Производство материалов из отходов макулатуры и резины

ВВЕДЕНИЕ.

В проблеме рациональной утилизации промышленных отходов в 

единый узел сплелись вопросы охраны окружающей среды и 

ресурсосбережения.

Под полигоны для  их хранения ежегодно

отчуждается около 10 тыс. га пригодных для сельского  хозяйства 

земель.

Годовой экономический  ущерб от загрязнения окружающей 

среды отходами производства и потребления оценивается  на уровне 10%

валового внутреннего  продукта.

Наиболее рациональным направлением утилизации 

промышленных  отходов является их использование  как техногенного сырья при  получении различного вида продукции и прежде всего 

строительного назначения. Так как строительство  потребляет около трети всей массы  продукции материального производства, материальные ресурсы составляют более  половины всех затрат на производство строительно-монтажных работ.

Решение проблемы ресурсосбережения в строительстве  возможно

при комплексном  использовании технических, организационных, 

экономических факторов и ускорении научно-технического прогресса.

Важнейший резерв ресурсосбережения в строительстве —это 

широкое использование  вторичных материальных ресурсов, которыми

являются отходы производства и потребления. Объем  промышленных

отходов увеличивается  более высокими темпами, чем общественное

производство, и  имеет тенденцию к опережающему росту. Только на

удаление их и складирование расходуется  в среднем 8—10% 

стоимости основной производимой продукции.

Использование промышленных отходов обеспечивает 

производство  богатым источником дешевого и часто  уже подготовленного 

сырья; приводит к экономии капитальных вложений, предназначенных 

для строительства  предприятий, добывающих и перерабатывающих

сырье, и повышению  уровня их рентабельности; высвобождению  значительных площадей земельных угодий и снижению степени 

загрязнение окружающей среды. Повышение уровня использования 

промышленных  отходов является важнейшей задачей  государственного

значения.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ.

К отходам  городского хозяйства относятся  твердые бытовые

отходы, отходы от разрушения старых зданий, сооружений и дорожных

покрытий, строительный мусор, изношенные шины, макулатура,

тряпье, стеклобой. Рост объема твердых бытовых  отходов в различных

странах колеблется от 3 до 10% в год. Твердые  бытовые отходы в среднем содержат :

• до 40% макулатуры,
• 3—5% черных металлов,
• 25—40% пищевых отходов,
• 1—2% пластмасс,
• 4—6% текстиль,
• до 4% стекла.

Доля строительных отходов колеблется от 11 до 18%, что в среднем составляет около 1,9 млн т.

Образующиеся  строительные отходы состоят из тяжелого и легкого

железобетона, кирпича, каменных материалов, утеплителей,

гипсобетона, древесины, картона, бумаги, полимерных материалов,

раствора, битума, асфальта, засоренного грунта и т. д. Ежегодные отходы

только  от разборки разрушающихся фасадов, балконов, карнизов,

рулонной  кровли, дорог, мостов и т. д. достигают 10% объема всех

бытовых отходов, являясь строительным мусором.

Макулатура  представлена использованной картонно-бумажной

продукцией  — упаковочными материалами, бумагой  промышленного

назначения  полиграфической и гигиенической  бумагой. Только лишь в

Москве  вывозится в отвалы более 200 т  макулатуры ежедневно.

Отходы  полимерных материалов можно разделить  на три группы:

технологические, производственного потребления  пластмасс и

общественного.

Технологические отходы образуются при синтезе полимеров  и

переработке пластмасс. На их долю приходится до 35% всего

перерабатываемого полимерного сырья. По своим свойствам  они не

отличаются  от исходных полимерных материалов и  используются, как

правило, на тех же предприятиях, где и  образуются.

Отходы  производственного потребления  пластмасс

накапливаются при выходе из эксплуатации полимерных материалов. В эту

группу  отходов входят амортизированные шины и резинотехнические

изделия, тара и упаковка, детали машин, отходы сельскохозяйственной

пленки, мешки из-под удобрений и др. Большая часть этих отходов

может быть использована в качестве вторичного полимерного сырья.

Отходы  общественного потребления пластмасс  включают

изношенные  изделия домашнего обихода, тару пищевых продуктов,

освободившуюся  на предприятиях общественного питания, и т. д. Они

составляют  более 50% всей массы пластмассовых  отходов и

сосредоточиваются в конечном счете на городских  свалках. Доля их в

твердых бытовых отходах достигает 5% и  более. Отходы общественного

потребления пластмасс являются смешанными, для  их переработки и

использования требуется разделение различных  полимерных

материалов.

Расходы на уничтожение пластмассовых отходов  в 6—8 раз

превышают расходы на обработку и уничтожение  промышленных отходов.

При утилизации пластмасс, бывших в употреблении, наибольшие

сложности возникают при организации их сбора, транспортировки и

выделения из общей массы отходов. Поскольку  содержание в бытовых

отходах пластмасс сравнительно невелико трудоемкость выделения

последних не всегда окупается. В настоящее  время разрабатываются

фото- и  биоразрушающиеся пластмассы, которые  после окончания срока

эксплуатации  способны разлагаться до низкомолекулярных

соединений, поглощаться микроорганизмами почвы  и, таким образом,

включаться  в замкнутый биологический цикл, не оказывая

отрицательного  влияния на окружающую среду. Можно  выделить следующие

основные  направления утилизации полимерных отходов:

1) повторная  переработка или использование  в различных

композициях;

2) термическое  разложение с получением целевых  продуктов;

3) термическое  обезвреживание с регенерацией  выделяемой теплоты.

Выбор направления определяется экономическими

соображениями, сырьевыми проблемами, экологическими задачами и др.

При всем многообразии способов утилизации отходов  пластмасс

и применяемого при этом оборудования общая схема  процесса может

быть  представлена следующим способом:

Первая  стадия обычно включает сортировку отходов  по внешнему

виду, отделение  непластмассовых компонентов, таких  как ветошь,

остатки бумажной или деревянной тары, металлических  предметов и

т. д. Вторая стадия — одна из наиболее ответственных. В результате

одно- или  двухстадийного измельчения материал достигает размеров,

достаточных для того, чтобы можно было осуществлять его

дальнейшую  переработку.

На следующем  этапе дробленый материал подвергают отмывке от

загрязнений органического и неорганического  характера

различными  растворителями, моющими средствами и водой, а также отделяют

от неметаллических  примесей.

Четвертая стадия зависит от выбранного способа  разделения

отходов по видам. В том случае, если отдается предпочтение мокрому

способу, сначала производят разделение, а  затем сушку. При

использовании сухих способов вначале дробленые  отходы сушат, а затем уже

классифицируют. После этих операций высушенные дробленые

отходы  смешивают при необходимости  со стабилизаторами, красителями,

наполнителями и другими ингредиентами и  гранулируют. Часто на

этой  стадии отходы смешивают с товарным продуктом.

Заключительной  стадией процесса использования  отходов является

переработка гранулята в изделия. Эта стадия практически мало чем

отличается  от процессов переработки товарного  продукта с точки

зрения  оборудования, но часто требует специфического подхода к выбору

режимов переработки.

Развиваются две тенденции в использовании  отходов пластмасс.

Одна  из них заключается в стремлении выделить из смеси отходов

пластмассы  определенного типа, другая сводится к разработке

технологии  переработки смеси отходов без  их предварительного разделения.

В последнем  случае процесс утилизации более  дешевый, однако,

физико-механические свойства изделий обычно более низкие.

Большинство способов утилизации отходов пластмасс  основано на

переработке в расплаве. Для получения изделий  используют прессование,

каландрирование, экструзию, литье и др.

Отходы  стекла накапливаются в виде битой  посуды, оконного и

других  видов строительного стекла. Стекольный бой также как и

полимерные  отходы образуются как при потреблении, так и в

производстве  стекла и стеклоизделий.

В последние  годы стала актуальной проблема вторичного

использования бетона бетонных и железобетонных конструкций

реконструируемых  и сносимых зданий. Выполненные исследования и

практический  опыт показали, что дробленый, бывший в употреблении бетон,

бетон некондиционных изделий и неизбежные отходы на

строительной  площадке с успехом могут быть использованы в качестве заполнителя. Бетон на таких заполнителях характеризуется  высокими

техническими  свойствами и пониженной стоимостью.

Рациональному использованию ресурсов, необходимых  для

строительства и ремонта дорог в городах  и других населенных пунктах,

способствуют  регенерирование и повторное  использование

асфальтового  бетона.

Материалы из макулатуры и текстильных  отходов.

Из одной  тонны макулатуры можно изготовить около 750 кг

бумаги. Она широко используется также для  производства картона.

Использование одной тонны макулатуры в производстве бумаги и

картона позволяет сэкономить до 4 м3 древесины. Однако не все сорта

бумаги  и картона могут быть использованы в бумажной

промышленности. Большой процент бумажно-картонной  продукции

технического  назначения изготовляют с применением  пластмасс и различных

покрытий, окрашивают, проклеивают и т. п. Прежде чем направить

эти виды бумаги и картона на переработку, от них отделяют

инородные примеси. В качестве макулатуры в  промышленности широко

используют  старые гофрированные ящики, бывшие тарой для

упаковки  изделий производственного и  бытового назначения. Вторым по

масштабу  источником макулатуры являются старые газеты. Свыше

70% собираемой  макулатуры используют при производстве

многослойного картона.

Кровельный  картон.

Крупнотоннажным потребителем картона являются кровельные

материалы, большую часть которых составляет рубероид.

Технология  изготовления картона состоит из предварительной

обработки сырья, его измельчения на отдельные  волокна и получения

необходимой волокнистой массы.

Волокнистое сырье сортируют и очищают  от посторонних

включений, затем измельчают в аппаратах, рабочим  органом которых

является  вращающийся барабан с ножами, установленный в ванне с

водой. Волокнистая масса определенного  состава поступает на

специальную машину, где равномерно распределяется по движущейся

бесконечной сетке, на которой переплетаются  волокна и формируется

полотно, которое для дополнительного  обезвоживания прессуется и

высушивается, а затем разрезается и наматывается в рулоны.

С повышением содержания тряпья (хлопчатобумажного,

льняного, пенькового, шерстяного) улучшаются качественные

характеристики  картона. В составе кровельного  картона высокого качества

должно  содержаться не менее 50% тряпичного волокна, в том числе 5—10%

шерстяных волокон. Кровельный картон выпускают  в рулонах с шириной полотна 1000, 1025 и 1050 мм массой 250—600 кг/м2. В

зависимости от массы 1 м2 картона и прочности  на разрыв кровельный

картон  подразделяют на марки А-500, А-420, А-350, А-300, Б-500, Б-420,

Б-350, Б-300. Цифра при обозначении марки  указывает массу 1 м2

картона, буква группу, характеризуемую прочностью на разрыв, впи-

тываемостью и скоростью пропитки. Марке А  соответствует картон с

впитываемостью  не менее 145% и временем пропитки не более 45 с,

марке Б — соответственно 135% и 55 с. Влажность  картона должна

быть  не больше 6%, с увеличением влажности  уменьшается его

прочность. Прочность картона существенно  возрастает при использовании

в качестве добавки отходов химических волокон.

Гипсоволокнистые  плиты.

Макулатура  находит также применение в производстве гипсоволокнистых плит, обладающих высокой ударной прочностью, хорошей

гвоздимостью  и повышенной влагостойкостью. Для  производства ряда

материалов  и, в частности, рубероида бумажная макулатура

эффективно  может использоваться вместе с тряпьем. Из 1 млн т этих отходов

вырабатывается  почти 2 млрд м2 мягкой кровли.

При получении  гипсоволокнистых плит бумажную макулатуру рас-

пушивают  в гидропушителе и смешивают  с гипсом. Плиты формуются

на плоскосеточной машине из гипсоволокнистой пульпы. При

движении  конвейера над вакуумными камерами пульпа обезвоживается,

а затем  на форматном барабане разрезаются  плиты, которые

снимаются и укладываются в штабель для  предварительного твердения.

Необходимые свойства гипсоволокнистые плиты приобретают  после

сушки.

Наряду  с мокрым разработан сухой способ получения

гипсоволокнистых  плит. Этим способом предусматривается  сухая распушка

макулатуры  и ее смешивание с гипсовым вяжущим.

Гипсоволокнистые  плиты используют аналогично гипсокартон-

ным. Основное их преимущество заключается в большей

разрушающей нагрузке по сравнению с гипсокартонными. Их легко

шпунтовать, пилить и резать. Они имеют равномерную  эластичную структуру,

хорошо  удерживают гвозди, обеспечивают хороший  микроклимат.

Легкий  гравий на основе бумажной макулатуры.

Технология  производства легкого гравия на основе бумажной

макулатуры  включает измельчение вторсырья, грануляцию полученной

массы с вяжущими компонентами (гипс, магнезиальные  вяжущие,

жидкое  стекло). Теплоизоляционные плиты  на основе легкого гравия

изготавливают методом подпрессовки, либо с использованием

специальных вяжущих составов без подпрессовки. Изделия для

теплоизоляции по данной технологии обладают следующими характеристиками:

плотность — 90—450 кг/м3,

теплопроводность  — 0,05—0,14 Вт/(м • °С),

прочность при сжатии — 0,12—5,3 МПа.

Они обеспечивают надежную

адгезию с различными поверхностями. Теплоизоляционные  растворы с использованием макулатуры могут использоваться в малоэтажном  строительстве для заливочной

теплоизоляции.

Материалы из резиновых и  каучуковых отходов.

К числу  многотоннажных отходов относятся  отработанные

резиновые изделия, такие как конвейерные  ленты, шланги и изношенные

автомобильные, тракторные, авиационные шины. При  комплексном использовании резино-каучуковых материалов

и металла, содержащихся в изношенных шинах, из 1 т этих отходов

можно выделить для повторного использования  около 700—750 кг

резины, 130—150 кг химических волокон и 30—40 кг стали.

Изношенные  шины частично применяют для ограждений на

дорогах, защиты побережья рек и морей  от разрушения, предохранения

от ударов судов.

Основным  способом переработки амортизированных шин и

других  отходов резины является регенерация. Применение 1 т

регенерата  экономит около 500 кг синтетического каучука. Регенерат

получают  очисткой износившихся резиновых изделий  с помощью кислот и

щелочей, нагрева и введения добавок мягчителей. Старую резину

обычно  измельчают в крошку с частицами  до 1,5 мм или мельче.

Резиновую крошку и тонкоизмельченные резиновые  порошки

можно применять в качестве ингредиентов резиновых смесей. При

этом  получают резины, по ряду технических  свойств превосходящие

материалы, не содержащие регенераты. 

Рулонные  и плиточные материалы  на основе резинокордных  отходов.

На основе резинокордных отходов разработаны  технологии

рулонных  и плиточных материалов.

Материалы выпускаются в виде полотен толщиной до 10 мм,

шириной до 1,2 м и длиной более 10 м и  плиток размером 600x600 мм и

толщиной  около 8 мм и используются в качестве теплоизоляционных,

вибро-, шумопоглощающих, декоративных и напольных  покрытий.

В зависимости  от требований потребителя они могут  иметь

следующие физико-механические показатели: плотность  — 500—1000 кг/м3;

твердость — 30—90 усл. ед. по ТМ-2; прочность — 2—6 МПа; водо-

поглощение  — 3—7%; коэффициент виброизоляции  — 0,1—0,12;

звукопоглощение — до 30 дБ и температуру вспышки  — 250—300 °С.

Сущность  процесса производства рулонных материалов на основе

резинокордных отходов состоит в классификации  резинокордных

отходов для отделения резиновой крошки; обработке отходов на роторном

измельчителе  с одновременной модификацией и  введением связующего

для гомогенизации  и распушки; формировании на вулканизаторе

ленты с возможным нанесением на нее  декоративного резинового

покрытия. При получении плитки производят раскрой рулонного

материала с последующей довулканизацией  в гидравлических прессах для

получения плиток.

Полы, отделанные рулонными и плиточными материалами  на

основе  резинокордных отходов, по сравнению  с другими покрытиями

обладают  пониженной гигроскопичностью и  повышенными тепло-,

вибро-, звукоизоляционными свойствами. Они  характеризуются

улучшенными санитарно-гигиеническими показателями, легко моются и

очищаются, достаточно эластичны, а в их составе  при температурах

эксплуатации  от —50 до 40 °С не содержатся и не образуются

токсичные и  опасные для здоровья компоненты.