Създаване на технологичен механизъм за рециклиране на отпадни продукти – I част

І ЧАСТ
ОТНОСНО НЕОБХОДИМОСТТА ОТ РАЗРАБОТВАНЕ НА НОВИ ВИСОКОЕФЕКТИВНИ РЕЦИКЛИРАЩИ ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНИ ЗА ПРЕРАБОТКА НА ОТПАДНИ ПРОДУКТИ

Георги Петров Тонков

Технически университет – София
e-mail: gptonkov@tu-sofia.bg
България

Резюме: В част І е извършена обосновка относно екологичните проблеми, породени от замърсяването на околната среда. Основно тя е продиктувана от необходимостта за по-пълно и ефективно рециклиране на по-голяма част от непреработваните в момента отпадни продукти, водещи до това замърсяване. Изложените в тази насока проблеми се явяват сериозна предпоставка за създаване и изследване на нови технологии и машини, предназначени за преработка на по-широк кръг вторични суровини и отпадни материали. Обобщени са накратко видовете дезинтегриращи механизми и технологичните процеси заложени в тях. Посочени са данни за тяхната техникоикономическа ефективност, както и за общата полза от рециклирането. В част ІІ са предложени два конструктивни варианта на универсален зъбен рециклиращ механизъм.

Ключови думи: рециклиране, дезинтегриране, смилане, наситняване, преработване, отпадни продукти, вторични суровини, екология

Дезинтегрирането като част от рециклирането успешно може да се прилага при преработка на битови и промишлени отпадъци, за наситняване на еднокомпонентни и многокомпонентни материали, както и за смилане на вторични суровини с различни механични характеристики – от жилаво-еластичните автомобилни гуми и някои видове пластмаси до твърдите и крехки материали като стъкло, порцелан, шамот, слюда, цимент, пясък и др. Известни са много машини и съвременни технологии – италиански, австрийски, швейцарски и немски, които се прилагат в тази област, но повечето от тях са предназначени за преработка само на определен вид изходен продукт. Липсва информация за технологии, които да се прилагат за едновременно преработване на различни видове отпадни многокомпонентни материали с разделяне и оползотворяване на отделните компоненти. Например при рециклиране на стари монитори, които са изградени от пластмаса, стъкло и метал, да е възможно без предварителна подготовка, от тях да се извлекат всичките им компоненти. Едновременно с това те да бъдат получени и сепарирани във фино насипно състояние, като в този си вид да се подават за следваща поетапна преработка. Същият въпрос стои и пред рециклирането на стари автомобилни гуми, отпадни кабели, проводници и изолатори, печатни платки и т.н. Десетки хиляди тона електрическо и електронно оборудване излиза от употреба всяка година в България. Глобално, за целия свят, тези количества са между 30 и 50 милиона тона. Тези отпадъци се генерират от промишления, търговския и частния (битов) сектор и включват електрозахранващо оборудване, електрически инструменти, домакински електроуреди, битова електроника, телефони и компютърна техника и т.н. [11, 12].

С неимоверното нарастване на сметта през последните десетилетия се увеличават и усилията за нейното рециклиране. През 1980 год. САЩ преработва само 9.6% от общинските си отпадъци, докато днес този процент се е увеличил на 32%. Подобна е тенденцията в Европа, където някои страни като Австрия и Холандия рециклират над 60% от битовите отпадъци. Във Великобритания този процент е по-нисък – 27%, но там се забелязва бърз напредък в това отношение. Изводът е, че в 83% от случаите преработването е по-добро за околната среда. Учените във Великобритания са установили, че рециклирането на отпадъците намалява емисиите на въглероден двуокис с 10%. Подобни данни се потвърждават и от други изследвания.
Един от най-важните резултати от рециклирането е запазването на природните ресурси, икономията на енергия и по-малкото замърсяване. Всички тези ефекти произлизат от факта, че преработените материали заместват новите, чието производство е свързано с разходи на природни суровини, енергия, изсичане на гори и замърсяване. Например при рециклирането на алуминия се изразходва 95% по-малко енергия, отколкото при извличането му от руда. При пластмасата се спестяват 70% от енергията, при стоманата – 60%, при хартията – 40% и при стъклото – 30% . Всички тези факти говорят, че опазването на околната среда е неразривно свързано с усилието да се преработва онова, което се изхвърля [11].

Цел на поставената задача е да се проучат известните до този момент решения по дезинтегриране и преработка на различните по вид материали, след което на по-следващ етап да се синтезира, конструира и изследва технологичен механизъм с нов принцип на действие, който да намери приложение при рециклирането на по-голяма част от отпадните продукти с възможно по-малко вложена енергия в сравнение с механизмите известни до момента.

Необходимостта от създаване на нови рециклиращи механизми, които да бъдат с по-висока технико-икономическа ефективност при реализирането на определени технологични процеси, относно усвояването и преработката на отпадните продукти е обоснована от редица факти. Най-важните от тях са:
– натрупване на огромни количества отпадъци от всякакво естество – битови, медицински и промишлени, голяма част от които в момента не се преработват;
– недостатъчна налична и скъпоструваща техника за осъществяване на еко-енергийните процеси по преработването на тези продукти;
– неуниверсални рециклиращи съоръжения с голям разход на енергия.
Неусвояването на голяма част от отпадните продукти, изхвърляни в природата застрашава екологията и води до загуба на природни ресурси, например горите и също така на потенциални енергийни ресурси от евентуалното им оползотворяване. При съвременните темпове на развитие на промишлеността, рециклирането на битовите и промишлени отпадъци се явява изключително актуален въпрос. Ефективното му реализиране е пряко свързано с екологията на всяка една страна, като по този начин то е обвързано с решаването на част от наболелите въпроси по опазване, очистване и възстановяване на околната среда.
Двата основни процеса при рециклирането на отпадни продукти се свеждат до:

1. дезинтегриране – преработване, изразяващо се в наситняване до определена степен и сепариране на предвидените за тази цел продукти;
2. последваща допълнителна преработка за някои от тях.

Процесите свързани с допълнителната преработка на материалите след тяхното дезинтегриране се прилагат за тези, от които се получават определени изделия, заготовки и детайли в завършен вид. Например предварително наситнените метални стружки, кабели, електронни компоненти, вторични пластмаси и т.н отиват за претопяване и формиране. Технологиите за тяхното преработване, след получаването им в насипно хомогенно състояние, в по-голяма степен са предварително известни – стопяване, отливане, екструдиране, изтегляне, пресоване, синтероване и т.н.
Поради изложените причини по-голям интерес при рециклирането на различните по вид отпадни продукти представлява процеса на дезинтегриране. Затова и усилията в настоящата работа са насочени предимно към създаване на реално приложим такъв механизъм. Работният орган при него, осъществяващ дезинтеграционните процеси, е изследван в работите [1, 8]. Дезинтегрирането е важен и многозначим процес, свързан с целенасоченото разрушаване на преработваните суровини. При този процес се постига наситняване на компонентите до определена степен, което представлява окончателната преработка за много от отпадните продукти – биологични и строителни отпадъци, дървесина и т.н. Дезинтегрирането може да се осъществи на няколко етапа в зависимост от вида, едрината, състава и свойствата на входящия за смилане продукт и в зависимост от изискванията за крайна степен на наситненост на изходящия (получаван) продукт. Условно етапите могат да бъдат разделени на три:
І етап – включва грубо смилане – натрошаване, разрушаване, разкъсване, срязване на късове с едрина до няколко десетки сантиметра. В това направление се използват редица, съществуващи от години смилащи съоръжения, работещи по известни технологии.
ІІ етап – едро смилане – получаване на наситнен материал с едрина на частиците до няколко десетки сантиметра. За осъществяването му се използват известни дезинтегриращи устройства и мелници.
ІІІ етап – фино хомогенно смилане с едрина на сепарираните частици от няколко милиметра до няколко микрона.
Предложеният в работата рециклиращ механизъм е насочен към реализиране на третия етап. Той се явява краен етап от цикъла по реализирането на дезинтеграционния процес, приложен върху продуктите. Поради спецификата на процеса той е по-слабо изучен от останалите и за него съществуват най-малък брой внедрени технологични решения с промишлено значение.

1. Палцови дезинтегратори. Процеса на обработката при тях се реализира по следния начин – материала, попадайки между относително подвижните един спрямо друг дискове, се разрушава за сметка на кинетичната енергия на палците и въртящите се ротори. Съоръженията, изградени на този принцип се използват предимно за смилане на крехки неабразивни материали, за смилане на суха глина, за разтрошаване на въглища и др. Недостатъци при тях са невисоката степен на смилаемост на материалите, бързо износване на работните органи и трудно херметизиране, водещо до шум, вибрации и запрашеност.
2. Дезинтегратори с работни елементи оформени във вид на ножове – аналогични са на палцовите дезинтегратори. Недостатък – интензивно износване на острите режещи ръбове.
3. Дисмембратори – по устройство и принцип на действие са подобни на споменатите дезинтегратори. Основното им предимство е, че са по-леки, по-компактни и с по-малка консумирана мощност. Недостатък е по-ниска производителност.
4. Мелници – при тях разнообразието е най-голямо [2, 3, 5, 6, 7]. Използват се в обогатителните фабрики, циментовите заводи, в инсталациите за смилане на нерудни полезни изкопаеми, в металургията, в селското стопанство, в химическата, фармацевтичната, хранително-вкусовата промишленост и бита. В зависимост от едрината на смилания продукт те се разделят на мелници за едро, средно и ситно (фино) смилане. В зависимост от принципа по който се осъществява технологичния процес, мелниците се класифицират по групи на следните видове: барабанни въртящи се мелници – къси, нормални и дълги, тръбни, топкови (с централно разтоварване, с решетка, конусни), прътови, автогенни и полуавтогенни; планетарни; ролкови; валцови; колергангови (бегунни); центробежни; вибрационни; конусни; струйни; кавитационни; колоидни; ударно-дискови и други.