УДК 691.175

МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

METHODS FOR DISPOSAL MACHINE PARTS MADE OF THERMOPLASTIC MATERIALS

 

Арчаков Б.М. (Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, РФ)

Archakov B.M. (Moscow automobile and road construction state technical university (MADI))

 

Проведен анализ различных методов утилизации деталей машин изготовленных из термопластичных материалов. Рассмотрены преимущества и недостатки захоронения, термических, физико-химических и биологических методов утилизации термопластов.

The analysis of various methods of disposal machine parts made of thermoplastic materials. The advantages and disadvantages of disposal, thermal, physical, chemical and biological methods of disposal of thermoplastics are considered.

 

Ключевые слова: термопластичные материалы, полимерные материалы, утилизация, переработка

Key words: thermoplastic materials, polymer materials, disposal, recycling

 

Детали из термопластичных материалов (термопластов) широко используются в современном автомобиле- и машиностроении [1]. Из них изготавливают крупногабаритные изделия с большой массой (бамперы, панель приборов, каркасы облицовки крыши и дверей кузова, сиденья и др.), а также многочисленные сравнительно небольшие детали автомобиля (расходные бачки рабочих жидкостей, ручки, декоративные накладки, детали электронного оборудования и т.д.). Безопасная утилизация деталей машин из термопластичных материалов имеет большое значение, позволяя снизить нагрузку на окружающую среду.

Существующие методы утилизации деталей машин из термопластичных материалов, можно условно разделить на следующие группы [2-4]:

- захоронение;

- термические методы;

- физико-химические методы;

- биологические методы.

Рассмотрим каждый из способов утилизации, их достоинства и недостатки (табл. 1) [2-6].

Захоронение мусора – это размещение отходов в море, под землей или на земле, на участках, соответствующих требованиям санитарных норм. Изделия из термопластичных материалов рекомендуется захоранивать на земле или под землей (со сбором биогаза).

 

Таблица 1 – Сравнительный анализ методов утилизации деталей из термопластичных материалов

Наименование группы методов

Достоинства

Недостатки

Захоронение

- Дешевизна.

- Низкая трудоемкость

- Увеличение территорий, под организацию свалок.

- Неотсортированные отходы в процессе разложения выделяют вредные вещества.

Термические

- Возможность рекуперации (возвращения, полезного использования) образующегося тепла.

- Снижение риска загрязнения отходами почв и грунтовых вод.

- Сокращение объема отходов более чем в 10 раз, массы - в 3 раза.

- Большинство отходов термопластов можно термически утилизировать без предварительной подготовки, сортировки, сушки.

- Тяжелые металлы, содержащиеся в отходах, фиксируются в коксовом остатке.

- Опасность загрязнения атмосферы вредными выбросами.

- Сложность и дороговизна оборудования, дефицит запчастей.

- Высокие эксплуатационные затраты на содержание оборудования.

 

Физико-химические

- Относительно низкое энергопотребление.

- Снижение риска загрязнения отходами почв и грунтовых вод.

- Возможность отделить компоненты для вторичного использования.

- Дороговизна и сложность технологического процесса.

- Необходимость подбора реагентов для каждого вида связующего.

Биологические

- Наиболее экологически безопасный.

- Дополнительные затраты на введение биологически активного наполнителя.

- Необходимость утилизации на биополигонах и создания благоприятных условий.

 

Термические методы предусматривают тепловое воздействие на отходы, которое приводит к изменению их первоначального состава. Наиболее распространенными термическими методами является сжигание, пиролиз и газификация.

Сжигание – это наиболее распространенный, технически отработанный, традиционный способ уничтожения отходов, применяемый еще с конца 19 века. Процесс сжигания осуществляется на мусоросжигательных заводах (МСЗ), которые имеют паровые или водогрейные котлы со специальными топками.

Пиролизом называется процесс термического разложения органической части отходов при отсутствии или недостатке кислорода. Процесс сопровождается деструкцией органических соединений и вторичными процессами, например, полимеризации, изомеризации, конденсации. Пиролиз проводится в специальных реакторах, представляющих собой вертикальную шахтную печь. Количество отходящих газов, выделяющихся при пиролизе и подвергаемых очистке, намного меньше, чем при прямом сжигании отходов. Кроме того, дымовые газы меньше загрязнены летучей золой и сажей, чем при прямом сжигании отходов, что позволяет упростить схему очистки.

Газификация – процесс, близкий пиролизу. Газификацией называется термохимический высокотемпературный процесс взаимодействия органической массы отходов с газифицирующими агентами (воздухом, кислородом, водяным паром, диоксидом углерода или их смесями). В результате переработки получается горючий газ, смола и шлак. Благодаря ему снижается количество вредных выбросов в атмосферу. Полученный при газификации газ можно использовать в качестве источника энергии.

Основными физико-химическими методами являются: термокатализ, сольволиз и FBP-метод.

Термокатализ превращает полимерные отходы в жидкое топливо. Процесс утилизации тяжелых нефтяных остатков, бывших в употреблении шин, пластмасс и лигнина в компоненты жидкого топлива с использованием катализатора разового действия на основе шламов некоторых металлургических производств.

Понятие сольволиз объединяет различные способы деполимеризации (метанолиз, гидролиз, ацидолиз, гликолиз, алкоголиз). Как правило, на первой стадии измельченный полимер обрабатывается гидрооксидами металлов, получают этиленгликоль и соли металлов терефталевой кислоты. Потом массу нагревают до 200-300°С и испаряют этиленгликоль. Соли металлов терефталевой кислоты выделяют и очищают при 105°С. Преимуществом данного метода является получение термостабильных солей без загрязнения и ценного мономера с меньшей стоимостью и высокой чистотой.

Fluidizedbedprocess (FBP-метод) – представляет собой окисление в псевдоожиженном слое. Сущность технологии заключается в следующем. В ванну с твердым дисперсным наполнителем, например песком, помещают утилизируемый армированный ПКМ, а затем подают горячий газ (нагретый до температуры 450-550°С), обогащенный кислородом. Нагретый газ проходит через слой песка, который окисляет полимерное связующее, затем горячий воздушный поток уносит волокна и продукты окисления полимерного связующего из зоны реакции. Волокна в циклоне отделяются от продуктов окисления полимерного связующего. Недоокисленные соединения полимерного связующего полностью окисляются в камере сгорания. С помощью данного процесса можно справиться с различными загрязнителями ПКМ – любые органические материалы (краски, пены) окисляются, а металлы (металлическая проволока, крепеж и вставки) остаются в псевдоожиженном слое.

Биологический метод (биодеградация, биоразложение) – микробиологическое разложение в почве непосредственно в местах утилизации [5-6]. Этот процесс, вызванный биологической деятельностью, который приводит к получению натуральных конечных продуктов обмена веществ при изменении химической структуры материала.

Но, несмотря на многообразие методов утилизации, основным способом обращения с отходами термопластов должно стать их повторное использование, выполняющее при производстве изделий из пластмасс такую же роль, какую играет металлолом в металлургии.

 

Список использованных источников

1.       Баурова Н. И., Зорин В. А. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин: учеб. пособие. М.: МАДИ, 2016. 264 с.

2.       Баурова Н.И., Трунилина А.В. Методы утилизации деталей машин, изготовленных из полимерных композиционных материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2017. № 4. С. 7-10.

3.       http://www.recycling.nm.ru/recycl01.html

4.       Примеров О.С., Макеев П.В., Клинков А.С. Обзор методов переработки отходов полимерных материалов и анализ рынка вторичного сырья // Молодой ученый. 2013. №6. С. 121-123.

5.       Трунилина А.В., Баурова Н.И. Полимерные композиты со свойствами биодеградации // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2019. № 1. С. 9-13.

6.       Трунилина А.В., Баурова Н.И. Исследование прочностных характеристик композиционных материалов, обладающих свойством биодеградации // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2018. № 27. С. 48-51.