ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЖЕСТИ НА ПРИМЕРЕ ПЕРЕРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Автомобиль является крупнейшим загрязнителем окружающей
среды. Несмотря на это, трудно представить жизнь современного
общества без автомобильного транспорта, поскольку отказаться от тех
возможностей, которые он предоставляет и обществу, и индивидуаль-
ному владельцу, мы уже никогда не сможем.
Неуклонно растёт количество автомобилей, находящихся в экс-
плуатации. Считают, что мировой парк автомобилей приблизился
к 700 млн. единиц. Россия, Китай, Индия, другие страны переживают
автомобильный бум. Автопарк России ежегодно увеличивается
на 1,6….1,8 млн автомобилей. Только в Москве ежегодный прирост
парка автомобилей составляет более 15 тыс. шт., а общая численность
зарегистрированных легковых автомобилей в Москве и Московской
области в 2008 г. превысила 5,7 млн.
По мнению многих экспертов, утилизация автомобилей должна
развиваться в двух направлениях: восстановления и повторного ис-
пользования узлов, агрегатов и других автокомпонентов, сохранивших
свой ресурс, и переработки узлов и агрегатов, не подлежащих восста-
новлению, во вторичные материальные ресурсы с целью их использо-
вания при производстве новых материалов.
Зарубежный опыт утилизации автомобилей
Целями ЕС, США, Японии и других стран при обращении с авто-
мобилями, выработавшими свой ресурс, являются:
– уменьшение загрязнения окружающей среды (почвы, воды,
атмосферного воздуха) продуктами деградации автомобилей;
– сокращение потребления материальных и энергетических
ресурсов;
– уменьшение затрат на производство материалов за счёт
использования вторичных материальных ресурсов;
– сокращение нагрузки на окружающую среду за счёт уменьше-
ния добычи природных ресурсов.
Расчёты специалистов показывают, что утилизация среднестати-
стического легкового автомобиля массой 1050 кг позволяет сэконо-
26
мить 3300 кг природных материальных ресурсов, снизить расход энер-
гии на 56 000 МДж, уменьшить выбросы вредных веществ на 1950 кг.
Затраты на утилизацию такого автомобиля составляют 3000 р.
Оценка воздействия автомобиля на окружающую среду, в том
числе по потреблению природных ресурсов, производится по стандар-
там ИСО 14040-ИСЮ 14043. С целью обеспечения выполнения требо-
ваний этих стандартов в ЕС разработан ряд директивных документов,
обязательных для исполнения всеми странами сообщества.
Среди других мер эти документы предписывают:
– резкое сокращение образования неутилизируемых отходов при
завершении жизненного цикла автомобиля;
– повторное использование деталей и автокомпонентов;
– необходимость производства из изношенных частей автомо-
биля вторичных материальных ресурсов;
– необходимость производства энергии путём сжигания отхо-
дов, не подлежащих рециклингу.
К принятым директивным документам относятся:
– Директива 2000/53/ЕС «Транспортные средства, вышедшие из
эксплуатации», вступившая в действие в июле 2007 г. Она определяет
требования по уменьшению образования отходов при выведении авто-
мобиля из эксплуатации и устанавливает ответственность производи-
телей автотранспортной техники за её утилизацию;
– Директива 2005/64/ЕС «Об одобрении типа автотранспортных
средств в части пригодности к утилизации, рециклированию материа-
лов и повторному использованию узлов и деталей»;
– Решение 2003/128/ЕС о маркировке пластмассовых деталей
автомобилей, облегчающей их идентификацию и рациональную ути-
лизацию;
– Решение 2005/673/ЕС о запрете использования в автомобиль-
ных компонентах и материалах тяжёлых металлов: свинца (за исклю-
чением аккумуляторов), ртути, кадмия, шестивалентного хрома.
Директива 2000/53/ЕС предписывает всем странам, входящим в
содружество, до 2006 года обеспечить утилизацию автомобилей,
включая сжигание с получением энергии, на 85%, а рециклирование,
т.е. возврат в производственный цикл в виде вторичных материальных
ресурсов, на 80% их массы. К 2015 году все страны должны добиться
утилизации автомобилей на 95%, а рециклирования на 85%.
В развитых странах утилизацией автомобилей занимается спе-
циализированная отрасль промышленности со своей инфраструктурой
и государственным регулированием обращения с выводимыми из экс-
плуатации автомобилями.
В мире утилизацией автомобилей занимаются более 1,5 млн. чело-
век. На заводах, перерабатывающих утилизируемые автомобили, рабо-
27
тает свыше 700 шредерных установок (дробилок). Стоимость продук-
ции, производимой из вторичных ресурсов, получаемых при утилизации
автомобилей, оценивается в сотни миллиардов долларов.
В США перерабатывается до 95% изношенных автомобилей,
в странах ЕС – более 70%. Доходы предприятий, занятых переработ-
кой изношенных автотранспортных средств, составляют в США более
25 млрд. долл ежегодно. В этой отрасли действуют более 7000 пред-
приятий с числом работающих около 46 000 человек. Эти предприятия
ежегодно утилизируют 15 млн. автомобилей общей массой более
20 млн. т [6].
Утилизация автомобилей в России
В России обращение с отходами производства и потребления,
в том числе такими сложными, как выведенные из эксплуатации авто-
транспортные средства, регулируется следующими федеральными
законами:
– «Об отходах производства и потребления» (от 24.06.1998 г.
№ 89-ФЗ, ред. от 18.12.2006 г.);
– «Об охране окружающей среды» (от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ);
– «О санитарно-гигиеническом благополучии населения» (от
30.03.1999 г. № 52-ФЗ, ред. от 31.12.2005 г.);
– «Об общих принципах организации местного самоуправления
в Российской Федерации» (от 06.10.2003 г. № 131-ФЭ).
Эти законы направлены, прежде всего, на снижение загрязнения
окружающей среды отходами производства и потребления и практиче-
ски не регулируют обращение с ними, как с источниками вторичных
материальных и энергетических ресурсов. В то же время выведенный
из эксплуатации автотранспорт относится к отходам потребления,
на обращение которыми распространяется действие межгосударствен-
ного стандарта ГОСТ 30773–2001 «Ресурсосбережение. Обращение
с отходами. Этапы технологического цикла. Основные положения»,
введённого в действие с 01.07.2002 г. Стандарт гармонизирован с меж-
дународной и отечественной нормативной документацией и рассмат-
ривает ликвидацию отходов как последнюю стадию жизненного цикла
изделия, выводимого из эксплуатации.
Несмотря на существующие федеральные и региональные зако-
ны, а также наличие государственного стандарта, определяющего
порядок обращения с отходами, сложные, многокомпонентные отхо-
ды, к которым следует отнести и автомобиль, у нас в стране перераба-
тываются незначительно.
Это объясняется высокой стоимостью работ по их сбору и видо-
вой сепарации. Доступность первичного сырья и его относительно
28
низкая стоимость также делают использование отходов нерентабель-
ным, а существующие в стране нормативно-правовые механизмы,
регулирующие обращение с отходами производства и потребления,
не способствуют их вовлечению в хозяйственный оборот.
Постановление Правительства Российской Федерации от
31.12.2009 г. № 1194 предусматривает проведение эксперимента по
стимулированию приобретения новых автомобилей взамен сдаваемых
на утилизацию. По-видимому, оно окажет некоторую поддержку авто-
производителям, но также не будет способствовать решению пробле-
мы рационального использования утилизируемых автомобилей, яв-
ляющихся источником ценных вторичных материальных ресурсов.
Увеличить объёмы рециклинга в России автомобильной техники
можно лишь при условии создания благоприятных нормативно-
правовых, экономических и социально-политических механизмов. Эти
механизмы должны учитывать интересы и обязанности производите-
лей автотехники, её потребителей и переработчиков выведенных из
эксплуатации автомобилей.
После разборки автомобиля его кузов, агрегаты и детали, не под-
лежащие восстановлению, поступают на переработку с целью получе-
ния вторичных материалов. Наибольшую ценность из них представляют
чёрные и цветные металлы, составляющие основную массу автомобиля.
Значение использования вторичных металлов
Выводимые из эксплуатации автомобили являются крупным ис-
точником вторичных металлов. Их использование имеет большое зна-
чение, так как затраты на вовлечение металлических отходов в оборот
значительно меньше, чем на выплавку металла из руды. Использова-
ние 1 т подготовленного лома чёрных металлов позволяет экономить
свыше 1,8 т руды, агломерата и окатышей, 0,5 т кокса, 45 кг флюсов,
около 100 м3 газа. Значительно сокращается и расход энергии, необхо-
димой для выплавки металла (табл. 2.1) [7].
2.1. Экономия энергии при использовании металлолома
вместо выплавки металла из руды
Металл Экономия энергии, %
Алюминий 95
Медь 83
Сталь 74
Свинец 64
Цинк 60
29
Технология и оборудование
для подготовки металлолома к переплаву
Под переработкой отходов металлов подразумевается технологи-
ческий процесс, в результате которого они приводятся в состояние,
пригодное для использования в металлургическом и литейном произ-
водствах. Автомобильный металлолом при подготовке к переплаву
прессуют, дробят и сортируют по видам.
Перед измельчением автомобильный кузов и другой крупногаба-
ритный металлолом прессуются. Для уплотнения металлолома исполь-
зуют пакетировочные прессы. Особенность их работы в том, что прес-
сование одновременно осуществляется в трёх плоскостях, в результате
чего получают прочные компактные пакеты. Пресс имеет камеру прес-
сования с несколькими плунжерами, гидравлическую аппаратуру
с баком для масла, механизм загрузки камеры. Пакетирование облег-
чает дробление металлического кузова и приводит к снижению потерь
металла на угар в процессе последующей плавки.
Модель пресса и его рабочие характеристики определяют допус-
тимую толщину листа металлолома и параметры пакетов спрессован-
ного лома. Процесс включает следующие операции: загрузку лома
в пресс, прессование в различных направлениях, складирование паке-
тов. При этом используют краны, грузоподъёмные электромагниты
и другую механизированную технику. Отечественная промышлен-
ность выпускает гидравлические прессы с усилием прессования
от 1 до 31,5 МН.
На рисунке 2.1 показана схема пресса Б 1642, применяемого для
пакетирования металлолома.
Процесс прессования осуществляется следующим образом.
Металлолом краном загружается в загрузочную камеру 6 пресса, отку-
да поступает в пресс-камеру 2. Крышка 3 закрывается с помощью
механизма прижима 4, и лом прессуется. При этом формируется окон-
чательная высота пакета. Затем с помощью механизма поперечного
прессования 1 формируется ширина пакета. После этого механизм
продольного прессования 7 формирует длину пакета. В это время дав-
ление в гидросистеме максимально. По окончании прессования вклю-
чается механизм разгрузочного устройства 8, и пакет с помощью ме-
ханизма 5 выталкивается из камеры. Затем окно выдачи пакета закры-
вается, и пресс готов к очередному циклу работы.
Для уплотнения автомобильного кузова и другого крупногаба-
ритного металлолома применяются также гидравлические пресс-
ножницы (рис. 2.2), которые могут работать как в режиме прессования,
так и в режиме резки.
30
Рис. 2.1. Пакетировочный гидравлический пресс Б 1642
Рис. 2.2. Пресс-ножницы гидравлические:
1 – загрузочная камера; 2 – узел подачи материалов;
3 – маслостанция; 4 – нож; 5 – гидроцилиндры
31
При пакетировании кузов автомобиля с помощью механизма
подачи 2 подаётся в загрузочную камеру 1, где пакет формируется
по ширине. Затем кузов прессуется по вертикали. После формирования
пакет с помощью механизма окончательного прессования выталкива-
ется из камеры штемпелем.
При работе пресс-ножниц в режиме резки поперечная стенка
камеры, являющаяся ножевой балкой, поднимается, и металлолом
с помощью механизма подачи перемещается под нож 4. Резка осуще-
ствляется механизмом реза, работающим от гидропривода [8].
Дробление позволяет провести видовую сортировку материалов,
из которых изготовлен кузов утилизируемого автомобиля. Взрыво-
опасные смеси распылённых масел и топлива, остающихся в автомо-
биле даже после подготовки кузова к утилизации, представляют опре-
делённую опасность. Чтобы уменьшить её, применяют следующие
защитные меры: смятие и уплотнение кузова автомобиля перед дроб-
лением; подачу инертных газов в дробилку; предварительное охлаж-
дение лома; впрыскивание воды в рабочее пространство дробилки;
создание в ней предохранительных клапанов и отсасывающих уст-
ройств.
Для дробления отходов используют дробилки различного типа:
щёковые, конусные, роторные, валковые и др. При утилизации авто-
мобилей применяют роторные дробилки.
В роторных дробилках измельчение происходит за счёт удара,
производимого с помощью молотков, жёстко закреплённых на быст-
ровращающемся роторе. Масса молотков достигает 120 кг. При ударе
на дробимый предмет действует как масса молотков, так и масса само-
го ротора.
Роторные дробилки позволяют получить бóльшую степень из-
мельчения, имеют высокую производительность, удобны в эксплуата-
ции и потребляют меньше энергии, чем другие виды дробилок.
Роторные дробилки могут иметь один или два ротора. Более про-
сты и удобны в эксплуатации однороторные дробилки, которые и по-
лучили широкое распространение. Дробилки для измельчения автомо-
бильных кузовов могут различаться расположением ротора и колосни-
ковой решётки для удаления измельчённого продукта. По этому при-
знаку различают дробилки с вертикальным и горизонтальным распо-
ложением ротора. Последние бывают с верхним и нижним расположе-
нием колосниковой решётки. Преимущества дробилок с верхним рас-
положением решётки – в сравнительно небольшом расходе электро-
энергии и более высокой устойчивости при попадании неизмельчае-
мых предметов.
32
Рис. 2.3. Однороторная дробилка
Производительность дробилки зависит от мощности приводного
двигателя, размеров ротора, способа загрузки кузова, его состояния,
конфигурации колосниковой решётки (размера отверстий) и достигает
300 тыс. автомобилей в год.
На рисунке 2.3 показано устройство однороторной дробилки.
Дробилка состоит из станины 1, на которой смонтирован корпус 2
с колосниковыми решётками 8 и 9. Металлолом поступает в приёмный
короб 6, а затем попадает под удары быстро вращающегося ротора 3,
имеющего молотки 5, сидящие на осях 4. Отбойные плиты на внут-
ренней поверхности корпуса имеют выступы 7, способствующие рав-
номерной подаче отходов на ротор.
Ряд зарубежных фирм для дробления автомобильных кузовов вы-
пускает шредеры (рис. 2.4), в которых измельчение происходит в две
стадии. Кузов автомобиля подаётся по наклонному лотку в шредер,
сначала сплющивается с помощью мощных вращающихся валков,
а затем затягивается ими в молотковую дробилку и измельчается.
33
Рис. 2.4. Шредер
Ротор шредера вращается со скоростью 600 оборотов в минуту.
На нём в шахматном порядке на шести осях закреплены 16 молотков мас-
сой около 100 кг каждый. Радиус вращения внешней части молотков –
около 1 м. Корпус шредера футерован сменными износостойкими пли-
тами. Толщина плит в различных местах составляет 50…100 мм. Решёт-
ка, отбойные плиты и ряд других элементов шредера изготовлены из
марганецсодержащих сталей.
При утилизации автомобилей с большими габаритами, автобусов
и другой автотехники перед дроблением используют резку.
На процесс резки влияют:
– прочностные свойства материала;
– геометрия и температура разрезаемого изделия;
– расположение изделия по отношению к режущему инструменту;
– форма и состояние режущего инструмента;
– величина зазора между ножами;
– скорость приложения нагрузки (скорость резания);
– конструкция режущего оборудования (жёсткость станины,
точность направляющих, наличие опоры и т.д.);
– величина трения между металлом и режущим инструментом.
Лучшим оборудованием для резки кузовов автомобилей являются
гидравлические ножницы (рис. 2.5).
34
Рис. 2.5. Гидравлические (гильотинные) ножницы модели Н0340
Гидравлические ножницы представляют собой агрегат, состоя-
щий из станины, загрузочного и подающего устройств, механизмов
прижима и реза, гидро- и электропривода.
Конструкция ножниц позволяет резать металлолом порциями,
объём которых определяется ёмкостью загрузочного устройства.
Процесс состоит из следующих операций: подготовки лома; загрузки
лома в ножницы; резки лома.
Ножницы работают совместно с мостовым краном, оборудован-
ным полип-грейфером или электромагнитной шайбой.
Принцип работы ножниц состоит в следующем. Лом загружается
в короб 2, который после заполнения поворачивается с помощью гид-
ропривода. При этом лом перемещается в загрузочный жёлоб, по кото-
рому механизмом подачи 3 передвигается в ножницы. Величина хода
ползуна механизма подачи регулируется с пульта управления. Перед
срабатыванием режущих ножниц лом уплотняется с помощью меха-
низма прижатия 4, который удерживает лом во время резки. После
срабатывания механизма резки 5 нарезанный металлолом падает
в приёмный бункер, откуда убирается краном. В это время загрузоч-
ный короб заполняется следующей порцией металлолома. Для облег-
чения процесса резки загрузочный желоб гидравлических ножниц
оборудован крышкой 1 и механизмом предварительного смятия метал-
лолома 6 [9].
Видовая сепарация отходов металлов. При переработке авто-
мобильных кузовов и агрегатов, содержащих чёрные и цветные метал-
лы, полимерные материалы, стекло и т.п., используют различные спо-
35
собы сепарации отходов по видам материалов. Видовая сортировка
позволяет производить из отходов высококачественные вторичные
материалы, её проводят по:
– физическим признакам (магнитной восприимчивости, плотно-
сти, электропроводности и др.);
– внешним признакам (цвету, характеру излома и др.);
– предметным признакам (наименование детали);
– маркировке деталей;
– результатам химического, спектрального, рентгеновского,
радиационного анализов.
Широко используются способы, основанные на различиях в маг-
нитных, электрических и других физических свойствах отходов.
Магнитные способы позволяют создать мощные силы воздейст-
вия на материалы, которые превышают силу гравитации в 100 и более
раз, что облегчает процессы разделения. Эти способы обладают высо-
кой избирательной способностью, экологической чистотой, простотой
обслуживания и низкой себестоимостью.
Технология магнитной сепарации зависит, прежде всего, от со-
става подлежащих разделению материалов и определяется типом
используемых сепараторов.
Электромагнитные сепараторы, предназначенные для извлечения
железных и других ферромагнитных предметов из немагнитных мате-
риалов, нашли широкое применение при утилизации автомобилей и
автокомпонентов.
Номенклатура электромагнитных сепараторов, используемых для
разделения отходов, достаточно велика, и они могут быть классифи-
цированы следующим образом: подвесные железоотделители, элек-
тромагнитные шайбы, электромагнитные шкивы, электромагнитные
барабаны.
Для удаления магнитных материалов из потока продуктов дроб-
ления применяют шкивные электромагнитные сепараторы (железоот-
делители) типа ШЭ (рис. 2.6), которые устанавливаются вместо при-
водного барабана ленточного конвейера.
Эффективность работы электромагнитного шкива зависит от мас-
сы, геометрии и магнитной восприимчивости извлекаемых материа-
лов, а также от плотности транспортируемого материала и скорости
движения ленты конвейера.
Принцип работы электромагнитных шкивов состоит в том, что
ферромагнитные материалы, транспортируемые лентой конвейера,
притягиваются к ней в зоне установки шкива, а немагнитные сбрасы-
ваются с ленты по ходу её движения.
36
Рис. 2.6. Электромагнитный шкив:
1 – диски-полюсы; 2 – катушка; 3 – вал;
4 – токораспределительная коробка; 5 – корпус шкива
Освобождение ленты от ферромагнитных материалов происходит
в том месте конвейера, где отсутствует магнитное поле, т.е. там, где
прекращается её контакт со шкивом. Скорость движения ленты долж-
на составлять 1,25…2,0 м/с. При более высокой скорости движения
ленты снижается полнота разделения магнитной и немагнитной фрак-
ций [11].
При утилизации отходов широко используется видовая сепарация
в тяжёлых средах, которая заключается в разделении материалов по
плотности в гравитационном или центробежном поле в суспензии или
жидкости, плотность которой является промежуточной между плотно-
стями разделяемых частиц.
Тяжёлые суспензии представляют собой взвешенные в воде тонко-
дисперсные частицы тяжёлых минералов или сплавов-утяжелителей,
в качестве которых используют ферросилиций, пирит, пирротин, магне-
титовый и гематитовый концентраты и другие материалы крупностью
до 0,16 мм. В качестве тяжёлых жидкостей используют водные раство-
ры некоторых солей: хлорида кальция и цинка, иодида калия и другие,
которые позволяют получать среды с плотностью до 3000 кг/м3.
На рисунке 2.7 показан колесный тяжёлосредный сепаратор СК-12.
Разделяемая смесь поступает по загрузочному лотку в ванну,
состоящую из двух соединённых в нижней части отделений. В одном
из отделений размещено элеваторное колесо для выгрузки суспензии
вместе с потонувшей, более тяжёлой фракцией. Лёгкая фракция вы-
гружается в верхней части ванны. Их перемешивание в зоне выгрузки
предотвращается разделительной перегородкой.
37
Рис. 2.7. Колесный тяжёлосредный сепаратор СК-12:
1 – ванна; 2 – элеваторное колесо; 3 – перфорированные черпаки;
4 – скребковый механизм; I – уровень суспензии; II – загрузка;
III – концентрат; IV – суспензия; V – слив суспензии
Таким образом, при утилизации автомобильного металлолома ос-
новными стадиями технологического процесса являются: прессование,
дробление и видовая сепарация материалов с помощью магнитных,
радиометрических, гидро- и аэродинамических способов. Использова-
ние вторичных металлов, составляющих основную часть утилизируе-
мых автомобилей, имеет важное экономическое и экологическое зна-
чение [10].
Рис 2.8. Технологическая схема утилизации изношенных автомобилей:
1 – автомобиль; 2 – пресс-ножницы; 3 – молотковая дробилка;
4 – подвесной магнитный сепаратор; 5 – конвейер пластинчатый;
6 – пневматический сепаратор; 7 – установка радиометрической сепарации
38
Основными стадиями процесса утилизации автомобильных кузо-
вов являются пакетирование, дробление и видовая сепарация.
На рисунке 2.8 показана принципиальная технологическая схема
утилизации кузова автомобиля.
Согласно этой схеме с автомобиля перед пакетированием и дроб-
лением снимаются агрегаты и крупные детали: бамперы, колёса,
бензобак, сиденья и др.
Кузов автомобиля 1 поступает в пресс-ножницы 2, пакетируется и
измельчается в дробилке 3. Далее дроблёный продукт попадает на пла-
стинчатый конвейер 5, над которым подвешен магнитный сепаратор 4.
С его помощью происходит выделение из потока чёрных металлов,
которые поступают на склад готовой продукции. Оставшийся на
конвейере дроблёный продукт, содержащий цветные металлы и неме-
таллические материалы, проходит видовую сепарацию в пневмосепа-
раторе 6.
При этом неметаллические материалы выводятся из потока,
а цветные металлы разделяются по видам сплавов в установке радио-
метрической сепарации 7.