Утилизация отходов полиолефинов

 

Содержание

Введение                                                                                                                             3

1. Утилизация отходов полиолефинов                                                                      5
2. Технология переработки вторичного полиолефинового сырья в гранулят       7
3. Вторичная переработка поливинилхлорида                                                       12

3.1 Методы подготовки отходов  поливинилхлорида                                        13   

2. Методы переработки отходов поливинилхлоридных пластиков               14
4. Утилизация отходов полистирольных пластиков                                              20
5. Технологический процесс переработки отходов полимерных материалов по непрерывной технологии на валково-шнековом агрегате                                25
6. Утилизация отходов сжиганием                                                                          27

Заключение                                                                                                                       29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Одним из  наиболее осязаемых результатов  антропогенной деятельности является  образование отходов, среди которых  отходы пластмасс занимают особое  место в силу своих уникальных  свойств. 

     Пластмассы – это химическая продукция, состоящая из высокомолекулярных, длинноцепных полимеров. Производство пластических масс на современном этапе развития возрастает в среднем на 5…6 %  ежегодно и к 2014 г., по прогнозам, достигнет 300 млн. т. Их потребление на  душу населения в индустриально развитых странах за последние 20 лет удвоилось, достигнув 85…90 кг, и к концу десятилетия как полагают, эта цифра повысится на 45…50 % . 

     Насчитывается около 150 видов пластиков, 30% из них – это смеси различных полимеров. Для достижения определённых свойств, лучшей переработки в полимеры вводят различные химические добавки, которых уже более  20, а ряд из них относятся к токсичным материалам. Выпуск добавок непрерывно возрастает. Если в 1980 г. их было произведено 4000  т, то к 2000  г. объём выпуска возрос уже до 7500   т,  и все они будут введены в пластики. А со временем потребляемые пластики неизбежно переходят в отходы.

     Одним из  быстроразвивающихся направлений  использования пластмасс является  упаковка. Из всех выпускаемых пластиков 41 % используется в упаковке, из этого количества 47 % расходуется на упаковку пищевых продуктов. Удобство и безопасность, низкая цена и высокая эстетика являются определяющими условиями ускоренного роста использования пластических масс при изготовлении упаковки.  

     Такая высокая  популярность пластмасс объясняется  их легкостью, экономичностью  и набором ценнейших служебных  свойств. Пластики являются серьезными  конкурентами металлу, стеклу, керамике. 

Например, при изготовлении стеклянных бутылей требуется на 21 % больше энергии, чем на пластмассовые. 

     Но наряду  с этим возникает проблема  с утилизацией отходов, которых  существует свыше 400 различных  видов, появляющихся в результате  использования продукции полимерной  промышленности. 

     В наши дни,  как никогда прежде, люди нашей  планеты задумались над огромным  засорением Земли непрерывно  возрастающими отходами пластиков.  В связи с этим, учебное пособие  восполняет знания в области  утилизации и вторичной переработки  пластиков с целью возврата  их в производство и улучшения  экологии в РФ и в мире. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Утилизация отходов полиолефинов

      Полиолефины   –  самый многотоннажный вид термопластов. Они находят широкое применение в различных отраслях промышленности,         транспорта и в сельском хозяйстве.  К полиолефинам относятся полиэтилен высокой и низкой плотности (ПЭВП и ПЭНП), ПП.  Наиболее эффективным способом утилизации отходов ПО является их повторное использование. Ресурсы вторичных ПО велики: только отходы потребления ПЭНП в 1995г.  достигли  2 млн.т. Использование вторичных термопластов вообще и ПО в частности позволяет увеличить степень удовлетворения в них на 15…20 %.

      Способы  переработки отходов ПО зависят от марки полимера и их происхождения. Наиболее просто перерабатываются технологические отходы, т.е. отходы производства, которые не подверглись интенсивному световому воздействию в процессе эксплуатации. Не требуют сложных методов подготовки и отходы потребления из ПЭВП и ПП, так как, с одной стороны, изделия, изготавливаемые из этих полимеров, также не претерпевают значительных воздействий вследствие своей конструкции и назначения  (толстостенные детали, тара, фурнитура и т.д.), а с другой стороны – исходные полимеры более устойчивы к воздействию атмосферных факторов, чем ПЭНП. Такие отходы перед повторным использованием нуждаются только в измельчении и гранулировании.

      Для оценки оптимальных режимов переработки вторичного полиэтиленового сырья большое значение имеют его реологические характеристики.  Для ВПЭНП характерна низкая текучесть при малых напряжениях сдвига, которая повышается при увеличении напряжения,  причём рост текучести для ВПЭ больше,  чем для первичного. Причиной этого является наличие геля во ВПЭНП, который значительно повышает энергию активации вязкого течения полимера.  Текучесть можно регулировать, также изменяя температуру при переработке – с увеличением температуры текучесть расплава увеличивается.

      Итак, на вторичную переработку поступает материал, предыстория которого оказывает весьма существенное влияние на его физико-механические и технологические  свойства. В процессе вторичной  переработки  полимер подвергается  дополнительным  механохимическим  и  термоокислительным воздействиям, причём изменение его свойств зависит от кратности переработки.

      При исследовании влияния кратности переработки на свойства получаемых изделий показано, что 3 – 5-кратная переработка оказывает незначительное влияние (гораздо меньше, чем первичная). Заметное снижение прочности начинается при 5 – 10-кратной переработке.

      В процессе  повторных переработок ВПЭНП  рекомендуется повышать температуру литья на 3…5 % или число оборотов шнека при экструзии на 4…6 % для разрушения образующегося геля. Необходимо отметить, что в процессе повторных переработок, особенно при воздействии кислорода воздуха, происходит снижение молекулярной массы полиолефинов,       которое приводит к резкому повышению хрупкости материала. Многократная переработка другого полимера из класса полиолефинов –  ПП приводит обычно к увеличению показателя текучести расплава  (ПТР),  хотя при этом прочностные характеристики материала не претерпевают значительных изменений. Поэтому отходы, образующиеся при изготовлении деталей из ПП, а также сами детали по окончании срока эксплуатации могут быть повторно использованы в смеси с исходным материалом для получения новых деталей.

      Из всего сказанного выше следует, что вторичное ПО-сырьё следует подвергать модификации с целью улучшения качества и повышения срока службы изделий из него.

 

 

 

 

 

2. Технология переработки вторичного полиолефинового сырья в гранулят

      Для превращения  отходов термопластов в сырьё, пригодное для последующей переработки в изделия, необходима его предварительная обработка. Выбор способа предварительной обработки зависит в основном от источника образования отходов и степени их загрязнённости. Так, однородные отходы производства и переработки ПЭНП обычно перерабатывают на месте их образования, для чего требуется незначительная предварительная обработка  – главным образом, измельчение и грануляция.

      Отходы в виде вышедших из употребления изделий требуют более основательной  подготовки.  Предварительная обработка отходов сельскохозяйственной полиэтиленовой плёнки, мешков из-под удобрений, отходов из других компактных источников, а также смешанных отходов включает следующие этапы: сортировка (грубая) и идентификация (для смешанных отходов), измельчение, разделение смешанных отходов, мойка, сушка. После этого материал подвергают грануляции.

      Предварительная сортировка предусматривает грубое разделение отходов по различным признакам: цвету, габаритам, форме и, если это нужно и возможно, по видам пластмасс. Предварительную сортировку производят, как правило, вручную на столах или ленточных конвейерах;  при сортировке одновременно удаляют из отходов различные посторонние предметы и включения.

      Разделение смешанных (бытовых) отходов термопластов по видам проводят следующими основными способами: флотационным разделением в тяжёлых средах, аэросепарацией, электросепарацией, химическими методами и методами глубокого охлаждения. Наибольшее распространение получил метод флотации, который позволяет разделять смеси таких промышленных термопластов, как ПЭ, ПП,  ПС и ПВХ. Разделение пластмасс производится при добавлении в воду поверхностно-активных  веществ, которые  избирательно изменяют их гидрофильные свойства.

      В некоторых  случаях эффективным способом разделения полимеров может оказаться растворение их в общем растворителе или в смеси растворителей. Обрабатывая раствор паром,  выделяют ПВХ,  ПС и смесь полиолефинов; чистота продуктов – не менее 96 %.

      Методы  флотации и разделения в тяжёлых  средах являются наиболее эффективными и экономически целесообразными из всех перечисленных выше.

      Вышедшие из употребления  ПО-отходы с содержанием посторонних  примесей не более 5 % со склада сырья поступают на узел сортировки отходов 1, в процессе которой из них удаляют случайные инородные включения и выбраковывают сильно загрязнённые куски. Отходы, прошедшие сортировку, измельчают в ножевых дробилках 2 мокрого или сухого измельчения до получения рыхлой массы с размером частиц 2…9 мм.

Схема вторичной  переработки полиолефинов в гранулы 

      Производительность  измельчительного устройства определяется  не только его конструкцией, числом  и длиной ножей, частотой вращения  ротора, но и видом отходов.  Так, самая низкая производительность  при переработке отходов пенопластов,  которые занимают очень большой  объём и которые трудно компактно  загрузить. Более высокая производительность  достигается при переработке  отходов плёнок, волокон, выдувных  изделий.          

      Для   всех  ножевых дробилок  характерной   особенностью является повышенный  шум, который связан со спецификой  процесса измельчения вторичных полимерных материалов. Для снижения уровня шума измельчитель вместе с двигателем и вентилятором заключают в шумозащитный кожух,  который может выполняться разъёмным и иметь специальные окна с заслонками для загрузки измельчаемого материала.

      Измельчение  – очень важный этап подготовки  отходов к переработке, так  как степень измельчения определяет  объёмную плотность, сыпучесть  и размеры частиц получаемого  продукта. Регулирование степени  измельчения  позволяет механизировать  процесс переработки, повысить  качество материала за счёт  усреднения его технологических  характеристик,    сократить  продолжительность других технологических  операций,  упростить конструкцию  перерабатывающего оборудования.

      Весьма  перспективным способом измельчения  является криогенный, который позволяет  получать порошки из отходов  со степенью дисперсности 0,5…2  мм. Использование порошковой технологии имеет ряд преимуществ: снижение продолжительности смешения; сокращение расхода энергии и затрат рабочего времени на текущее обслуживание смесителей; лучшее распределение компонентов в смеси; уменьшение деструкции макромолекул и др.

     Из известных методов получения порошкообразных полимерных материалов, используемых в химической технологии, для измельчения отходов термопластов наиболее приемлемым является способ механического измельчения. Механическое измельчение можно осуществлять двумя путями: криогенным способом (измельчение в среде жидкого азота или другого хладагента и при обычных температурах в среде дезагломерирующих ингредиентов, которые являются менее энергоёмкими.

      Далее измельчённые  отходы подают на отмывку в моечную машину 3. Отмывку ведут в несколько приёмов специальными моющими смесями. Отжатую в центрифуге 4 массу с влажностью 10…15%  подают на окончательное обезвоживание в сушильную установку 5 до остаточного содержания влаги 0,2 %, а затем в гранулятор 6.

Для сушки отходов применяют  сушилки различных типов: полочные, ленточные, ковшевые, с "кипящим" слоем, вихревые и т.д.

       Грануляция  является заключительной стадией  подготовки вторичного сырья  для последующей переработки  в изделия. Эта стадия особенно  важна для ВПЭНП в связи  с его низкой насыпной плотностью  и трудностью транспортирования.  В процессе гранулирования происходит  уплотнение материала, облегчается  его дальнейшая переработка, усредняются  характеристики вторичного сырья,  в результате чего получают материал, который можно перерабатывать на стандартном оборудовании.