Elhasznált gumiabroncsok hasznosítása II.

Átírás

1 Hulladékhasznosítás Elhasznált gumiabroncsok hasznosítása II. Hasznosítási lehet!ségek és technológiák Dr. Sinka Gábor * okleveles vegyészmérnök Cikksorozatunk második részében bemutatjuk a technika mai állását a hasznosítás módszereinél. Mindenekel!tt a hasznosítási technológiákra összpontosítjuk a figyelmet, a hasznosítás logisztikai vetületeit nem taglaljuk, viszont kitérünk a gazdasági és a jogi szabályozásokra. A szakirodalomban található adatok els!sorban gumiabroncsra vonatkoznak, de helyenként érintjük az egyéb, ún. m"szaki gumitermékek hasznosítási kérdéseit is. A gumigyártásban járatlan olvasók kedvéért bemutatjuk a gumiabroncsot, majd megadjuk kémiai összetételét. A szerkezeti séma és az összetétel alapján is kimondhatjuk, hogy a gumiabroncs bonyolult öszszetétel! konstrukció (1. táblázat), amelyet összesen mintegy 30 különböz" anyagból készítenek (1. ábra). Az Európai Unió által közzétett adatok szerint, az elhasznált gumiabroncsok hasznosítására rendelkezésünkre álló módszerek a következ"k: #újrahasználat (reuse), #energetikai hasznosítás (recovery), #anyagában hasznosítás (újrafeldolgozás, recycling). Az EU statisztikája alapján a f" hasznosítási módszerek (2. ábra) közül érdemes kiemelni a következ"ket: #a lerakás betiltásának hatására, ez a megoldás háttérbe szorult, de nem sz!nt meg teljesen, #az anyagában hasznosítás (recycling) 10%-ról közel 40%-ra n"tt, aránya megegyezik az energetikai hasznosításéval, 1. táblázat. Személy- és teherabroncs átlagos összetétele, tömeg% (V. Shulman, CEN 2002) Anyagféleség Személyabroncs Teherabroncs Elasztomerek Korom és SiO Acél Textil 5 ZnO 1 2 Kén 1 1 Egyéb adalékok ábra. A gumiabroncs felépítése 2. ábra. Használt és elhasznált abroncsok hasznosítása az EUban, % * sinkagabor1@t-online.hu évfolyam 8. szám

2 #az újrafutózás (rettreading) közel azonos arányban fennmaradt. 1. Újrafutózás (újrahasználat) Ez nem az elhasznált, hanem a használt abroncs hasznosítása, eredeti funkcióban való újrahasználata. A környezetvédelmi elvárásokat leginkább kielégít" módszer. A 2. ábrából látható, hogy részaránya az EU-ban közel állandó, 10% körül van az utóbbi 16 évben. Az újrafutózás technológiai vázlatát a 3. ábra mutatja. 3. ábra. Az újrafutózási technológia vázlata Fontos hasznosítási m!velet, mivel az er"forrásokkal való takarékosság mintapéldája, ezzel közvetlenül hozzájárulunk a kaucsuk, a korom, és egyéb vegyi anyagok felhasználásának csökkentéséhez. A technológia lehet meleg (nyers futó és oldalcsík alkalmazása), vagy hideg (kész futócsík rávulkanizálása). Az újrafutózott abroncs olcsóbb, ma már kielégít"en biztonságos. F"bb gyártók: BANDAG, MARANGONI, KRAIBURG, MICHELIN. Portugáliában különösen magas az újrafutózás részaránya, az EUban a legmagasabb, a képz"d" használt és elhasznált abroncs 20%-a (Magyarországon ez az arány 3%) [1]. Olasz - országban az állami hivatalok gépkocsijainak abroncs cseréjét 20%-ban újrafutózott abroncsok biztosítják (állami el"írás), ami a költségvetésnek megtakarítást jelent. 2. Energetikai hasznosítás Leginkább cementgyári kemencében égetik el az abroncsokat. Nincs az elégetés után maradék anyag, mert a nem illó égéstermékek mint pl. az acélból keletkez" vasoxidok keverednek a cement klinkerrel, annak hasznos alkatrészét képezik. Környezetvédelmi szempontból ez szinte tökéletes megoldás, ráadásul az abroncs egy része (kb %, 1. táblázat) anyagában hasznosul. Az égés során kén és nitrogén-oxidok képz"dnek, amelyeket a cementgyár füstgáztisztító berendezései leválasztanak, és nem engednek a légkörbe. Európában közel 300 cementgyárban égetnek abroncsot. Az abroncs egy pillanat alatt elég az 1000 C-os kemencében. Befektetést igényel az adagoló berendezés létrehozása, egyes esetekben darabolt (sreddelt) abroncsot juttatnak a kemencébe, máshol pedig adagolják az abroncsot. Pontos h"gazdálkodás szükséges az optimális égetéshez, a kemence gyakori nyitása, zárása technikai nehézséget okoz ebb"l a szempontból. Egy személyabroncs 7,6 liter olajjal egyenérték! energia, viszont kéntartalma kisebb. Az abroncsok égésh"je a fekete k"szénéhez hasonló (32 MJ/kg), de kevesebb nehézfémet tartalmaznak. Ha az összes Európában keletkez" elhasznált abroncsot cementgyárban égetnénk el, akkor ez is csak kb. a szükséges energiahordozó 12%-át tenné ki. Égetéssel hasznosítanak abroncsokat még h"er"m!- vekben, papírgyári- és iszapmalmokban. Ezek a megoldások az USA-ban terjedtek el. 3. Anyagában hasznosítás Az elhasznált gumiabroncsok anyagában való hasznosítása mechanikai vagy kémiai szétválasztás után történhet. Ezek a következ"k: #hasznosítás mechanikai darabolás után hasznosítás, nagy darabban vagy bálázás után hasznosítás aprítás és szétválasztás után #hasznosítás kémiai bontás után devulkanizálás pirolízis 3.1. Anyagában hasznosítás nagy darabokban Ez az összes hasznosítási mód kis hányada az EUban az anyagában hasznosítás mintegy 18%-a csupán az épít"ipar egy része alkalmazza. Jellemz"je, hogy nem mindig kell feldarabolni vagy granulálni az abroncsot (2. táblázat). Elhasznált gumiabroncsokból nagyobb darabok kivágására speciális gépek szolgálnak [2]. 2. táblázat. Elhasznált abroncsok használata nagy darabban Alkalmazás Abroncs formája Tengeri búvóhely állatoknak Ütköz"elem kiköt"kben Földtöltések stabilizálása Támfalak er"sítése Hulladéklerakóban fólia rögzítése Útalapba bálázva * Hulladéklerakó szivárgóréteg sreddelve ** Vasúti átjáró alapjába darabolva Sínek alá rugalmas alátét darabolva Gyerekhinta, játszótéri alkalmazás * bálázás: több abroncsot (125 darab) összepréselnek (65 t) és fémpánttal összefognak nagy csomagba (75$150$135 cm) (4. ábra) ** sreddelve: durva aprítóval mm-es darabokra aprítanak egy abroncsot, az acél és a textil benne marad évfolyam 8. szám 311

3 #forgókéssel vagy préssel szobah"mérsékleten, #alacsony h"mérsékleten, #nagynyomású vízsugárral. 4. ábra. Abroncsbála 3.2. Anyagában hasznosítás aprítás és szétválasztás után Az európai szabvány ajánlása az elhasznált abroncs darabolásának nomenklatúrájára az 3. táblázatban található (CEN/TS 14243). A legfontosabb frakció, a gumi alkalmazási lehet"ségeit a 4. táblázat mutatja. A granulálás és a szétválasztás során három f" frakcióra bontják az abroncsot: #gumi hasznosításáról alább szólunk, #acélszálak összepréselve kohóba adagolható és a vas visszanyerhet". Fontos, hogy az acél kevés gumit tartalmazzon, ami külön m!veletet igényelhet. Ez a technológia Achilles sarka. Nehéz olyan állapotba hozni a granuláláskor képz"d" acélhulladékot, hogy az könnyen kohósítható legyen, mert összeragad, külön fázist képez. #textilszálak (bolyh) általában elégetik, de lehet bel"le készíteni pl. épít"ipari h"szigetel" paplant is. A gumiabroncs granulálására alkalmas technológiák: 3. táblázat. Elhasznált abroncs darabolási nómenklatúrája Darab méretei Termék jellemz!k Nincs darabolás egész abroncs Mechanikai darabolás fél-, negyed abroncs Sred mm-es darabok, acél és textil benne Chip mm, acél és textil nélkül 1 10 mm-es szemcsék, acél és textil nélkül <%1 mm por, acél és textil tiltva <%500 &m finom por 4. táblázat. Elhasznált abroncsok használata formában (kis darabban) Alkalmazás Abroncs formája Könny! töltelék, vízvezeték körül sred, chip Betonadalék Aszfaltadalék, gumibitumen Lóverseny pálya Lóistálló alom M!füves futballpálya Játszótér burkolat Futópálya burkolat Kaucsuk helyett új gumitermékben por, Granulálás forgókéssel vagy préssel szobah!mérsékleten (5. ábra) Az els" m!velet a sreddelés, ami durva darabokat eredményez. Ehhez két ellentétesen, ford/perc fordulatszámmal forgó tengelyen kések aprítják az abroncsot 2 6 t/h betáplálási sebességgel, ami nagy nyírósebességet jelent. Az energiaszükséglet 25 kwh/t. Sreddelés el"tt speciális berendezéssel a peremkarikát eltávolíthatják [2]. A finomabb aprítást nagysebesség! forgókéses malom ( ford/perc) vagy daráló (cracker mill, ford/perc) végzi. 5. ábra. Szobah!mérsékleten m"köd! abroncs granuláló berendezés [5]. A el!aprító, B granulátor, C acél és szál eltávolító, D egymást követ! finomaprítási lépcs!k, E #pneumatikus szállítórendszer, F szélosztályozó, G második mágneses elválasztás, H szál és por eltávolító A kapott gumiszemcse durva, nagy fajlagos felület!, szivacsos anyag. A szemcse kívánt méretét"l függ"en, az abroncsot többször is átengedhetik a granuláló és elválasztó folyamaton. Az acélt mágneses szeparátorral, míg a textil bolyhokat a s!r!- ségkülönbségen alapuló ciklonnal különítik el. A módszer hátránya a viszonylag nagy energiaigény, az acélkések gyakori törése miatt nagy a karbantartási költség, és a melléktermékeknek (acél, textil) nincs piaca. A francia feltalálók által kifejlesztett berendezésben (6. ábra [3]) nagy nyomással kapjuk a 3 frakciót. Hasonló elven m!köd" gépet már a 70- es években a TAURUSban is kipróbáltak, de üzem- 6. ábra. Nagynyomású sajtolóberendezés évfolyam 8. szám

4 7. ábra. Acélszál, gumi és textilbolyh szer! alkalmazására nem került sor. Más forrás is említi ezt a megoldást [4], de ipari alkalmazásáról nem tudunk. A granulálás során kapott f"- és melléktermékeket mutatja a 7. ábra. Granulálás alacsony h!mérsékleten (8. ábra) Ez a technológiai változat abban különbözik a szobah"mérsékleten végzett granulálástól, hogy a sreddelés 8. ábra. Alacsony h!mérsékleten m"köd! abroncs granuláló berendezés [5]. A el!aprító, B fagyasztó alagút, C kalapácsos tör!, D acél és szál eltávolító, E szárító, F osztályozó, G második!rlési lépcs!, H terméktároló silók 9. ábra. A kétféle módszerrel kapott gumiszemcsék felülete után és a granulálás el"tt az anyagot cseppfolyós nitrogénnel leh!tik 80 C-ra. Ekkor a gumi az üvegesedési h"mérséklete alá h!l és üvegszer!en törik. Így a fajlagos felülete kisebb lesz, mint a szobah"mérséklet! granuláláskor. Széles szemcseméret-tartományú frakciót kapunk. Az acél és textil elválasztása az el"z" technológia szerint történik. A nitrogén fogyasztás 1,3 kg/kg, az elektromos energiafogyasztás viszont kevesebb. A kétféle módszerrel kapott gumiszemcsék felületét a 9. ábra mutatja. Granulálás nagynyomású vízsugárral (10. ábra) A hulladék el"tisztítás után, amikor a fizikai szennyez"déseket távolítják el, 2000 bar nyomású vízsugárral levágják a futót, majd az oldalfalat és a butil légzárót külön-külön. Tiszta frakciókat kapunk, nincs textil vagy acél szennyezés a gumiban. Szárítás után szitálással állítják be a szükséges szemcseméretet. Jellemz" szemcseméret < 2 mm [5]. Az így kapott gumiszemcse egyáltalán nem oxidálódik a feldolgozás során. További alkalmazásakor ez fontos körülmény. A különböz" módon el"állított gumiok tulajdonságai némileg eltérnek egymástól. A fenti technológiákkal általában 0,8 10 mm közti szemcsenagyságot kapunk. Kisebb szemcsék ismételt granulálással, vagy pl. vizes "rléssel nyerhet"k, szitálás után. A minimum 0,2 mm a vizes "rlés után [6]. Ezért kell hangsúlyozni a kereskedelmi ügyleteknél az el"állítási technológiát, csakúgy, mint a hulladékabroncs eredetét, esetleg korát. A gumi felhasználásának el"feltétele a rá vonatkozó szabvány megléte. Ma az Európai Unióban még nincs szabvány a gumiokra, de el"terv már van CEN TS 14243, amely alapján a mintavételezést és a min"sít" vizsgálatokat el lehet végezni. Hasonló elven Nagy-Britanniában létezik szabvány a gumiokra PAS 107, amelyben a definíciók, a vizsgálati módszerek és a bizonylatolás is rögzített. A REACH rendelet elvben a gumi termékre is vonatkozik. Nehéz lenne azonban az el"írást kielégíteni, hiszen a gyakorlatban nem mindig tudja a gyártója, hogy honnan származik az abroncs nyersanyag, s mit tartalmaz. Általános megoldás lehet az EURÓPAI AB- RONCS ÉS GUMIIPARI SZÖ- VETSÉG (EUROPEAN TYRE AND RUBBER ASSOCIA- TION, ETRMA) ajánlását évfolyam 8. szám 313

5 10. ábra. Nagynyomású vízsugárral való granulálás blokksémája követni, és a termék lehetséges kockázatait az el"írásuk alapján megadni [7]. A gumiot jegyzik a t"zsdén is, speciális min"ségi el"írással (EUROPEAN RECYCLERS EXCHANGE, [8]). A gumiok f" felhasználási területei (4. táblázat): #esésvéd" lapok játszóterek burkolatához, #m!füves futballpályák, #atlétikai pályák burkolata, #kényelmes sétaút, #gumibitumen aszfalthoz. El"ször az atlétikai pályák burkolata volt a f" felvev" terület, majd amikor megjelentek az európai játszóterek burkolására vonatkozó követelmények, akkor játszótereket burkoltak. A m!füves futballpályák nagyon sok gumiot igényeltek: a pályához 100 tonna gumi kell, 50 mm homok-gumi keverék a pálya alapja, amibe a m!anyag f!szálakat rögzítik [9]. A játszótéri, illetve a sportpálya burkolatokat többnyire lapokból építik fel, ekkor poliuretán ragasztóval h"kezelik a ot, és présben lappá formálják. Másik megoldás, hogy a gumihoz a leveg" nedvességére térhálósodó ragasztót adnak, kiöntik a burkolandó felületre, ahol a keverék megszilárdul. Kiemelked" jelent"ség! hasznosítás az elhasznált abroncsból készült gumi adagolása bitumenhez, majd a keverék bedolgozása az aszfaltba. A gumiaszfalt alkalmazástechnikai el"nye, hogy meghosszabbítja az aszfaltréteg élettartamát, csökken a szükséges rétegvastagság, jelent"s a karbantartási költségmegtakarítás, nem keletkezik nyomvályú, csökken a zajkibocsátás és a nedves úton a fékút. El"nyként említhet", hogy egy négyzetméter aszfaltba kb. 4 kg gumiot keverhetünk, vagyis az útépítéshez sok hulladék gumiabroncs szükséges [10, 11]. Az anyagában hasznosítás egy különleges esetét a francia koordináló szervezet, az ALIAPUR fémjelzi. Elhasznált gumiabroncsot használnak acélgyártáshoz elektromos ívkemencében, antracén adalék helyett. Ebben az esetben a gumiabroncsban lev" acél és a szerves alkotók szén tartalma anyagában hasznosul, ugyanakkor ez utóbbi h"energia forrás is. Kérdés, hogy a gumi nem jelent-e veszélyt az él"világra, különösen a gyermekekre, ha találkoznak elhasznált gumiból készült tárgyakkal. Jogos ez a kérdés mindenekel"tt a sportpálya burkolatok, esésvéd" burkolatok, m!füves futballpályák esetében. Semleges közegben a gumiból nem oldódnak ki rövid id" alatt az alkotók. Viszont savas közegben a fémek (ZnO, acél alkotói), lúgos közegben pedig a szénhidrogének egy része is oldódhat. Rövid id" alatt érdemben nincs kipárolgás a leveg"be, de a nitróz amin gondot okozott 20 évvel ezel"tt, újabban pedig a policiklusos aromás vegyületek (PAH), amelyeket f"ként lágyítóként adtak az abroncskeverékhez. Ezek használatát az Európai Unióban 2010-t"l betiltották, de máshol nem [12]. Egyes közlemények felhívják a figyelmet a gumiabroncsból készült egészségkárosító veszélyeinek lehet"ségére, különösen zárt térben [7, 13] Elhasznált gumiabroncs hasznosítása kémiai átalakítással Devulkanizálás A granulált abroncsot visszaalakítjuk plasztikus, feldolgozható állapotba. A vulkanizált szilárd gumiban a S S és/vagy a C S kötéseket bontjuk fel. Erre az alábbi módszerek alkalmasak [14]: #H"bontás: nem eléggé szelektív a bontási folyamat, önmagában már nem használatos. #Mikrohullám ( MHz): Amerikában elterjedt módszer (GOODYEAR), gazdaságossága nem megfelel". #Ultrahang (20 50 khz) hatására f"ként a S S kötések bomlanak fel, a C C kötések nem (AKRON UNIVERSITY módszer). Állítólag az ultrahang behatol a gumitest belsejébe, ott is bontja a kén kötéseket, nemcsak a felületen. #Kénbontó baktériumokat (thiobacilus, rodococcus, sulfolobus) használ az ún. DART eljárás, ami állítólag üzemesítés alatt van. A gumiban lev" kén 20%-át távolítják el. A baktériumos kezelés után kapott zagy elválasztása nehéz, a ZnO szilárd fázisban marad. #Kémiai kezelés, regenerát gyártás. A gumiport semleges, lúgos vagy savas közegben, lebontószer (merkaptán, tiazol stb.) és lágyító jelenlétében autoklávban C-on 8 10 óráig h"kezelik (11. ábra). #Kémiai kezelés, DeLink eljárás. 600 &m szemcseméret! gumiporhoz speciális feltárószert adnak, továbbá más adalékokat (merkaptán, tiazol, ditiokarbamát), majd golyósmalomban magasabb h"mérsékleten feltárják a kaucsukot. Az Ázsiában népszer! ún. MMR módszer esetén növényi kivonat és diallil-szulfát a feltárószer, hengerszéken keverik gumimal, f!tés nélkül. A növényi adalék miatt az eljárás környezetbarát évfolyam 8. szám

6 11. ábra. Gumipor kémiai kezelésének (regenerát gyártás) blokksémája #Kémiai kezelés kompatibilitást javító adalékokkal. Nyers gumikeverékhez adagolják a gumiport, továbbá az adalékot, amely lehet pl. uretán, SBR latex, NR latex, Ricon 100 gyanta, Vestenamer, Struktol stb. A keveréket zárt kever"ben dolgozzák fel. Az eljárás lényege, hogy csökkentsék a gumikeverék költségét a bekeverésével. A devulkanizálás f"ként Ázsiában használt módszer, ahol els"sorban diagonál abroncsokat használnak. Acélradiál abroncsok devulkanizálása nem olyan hatékony. Van regenerát gyártás Ukrajnában, Oroszországban, s"t Hollandiában is, Maastrichtban épült egy t kapacitású üzem [7]. Pirolízis Elhasznált gumiabroncsot rendszerint sreddelés után leveg" kizárásával hevítünk C-on, melynek során keletkezik: #gáz, amit visszavezetnek és elégetésével f!tik a reakció teret, #pirolízis olaj, amit el lehet égetni és energiát termelni, vagy finomítható nem könny! eljárás, #korom, gumiipari alkalmazása nem megoldott, de esetleg festékként, vagy víztisztításnál sz!r"rétegként hasznosítható, #acél, amelynek kohósítása éppolyan nehéz, mint amikor gumi melléktermékeként kapjuk [7, 15]. Az egyes frakciók mennyisége és aránya függ a pirolízis h"mérsékletét"l és a közegt"l (N 2, H 2 O, vákuum, NaAlO 2 olvadék). Az eljárás gazdaságossága még nem bizonyított, m!köd" üzemr"l nem, csak kísérletekr"l, kísérleti üzemr"l ír a szakirodalom. 12. ábra. Az anyagában hasznosítási módszerek arányát az Európai Unióban 2009-ben [7] 4. Összefoglalás Elhasznált gumitermékek hasznosítására érdemes energiát fektetni, mert a természetben eldobva veszélyeztetik az él"világot (meggyulladhatnak, betegséget terjeszt" állatok búvóhelye). Az elhasznált gumiabroncs értékes másodnyersanyag, mert anyagában való hasznosítására (12. ábra) már számos iparilag is alkalmazható eljárást dolgoztak ki. A hulladék hasznosítása révén nemcsak környezetünket védjük meg, hanem természeti er"- forrást is megtakaríthatunk (kaucsuk, korom), így hozzájárulunk a fenntartható fejl"déshez. Irodalom [1] European Tire and Rubber Association, End of Life Tyres 2011 Edition, [2] Arcon, Gumiabroncs-újrahasznosítás, [3] Husson-Tissier, B.; Russo, Ph.; Gros, B.; Clauzade, C.: A new scrap grade for the steel industry: Steel wires recycling from the treatment of End of Life Tires, Arcelor Mittal és Aliapur bels" tanulmánya, [4] The Kahl Alternative: Tyre Grinding with Flat-Die Granulator Presses, Tyre and Rubber Recycling, 4, 23 (2010). [5] An outstanding technology, [6] Fesus, E. M.; Eggleton, R. W.: Rubber World, 203, 23 (1991). [7] Chemrisk LLC, Tyre Generic Exposure Scenario End of Life Tyre Guidance, Dec 16, 229, [8] European Recycling Marketplace, euro.recycle.net. [9] Artificial Sport Pitches, WRAP UK Tyres Publications, 15 May, 2007, [10] Gumiörleménnyel módosított útépítési bitumenek, Veszprémi Egyetem bels" jelentése, [11] Rubberised Bitumen in Road Construction, WRAP UK, TYR 0009, Feb., 2006, [12] Chem. Risk Inc. (Pittsburgh), Review of the Human Health & Ecological Safety of Exposure to Recycled Tire Rubber found at Playgrounds and Synthetic Turf Fields, July 17, [13] Zhang, J.; Han, I. K.; Zhang, L.; Crain, W.: Hazardous chemicals in synthetic turf materials and their bioaccessibility in digestive fluids, J. of Exposure Science and Environmental Epidemiology, 27. August (2008). [14] Integrated Waste Management Board and California Environmental Protection Agency, Evaluation of Waste Tire Devulcanisation Technologies, Dec. (2004). [15] California Waste Management Board, Environmental Factors of Waste Tire Pyrolysis, Gasification and Liquefaction, July (1995) évfolyam 8. szám 315