По материалам 5-го Европейского конгресса по коксохимическому и доменному производствам

УДК 662.749 (047)

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ В КОКСОВЫХ ПЕЧАХ

       Федерацией черной металлургии Японии на добровольной основе принято обязательство добиться 10 %-ной экономии энергии к 2010 г. по сравнению с 1990 г. Кроме того дополнительно 1,5 % энергии намериваются сэкономить в результате использования бытовых пластиковых отходов в качестве сырьевого материала для металлургического производства. Количество перерабатываемых пластиковых отходов, которые соответствуют такой экономии энергии, оценивают примерно в 1 млн.т/год.
       В металлургии известны методы утилизации отходов пластмассы вдуванием их в доменные печи или использования в качестве восстановительного агента вместо угля при восстановлении железной руды.
       Технология рециклинга пластиковых отходов с утилизацией в коксовых печах разработана, исследована и применена в промышленном масштабе фирмой «Nippou Steel», Япония.
       В ходе исследований были изучены свойства следующих пластмасс: полиэтилена (РЕ), полипропилена (РР), поливинилхлорида (РVС), полистирола (РS), полиэтилентерефталата (РЕТ), а также терефталевой кислоты (ТFА). На основе термогравиметрического анализа определены потери массы этих пластиков при нагревании в атмосфере азота, а в пластометре Гизелера — их пластические свойства.
       Установили, что все пластики и ТРА начинают разлагаться при температуре ниже температуры размягчения угля, или в температурном интервале, когда угли проявляют термопластичность. Это означает, что в результате взаимодействия между продуктами термического разложения пластиков и углем могут изменяться спекающие свойства угля.
       Были измерены максимальная текучесть и общая дилатация смесей угля с пластиками. К углю В (выход летучих 23,8 %, зольность 9,1 %, показатель отражения витринита Rо = 1,22 %, общая дилатация 101 % (объемн. доли), максимальная текучесть 2,57 1оg (число делений / мин), содержание инертных компонентов 31 %) добавляли 1—5 % пластика, измельченного до < 150 мкм. Влияние такой добавки на спекающие свойства угля в зависимости от вида пластика было следующим:
      1.добавка РЕ, РР и РVС в количестве до 5 % незначительно влияла на максимальную текучесть угля;
      2.добавка РЕ, РР и РVС снижала общую дилатацию угля в меньшей степени, чем добавка РS, РЕТ и ТFА;
      3.максимальная текучесть и общая дилатация снижалась значительно при добавлении РS, РЕТ и ТFА, причем РЕТ и ТFА снижали спекающие свойства сильнее, чем РS.
       Влияние добавок пластиков на свойства кокса исследовали при коксовании углепластиковых смесей в опытной печи (высота х длина х ширина = 400 х 600 х 420мм). К смеси углей В (70 %)и Д (30 %) добавляли 2 % пластмасс РЕ, РS или РЕТ, измельченных до крупности ~ 3 мм.
       Свойства угля Д: выход летучих 35,5 %; зольность 10 %; K0 = 0,75 %; общая дилатация 24 % (объемн. доли); максимальная текучесть 1,89 log (число делений / мин); содержание инертных компонентов 26,9 %. Плотность загрузки составляла 830 кг/м3, период коксования шихты 18,5 ч, что соответствовало тепловым условиям в промышленной печи при 1250 °С. Полученный кокс тушили азотом.
       Обнаружили, что барабанная прочность кокса слегка увеличилась при добавлении РЕ, но существенно снижалась при добавлении РS и РЕТ. Поэтому при промышленных коксованиях количество вводимой добавки снизили до 1 %.
       Перед использованием бытовые пластиковые отходы подготавливают по следующей схеме: удаляют металлические включения с помощью магнитной сортировки; затем грубо измельчают в дробилке, а чужеродные материалы удаляют с помощью сепаратора; окончательно измельчают до крупности ~10 мм, после чего объем материала уменьшают путем обработки в агломераторе (шнековой мешалке) при 120°С. После такой обработки пластическую массу дробят до крупности ~ 25мм, охлаждают на конвейере на воздухе, смешивают с углем и загружают в коксовую печь. Кажущаяся плотность агломерированных пластиков составляет 0,72 г/см3.
       Промышленные коксования угольной шихты с добавлением пластиковых отходов показали, при массовой доле пластика 1 % от угля качество кокса по механической прочности DI150 15 и горячей прочности (СSR) не ухудшается.
       Использование 1 % пластиковых отходов в шихте для коксования в масштабах черной металлургии Японии эквивалентно утилизации до 500 тыс. т/год таких отходов, т.е. половине от 1,5 %-ной экономии энергии, запланированной Федерацией черной металлургии.
       Технология рециклинга и утилизации пластиковых отходов внедрена на четырех коксовых заводах фирмы «Nippou Steel».