Recykling mieszanin odpadów tworzyw sztucznych
Gwałtowny rozwój cywilizacyjny i idący za nim rozwój przemysłu spowodował lawinowy przyrost ilości wszelkich odpadów, w tym tworzyw sztucznych. Szacuje się, że w 2000 r. na świecie powstało ponad 1 mld ton wszystkich odpadów (niektóre źródła podają nawet 1,25 mld ton), z czego ok. 10% to odpady tworzyw sztucznych.
W przeliczeniu daje to ok. 100 mln ton rocznie bardzo cennego materiału możliwego do zagospodarowania. Spowodowało to, że recykling stał się jedną z najbardziej popularnych metod przetwórstwa tworzyw sztucznych. Świadczy o tym również gwałtowny wzrost liczby firm z branży recyklingowej. W 1991 r. w Europie działało w tym zakresie ok. 1000 firm. Obecnie szacuje się, że w samych Niemczech jest ok. 1500 firm zajmujących się recyklingiem tworzyw sztucznych1. Z kolei w Polsce, wg wyliczeń, takich zakładów jest od 300 do 400.
Wraz ze wzrastającą ilością odpadów zasadne wydaje się poszukiwanie sposobów recyklingu tworzyw sztucznych. Coraz bardziej popularna jest technologia intruzji, pozwalająca na produkcję profili i palet, a surowcami wykorzystywanymi przy produkcji są zmieszane i zanieczyszczone odpadowe tworzywa sztuczne.
Linie do produkcji profili i palet
Na liniach do produkcji metodą intruzji profili i palet mogą być przetwarzane wszystkie termoplastyczne odpady tworzyw sztucznych, pochodzące z przemysłu i gospodarstw domowych. Tworzywa sztuczne mogą być zanieczyszczone zarówno przez papier, drewno, aluminium i miedź, jak i materiały organiczne. Standardowa wydajność waha się od 80 do 300 kg, a na specjalne zamówienia nawet do 600 kg na godzinę. Zaleca się stosowanie określonego składu surowcowego przetwarzanych odpadów – najbardziej optymalny jest wtedy, gdy zawartość odpadów wynosi kolejno ok. 60% PE, 20% PP, 10% PS i 10% pozostałych tworzyw. W mieszaninach nie powinno być mniej niż 50% PE, ponieważ tworzy on – wspólnie z PP – ładną powierzchnię zewnętrzną. Dzięki temu wszelkie zanieczyszczenia, które sytuują się w rdzeniu profilu lub palety, są zakryte. Ponadto nie powinno być w niej więcej niż 30% PP. Przy zbyt małej ilości polipropylenu wzrasta kruchość produkowanych wyrobów w niskich temperaturach. Dodatkowo może to utrudnić wbijanie gwoździ w profile i palety, co jest wymagane w niektórych zastosowaniach. Należy również dbać o to, by w mieszaninie nie było więcej niż 20% PS, ponieważ zbyt duża jego ilość stwarza problemy w uzyskaniu ładnej powierzchni wyrobu.
Generalnie zaleca się, aby skład wprowadzanych odpadów był bardzo zbliżony do tego, jaki możemy znaleźć w kontenerach do selektywnej zbiórki odpadów tworzyw sztucznych. Zgodnie z informacjami podanymi w 2003 r. przez niemiecką firmę Etlinger2, skład odpadów tworzyw w kontenerach jest następujący: PE-LD 36%, PE-HD 23%, PP 18%, PET 9%, PS 8%, EPS 2%, PVC 1%, inne 3%.
Rys. 1. Linia do produkcji profili metodą intruzji z niesegregowanych odpadów tworzyw sztucznych3
Schemat linii do produkcji profili metodą intruzji przedstawiono na rys. 1. Działanie linii zaczyna się od etapu dozowania materiału (zmieszanych odpadów tworzyw) do adiabatycznej wytłaczarki i prawie bezciśnieniowego napełniania formy kształtującej profil. Ciśnienie w procesie narasta jedynie nieznacznie pod koniec procesu napełniania. Linia wyposażona jest w czujnik napełnienia i zawór odcinający, który zamyka dyszę wytłaczarki po zakończeniu napełniania formy. Po napełnianiu jednej formy i zamknięciu zaworu karuzela obraca się o jedną pozycję i zaczyna się proces napełniania kolejnej formy. Za każdym razem kształt profilu może być inny. W tym samym czasie na innym stanowisku za pomocą siłownika pneumatycznego następuje wypchnięcie ukształtowanego i schłodzonego profilu z formy. Linia wyposażona jest w wyrzutnik pneumatyczny, mechaniczny system wyciągający i duży stół odbiorczy. Wyprodukowane formy chłodzi się przez wodny system chłodzenia, który pracuje w układzie zamkniętym3.
Rys. 2. Linia do produkcji palet metodą intruzji z niesegregowanych odpadów tworzyw sztucznych3
Na podobnej zasadzie działa linia do produkcji palet (rys. 2). W tym przypadku jednak karuzela, na której zamocowane są formy, obraca się w poziomie, a nie w pionie. Inny jest również system opróżniania form, który w tym przypadku odbywa się na wydzielonym stanowisku zewnętrznym. Nie ma też zbiornika wody, a formy posiadają swój układ chłodzący bądź chłodzone są w komorze3.
Dostępne są też prostsze, półautomatyczne wersje linii do produkcji palet. Zasada ich działania jest podobna do dwóch pozostałych, z tym że transport form z pozycji rozładowczej do pozycji usuwania palety i stamtąd do pozycji wyjściowej odbywa się ręcznie. Trzy wagoniki przenoszą formy i utrzymują w linii z wytłaczarką w podniesionej pozycji podczas fazy napełniania, a następnie przenoszą do stacji wyładowczej. Wagony napędzane są za pomocą silnika z napędem łańcuchowym3.
Rys. 3. Schemat funkcjonalny typowego zakładu recyklingu3
Zakład recyklingu
Na rys. 3 przedstawiono schemat funkcjonalny typowego zakładu recyklingu z dwoma liniami do utylizacji dwóch typów odpadów. Pierwsza linia służy do przetwórstwa tworzyw sztywnych (z rozdrabniaczem i młynkiem), a druga do przetwórstwa folii (z rozdrabniaczem, silosem buforowym i aglomeratorami). Zakład wyposażono również w dwa niezależne systemy silosów mieszająco-suszących, z których odpady sztywnych tworzyw i folii są transportowane do dalszych silosów i mieszane w odpowiednich proporcjach. Zachodzi w nich ponowny proces suszenia i po ostatecznym przygotowaniu odpad tworzywa podawany jest na dwie typowe linie do produkcji profili i palet.
Całkowita moc zainstalowana w tym przykładowym zakładzie wynosi ok. 650 kW, a jego zdolności produkcyjne wahają się od 420 do 630 kg gotowych wyrobów na godzinę3.
Syntal
W nazewnictwie handlowym tworzywo konstrukcyjne uzyskane z mieszanin niesegregowanych tworzyw sztucznych technologią intruzji to tzw. Syntal. Produkty otrzymywane tą technologią są powtarzalne i nie wymagają praktycznie żadnej konserwacji. Ich liczne mechaniczne i estetyczne zalety oraz trwałość czynią je wielofunkcyjnymi artykułami w najróżniejszych dziedzinach. Podstawowe zalety profili z Syntalu to bardzo wysoka odporność na temperaturę, wilgoć, uderzenia i ogień.
Syntal stosuje się m.in. do okratowań, mostów, pni farmerskich, kamieni ściekowych, ogrodzeń, zagród zwierzęcych, skrzyni kompostowych, zderzaków portowych, zabezpieczeń wybrzeży przed erozją, oznaczenia dróg, barier ochronnych, ziemnych zapór – wzmocnień, ścian dźwiękochłonnych czy ogrodzeń na składowiska (rys. 4).
Rys. 4. Przykładowe zastosowania profili Syntal produkcji firmy MPTS z Poznania4
Linie do produkcji profili i palet są bardzo dobrym rozwiązaniem dla recyklingu mieszanin zanieczyszczonych tworzyw sztucznych. Pozwalają one nie tylko zaoszczędzić na wydatkach na myjnie, ale również – poprzez to, że zalecany skład wejściowy materiałów zbliżony jest do składu tworzyw zbieranych w kontenerach do selektywnej zbiórki odpadów – najczęściej nie jest konieczne specjalne przygotowywanie wejściowych mieszanin tworzyw. Ponadto są one dość energooszczędne, gdyż zużycie energii elektrycznej waha się w granicach od 0,3 do 0,5 kWh na 1 kg przetwarzanego tworzywa. Daje to łącznie, w zależności od wydajności linii, całkowitą moc zainstalowaną od 100 do 650 kW. Zakładając dobrze zorganizowaną produkcję i dostawę odpadów tworzyw, amortyzacja opisanych systemów następuje po czterech lub pięciu latach. Linie takie są bardzo popularne w Stanach Zjednoczonych, gdzie pracuje ich kilkadziesiąt. Poza tym zdobywają również coraz większe uznanie w Europie, gdzie obecnie pracuje ich kilkanaście (w tym dwie w Polsce).
Źródła
dr inż. Marek Szostak
Zakład Tworzyw Sztucznych
Instytut Technologii Materiałów
Politechnika Poznańska
Tytuł od redakcji
W przeliczeniu daje to ok. 100 mln ton rocznie bardzo cennego materiału możliwego do zagospodarowania. Spowodowało to, że recykling stał się jedną z najbardziej popularnych metod przetwórstwa tworzyw sztucznych. Świadczy o tym również gwałtowny wzrost liczby firm z branży recyklingowej. W 1991 r. w Europie działało w tym zakresie ok. 1000 firm. Obecnie szacuje się, że w samych Niemczech jest ok. 1500 firm zajmujących się recyklingiem tworzyw sztucznych1. Z kolei w Polsce, wg wyliczeń, takich zakładów jest od 300 do 400.
Wraz ze wzrastającą ilością odpadów zasadne wydaje się poszukiwanie sposobów recyklingu tworzyw sztucznych. Coraz bardziej popularna jest technologia intruzji, pozwalająca na produkcję profili i palet, a surowcami wykorzystywanymi przy produkcji są zmieszane i zanieczyszczone odpadowe tworzywa sztuczne.
Linie do produkcji profili i palet
Na liniach do produkcji metodą intruzji profili i palet mogą być przetwarzane wszystkie termoplastyczne odpady tworzyw sztucznych, pochodzące z przemysłu i gospodarstw domowych. Tworzywa sztuczne mogą być zanieczyszczone zarówno przez papier, drewno, aluminium i miedź, jak i materiały organiczne. Standardowa wydajność waha się od 80 do 300 kg, a na specjalne zamówienia nawet do 600 kg na godzinę. Zaleca się stosowanie określonego składu surowcowego przetwarzanych odpadów – najbardziej optymalny jest wtedy, gdy zawartość odpadów wynosi kolejno ok. 60% PE, 20% PP, 10% PS i 10% pozostałych tworzyw. W mieszaninach nie powinno być mniej niż 50% PE, ponieważ tworzy on – wspólnie z PP – ładną powierzchnię zewnętrzną. Dzięki temu wszelkie zanieczyszczenia, które sytuują się w rdzeniu profilu lub palety, są zakryte. Ponadto nie powinno być w niej więcej niż 30% PP. Przy zbyt małej ilości polipropylenu wzrasta kruchość produkowanych wyrobów w niskich temperaturach. Dodatkowo może to utrudnić wbijanie gwoździ w profile i palety, co jest wymagane w niektórych zastosowaniach. Należy również dbać o to, by w mieszaninie nie było więcej niż 20% PS, ponieważ zbyt duża jego ilość stwarza problemy w uzyskaniu ładnej powierzchni wyrobu.
Generalnie zaleca się, aby skład wprowadzanych odpadów był bardzo zbliżony do tego, jaki możemy znaleźć w kontenerach do selektywnej zbiórki odpadów tworzyw sztucznych. Zgodnie z informacjami podanymi w 2003 r. przez niemiecką firmę Etlinger2, skład odpadów tworzyw w kontenerach jest następujący: PE-LD 36%, PE-HD 23%, PP 18%, PET 9%, PS 8%, EPS 2%, PVC 1%, inne 3%.
Rys. 1. Linia do produkcji profili metodą intruzji z niesegregowanych odpadów tworzyw sztucznych3
Schemat linii do produkcji profili metodą intruzji przedstawiono na rys. 1. Działanie linii zaczyna się od etapu dozowania materiału (zmieszanych odpadów tworzyw) do adiabatycznej wytłaczarki i prawie bezciśnieniowego napełniania formy kształtującej profil. Ciśnienie w procesie narasta jedynie nieznacznie pod koniec procesu napełniania. Linia wyposażona jest w czujnik napełnienia i zawór odcinający, który zamyka dyszę wytłaczarki po zakończeniu napełniania formy. Po napełnianiu jednej formy i zamknięciu zaworu karuzela obraca się o jedną pozycję i zaczyna się proces napełniania kolejnej formy. Za każdym razem kształt profilu może być inny. W tym samym czasie na innym stanowisku za pomocą siłownika pneumatycznego następuje wypchnięcie ukształtowanego i schłodzonego profilu z formy. Linia wyposażona jest w wyrzutnik pneumatyczny, mechaniczny system wyciągający i duży stół odbiorczy. Wyprodukowane formy chłodzi się przez wodny system chłodzenia, który pracuje w układzie zamkniętym3.
Rys. 2. Linia do produkcji palet metodą intruzji z niesegregowanych odpadów tworzyw sztucznych3
Na podobnej zasadzie działa linia do produkcji palet (rys. 2). W tym przypadku jednak karuzela, na której zamocowane są formy, obraca się w poziomie, a nie w pionie. Inny jest również system opróżniania form, który w tym przypadku odbywa się na wydzielonym stanowisku zewnętrznym. Nie ma też zbiornika wody, a formy posiadają swój układ chłodzący bądź chłodzone są w komorze3.
Dostępne są też prostsze, półautomatyczne wersje linii do produkcji palet. Zasada ich działania jest podobna do dwóch pozostałych, z tym że transport form z pozycji rozładowczej do pozycji usuwania palety i stamtąd do pozycji wyjściowej odbywa się ręcznie. Trzy wagoniki przenoszą formy i utrzymują w linii z wytłaczarką w podniesionej pozycji podczas fazy napełniania, a następnie przenoszą do stacji wyładowczej. Wagony napędzane są za pomocą silnika z napędem łańcuchowym3.
Rys. 3. Schemat funkcjonalny typowego zakładu recyklingu3
Zakład recyklingu
Na rys. 3 przedstawiono schemat funkcjonalny typowego zakładu recyklingu z dwoma liniami do utylizacji dwóch typów odpadów. Pierwsza linia służy do przetwórstwa tworzyw sztywnych (z rozdrabniaczem i młynkiem), a druga do przetwórstwa folii (z rozdrabniaczem, silosem buforowym i aglomeratorami). Zakład wyposażono również w dwa niezależne systemy silosów mieszająco-suszących, z których odpady sztywnych tworzyw i folii są transportowane do dalszych silosów i mieszane w odpowiednich proporcjach. Zachodzi w nich ponowny proces suszenia i po ostatecznym przygotowaniu odpad tworzywa podawany jest na dwie typowe linie do produkcji profili i palet.
Całkowita moc zainstalowana w tym przykładowym zakładzie wynosi ok. 650 kW, a jego zdolności produkcyjne wahają się od 420 do 630 kg gotowych wyrobów na godzinę3.
Syntal
W nazewnictwie handlowym tworzywo konstrukcyjne uzyskane z mieszanin niesegregowanych tworzyw sztucznych technologią intruzji to tzw. Syntal. Produkty otrzymywane tą technologią są powtarzalne i nie wymagają praktycznie żadnej konserwacji. Ich liczne mechaniczne i estetyczne zalety oraz trwałość czynią je wielofunkcyjnymi artykułami w najróżniejszych dziedzinach. Podstawowe zalety profili z Syntalu to bardzo wysoka odporność na temperaturę, wilgoć, uderzenia i ogień.
Syntal stosuje się m.in. do okratowań, mostów, pni farmerskich, kamieni ściekowych, ogrodzeń, zagród zwierzęcych, skrzyni kompostowych, zderzaków portowych, zabezpieczeń wybrzeży przed erozją, oznaczenia dróg, barier ochronnych, ziemnych zapór – wzmocnień, ścian dźwiękochłonnych czy ogrodzeń na składowiska (rys. 4).
Rys. 4. Przykładowe zastosowania profili Syntal produkcji firmy MPTS z Poznania4
Linie do produkcji profili i palet są bardzo dobrym rozwiązaniem dla recyklingu mieszanin zanieczyszczonych tworzyw sztucznych. Pozwalają one nie tylko zaoszczędzić na wydatkach na myjnie, ale również – poprzez to, że zalecany skład wejściowy materiałów zbliżony jest do składu tworzyw zbieranych w kontenerach do selektywnej zbiórki odpadów – najczęściej nie jest konieczne specjalne przygotowywanie wejściowych mieszanin tworzyw. Ponadto są one dość energooszczędne, gdyż zużycie energii elektrycznej waha się w granicach od 0,3 do 0,5 kWh na 1 kg przetwarzanego tworzywa. Daje to łącznie, w zależności od wydajności linii, całkowitą moc zainstalowaną od 100 do 650 kW. Zakładając dobrze zorganizowaną produkcję i dostawę odpadów tworzyw, amortyzacja opisanych systemów następuje po czterech lub pięciu latach. Linie takie są bardzo popularne w Stanach Zjednoczonych, gdzie pracuje ich kilkadziesiąt. Poza tym zdobywają również coraz większe uznanie w Europie, gdzie obecnie pracuje ich kilkanaście (w tym dwie w Polsce).
Źródła
- Szostak M.: Maszyny do recyklingu tworzyw sztucznych. Materiały Konferencyjne. Wrocław 2003.
- Recycling of Mixed Plastics. Materiały firmy Ettlinger. Konigsbrunn 2003.
- Plastic Waste Recycling and Molding Machines. Materiały firmy JET. Bruksela 2002.
- Syntal. Materiały informacyjne firmy MPTS. Poznań 2003.
dr inż. Marek Szostak
Zakład Tworzyw Sztucznych
Instytut Technologii Materiałów
Politechnika Poznańska
Tytuł od redakcji
