Вторая жизнь автомобильных покрышек
Текст: Екатерина Хворова | 2014-04-01 | 16838
Одним из важных вопросов в деле по улучшению городской экологии или проектированию новых экогородов является эффективная утилизация автомобильных покрышек. В настоящее время существует достаточно разнообразный перечень способов того, как это можно делать.

 

Отслужившие свой срок автомобильные покрышки – достаточно серьезная экологическая проблема. Даже в России с 1 января 2012 года начал действовать национальный стандарт, устанавливающий требования к экобезопасной утилизации отработавших шин (ГОСТ Р 54095-2010). Согласно информации, приведённой в тексте документа, общемировые запасы изношенных шин оцениваются в 25 млн т., а ежегодный прирост отработавших своё покрышек составляет не менее 7 млн т. (10,5 млрд шт.), из которых на европейские страны приходится около 30%. Только 23% отработавших покрышек используются в дальнейшем, в том числе путем экспорта в другие страны, сжигания, измельчения и т.д. Остальные 77% просто захоронены или хранятся на полигонах, в основном по причине отсутствия рентабельного способа утилизации.

Но специалисты считают, что захоронение отработавших покрышек следует использовать только при отсутствии экономически приемлемых альтернативных вариантов. Зачастую утилизировать или перерабатывать автопокрышки становится выгодным только в условиях суровых экологических стандартов и штрафов за неправильное обращение с такими «отходами», или же в условиях государственной финансовой поддержки. При этом проекты по переработке покрышек экономически будут значительно более привлекательными при включении в процесс следующей стадии переработки – то есть если подразумевать получение резиновой крошки, то не только и не столько для продажи, сколько для производства собственной продукции второго передела, которая пользуется спросом и имеет достаточно высокую стоимость на рынке.

С точки зрения хранения отработавших покрышек на полигонах или свалках (как предназначенных исключительно для отработавших автошин, так и на смешанных с другими отходами), существует высокий риск их воспламенения. Изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды, так как не подвергаются биологическому разложению и служат источниками инфекционных заболеваний. Поэтому при захоронении покрышки измельчают на квадраты по 100 см2 и укладывают под углом слоями высотой 1-2 м; каждый такой слой пересыпается землей толщиной 20-25 см. На всю площадь захоронения накладывают слой дерна толщиной 30 см.

В некоторых странах захоронение покрышек, завершивших жизненный цикл, запрещено. В Германии, Японии и скандинавских странах уровень переработки отработавших шин приближается к 100%, в среднем по ЕС этот показатель составляет 82%; в других странах – всего 10-15%.

Небольшая часть отработавших шин используется без какой-либо переработки – для укрепления берегов, создания искусственных рифов, эрозионных барьеров, волнорезов и волноломов, для защиты от ударов судов при швартовке, создания противоударных барьеров на дорогах, амортизирующих ограждений, клумб и т. п. В строительстве для создания основы фундаментов используются покрышки, наполненные цементом.

Большую часть отработавших шин утилизируют путем сжигания (во Франции – 18%, Великобритании - 30%, Германии – 50%, Японии – 70%). Остальные – либо восстанавливают, либо измельчают в крошку или разлагают химически.

Восстановительный ремонт использованных покрышек может проводиться двумя способами. Первый, применяемый только для шин грузовых автомобилей, – это повторная проточка канавок протектора. Возможность такой реставрации грузовой покрышки связана с её высоким запасом прочности – каркас шины гарантирует срок его службы, до 6-ти раз превышающий жизненный срок беговой дорожки протектора. Второй способ, который может быть применён для всех типов покрышек, – это наложение нового протектора с частичным добавлением резиновой крошки. Данный метод является экономичным, поскольку восстанавливаются не все составляющие автомобильной шины, а только протектор. Наложение нового протектора позволяет повторно использовать покрышку на 80%. Однако восстанавливать шины таким методом можно только ограниченное количество раз. Кроме того, восстанавливать целесообразно только высококачественные шины с прочной основой. Производство восстановленных покрышек в странах ОЭСР – хорошо развитая отрасль промышленности. Но в российских условиях полное восстановление шин является рентабельным только для покрышек премиум-класса. Если рассматривать технологии восстановления изношенных шин, то можно выделить горячий (наварка) и холодный способы. Горячий способ восстановления предполагает нарезание и горячую вулканизацию специальной гладкой ленты с параллельным нанесением протекторного рисунка. Для холодной вулканизации применяют ленты с заранее нанесенным рисунком, которые на специальном станке растягиваются и надеваются на подготовленный бреккер. Существует также способ, предусматривающий склейку очищенной от старого протектора шины и нового протектора с последующей вулканизацией. Впоследствии восстановленные шины вновь становятся непригодными для использования, что вновь приводит к проблеме их переработки.

 

Способ утилизации автомобильных шин путем их сжигания считается достаточно эффективным в силу их высокого теплотехнического потенциала. Так, теплота сгорания 1 т. отработавших покрышек эквивалентна теплоте сгорания 1 т. качественного угля или 0,7 т. жидкого топлива. При этом сжигать можно как резиновую крошку, так и целые шины. Сжигание целых старых шин часто происходит в печах цементных производств или на ТЭЦ. В последнее время такая практика стала применяться реже: в цементном производстве количество используемых в качестве топлива шин технологически ограничено, поскольку содержащаяся в шинах сталь окрашивает материал и негативно отражается на качестве цемента, а сжигание шин на ТЭЦ стало нерентабельным из-за роста штрафов в силу экологической опасности такого использования. Сжигание резиновой крошки также представляет существенную экологическую опасность, так как в атмосферу выделяется масса вредных веществ. Однако, например, в США, на резиновой крошке работает большинство целлюлозных комбинатов. Но, пожалуй, основным аргументом «против» является тот факт, что при сжигании изношенных шин уничтожаются химически ценные вещества, содержащиеся в материале покрышек, и которые можно получить при других способах переработки. Неким компромиссом является использование резиновой крошки в качестве добавок к основному топливу – обычно в районе 10-15%.

Основными составляющими автомобильных шин являются такие материалы как каучук (около 71%), металлические нити и проволока (21%), текстильный корд (8%). Это ценные материалы, которые, особенно в условиях истощения запасов природных ископаемых, выбрасывать или закапывать в землю, по меньшей мере, не разумно. Выделенный из шин каучук применяют в строительстве и изготовлении широкого спектра резино-технических изделий. Текстильный корд используется как сырье для изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов, для тампонирования скважин при бурении, в качестве армирующего наполнителя при изготовлении композиционных эластомерных материалов. Металлический корд применяется в качестве исходного сырья для изготовления стали и армирующего наполнителя строительных и дорожных конструкций.

Существует несколько хорошо известных методов разделения изношенных шин на ценные составляющие.

Наиболее традиционным и привычным способом утилизации покрышек является их измельчение с получением резиновой крошки различной степени дисперсности. Вариаций этой технологии существует большое количество, но все они имеют одну общую черту – составляющие части автошины (резина и армирующие материалы) не претерпевают физико-химических изменений и сохраняют свою структуру.

Для измельчения шин, как правило, не требуется сложной технологии и оборудования, что говорит об экономичности данного способа. Измельченную шредером резину разделяют в зависимости от размера крошки и в дальнейшем используют при производстве новых шин, при строительстве дорог, создании специальных спортивных покрытий, покрытий для крыш, декоративной плитки. Одной из проблем дальнейшего использования резиновой крошки являются различные качественные требования последующих потребителей. Так, применение резиновой крошки для создания новых резинотехнических изделий требует её полной очистки от металлов, содержащихся в каркасе шины. Следовательно, возникает необходимость усложнения технологического процесса разделения автопокрышек на составляющие. Хороших результатов отделения резины от металлокорда можно достичь различными способами, например, разделением в электромагнитном поле. В конечном итоге происходит удорожание получаемой крошки, что не всегда устраивает потенциального потребителя. Аналогичные проблемы возникают при использовании резиновой крошки в сфере строительства (дорожные покрытия и изолирующие материалы). Для получения однородного продукта с требуемыми свойствами необходимо подобрать рецептуру, исходя из качественных характеристик всех составляющих материалов. Однако полученная из разных партий сырья резиновая крошка будет значительно различаться по составу, так как трудно подавать на измельчение партии шин только определенного вида и одного производителя. Значительно лучшие результаты достигаются при использовании крошки в производстве тротуарной плитки, покрытий для спортивных арен, ковриков и кровли.

Одной из разновидностей технологии резки шин является низкотемпературное дробление. С помощью жидкого азота или холодильных машин покрышки охлаждают до температуры порядка -60 градусов Цельсия, после чего отправляют на резку. Переработка резины, переведенной в хрупкое состояние, значительно уменьшает энергозатраты на дробление, улучшает отделение металла и текстиля от резины, повышает выход резины. С другой стороны, охлаждение тоже требует заметных энергозатрат.

Большой интерес представляет другой подход, использующий криогенные технологии. Шины замораживаются до температуры -110-120 градусов, после чего в специальной камере их подвергают взрывоциркуляционному измельчению. Технология взрыва является очень дешёвой, поскольку не требует режущего инструмента и не связана с дорогостоящим сервисом. Дробящее действие взрыва выполняет одновременно роль режущего инструмента и энергоносителя. Под действием взрыва охлажденная покрышка расширяется в 3-4 раза, сохраняя свою целостность, и только потом происходит разрушение ее материала на мельчайшие фрагменты. Этот эффект связан с тем, что при взрыве реализуются высокие скорости деформации замороженных покрышек, приводящие их к разрушению. Параметры дробящего действия взрыва очень высоки и достаточны для разрушения любых существующих видов и типов покрышек. При этом металлокорд остается цельным, а резиновая крошка просто-напросто осыпается с него. Данная технология была разработана отечественной компанией «Explotex», за что в 2007 году ей была присуждена Премия Правительства Российской Федерации. Построенный в 2004 году на базе взрывоциркуляционного измельчения завод переработки покрышек работает во Владимирской области, в г. Радужный. Технология запатентована в 45 странах мира.

 

Другой перспективной технологией дробления шин является их переработка путем пропускания озона (резка озонным ножом), под воздействием которого шина рассыпается в мелкую крошку и отделяется от металлического и текстильного корда. Технология была представлена в 2000 г. российскими учеными из Троицкой Технологической Лаборатории, участвующими в проекте «ОК-Технология». Технология является достаточно экономичной и экологичной, так как озон окисляет все образующиеся вредные выбросы. Данный способ утилизации покрышек был удостоен золотой медали 26-го Международного салона изобретений, прошедшего весной 2000 года в Женеве. Помимо россиян в проекте участвуют американская «OK Tech Inc.», которая является держателем патентов по ОК-технологии и осуществляет лицензионную деятельность, и английская «OK Tech Alliance Ltd.», которая осуществляет проектирование и поставку линий переработки изношенных автопокрышек по ОК-технологии.

Наконец, резиновую крошку можно получить и при помощи давления. Технология основана на явлении «псевдосжижения» резины при высоких давлениях и истечении её через отверстия специальной камеры. Резина и текстильный корд при этом отделяются от металлического корда и бортовых колец, измельчаются и выходят из отверстий в виде первичной резино-тканевой крошки, которая подвергается дальнейшей переработке: доизмельчению и сепарации. Металлокорд извлекается из камеры в виде спрессованного брикета. Разработчиком данной технологии тоже является российская компания – пермская ГНПП «Корд-экс». Технология была внедрена на предприятии «Астор» (Пермь), защищена патентами и так же получила ряд наград.

Следующая группа технологий переработки шин подразумевает частичное разрушение пространственной структуры резины и каучука – например, технология растворения резины отработавших шин в растворе на основе органических соединений. Полученная суспензия в дальнейшем может использоваться при создании резино-технических изделий с частичным использованием продукта переработки. Основным недостатком данной технологии является ее высокая энерго- и фондоемкость, а, следовательно, и дороговизна. В отечественной промышленности применялись три основных метода получения резинового регенерата – пластичного материала, способного вулканизироваться при добавлении в него вулканизующих агентов и частично заменить каучук в составе резиновых смесей: паровой (около15%), водонейтральный (40%) и термомеханический (45%). Независимо от метода регенерации резиновые изделия (в основном автомобильные покрышки) сначала проходят подготовительные операции по сортировке и измельчению. При паровом методе резиновую крошку смешивают с мягчителями и в девулканизационном котле обрабатывают острым паром под давлением 1,0 МПа при температуре 180 градусов в течение 708 ч. Полученный девулканизат фильтруют, гомогенизируют и пластифицируют. Основным недостатком парового метода является получение неоднородного по степени пластичности регенерата из-за отсутствия процесса перемешивания девулканизируемой массы. Значительно более качественный регенерат получают водонейтральным методом. Процесс девулканизации обестканенной резины проводят в снабженных мешалками вертикальных автоклавах в среде водной эмульсии мягчителей при 180 градусов в течение 5-8 ч. По окончании процесса девулканизации содержимое под небольшим давлением передают в буферную емкость, откуда оно поступает в сетчатый барабан для отделения от воды. Дальнейшую механическую обработку девулканизата с получением регенерата проводят аналогично обработке паровым методом. Технически наиболее совершенным методом регенерации резины является термомеханический метод, позволяющий значительно ускорить технологический процесс. При производстве регенерата термомеханическим методом обестканенную резиновую крошку непрерывно смешивают с мягчителями и пропускают через червячный девулканизатор при температуре 140-210 градусов с последующей обработкой на рафировочных вальцах. Производимый таким способом регенерат более однороден и пластичен, чем регенерат, получаемый водонейтральным методом.

В нашей стране применяются и такие методы производства регенерата как метод диспергирования и радиационный метод. Метод деспиргирования заключается в механическом измельчении резины до тонкодисперсного состояния в водной среде. Процесс проводят в присутствии активаторов девулканизации и поверхностно-активных веществ при пониженной температуре (40-60 С), что предупреждает рост окислительных процессов и значительные изменения каучуковых компонентов резины во время регенерации. Для регенерации резины на основе бутилкаучука можно использовать радиационный метод. В дальнейшем регенерат может использоваться при производстве резино-технических изделий (шлангов, прокладок и пр.), автомобильных деталей и изделий, железнодорожных шпал и подрельсовых прокладок, смесевых и динамических термоэластопластов (сырья для производства подошвы обуви, изоляции кабелей, деталей электроприборов, кровельных, гидроизоляционных, уплотнительных материалов и др.).

 Наконец, существуют технологии, приводящие к полному разрушению каучуковой составляющей. Помимо прямого сжигания, к ним относится и пиролиз – осуществляемое без доступа воздуха термическое разложение покрышек на несколько фракций углеводородов и остатка в виде сажи. Сажу используют повторно при производстве шин, а также при производстве резиновых смесей. Углеводороды (чаще всего – мазут) используют в качестве топлива. Данный способ переработки не только требует сложного, дорогого оборудования, но энергетически очень затратен. В то же время пиролиз соответствует европейским стандартам и считается экологически чистым. Утилизация покрышек с помощью пиролиза позволяет получать энергоносители и не загрязнять так сильно атмосферу, как это происходит при сжигании. Но полученная продукция имеет достаточно низкое качество и не может быть свободно реализована на рынке. 

 

Фото предоставлено компанией ©Aliapur, также использовано фото с сайта yonghoji.com