Научная статья на тему 'Утилизация резинокордовых материалов в закладку'

Утилизация резинокордовых материалов в закладку Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
227
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Утилизация резинокордовых материалов в закладку»

УДК 622.272 М.В. Тишков

УТИЛИЗАЦИЯ РЕЗИНОКОРДОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАКЛАДКУ

Семинар № 17

~П результате разработки место-Л.З рождений полезных ископаемых открытым способом с применением карьерных автосамосвалов и многого другого горно-шахтного оборудования на пневмоходу мы сталкиваемся с проблемой утилизации отработанных покрышек и многих других резинокордовых материалов. Особенно актуальным этот вопрос является для тех регионов, которые находятся в трудно доступных местах и тех, где открытые горные работы проводятся довольно продолжительное время. Как правило, отработанные покрышки складируются под открытым небом, занимая огромные территории. В других случаях их складируют совместно с вмещающими породами или с хвостами обогащения фабрик в отвалы. Иногда отработанные покрышки просто сжигают. При горении в атмосферу и почву выбрасывается огромное количество вредных и токсичных веществ. В связи с этим вопрос об утилизации отработанных покрышек от карьерных автосамосвалов, другого шахтного оборудования и резинокордовых материалов становится очень актуальным на сегодняшний день. Одним из способов утилизации может являться их применение в закладку выработанного пространства. В зависимости от технологии проведения работ по закладке выработанного пространства и физико-механических свойств, применяемого закладочного материала, необходимо также учитывать

влияние резинокордовых материалов на свойства закладки.

На сегодняшний день существует целый ряд технологий по переработ-ке резинокордовых изделий различными способами.

Дробление амортизированных шин с текстильным кордом и сепарация резиновой крошки от текстильных материалов являются довольно сложным, энергозатратным и трудоемким процессом.

Для дробления покрышек с металло-кордом технология дробления покрышек с текстильным кордом оказалась малоэффективной. Кроме того, при дроблении покрышек с металлокордом при обычной температуре существенно возрастают энергозатраты, и значительно увеличивается износ измельчающих элементов оборудования.

В связи с этим довольно длительное время ведутся разработки таких методов дробления амортизированных шин с металлокордом, которые позволили бы упростить процесс и снизить его энергозатратность и трудоемкость.

Основные усилия при этом направлены на разработку технологий и оборудования для дробления шин при низких температурах, при которых резина ведет себя не как эластичный материал, а как твердое, хрупкое тело. Для этого резина должна быть охлаждена до уровня ниже температуры ее стеклования. При этом не возникает вопрос о скорости деформации измельчаемой резины. Резина может быть охлаждена и до более высо-

кой температуры, однако в этом случае скорость ее деформации, достигаемая на избранной измельчающей машине,

должна превышать скорость релаксации полимерных цепей.

Проблема эффективного дробления амортизированных шин с метал-локордом представляет существенное практическое значение, так как общий объем производимых шин в мире на семьдесят пять процентов состоит из шин с металлокордом. Следует иметь в виду, что обобщение и анализ имеющихся в российской и зарубежной периодической и патентной литературе данных по технологии измельчения амортизированных шин при низких температурах и применяемом оборудовании представляет существенный практический интерес, связанный с переработкой и вторичным использованием не только амортизированных шин, но и других резиносодержащих изделий, выходящих из эксплуатации.

Перевод резины в псевдохрупкое состояние

Температура, при которой резина становится хрупкой, зависит от ее состава и составляет в среднем около -70 0С. Однако с учетом потерь холода во внешнюю среду через изоляцию и выделение тепла при измельчении резины промышленные установки должны работать при температурах от - 80 до - 90 0С. Следует иметь ввиду, что на характеристики конечного продукта влияют два основных параметра: температура, при которой работает холодильная установка, и время пребывания в измельчителе. Так, при прочих равных условиях при понижении температуры с - 35 до -100 0С процент содержания частиц размерами менее 4 мм повышается с 23 до 50 %.

Перевод резины в псевдохрупкое состояние может осуществляться тремя

способами: с использованием готовых хладореагентов, холодильных машин, одновременным применением холодильных машин и готовых хладореаген-тов.

Технологические схемы получения резиновой крошки из измельченных шин криогенным способом

В предыдущих разделах в основном содержится информация о замораживании и последующем дроблении шин целиком или в виде кусков различных размеров. Ниже в качестве примера приводится подробное описание двух технологических схем получения криогенным способом из изношенных шин резиновой крошки с одновременной очисткой ее от кордного волокна, а также металлических и других посторонних включений.

Согласно первой схеме (рис. 1.), в измельчителе 1 шины дробятся до размера 2-6. Полученный материал освобождается от примеси земли, песка и других пылевидных загрязнений, воды или частиц льда на вибросите 2, сетка которого снизу продувается струей воздуха. Затем куски поступают в холодильную камеру 3, где охлаждаются жидким азотом. Куски, имеющие температуру -100 0С, измельчаются в молотковой дробилке 4. После дробилки куски резины имеют размер около 3/4, проволока и корд обычно уменьшаются в размерах до 2 или менее. Измельченный материал подвергается магнитной сепарации 5, 6. После сепарации резиновая крошка содержит от 2 до 12 % корда, ВВ-92 % резины и менее 1 % стали. Металлосодержащая фрак-ция содержит около 99 % металла, имеющегося в шинах, менее 1 % резины и от 25 до 75 % корда. Эта фракция подвергается обжигу, в результате чего получается чистый металл.

Резиновая фракция поступает на сеялку 7, имеющую классификатор, например циклонный сепаратор, позволяющий разделять резиновые частицы по размерам, а также удалять часть кордных волокон и пыль. Сеялка должна иметь по крайней мере две сетки. При наличии трех сеток верхняя сетка имеет отверстия 12,7 мм, вторая - 2,6-1,4 мм, третья (нижняя) 0,9-0,75 мм. Воздушный классификатор (циклонный сепаратор) служит для удаления частиц пыли и очень легкого компонента - корда. С этой целью каждая фракция направляется в циклонный сепаратор, находящийся в комплексе сеялка - циклонный сепаратор.

Сход с сита размерами частиц более 12,7 мм измельчается в дробилке 8, проходит циклонный сепаратор 9. Тяжелая часть поступает вновь на сеялку 7. Фракция 2,6-1,4 мм на гравитационном столе 10 (наклонной вибрационной сеялке с воздушной продувкой) освобождается от легких частиц. При соответственно контролируемой подаче воздуха получают три фракции.

Нижняя фракция (легкий корд с небольшим количеством присоединенной резины) направляется в трепальный агрегат 11 (или измельчитель 4 или дробилку 3, если трепальный агрегат не применяется). Аналогично, если гравитационный стол 10 не применяется, фракция с размерами частиц 2,6-1,4 мм направляется в трепальный агрегат 11 или дробилку 8 для отделения резины от корда, после чего возвращается на сеялку 7. Одним из преимуществ применения является возможность дальнейшей классификации по плотности и минимизация количества материала, который должен быть возвращен для обдирки ре-

зины. Это экономит энергию, и снижает общие расходы.

Фракция 0,9-0,75 мм подается на другой гравитационный стол 12. Полученная при этом нижняя фракция объединяется с нижней фракцией, полученной на гравитационном столе 10, и направляется на трепальный агрегат 11. Средняя фракция объединяется со средней фракцией гравитационного стола 10 и направляется на сито 7. Верхняя фракция направляется на магнитный сепаратор 13, а верхняя фракция гравитационного стола 10 - на магнитный сепаратор 14. За счет такой сепарации удаляется практически весь черный металл. Затем объединенные верхние фракции пропускаются через дестонер 15, где путем ваккумирова-ния отделяются плотные загрязнения от резины: стекло, камни и т. п.

Очищенный материал пропускается через пару криогенных (охлаждаемых) измельчителей 16 и 17 (за счет замораживания частиц жидким азотом или каким-либо другим жидким хладоа-гентом). В этом случае охлаждение производится во время дробления. Поскольку частицы очень малы, то от тепловыделения они становятся клейкими, и в отсутствии охлаждающего агента уменьшение размеров было бы невозможно. Просев через третье сито сеялки 7 подвергается магнитной сепарации 18 и вместе с крышкой после криогенных измельчителей просеивается на вибросеялке 19, имеющей сито 20. Получается чистая резиновая крошка, не содержащая корда и черных металлов. Сход с сита 19 объединяется с крошкой, прошедшей десто-нер 15, и поступает на криогенное дробление.

Рис. 1. Технологическая схема получения резиновой крошки криогенным методом

Свободная резина и корд после трепального агрегата 11 направляются в аппарат для отделения текстиля 20. Резиновая крошка направляется на просев на сито 7, чистый корд упаковывается на прессе 21. В циклоне 22 улавливается пыль и очень легкие компоненты из 4, 10, 11, 12, 20 и 21. Крупные частицы поступают в 11.

В Германии запатентована технология получения резиновой крошки из целых легковых или грузовых покрышек, предварительно разрезанных один раз по горизонтали и вертикали. Согласно (рис. 2), покрышки последовательно пропускаются через двое вальцев, имеющих валки с шипами. На первых вальцах 1 покрышки разрываются. При этом металлические детали, особенно проволока, вытаскиваются из покрышек. Одновременно вытаскивается значительное количество текстильного корда в виде длинных волокон. Измельченный материал (размерами с ладонь) поступает на транспортер 2 с направляющим

магнитным роликом. Этот магнит извлекает металл. Остальное, после измельчения на вторых вальцах 3 в куски размерами со спичечную коробку, поступает на транспортер 4, под которым под углом 900 установлена магнитная лента 5, извлекающая весь свободный металл. С транспортера материал поступает на магнитный каскадно-отражательный сепаратор 6. На некотором расстоянии от верхнего края этого сепаратора находится транспортер 7, на который попадают отскочившие, не содержащие металла резиновые и кордные части.

Металлосодержащий материал скользит по каскадно-отражательному сепаратору, поступает на транспортер 8, а оттуда в холодильную камеру 9, в которую подается хладоагент (жидкая углекислота или смесь твердой углекислоты с метанолом, ацетоном, фреоном). Если используется жидкая углекислота, то в результате ее испарения она превращается в порошок, оседающий на

Рис. 2. Технологическая схема получения резиновой крошки криогенным методом

кусках и охлаждающим их до температуры ниже -60 0С.

При достижении одинаковой температуры расход твердого хладоагента меньше расхода газообразного. После измельчителя в молотковой дробилке 10 из резиновой крошки с размерами частиц от 1 до 10 мм на транспортере 11 магнитной лентой 12 извлекаются все металлические включения. Далее замороженная резина (поскольку вследствие испарения твердой углекислоты повышение температуры материала в молотковой дробилке не происходит) подвергается тонкому измельчению в зубчатых дисковых мельницах 13 и 14. Во избежание нагревания резины целесообразно добавлять в эти мельницы твердую углекислоту.

Фракция, не содержащая металла, может дробиться совместно с крошкой, полученной из металлосодержащей фракции, в зубчатых дисковых мельницах 13 и 14. После дисковых мельниц крошка очищается в сетчатом барабане 15 от корда путем отсоса. Очищенная от текстиля крошка тонкого помола может

направляться в криогенную мельницу с одновременной добавкой в нее коллоидной серы и других вулканизующих агентов. Полученный таким образом материал может подвергаться дальнейшей обработке.

После низкотемпературной установки целесообразно предусмотреть дис-пергатор или гранулятор 17 и в нем диспергировать крошку, например с раствором хлористого магния, или гранулировать с помощью обычных средств, особенно воды.

Одним из примеров замораживания и дальнейшего дробления амортизован-ных шин служит технология фирмы «DUNLOP», которая нашла очень широкое применение на практике.

Для замораживания покрышек, с заранее пробитыми в них перфоратором 1 отверстиями, предложено специальное устройство, в котором покрышки охлаждаются разбрызгиваемым на их поверхность с помощью форсунок 2 жидким хладоагентом (азот либо двуокись углерода). Далее эти шины подаются конвейером 3 в ванну 4, заполненную

т?б С Жидким и о/по л*

. 0 ' ЛГагмитмая

и - г- —стп/эаанм °\\

^ 6арте>&/е -» кольца

иаг погружения в жидкий хладоагенпк

а, 5 - конвейер, 4 - ванна, 5 - трапецеидальным злемент, и — валковая дроиилка, / — молотовая дробилка, 8 — вибросито, 9 — бункера для резиновой крошки различного фракционного состава

жидким хладоагентом. Всплывание покрышек предотвращается установкой внутри ванны элемента, имеющего трапецеидальную форму 5. Из ванны покрышки поступают в валковую дробилку 6, а затем после извлечения бортовых колец магнитным сепаратором в молотковую дробилку. Наличие перфорации обеспечивает сток хладоаген-та из покрышек, что исключает его потери за счет захвата покрышками. Затем помол поступает на вибросито и разделяется на фракции (рис. 3).

Далее фракции крупнее 4 мм поступают в молотковую дробилку. На (рис. 4.) представлен поперечный разрез молотковой дробилки. Эта дробилка состоит из цилиндрического корпуса 1, нижняя внутренняя часть которого представляет собой рифленую поверхность 2, образованную большим количеством зубцов 3. Ротор 4 снабжен молотками 5, проходящими на близком расстоянии от рифленой поверхности корпуса. Загрузка материала осущест-

вляется через загрузочное отверстие 6, а выгрузка через загрузочное отверстие 7. Последнее устроено так, что его ось параллельна оси вращения ротора. Удаление измельченного материала из дробилки способствует его ваккумирование (отсос). В результате этого не имеет места циркуляция в дробилке измельченного материала, прошедшего путь от загрузочного отверстия до разгрузочного, а чем циркуляция материала в дробилке, тем меньше требуется энергии для вращения ротора по сравнению с обычными молотковыми дробилками. Кроме того, нет необходимости в перфорировании части корпуса дробилки или в сеялке, через которую частицы раздробленного материала могут покинуть дробилку. Исключается также проблема забивки перфорированной стенки или сита.

Симбиоз этих двух установок, холодильной машины и молотковой дробилки, имеет очень продуктивный результат. После прохождения холодильной

машины процент фракции 4 мм составляет около 23 %, что требует повторного цикла измельчения. После прохождения молотковой дробилки процент фракции 4 мм составляет уже 82 %.

Данное оборудование имеет сравнительно небольшие размеры, легко монтируется, практически полностью автоматизировано и имеет гораздо более высокие технические характеристики.

Производительность двух установок составляет 3 т в час.

Заключение.

Проблема измельчения изношенных шин при низких температурах посвящено большое количество патентов, а также публикаций в научной литературе.

Особое значение эта проблема приобрела в связи с производством шин с металлокордом, поскольку технология и оборудование, применяемое для переработки изношенных шин с текстильным кордом, оказались малоэффективными в случае изношенных шин с металло-кордом.

Работы по низкотемпературному (криогенному) измельчению изношенных шин были направлены на разработку компактных технологических схем и специального оборудования для охлаждения изношенных шин и их последующего измельчения. Выбор оптимального (как с экономической, так и технологической точек зрения) типа хладоагента, снижения расхода хладоагентов путем эффективного предотвращения потерь холода и комбинирования применения, готовых хладоагентов с холодильными машинами, получение более чистых продуктов дробления, а также резиновой крошки тонких помолов.

Несмотря на значительное количество работ по криогенному измельчению, нет единого мнения об экономической

Рис. 4. Молотковая дробилка: 1

- корпус, 2 - рифленая поверхность, 3 - зубцы, 4 - ротор, 5 -молотки, 6 - загрузочное отверстие, 7 - разгрузочное отверстие

эффективности получения резиновой крошки из изношенных шин этим методом по сравнению с измельчением при нормальной температуре (температуре окружающей среды). Причины этого заключаются в следующем:

- не всегда учитывается, что традиционные методы позволяют успешно измельчать изношенные шины с текстильным кордом и что эффективность криогенной технологии следует рассматривать главным образом только применительно к измельчению покрышек с металлокордом;

- отсутствуют современные экспериментальные данные, необходимые для корректного сопоставления экономической и экологической эффективности дробления шин с металлокордом при низких и обычных температурах. В первом приближении для этого необходимо создать две опытно-промышленные установки для дробления изношенных шин с металлокордом: одну для первичного криогенного дробления, а вторую -для первичного дробления при обычных температурах.

При создании опытно-промышленной установки по криогенному дроблению изношенных шин с металлокор-дом необходимо предусмотреть:

- замораживание целых шин без вырезки бортовых шин или в виде крупных кусков (целесообразность применения кусков шин будет определяться соотношением затрат на получение этих кусков и экономическим эффектом, который может быть получен за счет уменьшения размеров холодильного и дробильного оборудования и снижения

затрат холода вследствие более эффективного его использования с уменьшением размера частиц охлаждаемого материала);

- снижение до минимума потерь холода за счет высокоэффективной теплоизоляции и компактной компоновки системы холодильная камера-дробилка;

- применение наиболее эффективного измельчающего оборудования, для чего необходимо, в первую очередь, оценить

эффективность использования молота и дробилки ударно-отражательного типа.

Оценка эффективности (а, следовательно, целесообразность промышленного применения) дробления шин с ме-таллокордом должна, независимо от применяемого способа, производиться с учетом экономического эффекта, который может дать использование в народном хозяйстве дробленой резины и попутно образующихся текстильных и металлосодержащих отходов.

— Коротко об авторах

Тишков М.В. - аспирант, Московский государственный горный университет.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.