щелочной, паровой методы и метод растворения. Недостатки этих методов связаны с деградацией каучукового вещества [2], связанные с термоокислительной деструкцией. Следующим этапом развития технологии регенерации являлся переход к термомеханическим методам. Тепловая и механическая энергия направляются на разрушение межмолекулярных связей вулканизата, при этом окислительный процесс сводится к минимуму. Аппаратное оформление процесса - червячный экструдер [3, 4] с специальной головкой, обеспечивающей такие условия обработки, при которых резина, находясь в состоянии тонкой пленки, подвергается воздействию больших сдвиговых усилий. Последняя модель ОАО “Большевик” имеет червяк диаметром 320 мм, мощность привода 500 кВт, производительность до 1250 кг/ч. Требования на загружаемую в девулканизатор крошку достаточно высоки: количество частиц с определяющим размером до 1 мм -90-95%, до 1,5 мм - 5-10%; остатки кордового волокна не должны превышать 5%; крошка предварительно должна быть смешана с мягчителем и активатором. Получаемый регенерат по внешнему виду и свойствам похож на сырую резину.
 Последние разработки ОАО “Большевик” привели к созданию агрегата нового поколения - диспергатор-экструдер червячно-роторный - ДЭКЧЕР для получения мелкодисперсного порошка от 0,1 до 1,0 мм из изношенных шин. Последняя модель -ДЭКЧЕР-150, рис. 2, имеет следующие характеристики: производительность до 150 кг/час, диаметр червяка-ротора 150 мм, установленная мощность 56 кВт. Габаритные размеры 2500х2100х2000, масса 3000 кг.
 
 
Рис. 2. Диспергатор-экструдер червячно-роторный - ДЭКЧЕР: 1- ротор; 2- корпус; 3- редуктор; 4- двигатель; 5- коллектор системы охлаждения; 6- дозатор.
 
 Габаритные размеры 2500х2100х2000, масса 3000 кг. Загружаемые куски дробленой резины изношенных шин 5-10 мм. Дополнительно диспергатор комплектуется несколькими вариантами рабочих органов для переработки различных материалов, например пластмасс. Испытания ДЭКЧЕРа показали выгодную энергозатратность машины - 100-250 кВт на 1 тонну порошка (крошки) при среднем размере частиц 100-150 мкм. Интенсивное механическое воздействие на материал вызывает частичную девулканизацию резины, что подтверждается возможностью формования полученной крошки под давлением в чистом виде, при этом получается сшитое изделие. Исследования показывают, что происходит разрыв полисульфидных связей с образованием свободных радикалов. Очевидно, механическая нагрузка на материал такова, что его разрушение происходит в значительной степени с разрывом химических связей, вследствие чего образующаяся свободная поверхность крошки является активной, девулканизованной. Такое обьяснение процесса согласуется с его низкой энергозатратностью, поскольку девулканизация происходит на поверхности крошки без структурных изменений в массе.
 Свойства совмещенных систем эластомеров зависят от свойств этих эластомеров и прочности их связи между собой. Это означает, что необходимо определение таких режимов переработки и геометрии рабочих органов, при которых достигается активация поверхности получаемой крошки. В данном случае измельчение вызвано не резкой, а перетиранием материала вследствие сдвиговых деформаций, рис.

 
 Рис. 3. Схема механического воздействия на материал в рабочих органах ДЭКЧЕРа

 
 Возникающие при этом нормальные напряжения ?N  дополнительно прижимают материал к рабочим органам. Когда деформация достигает критической величины, происходит разрушение материала с образованием комков, которые продолжают движение вследствие вращения и дополнительно дробятся, попадая в еще более мелкий зазор. Выделяющаяся теплота отводится через рабочие органы, охлаждаемые водой. При этом достигается преимущественное разрушение химических связей, а не межмолекулярных, за счет снижения температуры и высоких скоростей деформации. Действующая деформация сдвига периодически дополняется деформацией смятия, которая при высоких скоростях имеет ударный характер. Не исключено, что возникает проскальзывание на стенках рабочих органов с образованием тонкого пограничного слоя с высокими значениями скоростей сдвига и локальной температуры, что может привести к девулканизации резины в этом слое.
 Можно выделить следующие преимущества роторного диспергатора по сравнению с другим оборудованием для переработки изношенных шин.
1. Малые габариты и металлоемкость (2,5х1,7х1,5м, 1500кг), простота конструкции и чистки, отсутствие режущих кромок, эффективная система охлаждения проточной оборотной водой.
2. Отсутствие газовых выбросов вследствие умеренных температур переработки.
3. “Всеядность” диспергатора - начиная от автомобильных шин с металлокордом и плат с микросхемами и заканчивая арамидными нитями.
4. Высокая дисперсность получаемых порошков - до 10 мкм средний диаметр, развитая поверхность частиц - 0,5-5 м2/г, активная поверхность частиц - возможно формование изделий под давлением из 100% полученного порошка.
5. Низкие энергозатраты на переработку тонны отходов резины.

Литература
1. Регенерация и другие методы переработки старой резины: сб. статей/ под ред. В. Е. Гуля, П. Н. Орловского, И. А. Шохина.-М: Химия, 1966.- 140 с.
2. Белозеров Н.В. Технология резины. - М.: Химия, 1964.- с.
3. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. - М.: Химия, 1977.- с. 236.
4. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Смесительные машины для пластмасс и резиновых смесей. -М.: Машиностроение, 1972.- с. 272.

    перейти на главную страницу                                               перейти на список публикаций