Методы утилизации отработанных шин

По разным оценкам во всем мире ежегодно выбрасывается более 1,5 миллиарда шин, что составляет более 17 миллионов тонн отходов. По данным Всемирного делового совета по устойчивому развитию (WBCSD) к концу прошлого десятилетия глобальный запас отработанных шин превысил 4 миллиарда единиц.

При этом на практике в большинстве стран основная масса изношенных шин по-прежнему складируется на открытых площадках или размещается на полигонах.

Перерабатывая шины, можно не только решить вопрос загрязнения окружающей среды, но и получить полезные материалы для дальнейшего использования и сырье для топлива. На настоящий момент существуют механические, термические и химические способы переработки шин.

Шины также можно использовать повторно целиком или, восстановив протектор, возвращать к службе.

Благодаря своей форме, размеру, высокой эластичности, ударопрочности и хорошей вибро- и шумоизоляции шины применяются в качестве материалов в строительстве. Они могут быть использованы для создания защитных барьеров вдоль дорог и автомагистралей, для защиты береговой линии и пандусов и в качестве причальных отбойников, искусственных рифов, для дорожных оснований и амортизации фундаментов зданий.

Восстановление протектора

В процессе восстановления старый протектор удаляется путем полировки. На полученную поверхность наносится новый протектор в термопрессе при температуре 150°C-160°C или с помощью специального клея при температуре 95-120°C.

Механическая переработка

Механическая переработка может быть нескольких видов:

Измельчение стандартное

Это самый распространенный метод переработки шин, при котором происходит физическое преобразование резины в крошку, гранулы или порошок без изменения ее химической структуры. Измельчение проводится при обычной температуре окружающей среды с использованием роторных мельниц или дробилок, в результате чего образуются частицы неправильной формы с шероховатой поверхностью.

После измельчения стальные проволоки и текстильные волокна отделяются с помощью магнитных сепараторов и воздушных классификаторов. Сталь и текстильные нити также могут применяться в других отраслях. Для измельчения 1000 кг отходов шин требуется 19,2 кВт-ч энергии. Получаемая крошка может быть разных размеров. Стоимость измельчения значительно возрастает по мере уменьшения размера.

Криогенное измельчение

Криогенное измельчение использует жидкий азот, который, охлаждая резину, делает ее хрупкой и облегчает измельчение до самых мелких размеров. Гранулы при этом имеют более гладкую поверхность, широкий диапазон размеров частиц до самых мелких и минимальное окисление поверхности.

Главный недостаток криогенного процесса заключается в его высокой стоимости из-за использования жидкого азота в качестве охлаждающей жидкости.

Ключевые аспекты механической переработки

В процессе механической переработки любого типа важно обращать внимание на следующее:

Подготовка сырья

Эффективная предварительная очистка продлевает срок службы оборудования и обеспечивает более высокое качество резиновой крошки с меньшим количеством примесей. Более мелкие фрагменты резины обеспечивают равномерную подачу в измельчительные мельницы, что приводит к получению частиц более однородного размера, снижению энергопотребления и увеличению общей производительности.

Параметры измельчения

Выбор типа и конструкции мельниц напрямую влияет на распределение частиц по размерам и производительность обработки. Острота и корректное расстояние между лезвиями также являются критически важными факторами.

Контроль размера частиц

Сита с более мелкими ячейками (например, 10-40 меш) позволяют получать более мелкие и однородные частицы, хотя они могут снизить производительность процесса.

Эффективность разделения

Удаление стальной проволоки обычно достигается с помощью многоступенчатых систем магнитной сепарации. Для удаления текстильных волокон сначала используется дробилка, затем применяется пневматическая сепарация.

Содержание влаги

Поддержание низкого содержания влаги улучшает эксплуатационные характеристики конечных продуктов и предотвращает деградацию материала во время хранения.

Энергопотребление

Работа мельниц на оптимальной скорости обеспечивает эффективное измельчение без лишних потерь энергии или чрезмерного износа оборудования.

Термическая переработка

Пиролиз стандартный

Пиролиз — это процесс термического разложения резины под воздействием высоких температур в отсутствие кислорода. В результате получается ценный набор химических соединений в твердом, жидком или газообразном состояниях.

• Твердые продукты: Летучая зола, сажа, остаточные оксиды и сульфиды цинка, кремнезема и стали. Полученная сталь перерабатывается повторно. Углерод перерабатывают в сажу или активированный уголь для очистки воды, воздуха, топливных элементов.
• Газообразный продукт: Содержит водород, оксид и диоксид углерода, алифатические углеводороды и сероводород. Может использоваться как топливо или в химической промышленности.
• Жидкий продукт: Содержит ароматические углеводороды и масла с высокой теплотворной способностью, похожие на дизельное топливо, для энергоемких отраслей.

К сожалению, консистенция конечных продуктов варьируется, что создает препятствия для стандартизации. Требуются значительные инвестиции в реакторы и системы контроля.

Газификация

Это технология термической обработки резины в атмосфере с низким содержанием кислорода при температуре около 600°C. Получается синтез-газ для производства электроэнергии без вредных выбросов.

Недостатки: сложность прогнозирования состава газа и низкий выход электроэнергии (25%) по сравнению с биомассой (50%).

Девулканизация

Процесс вулканизации улучшает свойства резины, но затрудняет переработку. Девулканизация разрушает поперечные связи для повторного использования.

Термическая девулканизация

Резина подвергается воздействию высокой температуры и давления в течение 6–12 часов.

Химическая девулканизация

Процесс отщепления атомов серы от молекул каучука с использованием реагентов.

Девулканизированная резина смешивается с первичной для новых изделий (шин, шлангов, ремней). Трудности: контроль производства, высокие температуры, токсичные продукты.

Альтернативные методы

• Микроволновая и ультразвуковая девулканизация — более селективные и энергоэффективные.
• Биорециклинг: использует бактерии или грибы для расщепления связей с низкими затратами, но медленный и не масштабируемый.
• Комбинированные методы в разработке.

Применение переработанных материалов

Переработанные материалы из шин применяются в различных отраслях.

Гражданское и дорожное строительство

• Легкий заполнитель для насыпей, теплоизоляция, дренаж.
• Укрепление берегов, железнодорожные основания, бетон с резиновой крошкой.
• Резинобитум для дорожного покрытия: улучшает долговечность и гибкость.

Спорт и отдых

Резиновая крошка для покрытий детских площадок, беговых дорожек, искусственного газона, конных арен.

Автомобильная и промышленная продукция

Напольные коврики, бамперы, бордюры, упоры.

Экологическое и сельскохозяйственное применение

Ландшафтный дизайн, улучшение почвы, удержание воды, контроль фильтрата на полигонах.

Энергетическая утилизация и топливо

Шины используются как топливо в цементных печах, электростанциях благодаря высокой теплотворной способности. Очищенная крошка 25–50 мм.

• Цементная промышленность: зола добавляется в цемент.
• Сталелитейные заводы: сталь перерабатывается.
• Совместное сжигание с углем (до 20%).
• Продукты пиролиза и газификации как альтернативное топливо.

Инновационные применения

• Материалы для 3D-печати.
• Пиролитический углерод для батарей и суперконденсаторов.
• Комбинации с термопластом для обуви, изоляции, шлемов.

Масштабы определяются экономикой, инвестициями и регуляциями.

Сравнение методов переработки