Экология. Отходы. Мусор. Выбросы. Утилизация

ПЕРЕРАБОТКА МУСОРА : : WebDigest

 Сегодня  вам доступно 13504 статей, посвященных проблеме переработки отходов и мусора.
  Экология или жизнь?

Прогрeссивная тeхнология пeрeработки муниципальных отходов.
Коммeрчeскоe прeдложeниe
>>
Переработка отходов пенополистирола при получении связующих материалов для литейного производства
переработка отходов (recycling) / Наука: проекты и технологии
06.03.2008 08:13  В.С. Дорошенко, А.А. Стрюченко, Ю.Ю. Ладарева
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев

Использовать отходы пенополистирола предложено по новой технология получения связующих материалов для литейного производства методом растворения отходов пенополистирола в живичном скипидаре. Установлено, что оптимальное содержание полистирола в песчаной формовочной смеси должно составлять 2-3 %. Разработанные полистирольные связующие могут служить заменой таким связующим материалам как жидкое стекло, а также дорогим и дефицитным фенолоформальдегидным и фурановым смолам.

Пенополистирол (в обиходе называемый еще пенопластом) получил широкое применение в мире в качестве материала для упаковки и сохранения пищевых продуктов. Это обстоятельство подчеркивает гигиенические свойства пенополистирола, материала, свойства которого практически не меняются во времени. В упаковках из пенополистирола часто сохраняются мясо, рыба, замороженные или свежие овощи, а также напитки. В настоящее время практически вся упаковка бытовой электронной техники делается из пенополистирола. Также пенополистирол широко применяется в современном строительстве в качестве теплоизоляционного слоя в системах утепления домов и других строений, а также емкостных аппаратов и трубопроводов. Его применяют также в литейном производстве при получении моделей, которые в контакте с жидким металлом газифицируются при получении отливок из черных и цветных сплавов. Фактически пенополистирол можно встретить во многих сферах современной жизни.

После использования упаковки, либо другим образом попадая в отходы, пенополистирол не находит применения. Он не подлежит утилизации подобно другим бытовым отходам, так как не взаимодействует с водой и не подлежит биологическому разложению, указанные характеристики его высокой стойкости и нейтральности превращаются во вредные при попытке утилизации. Пенополистирол нельзя сжигать подобно углю, дровам и т. п. в связи с тем, что при этом в процессе его деструкции в больших объемах выделяются очень вредные (токсичные) газы. Поэтому отходы пенополистирола накапливаются в большом количестве в окружающей человека среде, создавая одну из сложных экологических проблем. Так, только в одной Японии по данным за 1998 г. ежегодно используется около 400 тыс. тонн пенополистирола для упаковки рыбной продукции, пищевых лотков, упаковки бытовой электронной техники /1/. Вместе с тем, пенополистирол может быть экономически эффективно использован для получения связующих и клеев широкого назначения, в том числе для приготовления формовочных и стержневых песчаных смесей, покрытий литейных форм для производства отливок из черных и цветных сплавов. Важно, что эти связующие могут отверждаться при комнатной температуре, а также при подсушке с температурой не выше 180-2000С. Это показали нижеописанные разработки Физико-технологического института металлов и сплавов НАН Украины (г. Киев), в результате которых созданы указанные связующие - это растворы полистирола (изначально пенополистирола) в органическом растворителе. Исследования состояли в обоснованном выборе растворителя, оптимизации составов, эксплуатационных свойств связующих и песчаных смесей.

Известно, что пенополистирол легко растворяется во многих растворителях, в частности, в бензоле, толуоле, ксилоле, сольвенте /2, 3/. Однако, эти растворители имеют очень низкий предел допустимых концентраций (ПДК, мг/м3) в атмосфере рабочих помещений (цехов, участков и т.п.), это резко ухудшает условия труда при их использовании. Так, ПДК бензола равняется всего 5 мг/м3, толуола, ксилола, сольвента - по 50 мг/м3. Высокая летучесть этих растворителей серьезно усложняет их применение в производстве. Эти качества перечисленных выше растворителей - низкий ПДК и высокая летучесть - полностью исключают возможность применения различного рода растворов полистирола в атмосфере рабочих помещений.

Имеется другая группа растворителей с более высоким ПДК, который достигает 100-200 мг/м3. Это ацетон, этилацетат, бутилацетат, метилэтилкетон, тетралин и др. Однако, у них, за исключением дорогого и дефицитного тетралина, очень высокая летучесть. Так, летучесть ацетона по серному эфиру равняется всего 2,1, летучесть этилацетата 2,9. Применение этих растворителей для приготовления растворов пенополистирола с целью их использования в открытой атмосфере рабочих помещений с точки зрения ухудшения условий труда есть весьма проблематичным и на практике не применяется.

В связи с изложенным очевидно, что для получения растворов из отходов пенополистирола, в том числе, как связующих песчаных формовочных и стержневых смесей для литейного производства, необходимы растворители с более высоким ПДК и низкой летучестью, как обязательное условие создания малотоксичных смесей.

Поставленная задача решена нами установлением того факта, что растворителем отходов пенополистирола может быть живичный скипидар /4/. Живичный скипидар - это углеводород растительного происхождения (ГОСТ 1571-82). Его получают из живицы (из надрезов коры сосны), которую перегоняют с паром и разделяют на летучую фракцию - скипидар и нелетучий осадок - канифоль. Скипидар содержит в основном бицикличный монотерпеноид пинен. Углеводород a-пинен из группы пинена - наиболее важный и хорошо изученный представитель из этой группы /5/. Живичный скипидар представляет собой прозрачную бесцветную или чуть окрашенную жидкость с плотностью 0,855 - 0,863 г/см3. До появления уайт-спирита скипидар был основным растворителем лаков и красок, его также применяют в фармакологии, так как он обладает бактерицидными свойствами. Ежегодный объем производства живичного скипидара в мире составляет около 300000 т.

Живичный скипидар имеет ПДК равное 300 мг/м3, то есть значительно выше упомянутой выше группы растворителей с ПДК не более 200 мг/м3. Он хорошо растворяет отходы пенополистирола и имеет низкую летучесть. Данные по летучести живичного скипидара в сравнении с летучестью других известных растворителей приведены в таблице N 1.

Таблица 1 - Скорость испарения жидкости в г/м2.с в зависимости от скорости потока воздуха 0,25 м/с и температуры 20°С /6/.
Жидкость Скорость испарения, г/м2.сКратность увеличения скорости испарения по отношению к живичному скипидару
Ацетон0,58916,10
Бензин "Калоша"0,3859,87
Спирт этиловый0,63210,20
Этилацетат0,2997,66
Уайт-спирит0,0892,28
Живичный скипидар0,0391

Из приведенных данных видно, что в сравнимых условиях, если принять скорость испарения живичного скипидара за единицу, то ацетон испаряется в 15,1 раза быстрее, бензин "Калоша"в 9,87 раз, этилацетат в 7,66 раз, уайт-спирит в 2,28 раз.

Растворяющая способность живичного скипидара по отношению к отходам пенополистирола изучалась следующим образом. В емкость из прозрачного стекла с широкой горловиной и притертой пробкой заливали живичный скипидар. Затем эту емкость заполняли как можно полнее кусками отходов пенополистирола, закрывали пробкой и засекали время. Через несколько минут пенополистирол полностью растворялся. Снова загружали в емкость куски пенополистирола, которые очень быстро растворялись, а концентрация раствора и его вязкость последовательно увеличивались. Таким образом определили, что возможно получение растворов из отходов пенополистирола в живичном скипидаре практически любой концентрации вплоть до 50 %. В лабораторных условиях получены растворы с концентрацией 25 %, 30 %, 40 % и 50 %.

Приготовление растворов пенополистирола в органических растворителях обусловлено многократным уменьшением исходного объема пенополистирола и заметным увеличением объема раствора по сравнению с объемом растворителя. Следовательно, приготовление растворов пенополистирола является удобным способом его компактирования, отходы пенополистирола занимают вследствие низкой плотности (около 25 кг/м 3) значительный объем в окружающей среде. Согласно полученным данным для увеличения объема раствора на одну единицу требуется растворить многие десятки единиц объемов пенополистирола.
В результате наших исследований создана технология рециклинга пенополистирола, которая из его отходов позволяет изготавливать современные малотоксичные связующие материалы для производства песчаных формовочных и стержневых смесей, а также покрытий литейных форм. Это дает возможность усовершенствовать и разрабатывать новые более эффективные и экономичные процессы литья металлов. Кроме того, использование отходов пенополистирола имеет важное экологическое значение, так как речь идет об уменьшении этих отходов в окружающей человека экосфере /7, 8/.

Применимость этих растворов в песчаных смесях оценивается способностью раствора равномерно распределяться в объеме смеси в процессе ее приготовления. А так как сырая прочность смеси зависит от величины содержания в ней живичного скипидара, и с ее увеличением она уменьшается, то оптимальным для литейного производства считаем 40% раствор пенополистирола. Для полимеров это довольно высокая концентрация. Растворы более высоких концентраций малотекучи и очень вязки, что делает проблематичным их применение в формовочных и стержневых смесях.
Если с точки зрения требований к санитарным условиям труда низкая летучесть живичного скипидара является положительным фактором, то с точки зрения технологической необходимости ускоренного твердения форм и стержней этот фактор является отрицательным, так как требует принудительного удаления растворителя из смеси.
Имеется ряд способов удаления жидкой композиции из смеси: вакуумирование, продувка смеси в оснастке сухим подогретым воздухом, температурное воздействие при сушке в печах. В настоящей работе изложены результаты по использованию последнего варианта, как наиболее доступного. В ходе исследований изучали прочность формовочных и стержневых смесей на сжатие, растяжение (разрыв), газопроницаемость, осыпаемость.
На рис. 1 представлены данные о влиянии времени выстаивания образцов при комнатной температуре (20°С, естественная сушка на воздухе) на сырую прочность на сжатие смесей с 1, 2, 3 и 4 % полистирола. Все смеси на момент изготовления образца показали очень низкую сырую прочность. Его удается испытать только спустя 30 минут естественной сушки на воздухе, при этом прочность смеси на сжатие находится в интервале 0,024-0,055 МПа. В дальнейшем при выстаивании на воздухе она увеличивается, достигая спустя 2 часа значения 0,047-0,125 МПа. Большим значением прочности соответствуют смеси с более низким содержанием связующего полистирола и, соответственно, меньшим количеством жидкой композиции - скипидара. Уменьшение массы образца при выстаивании в течение 2 часов незначительное, для смеси с 1% полистирола - всего менее 1%.

Газопроницаемость смесей при выстаивании заметно возрастает (рис. 2), при этом с увеличением количества связующего в смеси она закономерно уменьшается. Смеси обладают довольно низкой осыпаемостью - всего 0,10-0,13%. В целом отметим, что способ выстаивания форм и стержней на воздухе с целью их упрочнения нельзя признать технологичным ввиду очень низкой летучести живичного скипидара. Поэтому их сушка в сушилах по специальному режиму является одной из основных технологических операций процесса изготовления этих изделий. На рис. 3 показано влияние тепловой обработки образцов смеси в виде стандартных восьмерок при температуре 120°С на прочность на разрыв для смесей с 1, 2, 3 и 4% полистирола. Уже спустя 60-70 мин. прочность смеси на разрыв достигает своего максимума в интервале 1,78-1,92 МПа для смесей с 2, 3 и 4% полистирола. Прочность смеси с 1% полистирола значительно ниже - 0,93 МПа спустя 60 мин.

При дальнейшем увеличении продолжительности сушки наблюдается понижение прочности смеси на разрыв, что указывает на целесообразность сушки форм и стержней из этих смесей не дольше 60-70 мин. при температуре 120°С. Одновременно сделали важный практический вывод об оптимальном составе смеси. Так как данные по прочности на разрыв смеси с 2, 3 и 4% полистирола при оптимальной продолжительности сушки очень близки, то его оптимальное содержание в рабочем составе смеси должно быть в интервале 2-3%. На рис. 4 приведены данные по потере массы образцов - восьмерок при 120°С в зависимости от содержания в смеси связующего полистирола и продолжительности высушивания этих образцов. По мере увеличения количества вводимого в смесь связующего в виде 40%-го раствора отходов пенополистирола в живичном скипидаре увеличивается количество жидкой композиции - живичного скипидара, который должен быть удален при сушке. Так, потери массы для смеси с 1% полистирола стабилизировались на уровне 1,15%, для смеси с 2% полистирола - 1,53%, для смеси с 3% - 6,38%, с 4% - 8,26%. Эта стабилизация потери массы для образцов с 1, 2 и 3% полистирола замечена уже спустя 30 мин. сушки, а для смеси с 4% полистирола этот процесс более замедлен и практически заканчивается спустя 1 час. Сопоставляя эти процессы потери массы на рис. 4 с максимумом прочности образцов на рис. 3, отметим, что для смесей 1, 2 и 3% полистирола процесс нарастания прочности до ее максимального значения прямо не связан с наличием в смеси жидкой композиции - живичного скипидара. Следовательно, при сушке смеси при 120°С происходят полимеризационные процессы самого связующего, которые при данных условиях приводят к росту прочности до оптимальных значений.

Сушка образцов - восьмерок при более высокой температуре (200 °С) ускоряет повышение прочности смеси до приемлемого технологического уровня (рис. 5). Если при 120°С оптимальная прочность достигалась сушкой в течение 60-70 мин., то при 200°С это время сокращается примерно до 30 мин. Смесь с 4% полистирола показала прочность на разрыв 2,06 МПа и 2,11 МПа при сушке соответственно при 60 мин. и 120 мин. Сушка при 200°С рекомендуется в течение не более 60 мин. Но, если учесть значения прочности при 120°С и повышенную склонность полистирола к термодеструкции при 200°С, о чем свидетельствует начинающееся выделение газов, то температуру сушки 200°С можно считать предельной и ее не следует превышать.

На рис. 6 показано влияние продолжительности сушки образцов на разрыв при 200°С для смесей с 1, 2, 3 и 4% полистирола на потери их массы. Видно, что при сушке образцов при 200°С потери массы независимо от содержания связующего заканчиваются в течение 1 часа. При этом уже спустя 30 мин. сушки образцы - восьмерки показали достаточную технологическую прочность на разрыв в интервале 1,07-1,82 МПа. Поэтому продолжительность сушки этих образцов в течение 30 мин. можно считать оптимальной.

Измерения осыпаемости показывают, что смеси со связующим полистиролом характеризуются весьма низкой осыпаемостью, у смеси с 1-3% полистирола осыпаемость равна 0,10-0,13%, осыпаемость смеси с 4% полистирола равна 0,9%. Это важное технологическое свойство смесей, которое дает повышение качества получаемых отливок.

Таким образом, предложена технология рециклинга отходов пенополистирола путем получения его растворов в живичном скипидаре и последующем использовании в качестве связующего в литейном производстве. Предложена технологическая схема, представленная на рис. 7, опытно-промышленного процесса получения этих растворов отходов пенополистирола в живичном скипидаре. Для формовочных и стержневых смесей рекомендовано растворы 40%-й концентрации полистирола. Реактор герметичен и снабжен мешалкой для ускоренного растворения пенополистирола и получения однородного по концентрации раствора.

Как показали экспериментальные работы, в растворах пенополистирола в живичном скипидаре, независимо от концентрации раствора, наблюдается седиментация мелких загрязнений, занесенных с отходами пенополистирола. После приготовления раствора заданной концентрации выполняли операцию отстаивания для осаждения этих загрязнений и их последующего удаления. При промышленном рециклинге это может служить удобным способом очистки полистирольного раствора.

На рис. 8 показана технологическая схема получения литейных песчаных форм и стержней из смесей на основе полистирольного связующего из отходов пенополистирола в нетоксичном растворителе - живичном скипидаре.
На рис. 9 показаны образцы и стержни, изготовленные из песчаных смесей с полистирольным связующим.

Физико-механические свойства формовочных стержневых смесей на основе полистирольных связующих превосходят или равны аналогичным характеристикам холодно-твердеющих смесей на основе жидкого стекла, феноло-формальдегидных, карбомидо-фурановых смол. Это обстоятельство позволило рекомендовать полистирольные связующие с живичным скипидаром для замены вышеупомянутых связующих и, в особенности, дорогостоящих смол (со стоимостью на порядок выше раствора полистирола), в производственном процессе литья заготовок из черных и цветных сплавов.

В Физико-технологическом институте металлов и сплавов НАН Украины сейчас находятся на стадии завершения работы по созданию и патентованию промышленного комплексного жидкостекольно-полистирольного связующего, сочетающего высокие сырую прочность и выбиваемость песчаных смесей. Одновременно ведется поиск партнеров для участия в программах разработки технологии получения из растворенного полистирола твердых пластмасс и изделий, а также его использования в качестве сырья для производства недорогих высокопрочных клеев, строительных и теплоизолирующих пен. Бактерицидные свойства живичного скипидара вместе с клеевыми свойствами описанного раствора можно использовать для производства пластыря и т. п.

Контакт для вопросов и предложений по адресу: dorosh@inbox.ru, В. Дорошенко.

ЛИТЕРАТУРА

к статье О.И. Шинского, В.С. Дорошенко, А.А. Стрюченко, Ю.Ю. Ладаревой
<Рециклинг отходов пенополистирола при получении связующих материалов для литейного производства>

1. Новая технология рециркуляции пенополистирола. / Журнал "Тара и упаковка", 1998, N 1, С. 67.
2. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. / М., "Химия", 1978, - 544 с.
3. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов. Справочное пособие. Л., "Химия", 1986, - 208 с.
4. Декларацiйний патент на корисну модель N 9003 вiд 15.09.2005. Бюл. N9. <Застосування живичного скипидару як розчинника для вiдходiв пiнополiстиролу>. Автори: Шинський О.Й., Терлiковський Е.В., Стрюченко А.О., Шинський I.О., Ладарева Ю.Ю.
5. Поль де Майо. Терпеноиды, М., И.Л., 1963, - 496 с.
6. Саушев В.С. Пожарная безопасность химических веществ М., Стройиздат, 1982, - 128 с.
7. Стрюченко А.А., Ладарева Ю.Ю., Маирко Т.А. Новые методы утилизации бытовых и промышленных отходов пенополистирола. Международный научно-технический конгресс. Экономический путь к высококачественному литью. Тез. докладов, 7-9 июня 2005 г., Киев. - С. 172.
8. Стрюченко А.А., Ладарева Ю.Ю., Маирко Т.А. Формовочные и стержневые смеси на полистирольном связующем. Там же. - С. 173


© Переработка мусора: :WebDigest



   Еще в разделе Наука: проекты и технологии->переработка отходов (recycling):   
 Появился первый в мире мобильный мини-завод по переработке мусора
 Вторичная переработка бетона: немецких ученых заинтересовал процесс электродинамической фрагментации, предложенный 70 лет назад в СССР
 Мобильная линия переработки бытовых отходов.
 12-летний изобретатель выиграл конкурс, предложив строить жилье для бездомных из мусора
 Переработка отходов пенополистирола при получении связующих материалов для литейного производства

страницы:
 1 
Маркетинговые исследования
Россия
Украина
Переработка отходов (recycling)
Наука: проекты и технологии
 переработка отходов (recycling)
 пластик
 резина
 бумага
 вода
 радиоактивные отходы
 сжигание мусора
 стройматериалы
 зола и шлаки
 альтернативное топливо
 стекло
 экология и жизнь
 сточные воды
 энергия
 воздух
 ликвидация техногенных катастроф
 парниковый эффект
 тбо
 металл
 отходы производства
 упаковка
 отходы и биотехнология
 сорбенты
 оружие
 древесина
 автономное энергообеспечение
 мусорные острова
 гидросепарация мусора
 3R технологии переработки отходов
Экология или жизнь
Мир
Экологические премии
Инвестиционные проекты
Оборудование
Выставки, конференции
О проекте
ПРЕДПРИЯТИЯ, Переработка и утилизация:
ОТХОДЫ : Идеи пользователей по переработке и утилизации
Вторсырье, предлагаю:
Автономное энергообеспечение и альтернативная энергетика - Идеи пользователей
Листовые пластики
 
 
ПРЕДПРИЯТИЯ. Переработка и утилизация:
ТБО • пластик • макулатура • металл • резина •
стекло • нефть, отходы производства • органика • сточные воды • радиоактивные отходы •
медицинские оходы • опасные отходы • экологические услуги • юридические услуги • утилизация компьютеров, мобильных телефонов и другой техники •
Вывоз мусора •
Оборудованиеб/у оборудование
Добавить информацию о переработке отходов • предложить отходы на утилизацию • сообщить о свалке
Вторсырье, предлагаю:
пластик резина
НОВОСТИ
 
Появился первый в мире мобильный мини-завод по переработке мусора
Вторичная переработка бетона: немецких ученых заинтересовал процесс электродинамической фрагментации, предложенный 70 лет назад в СССР
Мобильная линия переработки бытовых отходов.
В Японии создан принтер, способный стирать уже напечатанный текст
Отходы свеклосахарного производства как покрывало для полигонов ТБО
Британский дизайнер создала растворяющееся в воде платье
12-летний изобретатель выиграл конкурс, предложив строить жилье для бездомных из мусора
Строительный материал из утилизированных печатных плат по прочности не уступает армированному бетону
"Макулатурный" гель "вытягивает" золото из растворов
Британец создал велосипед из картона
Переработка отходов пенополистирола при получении связующих материалов для литейного производства
Применение пластиковых отходов в стройиндустрии
В Узбекистане нашли применение отходам переработки овощей и фруктов
IBM предложила экологически безопасный метод утилизации кремниевых подложек
Автомат для изготовления одноразовых тарелок прямо на вашей кухне

страницы:
1 2 3


 
 
 


Еще выставки >>
 
 
Информационные ресурсы добавить ресурс
   
 СМИ и Новости 
 Журналы (1): Интернет-издания (1): Новости науки, техники и экологии (6): Бизнес-издания (1):  
 Библиотеки и Базы данных 
 Библиотеки (2): Базы данных (1):  
 Издания об отходах 
 Украина (2): Россия (2):  
 Экологические интернет-проекты 
 Зеленые страницы (6): Нефть (1): Экологическая безопасность (1): Финансирование экологических проектов (1): Технологии (1):  
 Техника и оборудование 
 Оборудование для переработки полимеров (1): Оборудование для прессования отходов (1):  
 Право 
 Юридические услуги (1):  
 Выставки 
 Выставки (27):  
 
 
Кулинарные рецепты на все случаи жизни Рецепты моей бабушки - Кулинарные рецепты на все случаи жизни:
салаты, супы, выпечка и другие вкусности
Кулинарный ответ Кулинарный ответ -
простые и вкусные рецепты, ответы на кулинарные вопросы, кулинарное сообщество
Прогрессивная технология переработки муниципальных отходовПереработка мусора:
Прогрессивная технология переработки муниципальных отходов
ТБО, свалки и мусоросжигательные заводы. РоссияТБО и другие проблемы современности:
свалки и мусоросжигательные заводы.
Россия

Украинский мусор и экология:
Мусоросжигательный завод Энергия
Бортническая станция аэрации
украинские свалки
водные ресурсы Украины
экология
энергетика
экологические законы
Киев
ТБО
ядерное топливо и отходы
вверх
© Ирина Плугатарь, 2002-2013.
При полном или частичном использовании материалов гиперссылка на www.new-garbage.com обязательна.
Редакция не несет ответственности за достоверность информации, опубликованной в рекламных объявлениях.
О проекте
Пишите нам: gorpolic@gmail.com
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.
Rambler's Top100