Рост добычи природного газа и нефти, а также большой спрос на них в сферах промышленности и бытовых услуг привели к резкому повышению производства изделий из пластмасс и, соответственно, к увеличению отходов. Пластмассы —это материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму. В зависимости от технологического процесса производства, применяемого наполнителя и связующего (смолы) различают пластмассы композиционные, слоистые и литые, а по природе применяемой смолы -- термореактивные и термопластичные. Последнее имеет большое значение для утилизации пластмассовых отходов. Пластмассы еще относительно мало используются как вторичное сырье. Это объясняется прежде всего многообразием типов пластмасс и выпускаемых из них изделий, а также сложностью состава, что затрудняет сортировку и переработку пластмассовых отходов, особенно бытовых. Между тем выпуск всевозможных изделий из пластмасс постоянно увеличивается. Так, в США производство пластмасс за последние 25 лет ежегодно возрастало на 11—15 % и выше. Среди капиталистических стран к началу 80-х годов США занимали третье место по годовому потреблению пластмасс на душу населения (35 кг) после ФРГ (44 кг) и Швеции (38 кг). Пластмассы в первую очередь используются в промышленности для изготовления различного рода полуфабрикатов, изделий и деталей. В ряде случаев ими заменяют дорогостоящие и более тяжелые металлы. Из пластмасс изготовляют различные пленочные материалы для упаковки, а также поддоны, трубы, клеевые составы и т.д. В то же время пластмассовая упаковка вызывает значительное загрязнение окружающей среды, поскольку сразу после использования идет в отходы. Другие пластмассовые изделия переходят в отходы по мере износа.
Табл. 3.1. Срок службы пластмасс
Американские специалисты условно установили для всех пластмассовых изделий три срока службы: краткий, оптимальный и длительный (табл. 3.1). Основные направления утилизации и ликвидации пластмассовых отходов следующие: · · захоронение на полигонах и свалках; · · переработка пластмассовых отходов по заводской технологии; · · совместное сжигание отходов пластмасс с городским мусором; · · пиролиз и раздельное сжигание в специальных печах; использование отходов пластмасс как готового материала для других технологических процессов. Захоронение отходов пластмасс на полигонах и свалках, которое пока наиболее широко распространено у нас в стране, может рассматриваться лишь как временная мера их утилизации, так как пластмассы подвергаются разложению чрезвычайно медленно. При этом методе из сферы возможного полезного использования изымаются тысячи тонн ценного вторичного сырья. Рис. 60. Схема переработки отходов пластмасс
Переработка пластмассовых отходов по заводской технологии -- наиболее оптимальный метод их использования. При всем разнообразии способов переработки общая схема процесса и применяемого при этом оборудования может быть представлена следующим образом (рис. 60). 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 процессе. В результате одно- или двустадийного измельчения материал приобретает размеры, достаточные для того, чтобы можно было осуществлять его дальнейшую переработку. На третьем этапе дробленый материал подвергают отмывке от загрязнений органического и неорганического характера различными растворами, моющими средствами и водой, а также отделяют его от неметаллических примесей. Четвертая стадия зависит от выбранного способа разделения отходов по видам пластмасс. В случае, если предпочтение отдается мокрому способу, сначала производят разделение отходов, а затем их сушку. При использовании сухих способов вначале дробленые отходы сушат, а затем классифицируют. Пятая и шестая стадии состоят в том, что высушенные дробленые отходы смешивают при необходимости со стабилизаторами, красителями, наполнителями и другими ингредиентами и гранулируют. Часто на этой же стадии отходы смешивают с товарным продуктом. Седьмой, заключительной стадией процесса является переработка гранулянта в изделия. Эта стадия практически мало чем отличается от процессов переработки товарного продукта с точки зрения применяемого оборудования, но часто требует специфического подхода к выбору режимов переработки.
Рис. 61. Схема регенерации пластмассовых отходов 1 - конвейер; 2 - дробилка; 3 - воздушный классификатор; 4 - магнитный сепаратор; 5 - промыватель; в - конвейер; 7 - центробежные сушилки; 8 -мельница; 9 - экструдер; 10 - таблетирующке устройство; 11 - бункер для таблеток Полная реализация описанной схемы на практике является дорогостоящим и трудоемким процессом, поэтому внедрение ее довольно ограничено. Тем не менее известны установки, работающие по данной схеме в г. Фунабаси (Япония) мощностью 1000 т/год и в Англии - мощностью 2000 т/год. На установке в г. Фунабаси (рис. 61) пластмассовые отходы, содержащие до 10 % каучука, металла, стекла и пр., конвейером 1 подают в дробилку 2. Измельченные отходы промывают и пневматическим транспортером направляют в воздушный классификатор 3, где отделяется около 3 % тяжелых отходов. Далее отходы дополнительно измельчают в дробилке второй ступени и пропускают через магнитный сепаратор для удаления оставшихся металлов. Затем измельченные отходы еще раз промывают водой и детергентами и сушат в центробежной сушилке 7. Высушенные отходы перемалывают в турбинной мельнице 8 для предотвращения комкования и подают в экструдер 9, где с помощью таблетирующего устройства 10 материал превращается в таблетки. На установках такого типа перерабатывают, в основном, отходы потребления. Что же касается ПО, то схема процесса их переработки нередко упрощается за счет исключения ряда стадий (особенно 3, 4, 5) и часто сводится к следующей: 1,2,...б,7. На рис. 62 показана схема линии переработки отходов полиэтиленовой пленки. Если удается добиться достаточно высокой степени очистки и выделения индивидуальных отходов из смесей, а также если отходы предварительно рассортированы по видам пластмасс, их переработка во многом сходна с переработкой первичных пластмасс. Одним из существенных моментов при этом является способность полимеров сохранять или изменять свойства в процессе многократной переработки, поскольку от этого во многом зависит целесообразность самой переработки отходов. Изучение влияния кратности переработки большинства полимеров на их физико-механические свойства показало, что изменение последних связано, как правило, со снижением молекулярной массы пластмасс, разветвленностью их структуры и рядом других показателей. Снижение молекулярной массы пластмасс при многократной переработке приводит к определенным изменениям их прочностных показателей, хотя в качественном отношении они невелики. Обычно содержание отходов в смеси с товарным продуктом не должно превышать 20 %, так как в противном случае резко ухудшается глянец изделий, получаемых при переработке гранулянта, появляется шероховатость на их поверхности. Гранулянт наиболее распространенного полимера — полиэтилена, как правило, перерабатывают в пленку, которая используется в сельском хозяйстве для неответственных целей, или идет на изготовление мешков для мусора. Пленку получают на обычной установке для выпуска рукавной пленки, отбирая гранулы с ПТР 1,3-2 г/10 мин.
Для переработки отходов методом литья под давлением, как правило, применяют машины, работающие по типу интрузии с постоянно вращающимся шнеком. Его конструкция такова, что обеспечивает самопроизвольный захват и гомогенизацию отходов. Особенностью повторной переработки поливинилхлорида (ПВХ) является необходимость его дополнительной стабилизации. Отходы мягкого ПВХ используют главным образом для получения бытовых пленочных изделий (пленок, скатертей, накидок, фартуков и пр.). Для этого 20 % отходов измельчают на смесительных вальцах, смешивают с товарным ПВХ, стабилизаторами, красителями и смазками, после чего пропускают через систему подогревательных и отделочных вальцов. Большой опыт, достигнутый при переработке отходов некоторыми зарубежными фирмами, позволяет использовать индивидуальные полимерные отходы без смешения с товарным продуктом. Однако в этом случае важное значение приобретает сортировка, классификация и дополнительное смешение материала с необходимыми добавками. Стабильность качества материалов из отходов позволяет систематически использовать их для получения определенных пластмассовых изделий. Так, из отходов полиэтилена высокого давления (ПЭВД) изготовляют мешки для мусора, трубы для защиты кабеля, хозяйственные ведра, прокладки и угольники, уплотнительные профили, пленки, применяемые в сельском хозяйстве и строительстве. Отходы литьевого полиэтилена низкого давления (ПЭНД) перерабатывают в элементы строительных опалубочных конструкций, прокладки, ведра, каркасы светильников, а полипропиленовые отходы - в текстильные шпули, детали сантехники, дверные ручки, ручки чемоданов, ящики для растений. Другая тенденция утилизации сводится к разработке способов и соответствующего технологического оборудования для переработки смеси отходов без предварительного разделения. Это делает процесс утилизации более дешевым, однако физико-механические свойства изделий, полученных таким образом, гораздо ниже. Все более широкое распространение для использования отходов пластмасс получает многокомпонентное литье, при котором изделие имеет наружный и внутренний слои из различных материалов. Наружный слой — это, как правило, товарные пластмассы высокого качества, стабилизированные, окрашенные, имеющие хороший внешний вид. К внутреннему слою не предъявляют высоких требований ни по физико-механическим показателям, ни по внешнему виду. Материал может быть не стабилизирован и не окрашен. В состав этого слоя часто включают такие дешевые наполнители как тальк, сульфат бария, стеклянные и керамические шарики, вспенивающий агент. Одна из типичных рецептур внутреннего слоя, % по массе, приведена ниже:
Такой состав внутреннего слоя позволяет значительно снизить стоимость изделий, с одной стороны, и утилизировать отходы — с другой. Изделия с применением внутреннего слоя, называемые сэндвич-конструкциями, применяют в основном при изготовлении мебели и предметов домашнего обихода. Совместное сжигание отходов пластмасс с бытовым мусором. Большое количество пластмасс попадает в городской мусор. В США, например, в мусор ежегодно поступает свыше 5 млн. т пластмассовых отходов. В настоящее время в США и странах Западной Европы содержание пластмасс в мусоре составляет 2--4 %, в нашей стране -- 1,5--2 %. Согласно прогнозам, во Франции содержание пластмасс в мусоре в ближайшие 10 лет возрастет до 5 %, в Великобритании - - до 6 %. Особое место занимает Япония, где содержание пластмасс в мусоре составляет свыше 9 % всей его массы. За последнее время в странах Западной Европы, США и Японии, а также в ряде городов СССР складирование ТБО в значительной мере вытесняется их сжиганием на мусоросжигательных заводах. При этом сжиганию подвергаются и находящиеся в мусоре отходы пластмасс, попадающие туда из домовладений. В некоторых странах практикуется прием на мусоросжигательные заводы небольшого количества ПО, включающих в себя пластмассы. В СССР сжигание таких отходов на мусоросжигательных заводах не допускается с целью предотвращения загрязнения воздушного бассейна. Пиролиз. В последнее время при утилизации и обработке отходов пластмасс все большее применение находят термические методы. Они особенно распространены в тех случаях, когда отходы не находят практического использования и не могут быть утилизированы путем переработки в изделия или различные композиции. Помимо описанного выше способа сжигания пластмасс совместно с городским мусором, в промышленно развитых странах Западной Европы, Японии и США все большее распространение получает пиролиз. При пиролизе пластмасс, как и при пиролизе ТБО, стали отходить от стандартных способов их газификации косвенным нагревом и переходят на непосредственный нагрев с тем, чтобы повысить коэффициент теплопередачи, увеличить производительность установок и снизить капиталовложения в их строительство и эксплуатацию. С этой целью разрабатываются разные системы непосредственного нагревания: например, в США исследуются вращающиеся печи, вертикальные реакторы шахтного типа, системы с псевдоожиженным слоем, подвижные топочные решетки и др. В табл. 3.2. приведены данные о теплоте сгорания продуктов, полученных из разных пластмасс при различных температурах, которые свидетельствуют о более высокой теплоте сгорания жидкостей по сравнению с газами и низкосортными твердыми продуктами пиролиза.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Обработка и утилизация отходов пластмасс» з дисципліни «Утилізація промислових відходів»
