О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.

Глава 5. Экологическая характеристика производств

5.4. Экологическая характеристика производства эластомеров

Производство эластомеров (резинотехнических изделий) является одним из наиболее значительных источников вредных выбросов в атмосферу не по количественному, а по качественному составу. Выбросы предприятий по производству резинотехнических изделий отличаются разнообразием по составу и агрегатному состоянию — пары, газы, аэрозоли, твердые вещества. В состав газовоздушных выбросов производства резинотехнических изделий входят такие вредные вещества, как технический углерод (сажа), сера, оксид цинка, фенилнафтиламин (неозон Д), тетраметилтиурамдисульфит (тиурам), а-меркаптобензотиазол (каптакс), бисдисульфид (альтакс), тальк, бензин, ацетон, ацетофенол, акролеин, акрилонитрил, диметиламин, капролактам, сероводород, скипидар, толуол, метанол, бензол, фенол и многие другие соединения.

Сложный состав выделяющихся веществ объясняется большой номенклатурой выпускаемых изделий и соответственно используемых для их изготовления материалов и ингредиентов, а также разнообразием процессов получения резинотехнических изделий. При их изготовлении применяются около 30 видов каучуков, свыше 100 ингредиентов, растворителей и органических добавок.

Практически все технологические операции производства резинотехнических изделий являются источниками выделения вредных веществ. Сюда относятся хранение, растаривание, развешивание, транспортировка материалов, подготовка смесей, формование заготовок, сборка изделий, клеепромазка, пропитка тканей, вулканизация и другие операции.

Резинотехнические изделия изготавливают разными способами: сборкой из отдельных заранее подготовленных деталей или полуфабрикатов с последующей вулканизацией; формованием с одновременной или последующей вулканизацией; литьем резиновой смеси в форму методом инжектирования с последующей вулканизацией. Заготовка деталей осуществляется формованием методом шприцевания или каландрования резиновых смесей. Эти операции сопровождаются нагревом резиновой смеси, при котором из нее выделяются различные газы, а также пыль талька, мела и каолина.

Клеепромазка, пропитка тканей, а также процессы склеивания деталей при сборке резиновых изделий сопровождаются выделением в атмосферу различных растворителей, например бензина БР-1 или БР-2, этилацетата.

На предприятиях резинотехнических изделий, как правило, используется горячая вулканизация при температуре 140 — 170 °С и повышенном давлении. Если при проведении предыдущих технологических операций выделение вредных веществ в атмосферу происходит равномерно по времени, то при вулканизации они выделяются неравномерно. Максимальное выделение вредных веществ происходит в конце процесса вулканизации при открывании крышки вулканизационного котла или при раскрытии пресс-форм. По мере остывания резиновых изделий выделение вулканизационных газов в значительной мере уменьшается. Количество выделяющихся при остывании изделий вредных веществ и время их выделения прямо пропорциональны массе изделий и площади их поверхности.

Спектр углеводородов, загрязняющих атмосферу, достаточно разнообразен. Значительная доля летучих (свыше 50 %) соединений приходится на ароматические углеводороды (бензол, толуол, стирол и их производные); нормальные и изопарафины (2,5-диметилгексан, додекан, 2,3,5-триметилгексан) и олефины (октен-1, нонен- 1, детен-3 и др.), большинство из которых относится к летучим органическим соединениям (ЛОС).

Для предотвращения загрязнения воздушного бассейна технологическое оборудование производства резинотехнических изделий должно быть герметизировано, оснащено типовыми отсосами и укрытиями. Все источники выбросов оборудуются газопылеочистными установками с необходимой степенью очистки.

Сточные воды производства резинотехнических изделий характеризуются наличием в них взвешенных веществ, растворителей и углеводородов. Как правило, они подвергаются локальной очистке с последующей доочисткой на заводских или общегородских очистных сооружениях.

Резиновые отходы образуются в сфере производства — в процессах изготовления резинотехнических изделий (РТИ), товаров народного потребления, в шинной промышленности и сфере потребления (изношенные покрышки, резиновая обувь и т.п.). Захоронение и уничтожение отходов приводит к загрязнению почвы и атмосферы вторичными поллютантами. Поэтому на современных заводах РТИ предусматриваются участки или цехи по утилизации отходов.

Резиновые невулканизированные и вулканизированные, резинотканевые невулканизированные и вулканизированные, текстильные и резинометаллические отходы являются важнейшими при производстве РТИ.

Резиновые невулканизированные отходы (РНВО) включают в себя резиновые смеси, непригодные для использования по прямому назначению, а также остатки резиновых смесей. Наиболее ценным их компонентом является каучук, содержание которого достигает 90 % и более. По качеству этот вид отходов приближается к исходным резиновым смесям.

Технология переработки РНВО состоит из подготовки отходов к использованию: сортировки и очистки от посторонних включений, обработки очищенных отходов на смесительных вальцах с целью усреднения физико-механических показателей. Разогретая смесь срезается с вальцов калиброванными листами и поступает на заготовительный участок для производства готовой продукции.

Резиновые вулканизированные отходы (РВО) — это отходы производства резиновых смесей на стадиях вулканизации и отделки готовой продукции, а также бракованные изделия. Содержание каучука, химически связанного с другими ингредиентами, в этих отходах достигает почти 50 %.

РВО — ценное вторичное сырье, хотя по качеству отличается от первичного. Его используют при изготовлении товарной резиновой крошки, применяемой на предприятиях как добавка к первичному сырью.

Примерно 20-30 % резинотехнических отходов (среди которых 60% невулканизированных) используют на самих предприятиях для изготовления изделий широкого потребления  (листы кровельные волокнистые; рулонная кровля; плиты для полов в животноводческих помещениях; плиты «Рездор» для покрытия спортивных сооружений; амортизаторы для железнодорожных шпал; техническая пластина; упаковочные кольца;  детали сантехнического оборудования; запасные части к автомобилям: тормозной башмак, брызговики, фартук защитный, уплотнитель для передних крыльев, защитные кожухи, коврики; накладки для лыж; резиновые ведра; шинки для детских колясок, велосипедов, хозяйственных сумок и т. д.).

Утратившие свою потребительскую ценность изделия из вулканизированной упругой и эластичной резины обрабатывают с получение пластичного продукта – регенерата, пригодного для использования в сырьевых резиновых смесях производств резинотехнических изделий. При регенерации автомобильных покрышек среднего размера может быть возвращено около 10 кг каучукового вещества. В настоящее время объём переработки изношенных покрышек составляет около 50 % от возможного их сбора.

Следует отметить, что не все изношенные резиновые изделия могут быть использованы для производства регенерата. Так, непригодными для регенерации являются изделия, утратившие эластичность и ставшие хрупкими в результате старения резины, изделия с низким содержанием каучукового вещества, а также изделия, приготовленные из одного регенерата и др. Вместе с тем в последние десятилетия как в России, так и за рубежом производство и потребление регенерата по ряду причин (резкое повышение требований к качеству регенерата, увеличение затрат на его производство и др.) непрерывно сокращается.

Металлосодержащие отходы регенератных производств (например, бортовые кольца автопокрышек) могут быть использованы в чёрной металлургии. Из текстильных отходов можно делать плиты для тепловой и звуковой изоляции, набивку для мебели и т.д.

Другим направление переработки резиновых отходов является их размол в крошку. Для такой переработки используют, в частности, автопокрышки больших размеров без металлического корда. Получаемую резиновую крошку можно перерабатывать в различные строительные материалы (битумно-резиновые мастики для антикоррозионной защиты различных сооружений, гидроизоляционные и кровельные рулонные материалы, в которых может содержаться 10-40 % крошки), эффективно использовать в качестве компонента материалов для дорожных покрытий, применять для изготовления химически стойкой тары, некоторых технических материалов и для других целей.

В целом, несмотря на большие масштабы переработки резиновых отходов как в нашей стране, так и за рубежом, ресурсы их продолжают оставаться весьма значительными. Поэтому не прекращаются поиски новых путей их утилизации и переработки. В настоящее время разработано несколько способов переработки изношенных шин с кордом:

1. Низкотемпературная технология утилизации. Результаты экспериментов показали, что дробление при низких температурах значительно улучшает отделение металла и текстиля от резины. Во всех известных установках для охлаждения резины используется жидкий азот. Но сложность его доставки, хранения, высокая стоимость и высокие энергозатраты на его производство являются основными причинами, сдерживающими внедрение низкотемпературной технологии. Для получения температур в диапазоне -80 ⁰С -120 ⁰С более эффективными являются турбохолодильные машины, позволяющие снизить себестоимость получения холода в 3-4 раза. Технология эта пока не внедрена. Разработчик и поставщик оборудования ЗАО «ALMAS ENGINEERIMG» (Москва).

2. Бародеструкционная технология. В настоящее время реализованы и успешно работают 2 перерабатывающих завода: «Астор» (Пермь), ЛПЗ (Лениногорск, Татарстан). Разработчик и поставщик оборудования ГНПП «Корд-экс» (Пермь).

3. Озоновая переработка. Золотая медаль 26-го Международного салона изобретений, прошедшего весной 2000 года в Женеве, присуждена способу озонной переработки изношенных шин, предложенному группой российских учёных и инженеров. Суть технологии — в «продувании» озоном автомобильных покрышек, что приводит к полному их рассыпанию в мелкую крошку с отделением от металлического и текстильного корда. В России созданы две опытные озонные установки, их суммарная производительность — около 4 тыс. тонн резиновой крошки в год.

В значительных масштабах старые автопокрышки используют для ограждения транспортных магистралей и портовых причалов, укрепления береговых откосов, при погрузочно-разгрузочных работах, в рыбоводстве и т.п. Резиновые отходы, не используемые для получения регенерата и размола в крошку, могут быть переработаны методом пиролиза с получением различных продуктов. Такой переработке следует подвергать, например, автомобильные покрышки с металлическим кордом. Так, путем термического разложения резиновых отходов без доступа воздуха при 400-450 °С может быть получено резиновое масло, которое можно использовать в качестве мягчителя в регенератном производстве и в резиновых смесях.

В результате пиролиза измельчённых автомобильных шин при 593-815 °С получают жидкие углеводороды, используемые в качестве топлива и твердый остаток, который можно использовать вместо сажи для производства резиновых технических изделий.

При двухстадийном высокотемпературном (900-1200 °С) пиролизе автомобильных покрышек можно получать сажу для нужд резиновой промышленности, шинный кокс с высокой адсорбционной способностью (в частности, по ионам тяжелых металлов при их извлечении из промышленных сточных вод), горючий газ и сырье для черной металлургии.

Процессу пиролиза отходов, содержащих органические материалы, в настоящее время уделяется большое внимание за рубежом, где работают полупромышленные и промышленные установки относительно небольшой мощности. Ведутся исследования этого процесса и в нашей стране.