WYKŁAD 6 Gospodarka odpadami przy produkcji odpadów ciernych – przykład rozwiązania. Janusz Sokołowski

Wprowadzenie Produkcja okładzin ciernych hamulcowych i sprzęgłowych jest źródłem znacznej ilości odpadów technologicznych szkodliwych dla środowiska naturalnego. Część tych odpadów może być wykorzystana do wytwarzania pełnowartościowych wyrobów. Celem prac badawczo-rozwojowych współfinansowanych przez Komitet Badań Naukowych było zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska naturalnego oraz obniżenie kosztów wytwarzania okładzin i praktycznie bezodpadowa produkcja okładzin sprzęgłowych na bazie przędzy. Recykling odpadów jest elementem realizowanego przez „Fomar Roulundus” S.A. programu „CLEANER PRODUCTION”.

Wprowadzenie Okładzina cierna Jest elementem występującym w hamulcach i sprzęgłach Ma postać nakładek w klockach hamulcowych, okładzin sprzęgłowych, taśm hamulcowych lub okładzin szczęk hamulcowych wykonane z materiałów odznaczających się wysokim współczynnikiem tarcia oraz dużą odpornością na ścieranie, wysoką temperaturę i duże naciski

Podział systematyczny okładzin Okładziny cierne sprzęgłowe nawijane wyplatane prasowane hamulcowe tarczowe bębnowe samochody osobowe, dostawcze samochody ciężarowe, autobusy

Charakterystyka odpadów Proces technologiczny wytwarzania materiałów ciernych jest procesem złożonym i wieloetapowym. Pewna ilość odpadów powstaje podczas wykorzystywania procesów cząstkowych takich, jak: impregnacja przędzy, wyplatanie przędzy, prasowanie termiczne mieszanek ciernych, przecinanie wyprasek. Charakterystyczną cechą tej grupy odpadów jest wstępne usieciowanie środków wiążących (żywice i kauczuki) w szczególności w procesie prasowania w podwyższonej temperaturze.

Charakterystyka odpadów Drugim źródłem odpadów jest obróbka końcowa gotowych wyrobów tzw. „ażury” po wycinaniu kształtek z płyt, pyły szlifierskie oraz okładziny zdyskwalifikowane. W tej grupie odpadów środki wiążące są usieciowane podczas wielogodzinnego procesu utwardzania w kontrolowanej temperaturze. W obu grupach odpadów w skład wchodzą żywice, kauczuki, włókna mineralne i stalowe oraz wypełniacze.

Schemat produkcji okładzin do hamulców bębnowych metodą prasowania Odważanie surowców Wykonanie przedmieszki Rozdrabnianie przedmieszki Sezonowanie przedmieszki Schemat produkcji okładzin do hamulców bębnowych metodą prasowania Odważanie przedmieszek i surowców Wykonanie mieszanki Sezonowanie mieszanki Naważanie w worki PE Prasowanie i przecinanie rynien Szlifowanie wstępne Utwardzanie okładzin Obróbka mechaniczna

Odważanie surowców Wykonanie mieszanki Rozdrabnianie mieszanki Sezonowanie mieszanki Schemat produkcji okładzin do hamulców bębnowych metodą walcowania taśmy Walcowanie taśmy Suszenie taśmy Wstępne szlifowanie taśmy Przecinanie taśmy Utwardzanie okładzin Szlifowanie powierzchni Krawędziowanie Znakowanie i pakowanie

Schemat produkcji okładzin do hamulców tarczowych Odważanie surowców Wykonanie przedmieszki Rozdrabnianie przedmieszki Odważanie przedmieszki i surowców Wykonanie i sezonowanie mieszanki Prasowanie okładzin Zaciskanie okładzin w ramach zaciskowych Utwardzanie i szlifowanie okładzin Nakładanie i utwardzanie powłoki głuszącej Lakierowanie i znakowanie Odtłuszczanie płytek Żwirkowanie płytek Nakładanie kleju Suszenie kleju

Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych prasowanych z mieszanek Odważanie surowców Wykonanie mieszanki Rozdrabnianie mieszanki Sezonowanie mieszanki Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych prasowanych z mieszanek Wykonanie pastylek Prasowanie okładzin Obróbka termiczna Szlifowanie powierzchni okładzin Wiercenie otworów pod nity Znakowanie i pakowanie

Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych wyplatanych Odważanie surowców do wykonania roztworu impregnacyjnego Chłodzenie wyprasek Obróbka termiczna Wykonanie roztworu Szlifowanie powierzchni Przędza bezazbestowa Nasycanie przędzy roztworem impregnacyjnym Wiercenie otworów pod nity Suszenie przędzy Węzeł impregnacji i suszenia Impregnacja roztworem antykorozyjnym Wyplatanie pierścieni Znakowanie i pakowanie Prasowanie pierścieni

Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych nawijanych Toczenie powierzchni zewnętrznej i przecinanie półfabrykatu Odważanie surowców do wykonania roztworu impregnacyjnego Szlifowanie powierzchni okładzin Wykonanie roztworu Gratowanie krawędzi Przędza bezazbestowa Nasycanie przędzy roztworem impregnacyjnym i kondycjonowanie Wiercenie otworów pod nity Utwardzanie półfabrykatów Impregnacja roztworem antykorozyjnym Zdejmowanie półfabrykatów z rdzeni Znakowanie i pakowanie Wytaczanie średnicy wewnętrznej półfabrykatu

Źródła odpadów MATERIAŁ SPRZĘGŁOWY SPRZĘGŁA NAWIJANE SPRZĘGŁA WYPLATANE SPRZĘGŁA PRASOWANE odpad roztwory odpadowego odpad sypki z wyplatania okładzin odpad zaimpregowanej przędzy odpad z prasowni okładziny brakowe pyły poszlifierskie roztwór odpadowy wióry z obróbki korpusów odpad stały (resztki korpusów) okładziny brakowe pyły odpad z prasowni odpad stały po wycinaniu okładziny brakowe pyły

Źródła odpadów Okładziny brakowe (po oddzieleniu od płytek stalowych) MATERIAŁ BĘBNOWY BĘBNOWE PRASOWANE Odpad z prasowni Odpad stały po cięciu Okładziny brakowe Pyły poszlifierskie TAŚMA WALCOWANA Odpadowa taśma walcowa MATERIAŁ TARCZOWY Okładziny brakowe (po oddzieleniu od płytek stalowych)

Badania Recykling odpadów wymagał przeprowadzenia wielu badań oraz wykonania prób technologicznych w skali laboratoryjnej i półtechnicznej. Wykonane badania można podzielić na następujące grupy tematyczne: Badania składu chemicznego – odpady z prasowania mają inny skład niż mieszanka cierna stosowana do prasowania, ponieważ proces prasowania odbywa się w podwyższonych temperaturach, w których następuje odszczepienie wody krystalizacyjnej i higroskopijnej oraz wydzielanie innych produktów gazowych; Badania stopnia usieciowania żywic i kauczuków w odpadach; Badania nad rozdrobnieniem odpadów mających na celu uzyskanie optymalnego rozkładu usieciowania Badania własności otrzymanych okładzin: cierno-zużyciowych, mechanicznych, trakcyjnych.

MIESZANKA WIELOETAPOWA MIESZANKA JEDNOETAPOWA Recykling odpadów MIESZANKA WIELOETAPOWA Odważanie surowców Wykonanie przedmieszki Rozdrobnienie Odważanie przedmieszek i surowców Wykonanie tłoczywa Sezonowanie MIESZANKA JEDNOETAPOWA Odważanie surowców Wykonanie tłoczywa Rozdrobnienie Sezonowanie WPROWADZENIE ODPADU

Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych prac badawczych opracowano i wdrożono do produkcji technologię wytwarzania nowego tarczowego materiału ciernego FO 910 na bazie odpadów. Materiał ten spełnia obowiązujące w Polsce Warunki Techniczne WT-075/PIMot/93 i posiada znak bezpieczeństwa. Recykling odpadów pierwszej grupy wprowadzono na etapie przygotowania mieszanek, przy czym są one selekcjonowane i dodawane do mieszanki, podczas której przetwarzania powstały. Okładziny zdyskwalifikowane oraz „ażury” po odpowiednim rozdrobnieniu do żądanej granulacji zawracane są na etapie przygotowania mieszanki danego rodzaju materiału z uwzględnieniem korekcji składu chemicznego. Pyły szlifierskie jako odpad niejednorodny (pochodzący z procesu szlifowania okładzin ciernych różnych asortymentów) nie znalazły zastosowania jako zamiennik jednego z surowców w produkcji materiałów ciernych. Planowane jest inne zastosowanie tych odpadów. Na podstawie wyników badań przeprowadzonych w Instytucie Techniki Budowlanej uzyskano atest Państwowego Zakładu Higieny zezwalającego na zastosowanie pyłów szlifierskich w produkcji masy asfaltowej.

Odzysk czterochloroetylenu w produkcji okładzin sprzęgłowych wyplatanych Podstawowa operacja w ciągu technologicznym produkcji okładzin sprzęgłowych wyplatanych to impregnacja przędzy wraz z procesem jej suszenia. Do impregnacji stosuje się roztwór kauczukowo-żywiczny zawierający szereg innych organicznych i nieorganicznych składników. W technologii produkcji okładzin sprzęgłowych azbestowych rozpuszczalnikiem był ksylen, a roztwór impregnacyjny zawierał go ok. 40% wag. W technologii produkcji okładzin bezazbestowych rozpuszczalnikiem jest tetrachloroetylen (75% wag.)

Wprowadzenie W trakcie suszenia zaimpregnowanej przędzy azbestowej pary ksylenu (kilkanaście ton miesięcznie) odprowadzano do atmosfery poprzez instalację wyciągową. Silny ciąg wentylacyjny powodował, że suszarnia pracowała na podciśnieniu i pomimo lekkiej, nieszczelnej, antywybuchowej konstrukcji normy zanieczyszczenia powietrza (NDS-y) w oddziale impregnacji nie były przekraczane. Maksymalizacja odzysku rozpuszczalnika przy niegorszych warunkach BHP Przygotowując fabrykę do podjęcia produkcji okładzin bezazbestowych opracowano nową recepturę materiałową, odpowiednią dla impregnacji przędzy szklano-akrylowej oraz przebudowano suszarnię tak, aby pary tetrachloroetylenu po wykropleniu mogły być zawrócone do produkcji.

Wprowadzenie przędza bezazbestowa przędza azbestowa

Suszarnia Do suszenia zaimpregnowanej przędzy używane są suszarnie komorowe 2,7x2,2x2,4m firmy Kiefer. Są to lekkie, minimalizujące skutki ewentualnego wybuchu konstrukcje z wymuszonym wewnętrznym wentylatorem obiegiem gazu, ogrzewane przeponowo gorącą wodą o T do 130oC W środku zamontowany ośmioramienny kołowrót o poziomej osi obrotu i średnicy 1750mm. Służy do rozpięcia suszonej przędzy i jej przesuwu wzdłuż suszarni. Przędza przemieszcza się wewnątrz suszarni po linii śrubowej z przeciętną prędkością liniową 10m/min. Wewnątrz znajduje się stale ok.. 8,5 kg zaimpregnowanej przędzy. Wydajność jednej suszarni wynosi ok.. 18 ton zaimpregnowanej i wysuszonej przędzy miesięcznie.

Założenia Przyjęto założenia do przebudowy ciągu impregnacji i suszenia: Maksymalne uszczelnienie suszarni celem minimalizacji wydobywania się oparów czterochloroetylenu na zewnątrz Wykroplenie możliwie dużej ilości rozpuszczalnika za pomocą zestawu chłodnic włączonych równolegle w obieg gazów suszarniczych Zawrót kondensaty, po oddzieleniu wody, do produkcji roztworu impregnacyjnego Wyposażenie otworów technologicznych w wydajne ssawki wentylacyjne, aby nie dopuścić do penetracji par rozpuszczalnika na zewnątrz instalacji Praca suszarni praktycznie przy ciśnieniu otoczenia, aby jak najmniej par rozpuszczalnika uchodziło do komina

Wewnętrzny wentylator Przędza Do wentylacji Surowce do wykonania roztworu impregnacyjnego Wysuszona zaimpregnowana przędza Przygotowanie roztworu impregnacyjnego Impre- gnarka C2Cl4 Roztwór impregnacyjny Suszarnia Wewnętrzny wentylator Gorąca woda Nagrze- wnica Kondensat czterochloroetylenu Chłodnica Do wentylacji Zimna woda Agregat chłodniczy Oddzielacz Zbiornik kondensatu woda

wyplotka z zaimpregnowanej przędzy bezazbestowej

Zadania inwestycyjne Zakup, instalacja i rozruch agregatu chłodniczego RC Condizionatori Zakup i montaż dmuchawy obiegu zewnętrznego gazów suszarniczych Zakup rur ożebrowanych Wykonanie chłodnicy – skraplacza czterochloroetylenu i nagrzewnicy gazów zawracanych do suszarni Wykonanie zbiornika na skraplany rozpuszczalnik Wykonanie ssawek wentylacyjnych Wykonanie i montaż niezbędnych gazociągów Podłączenie mediów Uszczelnienie suszarni

Rozruch instalacji Trudności w uszczelnieniu suszarni; zastosowane szczeliwa silikonowe nie są całkowicie odporne na środowisko par rozpuszczalnika w podwyższonej temperaturze. Uszczelnienia epoksydowe i nieorganiczne szybko odklejają się od metalowej obudowy (ruchy termiczne). Zastosowano uszczelnienie z czystego silikonu pokrywanego warstwą farby epoksydowej (trzeba okresowo regenerować). Drzwi suszarni uszczelniono gumą odporną na chlorowcopochodne i zabezpieczono ssawkami podłączonymi do wentylacji. Rozruch i późniejsza eksploatacja wykazały, że trudno jest utrzymać stężenie czterochloroetylenu wokół suszarni poniżej NDS (60mg/m3), mimo wyposażenia jej w cały szereg odciągów wentylacyjnych. (wejście i wyjście przędzy, szczeliny pomiędzy drzwiami i obudową)

Rozruch instalacji Ilość wykraplanego rozpuszczalnika zależała w dużym stopniu od płynności pracy suszarni (przestoje, awarie ją obniżały) W czasie bezawaryjnej pracy stopnie uzyskiwano stopień odzysku powyżej 80%, a w okresach o większej liczbie przestojów stopień padał do 50% i poniżej. Średni normatywny stopień wykraplania – 70%

Wypraska

Gotowa okładzina

Uzyskane efekty Fabryka Okładzin Ciernych sprzedała w 1996r 666314 sztuk okładzin sprzęgłowych wyplatanych, zużywając do ich wyprodukowania 200 ton zaimpregnowanej przędzy. Do wykonania roztworu dla zaimpregnowania takiej ilości przędzy potrzeba było 300 ton czterochloroetylenu. Dzięki wzdrożeniu metody odzysku i zawrotu rozpuszczalnika, fabryka kupiła niespełnia 100 ton czterochloroetylenu, zaoszczędzając ok. 215 tys. zł, a 200 ton rozpuszczalnika nie powędrowało do atmosfery. W I-szym półroczy 1997r fabryka zaoszczędziłą 123,5 tys zł, a do atmosfery nie wyemitowano kolejnych 100 ton trucizny

Podsumowanie wyników Doświadczenie półtorarocznej pracy linii impregnacji i suszenia wskazuje, że mimo fabryka osiągnęła korzyści, to ilość emitowanego czterochloroetylenu do atmosfery wciąż jest zbyt duża i przekracza limity Z bilansu materiałowego wynika, że większość niewykroplonego rozpuszczalnika (w postaci pary nasyconej) jest wysysana wokół otworów technologicznych przez wentylację. Postanowiono zmienić założenia co do reżimu pracy suszarni i pracować na lekkim podciśnieniu, wywołanym przez ciąg wentylacji Uzyskanie niewielkiego podciśnienia w suszarni wymaga dopuszczenia do wentylacji gazu w ilości 3-4 m3/h. Stężenie czterochloroetylenu w gazie po wykropleniu rozpuszczalnika nie przekracza 50 g/m3, co daje niewielką emisję, rzędu 1,2 tony rozpuszczalnika z 1 suszarni rocznie.