Ugrás a tartalomhoz

Újrahasznosítási ismeretek

Dr. Nagy Béla (2011)

Szent István Egyetem

8.3 A gumiabroncs újrahasznosítás technológiája

8.3 A gumiabroncs újrahasznosítás technológiája

A használt gumiabroncs bármilyen felhasználása során figyelembe kell venni azt a tényt, hogy ezen különféle alapanyagokból speciális technológia igénybevételével alakítható ki a termék, ami a feldolgozásnál esetenként nehézséget okozhat. A feldolgozás lehetséges céljait mutatja a 126. ábra, a 127. ábra pedig másodlagos alapanyagkén történő feldolgozásnak lehetséges termékeit.

126. ábra. Hulladék gumiabroncs lehetséges termékútjai

127. ábra. Gumiabroncs alapanyagkénti újrahasznosítás technológiája és termékei

A gumihulladék csökkentésének a következő megoldásai jöhetnek számításba (20. táblázat):

  • a hulladék mennyiségének csökkentése a gumiabroncs tömegének csökkentése révén

  • a gumi élettartamának növelése

  • a hulladék gumiabroncs tovább használatra alkalmas állapotának biztosítása (újra futózás)

  • a gumihulladék alapanyagként történő újrahasznosításához szükséges technológiai fejlesztés

20.táblázat. Tendenciák a gumihulladék csökkentésben

A felhasználási területek arányai a 128. ábrán láthatók.

128. ábra. Gumiabroncs hulladék újrahasznosítási területei és arányai

Gumihulladék (gumiőrlemény) alapanyagként való felhasználásának lehetséges technológiái

A feldolgozás során fontos tudni a feldolgozandó termék összetételt és az alkotók egymáshoz való kapcsolatát, illetve a kapcsolat megszüntetésének lehetőségét. Az abroncsokat szinte valamennyi gyártó azonos alapanyagok azonos arányú alkalmazásával állítja elő. Lényeges eltérés a felhasznált acélmennyiség tekintetében van (a személygépkocsiknál kb. 18 %, haszonjárművek abroncsainál kb. 25 %. (A személygépkocsiknál szokásos összetételt mutatja a 21. táblázat).

A gumiabroncsból pirolizis, hidrálás, magas hőmérsékleten való elgázosítás útján olaj, gáz és korom nyerhető, mivel az abroncsokat felépítő nyersanyagok 70 %-ban szén és szénhidrogén vegyületekből állnak. A pirolizis során egyik legfontosabb szempont a korom visszanyerése, mely az új abroncs gyártásának nagyon fontos eleme. Azonban az így visszanyert korom minősége nem elégíti ki teljesen a követelményeket.

21. táblázat. A gumiabroncsba épített anyagok részaránya

A járműiparban többféle korom használatos. A legfinomabb az ASTM szerinti N110, a legdurvább pedig az N774 (22. táblázat).

A koromszemcsék nagyjából gömb alakúak és általában összetapadt állapotban (aggregátum) vannak, a „Van der Waals” erők tartják össze őket. erősítő tulajdonságukat meghatározó egyik fő jellemzőjük az aggregát mérete és alakja, közöttük igen nagy különbségek lehetnek. A legjobb minőségűből a futófelület teteje, a gyengébbekből a köpeny és oldalfala, a leggyengébbekből pedig a kisérőszövet készül, ezért a használt gumiból (a futófelületen elkopott jó minőségű korom miatt) kisebb az első osztályú korom kihozatala.

Nagy nyomáson és magas hőmérsékleten való hidrálással szintetikus olaj állítható elő, mely megfelelő finomítás után alkalmas benzin, fűtőolaj, vagy kenőanyag előállítására. Ennek azonban előfeltétele a gumihulladéknak minden fémhulladéktól való megtisztítása, ami igen költséges eljárás.

22. táblázat. Gumierősítő korom jellemzői

Gumiőrlemény előállításának technológiai megoldásai, energiamérlegük

129. ábra. Gumihulladék tipikus mechanikus aprítási folyamata

A használt gumiabroncsokat különféle megoldással bonthatjuk alkotó elemeikre, illetve hasznosíthatjuk egyéb formában. Ilyenek:

  • mechanikai feldolgozás (129 - 130. ábra)

  • pirolizis, vagy hőbontás

  • kriogén őrlés (131. ábra)

  • termikus hasznosítás (energianyerés)

A szerkezeti anyagként való hasznosítás a hagyományos mechanikai módszerekkel felaprított és tisztított gumilisztnek az új gumikeverékben való felhasználása minőségi miatt csak kis arányban történhet.

A mechanikai feldolgozás során a hagyományos őrlőkkel előállítható őrlemény tulajdonságainak javítására alkalmazzák az. ú.n. nyíró-extrudáló poritást, mely jelentősen eltér a hagyományos őrléstől. Az eljárás eleme egy ikertárcsás extruder, mely nagy nyíróerővel és nyomással finom, egyenletes, jó minőségű port állít elő a kiinduló 0.6 cm-es elődarabolt anyagból. Mechanó-kémiainak is nevezik az eljárást, mert a mechanikai műveletek során a gumiban kémiai folyamatok is végbemennek, a kötések egy része megszakad.

Az új abroncsok gyártásánál felhasznált korom visszanyerésének egyik lehetséges módja a pirolizis. Az ily módon kapott szintetikus olaj minősége megfelelő finomítás után alkalmas volt benzin, fűtőolaj vagy kenőanyag előállítására. Ennek azonban előfeltétele az őrleménynek minden fémhulladéktól való mentesítése, megtisztítása. Ez rendkívül költséges eljárás alkalmazását teszi szükségessé.

130. ábra. Mechanikus őrlés és osztályozás technológiai folyamata

A kriogén őrlés során az első lépés egy mechanikai eszközökkel végzett finomőrlés. Az őrleményt ezután folyékony nitrogénben lehűtik, majd a „fagyasztott gumit” lapátos malmon vezetik keresztül. A végterméket a részecskeméret szerint osztályozzák és vagy ebben a formában felhasználják, vagy tovább csökkentik a szemcseméretet például nedves őrléssel.

131. ábra. Kriogén őrlés technológiai folyamata

132. ábra. Fajlagos nitrogén felhasználás-szemcseméret

A kriogén őrlés során keletkező termék felülete sima. Az őrlés során hő gyakorlatilag nem képződik, ezért a gumi kevésbé bomlik le. A textil és acél alkotórész felszabadul, magas kitermelési % -ú, hasznosítható terméket és kis gumiveszteséget eredményez. (132. ábra) A folyékony nitrogén ára az utóbbi időben jelentősen csökkent, ezért a kriogén módon őrölt gumi versenyképes a környezeti körülmények közötti, hagyományos őrlésű termékkel. A következő 133 -136 ábrákon a különféle technológiát alkalmazó eljárások energia, anyag és hulladékmérlegét láthatjuk.

133. ábra. Mechanikai őrlés anyag és energiamérlege

134. ábra. Kriogén eljárás anyag és energiamérlege

135. ábra. Pirolizis eljárás anyag és energiamérlege

136. ábra. Termikus hasznosítás anyag és energimérlege

Az ábrák adatai alapján látható, hogy a rendszerek hatásfoka és maradék anyag értéke 1 t/h feldolgozott anyagra vonatkoztatva a következő:

Gumiőrlemény felhasználása gumibeton előállítására

A hulladék gumiabroncsból előállított gumiapríték bitumenhez keverését és az így előállított kötőanyag alkalmazását már az 1920-as években is alkalmazták (137. ábra). A gumiőrlemény bitumenhez való keverése és szélesebb körű útépítési alkalmazása és elterjedése az amerikai Charles McDonald nevéhez köthető, aki az 1960-as években kezdte kísérleteit gumibitumenek előállítására. A gumibitumen definíciószerűen gumiabroncsból származó őrlemény és bitumen összekeverésével előállított olyan termék, amelynek előállításához a végtermékre vonatkoztatva legalább 15% gumiőrleményt használtak fel. A gumiőrlemények felhasználásával előállított gumibitumenek útépítési alkalmazása sokkal többet jelent egyszerű hulladék-újrahasznosítási megoldásnál.

A gumibitumenek útépítési alkalmazása során bebizonyosodott, hogy a gumibitumen kötőanyaggal épített aszfalt utak minősége és tartóssága lényegesen jobb volt, mint a normál bitumenekkel épített utaké. Továbbá ezek repedezettsége és fenntartási költsége lényegesen kisebb, mint a hagyományos bitumennel épített aszfalt utak esetében (138. ábra).

137. ábra. Repedezett útfelület hagyományos bitumennel épített út esetén

Legfontosabb előnyként a hosszabb élettartamot, kisebb életciklus költséget, szélesebb alkalmazhatósági hőmérséklet-intervallumot, zajcsökkentő hatást és a kisebb deformálódást szokták kiemelni. Szemben a kimondottan bitumenmódosítási célra előállított polimerekkel (pl. etilén-vinil-acetát, sztirol-butadién-sztirol, blokk-kopolimer) a gumiőrlemény alkalmazása lényegesen olcsóbb volt, viszont a gumibitumen minőségileg elérte, sőt egyes paraméterek tekintetében (pl. hideg oldali viselkedés, fáradás) felül is múlta a drága, polimerekkel módosított bitumenekét. A gumibitumenek útépítési alkalmazása még ma is az Egyesült Államokban a legelterjedtebb, de Ázsiában és Európában, elsősorban Spanyolországban és Portugáliában is felismerték már a gumibitumenek, illetve a felhasználásukkal előállított aszfalt utak nyújtotta előnyöket.

138. ábra. Bitumen és gumibitumen felhasználásával előállított utak repedezettsége a) és fenntartási költsége b) az építéstől eltelt idő függvényében

Gumiőrlemények aszfaltútépítéshez való felhasználására két fő eljárástípust ismertettek a szakirodalomban. A száraz eljárás során a gumiszemcséket először a kőzettel majd forró bitumennel keverik össze. A nedves eljárással viszont a gumiőrleményt először a forró bitumennel keverik össze, mert így jobban ki lehet használni a gumiban lévő értékes polimerek kedvező tulajdonságmódosító hatását. A nedves eljárással előállított gumibitumen továbbfejlesztésének következő lépcsőjét a kémiailag módosított, illetve a kémiailag stabilizált gumibitumenek jelentették.

A kémiailag módosított gumibitumenek előállítása során vagy a gumiőrlemény felületét változtatják meg valami valamilyen vegyi kezelés során mielőtt a bitumennel érintkeztetik, vagy pedig a gumibitumen előállítása során valamilyen speciális vegyi anyagot is alkalmaznak. Mindkét módszernek az a célja, hogy javítsa a gumi-bitumen rendszer kompatibilitását, növelje a gumiőrlemény ülepedéssel szembeni ellenállását.

1999 augusztusában jelentették be a (volt brit) nemzetközösségi kutatási szervezet, a Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) ausztráliai intézetének kutatói, hogy megoldották a kerékköpenyből készített gumiőrlemény olyan felületkezelését, amely azt alkalmassá teszi más anyagokkal való elegyítésre. A közölt eredmények alapjána felületkezelt gumiőrleményből sikeresen készítettek akrilnitril–butadién–sztirol (ABS) műanyag eleggyel kompozitot. Az ilyen kompozit számos célra felhasználható, például készíthető belőle cipőtalp, autóalkatrészek, új kerékgumi, tömör gumikerék, tetőfedőanyag, épületszigetelés, ablakkeret, különbözõ konténerek, szállítószalag.

Még 1996-ban ötletes módot talált a használt gumiabroncsok hasznos eltemetésére az Arizonai Egyetem egy nyugdíjas professzora. Patakokhoz, kisebb folyókhoz (a korábban használt tiszta földgát helyett) használt gumiabroncsok, kő és föld keverékéből tervezett völgyzárógátat. Egy ilyen gát hatalmas mennyiségű hulladék kerékköpenyt tud magába fogadni, a gumiból pedig (bár szabadon hagyva — főleg gyúlékonysága miatt — veszélyes hulladéknak számít) nem mosódnak ki káros anyagok az így felduzzasztott vízfolyás vizébe.

A hétköznapi emberek számára a használt gumiabroncs értéktelen hulladék. Pedig a belőle készült őrlemény felhasználási területe széles körű. Rugalmassága, kopásállósága és csúszásmentes tulajdonsága kerékpárutak, belső utak, játszótéri és sportpályaburkolatok elkészítésére egyaránt alkalmassá teszi (139. ábra).

139. ábra. Gumiőrleményből készített különféle felületek

Magyarországon jelenleg mintegy 45–50 ezer tonna mennyiségű hulladék gumiabroncs hasznosítása nincs megoldva. Pedig a nyugati országokban már régóta ismerik az újrafelhasználása lehetőségeit, és alkalmazzák is.

Az elkészült gumiőrleményt kezdetben külföldre szállították regenerálásra, s ennek során a partnercégeknél – az angliai LCC-nél, valamint a német Kraiburg városbeli Bad Berleburgnál – a műszaki technológiát is sikerült elsajátítani.

A feldolgozás finom őrleménnyé rendkívül energiaigényes, és az elhasználódott gumiabroncsok begyűjtésének megszervezése, tárolása is igen költséges. Azt, hogy az őrlemény felhasználható az útépítésnél alkalmazott gumibitumen gyártásához, a bécsi központú Chemolwien cégnél már több évtizede jól ismerték. Az ottani tapasztalatok alapján indult el ennek az anyagnak a hazai gyártása, kb. 10–12 éve.

A gumibitument, bár kiváló bár kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, Magyarországon csak néhány útépítésnél alkalmazták. Egyike például a 6-os út Dunaújváros előtti része, valamint az Üllő és Ócsa közötti 20 kilométeres útszakasz, és az óbudai elkerülő út, a beruházások kivitelezője pedig a Betonútépítő Rt. volt. Bizonyítottan nemcsak kiváló zajcsökkentő hatású, energiatakarékos, de kopásálló is. Felhasználása ennek ellenére az utóbbi 2-3 évben visszaesett.

Pedig a gumibitumen alkalmazási területe külföldön igen széles körű. Kiválóan alkalmas építőipari szigetelőanyagként, például pince- vagy tetőszigetelésnél, kocsi beállók, parkolók, valamint állattartóhelyek, például istállók alapzatára. Ez utóbbi esetben 2–6 cm vastag rétegben terítik a helyiség padlójára. Nemcsak higiénikus, könnyen tisztán tartható, de alkalmazásával jelentős, akár 80 százalékos alom-megtakarítás is elérhető.

Szobor használt gumiabroncsból

Emellett kültéri területek, például játszóterek burkolásához is kiváló: biztonságos, nem okoz sérülést, ha elesik az ott játszó gyermek. A belőle készült gumitéglák uszodák, medencék, focipályák, teniszpályák burkolatainak esztétikus és balesetmentes szegélyezésére, a színezhető gumi burkolólapok pedig – mivel nem csúsznak – a sétálóutcákban díszburkolatnak is kiválóak. A burkolólapok színét a gyártáskor használt poliuretán kötőanyag színe határozza meg. Ez lehet vörös, zöld, kék, sárga, bézs, szürke és fekete. A gumiőrleménnyel készült burkolólapok csúszásmentessége, színtartóssága mellett további jó tulajdonsága, hogy kopásállók, hosszú élettartamúak és rugalmas felületet biztosítanak.

A gumiőrleményt a cementiparban is alkalmazzák a cement gyártásához, az olaj és a gáz helyettesítésére. Az égetésével nyert energia előállítása ugyanis jóval költségkímélőbb. Újabb, széles körű alkalmazási területe pedig a vízvédelem lehet, ahol a hullámtörés megakadályozására már bizonyítottan megfelel.