Проект Изготовление полимерно-песчаной плитки из вторичных отходов. Подготовка сырья для ее производства

Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя школа №71»

Индивидуальный итоговый проект

«Изготовление полимерно-песчаной плитки из вторичных отходов. Подготовка сырья для ее производства»

Выполнил:

Молодцов Марк Сергеевич

 ученик  11 «Б» класса

МОУ «Средняя школа № 71»

Научный руководитель:

Горбачева Мария Львовна

Ярославль, 2024

Оглавление

Введение……………………………………………………………….….……..3

1.     Основные понятия и характеристики полимерно-песчаной плитки…………………………………………….………….……………5

2.     Производственный цикл изготовления плитки из вторичных отходов….……………………………………………………………...…6

2.1   Стадии изготовления сырья для плитки…….……………………...6

2.2   Используемое оборудование для изготовления сырья для производства плитки…………………………………………………7

3.     Понятие агломерата, дробленых полимеров и их применение …………………………………………….…………….10

Заключение……………………………………….……….……………………12

Список используемых источников……………………………………………13

Введение

Ежегодное потребление полиэтилена в России составляет около 1,7 млн. тонн.Значительная доля полимера идет на изготовление товаров с ограниченным сроком службы, то есть являющихся источниками отходов.Следовательно, из года в год вопрос утилизации данного сырья становится все острее.

Мировые объемы ежегодного производства изделий из полиэтилена составляют миллиарды тонн. Несмотря на очевидные преимущества использования полиэтиленовой упаковки, к примеру,универсальность и практичность, организации по защите окружающей среды всерьез обеспокоены вопросом утилизации этого материла. Дело в том, что полиэтилен устойчив к естественным перепадам температуры и влажности, способен переносить длительный контакт с микроорганизмами, вследствие чего срок распада этого материала превышает 500 лет. [1]

Утилизация полиэтиленовых изделий, а также вторичная переработка пакетов, пленки и т.д. - является приоритетной задачей по всему миру еще и потому, что при случайном воспламенении или умышленном сжигании материала, в атмосферу попадают ядовитые вещества, угрожающие жизни человека. К отходам люди продолжают относиться как к нежелательным материалам, и главное, что заботит многих людей, как "спрятать" отходы с глаз долой.

Актуальность данной темы заключается в том, что вопрос необходимости переработки использованных пластмассовых изделий (полимеров) на сегодняшний день во всех странах мира стоит особенно остро, ведь охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов в настоящее время – одна из самых обсуждаемых проблем в мире.

Связано это в первую очередь с тем, что полиэтилена стали производить достаточно много и постепенно этими отходами начали наполняться полигоны.

Если мысленно прикинуть то количество отходов, которое мы ежедневно отправляем на полигоны, то это несколько десятков килограмм в масштабе каждой семьи, а в масштабах всего мира это и вовсе немыслимые мегатонны.

Исходя из данных общего объема ТБО[2] (~53 млн.тонн-2012г.), образующихся в России, всё же можно выделить около 20 млн. тонн полезных фракций, содержащихся в них. Из них 4 млн. тонн пластмассы, в том числе 600 000 тонн полиэтилена. По примерным подсчетам, собирается и перерабатывается 200 000 -250 000 тонн полимеров в год (то есть 5-7% от всего объема отходов). И вполне логично, что необходимо искать новые технологии переработки мусора, иначе наша планета рискует превратиться в одну огромную свалку. [3]

Цель проекта: рассмотреть изготовление полимерно-песчаной плитки из вторичных отходов как способ утилизации отходов для сохранения окружающей среды и природных ресурсов.

Для достижения данной цели, нами были поставлены следующие задачи:

1.     Рассмотреть основные понятия и характеристики полимерно-песчаной плитки

2.     Изучить стадии изготовления сырья для плитки

3.     Провести оценку используемого оборудования для изготовления сырья для производства плитки

4.     Рассмотреть понятие агломерата и дробленых материалов и способы их применения.

1.     Основные характеристики полимерно-песчаной плитки

Полимерно-песчаная плитка –это строительный материал, получаемый из песка и различных полимеров путем высокого давления и температурного воздействия.Полимерно-песчаная плитка является относительно новым тротуарным покрытием ,имеет ряд особенностей и преимуществ, которые ее выгодно отличают от других.На сегодняшний день это один из лучших строительных материалов, который можно применять для благоустройства территории как в частном доме, так и в общественных местах . Это экологически чистый строительный материал. Даже при постоянном воздействии на изделие прямых солнечных лучей,она не выделяет токсинов  и вредных веществ.Плитка является ремонтноспособной: при повреждении одной или нескольких не нужно демонтировать все покрытие,а можно заменить необходимые участки.Благодаря особой технологии производства,она обладает отличными характеристиками.

Основные свойства полимерно-песчаной плитки:

·                   высокая влагостойкость;

·                    прочность;

·                   износостойкость;

·                    ударостойкость ;

·                    цветостойкость;

·                    температуростойкость.

·                   долговечность

Сырьем для такой плитки является полиэтилен вторичной переработки. Благодаря этому удешевляется производство,а также не наносится вред окружающей среде,потому что из вторичных отходов мы получаем прекрасный строительный материал,который еще долго может прослужить людям.     

2.     Стадии  изготовления полимерно-песчаной плитки из вторичных отходов и использованное оборудование

2.1    Стадии изготовления сырья для плитки

Для изготовления полимерно-песчаной плитки используют измельченные полимеры.Это может быть измельченный полипропилен, полиэтилен высокого и низкого давления, полистирол, полиэтилентерефталат. Некоторые из них можно смешивать. В последнее время для производства плитки используют не «новые» полимеры, а продукты вторичной переработки, это никаким образом не ухудшает свойства плитки. Кроме того, это идет на пользу экологии – благодаря такой переработке отходов не увеличивается количество свалок и не загрязняется окружающая среда. Количество полимеров в составе сырьевой массы примерно 20–25%; Для изготовления плитки нужно использовать нетоксичный полимер без химических реагентов и примесей, чтобы продукция была экологически чистой. Сначала заготавливают сырье.Изготовление сырья происходит следующим образом:

Сбор и сортировка.

Отходы сортируют механическим способом и вручную.

Агломерация.

Процесс протекает под давлением и при повышенной температуре, представляет собой частичное расплавление и спекание полиэтилена в катышки в агломераторе.

Измельчение.

 На высокопроизводительных линиях дробление до нужной фракции выполняется при помощи шредеров или дробилок. Измельчение необходимо для крупных полимерных отходов для того, чтобы  увеличить скорость плавления.

Для изготовления плитки также используются наполнители, их доля примерно 69 %.В качестве наполнителей используют очищенный песок. Прежде, чем смешать его с полимером,его просеивают,удаляя крупные гранулы. Он должен быть однородной мелкой фракции без глинистых включений.

В производстве плитки используют красители до 1 %. Их  предназначение-придать готовому изделию определенный цвет и стабилизаторы до 1-2%, они защищают от выгорания. Пигменты можно использовать как минеральные, так и органические.От выбора пигмента будет зависеть цвет будущей плитки.

Что касается запахов, полиэтилены высокого и низкого давления абсолютно безвредны и при нагреве не выделяют канцерогенных веществ в атмосферу. Кроме того, нужно понимать,что на 69% изделие все-таки состоит из песка, а полимер - это связующее.

2.2 Используемое оборудование для изготовления сырья для  плитки

Полиэтилен сортируются по степени загрязнения на чистые (загрязнено менее 10% поверхности полиэтилена) и грязные (загрязнено более 10% поверхности полиэтилена). Так же в процессе сортировки из пленки удаляются посторонние включения, такие как скотч, бумага, этикетки и прочее.

Отсортированное сырье  отправляется на участок первичной переработки полиэтиленов, где пленка проходит стадию агломерирования.

Агломерирование - совмещение в одном процессе измельчения и пластикации полимерной пленки под действием теплоты трения, подачи дозированного количества воды для охлаждения, агломерации.

Агломератор-это оборудование для переработки пленочных и тонкостенных полимерных отходов с целью превращения их в агломерат,плотный  сыпучий материал, готовый к грануляции или литьевому производству.

     С помощью агломераторов из старого пластика, пленки получают сырье для изготовления новых предметов.

Агломераторы состоят из корпуса, станины, на которой смонтированы все узлы аппарата, рабочей камеры для загрузки перерабатываемого материала; ножей для измельчения пленочных отходов, вращающихся от электродвигателя; крана для подачи воды в рабочую камеру для введения требуемого объема «шоковой» воды, а также заслонки, через которую производится выгрузка готового продукта.

Рис 1 . Агломератор

В агломераторе производится измельчение и нагревание материала за счет механической энергии трения измельченных частиц материала о стенки рабочей камеры и между собой. Работник, проводивший операцию агломерирования, визуально определяет степень расплавления полимерного материала и при расплавлении 40% массы добавляет «шоковую» воду. В результате резкого охлаждения полимера, в камере происходит агломерация массы. Далее работник контролирует процесс сушки материала. После прекращения испарения избыточной влаги, работник открывает заслонку и производит выгрузку готового продукта - агломерата.

Процесс агломерирования происходит,когда исходным сырьем для плитки служат отходы вторичных политиэленов.

Дробление полимеров-это формирование частиц подходящего размера и формы для уменьшения объёма и гомогенизации потока сырья.

Дробилка-это специальное устройство для измельчения полимеров высокого и низкого давления с целью дальнейшей их переработки.

Для дробления крупных полимеров используются дробилки.

 Загрузка материала в приемный бункер оборудования осуществляется вручную, равномерными порциями, что исключает перегрева привода и разогрева материала. В процессе разрезания крупных полимеров между ножами ротора и ножами стационарными, происходит уменьшение размера до величины, соответствующий диаметру отверстий решета.

                           Рис.2 Дробилка

 Измельчённый материал через отверстия решета последовательно поступает в бункер промежуточный, бункер загрузочный, патрубок -и по воздуховоду – в накопительные ёмкости вентиляционной пылеулавливающей установки. Сбор измельченного материла, осуществляется в биг-бэг. По мере его заполнения, подача отходов полимеров в дробилку прекращается, и тара меняется на пустую.

3. Понятие агломерата и дробленых полимеров и их применение

Агломерат - это продукт вторичной переработки полимерных отходов,неоднородные сферические частицы полиэтилена неправильной формы, размером от 2 до 15мм.Он используется в качестве как самостоятельного вторичного сырья для литья в термопласт-автоматах, так и для дальнейшей переработки экструзией.

Агломерат-это окускованный концентрат, полученный в процессе агломерации(присоединения,накопления  спекшихся частиц).

Рис. 3 Агломерат

Цвет агломерата зависит от цвета исходного сырья.

Для производства полимерно-песчаной плитки обычно используют полиэтилен высокого и низкого давления.

Дробленые полимеры- это материалы, получаемые из механического измельчения отходов полимеров. Для получения дробленых полимеров отходы измельчают на специальных дробилках.

Рис. 4 Дробленые полимеры

Сфера применения  агломерата и дробленых полимеров очень большая.

Перечислим самые распространенные области:

·          Изготовление полимерно-песчаной тротуарной плитки различных цветов.

·        Изготовление пленок разной формы и размера. Для этого гранулы загружаются в специальный бункер, разогреваются и перемешиваются. В результате всех манипуляций получается расплавленная масса. Из нее методом экструзии производят плёнку заданной толщины. Широко востребован в промышленности экструдер с круглой головкой. Такой метод позволяет получить рукав, который можно использовать для дальнейшего изготовления пакетов.

·        Производство тары. При помощи литья и других техник формования изготавливают такие упаковочные материалы, как горшки, ящики, бутылки и схожие с ними изделия. В этом случае гранулированный полиэтилен подвергается вакуумному формованию — этот способ считается самым экономически оправданным и практичным.

·        Создание электроизоляции из полиэтиленов специальных кабельных марок. Этот способ похож на первый: гранулы расплавляются, и размешивается до гомогенного состояния. Затем при помощи экструзионного способа производится изоляционный материал необходимой формы.

·        Изготовление вспененного полиэтилена (пенополиэтилена). Это один из самых популярных теплоизоляционных материалов. Для его выпуска также используется расплав гранулированных полимеров.

·        Производство элементов корпуса транспортных средств и других изделий, требующих высокой прочности. Для этого гранулы полиэтилена особых марок подвергаются формовке при помощи литья под давлением.

Заключение

Производство полимерно-песчаной плитки из отходов вторичных полиэтиленов и дробленых отходов полимеров помогает снижать негативное влияние на окружающую среду.Период разложения полиэтилена длительный − около 100 лет, вместо этого он послужит нам в качестве прекрасного покрытия в течении длительного периода времени.

На основании проведенного анализа распространенных методов изготовления полимерно-песчаной плитки следует сделать вывод, что существующие технологии позволяют перерабатывать более 90% данных отходов, при условии их раздельного сбора и обеспечения высокой степени чистоты  вторсырья.

В ходе проделанной  работы, поставленные мной  задачи для данного проекта, были успешно выполнены. Следовательно, главная цель: рассмотреть изготовление полимерно-песчаной плитки из вторичных отходов полимеров как способ сохранения окружающей среды и природных ресурсов была достигнута.

Список используемых источников

1.     ГОСТ 10354-82 Полиэтиленовая пленка

2.     ГОСТ 16337-77 Полиэтилен высокого давления

3.     Бобович Б. Б. Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов. - М.: "СП Интермет Инжиниринг", 1999. - 19 с.

4.     Воробьев В.А., Андрианов Р.А. «Технология полимеров», 1971г. – 254с

5.     Лобачев Г.К.,Желтобрюхов В.Ф.и др. Вторичные ресурсы: проблемы, перспективы, технология, экономика: Учеб. пособие /Волгоград,1999.-134 с.

Интернет-ресурсы:

1.   https://moskeram.ru/info/polimerpeschanaya-trotuarnaya-plitka-gost.html

2.   http: https://clean-planets.ru/proizvodstvo/plitka/

---

[1]Бобович Б. Б. Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов. - М.: "СП Интермет Инжиниринг", 1999. - 19 с.

[2]ТБО - Твёрдые бытовые / коммунальные отходы — предметы или товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления.Помимо бытового, мусор также бывает производственным и строительным.

[3]Лобачев Г.К.,Желтобрюхов В.Ф.и др. Вторичные ресурсы: проблемы, перспективы, технология, экономика: Учеб. пособие /Волгоград,1999.-134 с.