Главная/ ЖКХ/ (страница 102)/

Материалы БИТРЭК – эффективное решение экологической проблемы масштабной утилизации отходов резины

 Материалы БИТРЭК – эффективное решение экологической проблемы масштабной утилизации отходов резины Концепция устойчивого развития человеческого общества подразумевает гармоничное сочетание человеческой деятельности и природных процессов

   В настоящее время даже в обыденном сознании появляется понимание ущербности привычных взаимоотношений человека с окружающим его миром. Бессистемная и неразумная  человеческая деятельность, сравниваясь по масштабам с природными процессами, откликаясь в природной среде, приводят к несоизмеримым и часто невосполнимым последствиям, потерям и катастрофам. С развитием человеческого общества привычка брать у природы необходимое без адекватной компенсации изъятого становится анахронизмом.

   Концепция устойчивого развития человеческого общества подразумевает гармоничное сочетание человеческой деятельности и природных процессов. Только комплексный учет потерь и вложений, суммарной выгодности, достижение всеобъемлющего охвата решаемых проблем с помощью глубоких научных проработок и сознательное самоограничение в действиях позволит хозяйствующему человечеству сохранить природу и самому сохраниться в ней, развиваясь без кризисов и потрясений. Правильная комплексная оценка экологических проблем, которые создает человек своей производственной и социальной деятельностью, позволит снизить издержки их разрешения и даже получить в итоге, казалось бы неожиданный, полезный и экономически привлекательный результат. Правда, зачастую, уже в другой сфере человеческой деятельности.

   В рамках данного императива, коллективом специалистов различного профиля, состоящего из сотрудников Российской Академии Наук, Государственного Российского Дорожного института и научно-производственной фирмы «Инфотех», был проведен анализ одной из важнейших эколого-экономических проблем, а именно, масштабной утилизации полимерных отходов, и, в частности, многотоннажных отходов резины из изношенных шин и других изделий. Совместными усилиями были проведены исследования по оценке сравнительной эффективности известных способов утилизации и возможностей использования продуктов рециклинга.

   1. В нашей стране ежегодно выходят из строя более 1 миллиона тонн шин и других резино-технических изделий. Кроме этого, образуется большое количество производственных резиновых отходов. Очень много резиновых отходов накоплено в Российской армии. Уровень потребления отходов увеличился за последние 5 лет незначительно и составляет не более 15 процентов от всего сбора, причем рециклингу подвергается всего 2 процента. Прирост объема изношенных шин составляет около 3 процентов  в год, то есть, идет их постоянное накопление. Некоторая часть отходов, особенно из ценных видов резин, годами хранится на складах, остальная часть отходов подвергается, в лучшем случае, захоронению или сжигается, нанося тем самым значительный и долговременный ущерб окружающей среде.

   Экологическая проблема утилизации изношенных автомобильных шин остро стоит в большинстве развитых стран мира, в частности, в Германии, Японии, США, где ежегодный объем старых шин, подлежащих утилизации, составляет миллионы тонн. Проблема экономически эффективной переработки изношенных шин и утильных РТИ полностью не решена ни в одной стране, хотя самой этой проблеме -  уже более полувека.

   Измельчение отходов резины признается самым простым и рациональным способом переработки, поскольку позволяет максимально сохранить физико-механические и химические свойства материала. Однако, именно конечная стадия использования полученной крошки и является камнем преткновения экономически эффективного решения проблемы полного рециклинга резиновых отходов.

   В индустриально развитых странах существует государственное финансирование, приняты законы, стимулирующие переработку и использование продуктов рециклинга резины, осуществляются различные дотационные схемы. Как пример грамотного подхода к решению проблемы, в ЕЭС принята программа запрещения к 2005 году захоронения изношенных шин при государственной поддержке проектов их эффективной утилизации.

   В нашей стране основным инициатором решения проблемы также является государство, однако бюджетное финансирование, со всеми его ограничениями и трудностями, не способствует осуществлению высокорентабельных проектов.

   2. С другой стороны, в России для нужд строительной индустрии производятся миллионы тонн нефтяных битумов. Из-за отсутствия однородного сырья для их производства, устаревшего оборудования, повсеместных нарушений норм технологического процесса в большинстве своем они не соответствуют современным требованиям к вяжущим и герметизирующим материалам для строительной, дорожной и жилищно-коммунальной отраслей. Фактически, при явной топливной направленности отечественной нефтепереработки, выпускаемые по неизменному остаточному принципу битумные вяжущие материалы являются отходами нефтепереработки. Помимо этого, в условиях происходящего за последние годы резкого увеличения автотранспортных, климатических и техногенных нагрузок, наблюдается исчерпание возможностей окисленных битумов, как вяжущих материалов, которые традиционно и наиболее широко используются в составе асфальтобетонов для дорожных покрытий.

   Обычно дорожные битумы имеют интервал пластичности как правило не выше 60-65°С, что явно недостаточно для устройства верхних слоев покрытий в климатических условиях большинства регионов России. Кроме этого, у вязких дорожных битумов практически отсутствуют упругие свойства, от которых зависит устойчивость композиционных материалов, каковым является асфальтобетон, к разрушению под действием циклической нагрузки. Поэтому битумные вяжущие принципиально требуют модификации и улучшения физико-механических свойств, поскольку по самой своей природе не могут обеспечить необходимую стойкость асфальтобетонных покрытий дорог в условиях увеличивающихся транспортных нагрузок.

   Битумные материалы относятся к группе нефтяных дисперсных систем и являются коллоидными системами, в которых силовыми центрами коллоидных частиц служат парамагнитные молекулы, сольватными оболочками крупные молекулы смол, ароматических углеводов и гетеросоединений. Коллоидные частицы распределены в среде из парафинонафтеновых углеводородов. Свойства битумов зависят как от стабильности коллоидных частиц во времени, так и от размеров коллоидных частиц, силового взаимодействия их внешних сольватных слоев. Последние зависят от количества и молекулярного состава среды. Лучшими битумами считаются такие, в которых свободных молекул среды мало, а большая часть входит в состав периферийных сольватных слоев коллоидных частиц, имеющих компактные высокоэнергетичные силовые центры. Их получают по прямогонным вакуумным технологиям при невысоких температурах, они наиболее устойчивы к старению и стабильны во времени.

   В России, в силу сложившихся обстоятельств, широко развилась технология получения битумов по методу барботажного окисления (окислительного дегидрирования). При этом смешанные остатки (отходы) различных процессов переработки нефти переводятся в более твердый продукт (битум) за счет того, что из части углеводородных молекул кислород воздуха вырывает водород с образованием свободных радикалов и паров воды. Если окисление вести в мягких условиях, то процесс продолжается длительное время, а возникающие при этом новые коллоидные частицы почти такие же, как и в остаточных битумах. Однако на нефтеперерабатывающих заводах температуру и скорость подачи воздуха поднимают до возможного предела, чтобы сократить время процесса до 4–6 часов при относительном сохранении нормируемых паспортом физико-механических свойств битума. В этих условиях резко ускоряется конденсация графитоподобных  образований – зародышей последующей кристаллизации, и у таких «выжатых» окисленных битумов сильно уменьшена стабильность свойств и устойчивость к старению.     Уменьшается устойчивость к воздействию воды, снижаются адгезионные свойства. Поэтому важнейшей задачей модификации таких битумов становится исправление не только физико-механических, но и химических свойств.

   Одним из важнейших направлений повышения долговечности и качества таких материалов стало введение в их состав различного рода добавок, позволяющих улучшить присущие битумам свойства и модифицировать их в необходимом для практики направлении. Наиболее распространенным способом улучшения пластоэластических свойств битумных материалов в настоящее время является их модификация с помощью каучуков и термоэластопластов (блоксополимеров стирольного ряда, в основном СБС-типа).

   Повышение качества и долговечности дорожных вяжущих материалов, герметиков и мастик, применяемых для строительства и ремонта автомобильных мостов и аэродромных покрытий, гидроизоляции сооружений и транспортных конструкций, защите подземных стальных трубопроводов и металлоконструкций, а также при проведении кровельных работ, является одним из наиболее эффективных путей продления сроков службы объектов и сокращения затрат материальных, энергетических и трудовых ресурсов на их ремонт и содержание.

   Особенно актуальным является использование модифицированных битумных материалов повышенного качества при строительстве и ремонте дорог с асфальтобетонными покрытиями в районах с суровым континентальным климатом и низкими зимними температурами.

  3. Логичным выводом из рассмотренных фактов была бы попытка решать проблемы рециклирования резины и улучшения качества битумных вяжущих совместно, в увязке друг с другом.

   Известно, что на протяжении более сотни лет предпринимались многочисленные усилия чтобы объединить резину с битумами и асфальтами с целью ее утилизации и придания вяжущим материалам резиноподобных свойств. Были разработано множество технологических схем прямого введения резины в асфальтобетонные смеси, использования резиновой крошки как наполнителя в дорожно-строительных материалах. Были построены сотни экспериментальных участков дорог, покрытий мостов и аэродромов, которые вначале показывали чудесные характеристики. Однако затем происходило медленное разбухание частиц резины, запертых в структуре асфальта. Покрытия при таких внутренних нагрузках разуплотнялись и быстро разрушались. Никак не связанные резиновые частицы  выкрашивалась из асфальтов и, практически в неизменном виде, разносились ветром, загрязняя окрестности.

   В методах, основанных на разложении и девулканизации резины в битумах при высоких температурах происходил выброс токсичных веществ, содержащихся в резине и образующихся в процессе. Одновременно низкомолекулярные каучуковые фрагменты пластифицировали битум, понижая и без того низкие сдвиговые показатели и адгезию. Кроме того, мелкодисперсная сажа из резины, попадая в битум, становилась дополнительным источником центров кристаллизации, резко понижая стабильность вяжущих и устойчивость к старению под действием факторов окружающей среды.

   По тем же причинам не оправдали себя и способы введения в битумы ультрадисперсных резиновых порошков с сильно развитой и модифицированной поверхностью. При введении таких высокоактивных добавок существенно изменялись привычные приемы обращения с битумными вяжущими, например резко сокращался их срок хранения. Кроме этого, благодаря сложным и малоэффективным методам получения, такие субмикронные порошки имеют очень высокую стоимость.

   Таким образом, более чем вековой отрицательный опыт применения резиновых отходов в дорожном строительстве скомпрометировал в глазах специалистов-дорожников саму идею использования резины (вулканизированного каучука) в дорожных материалах.

   Очевидно, что ключевым звеном, позволяющим состыковать отдельные части означенной комплексной проблемы и решить поставленные задачи, должна стать технология соединения отходов резины с нефтяными битумами, учитывающая всю сложность и химизм происходящих процессов как в самих вяжущих, так и в конечных продуктах, – асфальтобетонных дорожных покрытиях при их устройстве и эксплуатации. Причем решать задачу нужно исходя из необходимых и достаточных параметров покрытий дорог, а не из эмпирических представлений о полезности резины в битуме. В результате применения такой технологии должны быть сконструированы и получены вяжущие материалы, которые должны заметно и, главное, долговременно улучшать асфальтобетонные покрытия дорог. И основное внимание должно быть уделено улучшению свойств отечественных низкокачественных окисленных битумов. Только в таком случае возможно экономически и технически эффективное решение проблемы утилизации отходов резины.

   Анализ полученных нами данных показал, что по комплексу параметров наибольшими потенциальными возможностями для улучшения свойств битумных вяжущих, обладает крошка из резин общего назначения, в том числе шинная.

    При этом полностью снимается проблема с сырьем, поскольку производство каучуков и полимеров в основном монополизировано, в то время как производство резиновой крошки не имеет этих ограничений. Имеющееся оборудование по производству резиновой крошки легко может быть развернуто при наличии на нее заметного спроса.

   Резина, являясь эластомерным материалом с уникальным комплексом свойств, представляет собой особо многотоннажный продукт химической технологии, один из конечных продуктов цепочки переработки нефти и газа, который широко используется в различных отраслях жизни. Масштабы производства резиновых изделий чрезвычайно велики, и также велики масштабы образующихся резиновых отходов. Сокращения производства резины в ближайшем будущем не предвидится. Поэтому отходы резины являются практически неисчерпаемым источником качественного эластомерного сырья для улучшения свойств вяжущих.

   Резина, по сравнению с каучуками, намного более устойчива к окислительному воздействию кислорода -  воздуха. Она отличается высокой устойчивостью к воде и солевым растворам. Кроме этого, важной особенностью резиновой крошки, особенно шинной, является присутствие в ее составе специальных химических веществ  - антиоксидантов и антистарителей. Их присутствие сможет обеспечить повышение устойчивости вяжущего материала к окислительной деградации в условиях эксплуатации. Замедлит процессы старения при эксплуатационных температурах и в условиях нагрева до высокой технологической температуры.

 

по материалам НПГ «ИНФОТЕХ»
30 ноября 2004



Хотите узнать больше? Найти все про Материалы БИТРЭК – эффективное решение экологической проблемы масштабной утилизации отходов резины


Также в этой рубрике:
 
Материалы БИТРЭК – эффективное решение экологической проблемы масштабной утилизации отходов резины
Продолжение
По счетам платить придется. Только когда?
Ненецкий автономный округ: предприятие объединенных котельных и тепловых сетей Нарьян-Мара должно в бюджеты разных уровней почти 14 миллионов рублей
 

i-Stroy.ru - строительный информационно-аналитический интернет журнал, Все права защищены и охраняются законом. © 2000-2021 ЗАО «ДОМКОМ.РУ»
Президент РФ
Государственная Дума РФ
Правительство РФ
 
 
Москва
Область
Регионы
 
Законодательство
 
Словарь

По теме

Популярное




Экспертный Совет при Комитете Государственной Думы РФ
Законопроекты
Это интересно
Недвижимость
ЖКХ
Ипотека
Мир Новосела



 

(495)925-35-25