REUTILIZAREA SI RECICLAREA DEŞEURILOR DIN CAUCIUC

Dezvoltarea continuă a utilizării produselor de cauciuc în toate domeniile şi, implicit, a industriei de prelucrare a cauciucului impune cu stringenţă reciclarea elastomerilor din produsele vulcanizate scoase din uz, de tipul anvelope, camere de aer şi articole tehnice. Principalele direcţii de valorificare a produselor uzate şi a deşeurilor din cauciuc, grupate în ordine descrescătoare a eficienţei tehnice a procedeului sunt:

• Reutilizarea produselor uzate din cauciuc în aceeaşi calitate ca şi produsul iniţial, prin reparare şi reşapare;

• Reutilizarea pentru alte produse din cauciuc;• Reciclarea ca material ce se reintroduce în compoziţii de elastomeri ca

regenerat sau pudreta de cauciuc vulcanizat;• Utilizarea ca sursă de diverse materii prime, cum ar fi negru de fum sau

uleiuri obţinute prin piroliză;• Utilizarea în calitate de combustibil pentru obţinerea energiei termice,

la fabricarea cimentului sau în siderurgie;• Reutilizarea ca agenţi de modificare pentru diverse materiale, folosite

în special în domeniul construcţiilor de drumuri.

Între produsele de cauciuc, pneurile ocupă pe departe ponderea cea mai mare, ceea ce explică şi atenţia acordată reintroducerii pneurilor uzate în circuitul economic, concomitent cu evitarea poluării.Deoarece producţia mondială de anvelope totalizează peste 800 milioane anual, potenţialul pentru reciclarea milioanelor de anvelope vechi este în mod clar foarte important. Procesul de vulcanizare face posibilă execuţia de anvelope de înaltă calitate care sunt foarte puternice şi rezistente la uzură şi, în termeni tehnici prin legături încrucişate ale lanţurilor de hidrocarburi care formează cauciucul conduc la realizarea unei reţele tridimensionale elastice. Sulfurile care rezulta din acest proces nu pot fi îndepărtate, şi încercările de a le modifica structura prin vulcanizare s-au dovedit dificile, costisitoare, şi mari consumatoare de energie. S-a continuat cercetarea şi dezvoltarea, astfel încât au apărut numeroase tehnici care promit creşterea ponderii materialului reciclabil care poate fi folosit în execuţia de noi anvelope.

O anvelopă este compusă din: cauciuc sintetic; cauciuc natural; sulf şi compuşi ai sulfului; uleiuri: aromatice, naftenice, parafinice; fibre: poliester, nailon; coloranţi: oxid de zinc, dioxid de titan; acizi graşi; materiale inerte; oţel; negru de fum.

Elasticitatea carcasei anvelopei, foarte importantă din punct de vedere al utilizării eficiente pe autovehicul, prezintă dificultăţi procesului mecanic care va fi folosit în separarea ţesăturilor de oţel şi materiale textile de cauciuc.

Anvelopele uzate, după îndeplinirea duratei de exploatare, în funcţie de condiţiile de uzură, pot fi valorificate cel mai eficient prin procedee de reparare şi reşapare. Întrucât nu toate anvelopele uzate sunt reşapabile şi numărul de reşapări posibile este foarte limitat în funcţie de tipodimensiuni (1÷3 reşapări), în final toate anvelopele produse intră în categoria anvelope uzate nereşapabile.

Pentru anvelopele uzate cu inserţie textilă există posibilitatea valorificării prin transformare în cauciuc regenerat şi reutilizarea acestuia în compoziţii de elastomeri.

Problema valorificării anvelopelor cu cord metalic (nereparabile şi nereşapabile) nu poate fi considerată rezolvată în prezent, nici pe plan mondial neexistând o soluţie unică general acceptată şi de extindere, cu avantaje tehnice şi economice. În lume s-au adoptat însă diverse variante de valorificare dintre care amintim: măcinare (la temperatura ambiantă, criogenică sau prin procedeul umed) cu transformare în pudretă, piroliză, transformare în energie termică, utilizarea în industria metalurgică.

Inventarierea anvelopelor uzate

Depozite private Depozita ilegale

Curăţare

Staţie de transfer / depozit Export

Dirijare

ReciclareÎngroparea unor mici

cantităţi

RECUPERAREA ENERGIEI

ElectrocentraleFabrici de anvelope Fabrici de cimentFabrici de hârtieCazane Piroliză

UTILIZARI ALE ANVELOPELOR INTREGI

ConstrucţiiControlul eroziuniiStăvilare / diguriEchipamente pentru terenuri de sport

UTILIZARI ALE ANVELOPELOR MĂRUNŢITE

Acoperirea terenurilor de sport

Obţinerea de energieFundaţiile şoselelorTratarea apelor uzate

Mărunţire

UTILIZARI ALE CAUCIUCULUI GRANULAT

Compozitia asfaltuluiPiste de atletismTreceri peste calea ferată / traverseCovoraşe din cauciuc

Granulare / fărâmiţare

Automobil

Anvelopă nouă

Vânzarea anvelopelor uzate Reşapare

Anvelopă reşapată

Selectarea anvelopelor uzate

ANVELOPE NOI

RULAJ NATURAL

SELECŢIE

ANVELOPE NEREŞPABILE

REŞPARE

ANVELOPE CORD TEXTIL

ANVELOPE CU INSERŢIE METALICA

REGENERARE PRESECŢIONARE

MĂCINARE PIROLIZA ENERGIE

TERMICĂ

SIDERURGIE CIMENTCAUCIUC

REGENERAT

pudretă grosieră

metal

Amestec dehidrocarburigazoase şi lichide

Deşeu solid

abur

Energieelectrică

cocs ciment

Colectarea şi recuperarea materialelor refolosibile din cauciuc în vederea reşapării sau

regenerăriiMaterialele refolosibile din cauciuc care intră în

obligaţiile de colectare de la întreprinderi şi de la populaţie sunt compuse în general din anvelope şi camere de aer uzate sau sparte.

Materialele refolosibile provenite din reziduuri industriale în întreprinderile de fabricaţie a produselor, obiectelor şi articolelor din cauciuc au caracterul de materiale circulante pentru care există normative de recuperare cu circuit închis.

Celelalte anvelope care nu îndeplinesc condiţiile de acceptare pentru reşapare sau regenerare, camerele de aer care nu mai pot sau nu mai merită să fie reparate cât şi alte obiecte din cauciuc de la populaţie se predau la greutate pentru retopire, fără alte condiţii speciale.

Prin reşapare se înţelege procesul tehnologic de aplicare a unei benzi de rulare noi pe o coroană de anvelopă uzată pregătită în prealabil, urmată de vulcanizare, prin care se reface parţial potenţialul de rulaj al anvelopei.

Regenerarea este unul din cele mai vechi procedee tehnice de recuperare a produselor uzate din cauciuc, aplicat de peste 100 de ani. Tehnologiile de regenerare au fost permanent îmbunătăţite, în prezent larg răspândit fiind procedeul termo - mecanic. În general, regenerarea se aplică pentru anvelopele uzate cu inserţie textilă, dar în mod evident în situaţia existenţei unor procedee tehnologice de măcinare eficiente tehnic şi economic, se poate obţine cauciuc regenerat şi din anvelope uzate cu inserţie metalică. Avantajele utilizării cauciucului regenerat sunt atât economice (preţul uzual reprezintă 20÷30% din valoarea elastomerului original), cât şi tehnologice (îmbunătăţirea prelucrabilităţii, curgerii, stabilităţii dimensionale la profilare, reducerea fenomenului de extrudare). Totuşi, dezvoltarea producţiei de anvelope radiale a limitat drastic posibilităţile de reutilizare a cauciucului regenerat, în ultimii ani constatându-se o reducere a producţiei de regenerat pe plan mondial.

O alternativă posibilă pentru obţinerea unui cauciuc regenerat cu proprietăţi superioare, mult studiată în perioada ultimilor ani, este de-vulcanizarea chimică reală. Prin acest procedeu, catenele polimerice rămân intacte şi se realizează scindarea preferenţială a legăturilor transversale cu sulf din vulcanizate. Cercetările efectuate până în prezent pe plan mondial nu au condus la rezolvarea problemei, dar în principal de-vulcanizarea ar permite revenirea la un material elastomeric, care ar păstra intacte majoritatea proprietăţilor compoziţiei de cauciuc iniţiale.

Producţia de energie termicăProducţia de energie termică prin combustia anvelopelor

uzate se bazează pe puterea calorifică a anvelopelor uzate de 33,6 MJ/kg, fată de valori de 54,6÷58,8 MJ/kg pentru combustibilul lichid şi de 25,2÷29,4 MJ/kg pentru cărbune. Instalaţiile moderne de combustie a anvelopelor uzate asigură o combustie completă a anvelopelor, sunt nepoluante şi asigură o combustie completă a anvelopelor, sunt nepoluante şi asigură o producţie de abur şi, în continuare (dacă nu există consum local de abur), în energie electrică.

Bilanţul economic al producţiei de abur prin combustia anvelopelor depinde de capacitatea şi de tipul agregatelor şi de randamentul de combustie. La nivelul anului 1997 se estima în SUA costul energiei electrice provenind din anvelope uzate la 0,464 $/GJ faţă de 0,332 $/GJ pentru cea provenită din cărbune. În Germania, pentru aceeaşi perioadă, costul unei tone de abur obţinut din anvelope uzate era de 3,3 $ faţă de 2,9÷3,3 $ pentru păcură şi de 2,75 $ pentru cărbune.

În instalaţiile energetice alimentate cu anvelope uzate trebuie prevăzută epurarea corespunzătoare a gazelor evacuate la coş.

Industria cimentuluiUtilizarea anvelopelor uzate în industria cimentului

reprezintă o alternativă avantajoasă de substituţie parţială a combustibililor clasici (cărbune, păcură), ţinând cont de faptul că fabricarea cimentului este un procedeu mare consumator de energie. În prezent, pe plan mondial marea majoritate a fabricilor de ciment folosesc cel puţin parţial anvelope uzate ca sursă de energie. Singura problemă reală care apare la combustia în cuptoare este dificultatea asigurarea unei etanşări corespunzătoare a sistemului de alimentare cu anvelope uzate (secţionate sau întregi) pentru evitarea accesului aerului în exces. Cenuşa rămasă prin combustia anvelopelor este practic neglijabilă şi unicul efect este o oarecare intensificare a culorii cimentului. Nu sunt semnalate degajări de gaze periculoase, sulful, carbonul şi alte substanţe prezente în anvelope fiind complet oxidate şi, deci, nu sunt poluante din punct de vedere ecologic.

Problema de bază care limitează utilizarea anvelopelor uzate în industria cimentului este legată de dificultăţile de aprovizionare, determinate de cantităţile foarte mari de combustibili necesare.

Măcinarea anvelopelor uzate se poate realiza prin mai multe procedee, măcinare la temperatura ambiantă, măcinare criogenică şi măcinare umedă.

Măcinarea criogenicăPe baza datelor din literatură, principalele avantaje

tehnice ale măcinării criogenice sunt:• Realizarea unei mărunţiri avansate într-un număr mic de

trepte de măcinare, reducându-se proporţia de material recirculat;

• Obţinerea unor particule de dimensiuni mai mici şi cu distribuţii dimensionale mai uniforme;

• Eliminarea posibilităţilor de degradare termică a materialului;

• Mărunţirea unor materiale ce nu pot fi măcinate eficient prin procedee convenţionale, fiind singura posibilitate de măcinare a anvelopelor cu cord metalic.

În variantele binecunoscute, pneurile sunt tăiate în bucăţi, spălate, mutate apoi în tunelele de pre-răcire unde sunt răcite cu aburi de azot. Sunt transportate apoi în tunelul de bază, unde sunt răcite cu azot lichid. Pentru o productivitate de 1000 kg / h lungimea tunelului de pre-răcire este de 17 m iar cea a tunelului de bază 9 m. Bucăţile de cauciuc sunt îngheţate până devin fragile, sunt măcinate iar apoi sunt separate inserţiile metalice şi textile,(figura 4).

Prin această tehnologie este posibilă realizarea granulelor de cauciuc cu parametri ceruţi şi suprafaţă netedă, care îmbunătăţesc considerabil proprietăţile fizico-chimice şi permite utilizarea în compoziţia mixturilor asfaltice.

Dezavantajele acestei metode pot fi :• în ceea ce priveşte răcirea se va utiliza, ca agent de răcire, azot

lichid cu temperatura de –1960C, acest proces având mari pierderi termodinamice şi cheltuieli de energie. Mai intervin pierderile cauzate de transportul, încărcarea şi golirea cisternelor de transport (30%), ceea ce măreşte preţul produselor obţinute ;

• consumul teoretic de azot lichid necesar pentru îngheţarea pneurilor, ţinând seama de capacitatea de căldură pentru obţinerea aburilor de azot, este 0,5 kg azot / kg pneu. În realitatea imperfecţiunile din cauza schimbului de căldură dintre azot şi pneu, sporeşte cantitatea cu 15÷20% ;

• costul pentru a îngheţa 700 kg/ pneu oră este cuprins între 80÷100 USD.

Cauciucul obţinut este sortat şi grupat în funcţie de granulaţie şi poate fi utilizat ca: Adaos pentru asfalt; Material pentru acoperişuri; Huse, furtunuri; Fracţia cea mai fină poate fi utilizată pentru producerea de pneuri

până la 80%.

Depozit de deşeuri

Pregătire

(spălare, uscare)

Tunele de răcire

Uscător

Sortare,

Împachetare

Depozit cu materiale destinate vânzării

Cauciuc Metal

Mărunţire prin utilizarea

azotului lichid

Fluxul anvelopelor uzateLegături cu sistemul de controlUtilizarea aerului caldDeplasarea agentului rece

Măcinarea anvelopelor folosind aer răcitMetoda de răcire a aerului, pană la temperatura de –1200C

este bine cunoscută. Această temperatură este atinsă de lucrul în cascadă a 5÷6 compresoare puternice. Dezavantajele acestei metode constau în consumul semnificativ de energie şi echipamentul voluminos.

Folosind acest proces, inserţia metalică este obţinută fără cauciuc şi este de cea mai bună calitate şi reprezintă 15÷20% din greutatea pneurilor. Se cercetează, de asemenea, posibilitatea de utilizare a materialului textil obţinut, care reprezintă cam 5% din greutatea iniţială a pneurilor.

Sistemul de răcire, fără utilizarea azotului lichid, permite realizarea aerului rece comprimat, necesar aducerii cauciucului la starea casantă, până la –1200C. Tunelul în care are loc procesul de răcire cuprinde trei zone diferite de temperatură: –100C, –600C, –1200C ceea ce asigură o răcire eficientă şi economică a pneurilor. Exceptând costurile pentru obţinerea aerului rece, avantajul îl reprezintă obţinerea aerului rece în timpul ciclului de producţie, ceea ce exclude cheltuielile de transport, economiseşte suprafaţa de producţie prin lipsa echipamentelor de fabricare, depozitare şi pompare a azotului lichid.

Măcinarea la temperatura ambiantă

•Măcinarea produselor uzate din cauciuc vulcanizat la temperatura ambiantă reprezintă numeroase inconveniente: consumuri energetice ridicate, randamente mici, degradarea produsului datorită căldurii degajate, producerea de zgomot, fum şi degajări de gaze, imposibilitatea prestabilirii distribuţiei dimensionale a pudretelor, imposibilitatea măcinării anvelopelor cu inserţie metalică.

•În perioada ultimilor ani au fost dezvoltate şi procedee de măcinare la temperatura ambiantă în mediu lichid. Procedeele implică introducerea unor pudrete de cauciuc de 0,4÷0,5 mm în mediu lichid, uzual apos şi măcinarea între două discuri de măcinare cu distanţă foarte mică între ele, rezultând în final pudrete cu dimensiuni sub 20 microni.

• Reutilizarea diferitelor tipuri de pudrete de cauciuc a căpătat o amploare din ce în ce mai mare, în numeroase cazuri pudretele înlocuind cauciucul regenerat, chiar în aplicaţii cu cerinţe tehnice ridicate, cum sunt anvelopele.

• Pudretele obţinute criogenic şi prin procedeul umed, cu dimensiuni mai mici ale particulelor pot fi utilizate în proporţii relativ ridicate în diverse aplicaţii. Pentru a permite formarea unei imagini de ansamblu privind procedeele de valorificare cunoscute pe plan mondial, pentru anvelopele cu cord metalic uzate se prezintă în anexa 1 principalele date tehnico – economice şi stadiul cercetărilor efectuate în ţară

• În schema urmatoare se prezintă posibilităţile de valorificare prin măcinare.

PRODUSE FINITERESURSE PRODUSE INTERMEDIARE

ANVELOPE

UZATE / REBUT

CU INSERŢIE

TEXTILĂ

ANVELOPE

UZATE / REBUT

CU INSERŢIE

METALICĂ

SAPA

DE LA

REŞAPARE

BUCĂŢI DE CAUCIUC

MĂCINĂTURĂ DE CAUCIUC

2÷5 mm

PUDRETĂ DE CAUCIUC

< 2 mm

CONSTRUCŢII DE DRUMURI

MATERIALE HIDROIZOLATOARE ŞI ANTIVIBRAŢII

ACOPERIRI PARDOSELICAUCIUC REGENERAT

REUTILIZARE ÎN COMPOZIŢII DE ELASTOMERI

MATERIALE HIDROIZOLATOARE PENTRU CONSTRUCŢII

MATERIALE FONOIZOLATOARE

ACOPERIRI PARDOSELI

MATERIALE TERMOIZOLATOARE

În principal, din anvelopele uzate şi rebut şi din alte produse din cauciuc se pot obţine ca produse intermediare bucăţi (secţiuni), măcinătură de cauciuc (2÷5 mm) şi pudretă de cauciuc ( 0,25÷2 mm), ce poate fi sortată apoi dimensional şi utilizată în diverse domenii de aplicaţie. Fiecare din procedeele de transformare reprezintă câte un proces tehnologic distinct, în mod evident, însă, preţurile produselor intermediare sunt cu atât mai mari cu cât fineţea materialului este mai avansată. În aceeaşi schemă sunt prezentate tehnologiile de prelucrare a produselor intermediare până la obţinerea produselor finite .

Se apreciază că rata de creştere a stocului de anvelope uzate se va majora, ajungând în perioada 1995÷2000 la 30 000 t / an, corespunzător ritmului de creştere pe ansamblul economiei naţionale. În acest context trebuie făcută observaţia esenţială că stocul de anvelope va creşte în special cu anvelope cu inserţie metalică. De remarcat faptul că în capitală şi zonele limitrofe pe o rază de 250 km se acumulează aproape jumătate din totalul de anvelope.

Acumularea unor stocuri din ce în ce mai mari de anvelope uzate ridică probleme ecologice deosebit de grave, întrucât:

ocupă suprafeţe extinse, cu poluarea mediului şi scoaterea din circuitul agricol a unor terenuri potenţial productive (o soluţie temporară poate fi reducerea volumului şi suprafeţei ocupate prin utilizarea unor utilaje de pre-secţionare);

reprezintă un potenţial pericol de incendiu; pot deveni mediu de cultură şi creştere pentru paraziţi şi

insecte periculoase; nu sunt biodegradabile (perioada de descompunere în

mediu natural este de peste 80÷100 ani);

Pentru organizarea unui sistem viabil economic de valorificare a produselor uzate din cauciuc în diverse ţări s-au adoptat legislaţii şi alte măsuri de reglementare în următoarele direcţii:

adoptarea unor măsuri de încurajare economică a întreprinderilor care depozitează anvelope uzate (prin stabilirea unor taxe pentru utilizator la predarea anvelopelor uzate sau prin stabilirea unor taxe suplimentare la vânzarea anvelopelor noi);

îmbunătăţirea procedeelor de colectare a produselor uzate (prin legiferarea obligativităţii predării produselor uzate de către utilizatori);

încurajarea de la nivel guvernamental a activităţii de cercetare-dezvoltare în domeniul valorificării anvelopelor uzate şi acordarea unor subvenţii pentru întreprinderile axate pe aceste probleme (de exemplu, în Ontario, Canada s-au alocat în 1991 3,4 milioane de $ pentru o instalaţie de măcinare şi 4,4 milioane $ pentru cercetări în domeniu).

Piroliza anvelopelor uzate - sursă de materii primePiroliza reprezintă, în principal, o destrucţie controlată a

anvelopelor uzate cu formare de fracţii gazoase, lichide şi solide.Procedeele de destrucţie termică pot fi clasificate în piroliză, în vid

sau în atmosferă inertă, degradare termică hidrogenată cu sau fără catalizatori şi degradare oxidantă.

Destrucţia termică a anvelopelor uzate prezintă o serie de avantaje: produsele obţinute (hidrocarburi lichide, reziduu cocsificat şi gaze) sunt similare cu produsele tradiţionale folosite ca materii prime şi combustibili; procesul poate avea autonomie energetică: fracţia gazoasă nu necesită o epurare avansată, iar produsele lichide şi solide obţinute se pot stoca şi transporta utilizatori/prelucrători.

Piroliza s-a dezvoltat ca o altă soluţie viabilă pentru valorificarea anvelopelor uzate. Din punct de vedere istoric, problema reciclării anvelopelor prin metode ce au la bază piroliza a fost în incapacitate de a se conforma cu regulile privind emisiile de noxe în aer. Taxele mari cerute pentru aranjarea ordonată a anvelopelor uzate au făcut să se dezvolte şi să se omologheze piroliza – metodă bazată pe reciclarea pneurilor uzate precum STA (sistem de transformare a anvelopelor).

Sistemul pirolitic Svedala a fost produs pentru a ajuta la rezolvarea problemelor sistemului şi în particular la alimentarea sistemului, controlul şi recuperarea căldurii. Rezultatul final este un cuptor rotativ, sistem fabricat de firma Svedala, care procesează bucăţile de anvelope în masă carbonică, ulei şi oţel, având ca principal şi cel mai valoros produs masa carbonică.

În noul sistem 32% din greutatea unei anvelope este transformată în masă carbonică care are un preţ de 50 $ / 500 g. Unitatea este proiectată să funcţioneze 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână, 364 de zile pe an şi să proceseze 100 t de anvelope în fiecare zi.

Anvelopele, care sunt prelucrate, sunt supuse pirolizei la o temperatură de 482 0C şi se descompune în materialele componente. Uzinele TRI , utilizând alte echipamente produse de firma Svedala a proiectat un sistem ce produce curent electric utilizând pneurile uzate.

Cercetările recente ale firmei TRI în asociaţie cu marii furnizori de aditivi pentru asfalt au indicat drept foarte profitabilă utilizarea produselor pirolizei, care pot fi combinate cu ulei, masă carbonică şi alte reziduuri pentru a crea aditivi pentru asfalt.

Anvelope uzate

Mărunţireapneurilor uzate

Cuptor rotativ

Ulei

Negru de fum

Oţel

Moară

Condensator de ulei

Fig.2.25. Instalaţie pentru piroliza anvelopelor uzate

1.100 de tone de anvelope pe zi sunt încărcate pe un transportor după care sunt transportate la un cuptor rotativ. Anvelopele sunt mărunţite până la dimensiunea de 5,08 cm, în drum spre cuptor, pentru a uşura manipularea şi a permite controlul procesului;

2.În cuptor pneurile sunt încălzite la temperaturi de peste 4820 F pentru a porni procesul de piroliză. Oxigenul existent în cuptor este atent controlat, de aceea anvelopele nu pot arde sau elibera compuşi toxici care de obicei sunt eliberaţi la combustia anvelopelor. În schimb procesul poate asigura curăţarea anvelopelor. Uleiul este şi el îndepărtat într-o formă gazoasă.

3.Oţelul este recuperat din materialele existente în cuptor folosind un separator magnetic.

4.32% din greutatea fiecărei anvelope este transformată în masă carbonică şi valorificată în următorul stadiu de prelucrare. De asemenea, 250 de l de ulei şi 75 kg de oţel sunt recuperate de la fiecare tonă de anvelope mărunţite şi supuse procesului de piroliză;

5.În moară, masa carbonică este măcinată până la stadiul de pudră, oţelul rămas este separat, iar pudra obţinută este pregătită pentru a fi vândută ca negru de fum.