Спосіб утилізації та переробки целюлозовмісних та паперових відходів з лакофарбовим покриттям

Реферат: Спосіб утилізації та переробки целюлозовмісних та паперових відходів з лакофарбовим покриттям включає попередню механічну обробку вихідних відходів, їх подрібнення ударною дією, сепарацію і виділенням готового продукту. В комплексному агрегаті на першій стадії для подрібнення використовують рубально-ріжучу дробарку та відділення металовмісних частинок з матеріалу у магнітному сепараторі. На другій стадії використовують подрібнення за допомогою плосконожової або роторно-молоткової дробарки з відділенням целюлозної волокнистої основи - паперу від лакофарбового покриття. На третій стадії, після сепарації в повітряноматеріальному потоці, відділяють 2 фракції, окремо лакофарбове покриття і целюлозноволокнисту основу паперу. UA 68408 U (12) UA 68408 U UA 68408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології утилізації целюлозовмісних паперових відходів і макулатури, в тому числі шпалер з лакофарбовим покриттям, та може використовуватись в технологіях відділення паперової целюлозної фракції від лакофарбового покриття. Відомий і близький до способу, який заявляється, є спосіб "Технологія видалення друкарських чорнил з друкованих відходів паперу або з оборотних вод, що утворились при промивці паперу" (патент США, № 5,512,134, D21C 5/02, від 30.04.1996 p.), що передбачає видалення друкарської фарби з поверхні відходів паперу з застосуванням хімічних реагентів. У цьому винаході відходи паперу розщеплюють до утворення паперової суспензії, а прикріплені частинки друкарської фарби видаляються флотацією або відмиванням на наступній стадії. Як реагенти для відділення фарб від паперу у цьому винаході застосовують алкоксилати швидковисихаючих масел, які легко полімеризуються у присутності кисню повітря. Реагенти для відділення друкарських фарб вводять на етапі розчеплення паперу і/або перед етапом відмивання чи флотації, у кількості від 0,02 % до 2 % (мас.) від маси висушеного паперового стоку. Недоліком даного способу є його складність, багатостадійність, а також застосування водного середовища, що ускладнює наступне відділення волокон целюлози, знижує їх якість та приводить до утворення нових рідких відходів. Також близьким до об'єкта, який заявляється, є спосіб переробки паперових відходів (побутових та промислових) з плівковим покриттям, який включає сухе подрібнення, пневмосепарацію, просіювання, зволоження суміші частинок паперу і плівки і повторну сепарацію (патент Франції № 2,263,821 В03 В9/06, D21 B1/32, від 1975). При обробці відходів за цим способом в процесі їх сухого подрібнення відбувається значне пошкодження волокна, але не відбувається повного відшарування плівкового покриття від паперу-основи, що в кінцевому підсумку впливає на якість волокна і не дозволяє з достатньою повнотою розділити плівку і волокно. Відомий також дуже близький до заявленого спосіб переробки відходів паперу з одно- або двостороннім плівковим покриттям. Суть способу полягає в попередній механічній обробці відходів шляхом одночасного впливу колючого і розривного зусилля і пропарювання гострим паром за температури 60-100 °C та подрібненні шляхом одночасного впливу зусиль стиску і зсуву з наступним промиванням і сортування (патент Росії RU 2019607 СІ, D21 В1/00, 1/02, опубл. 15.09.1994 p.). Недоліком способу є обмежена область застосування. Цей спосіб доцільно застосовувати тільки при переробці ламінованих целюлозовмісних матеріалів, оскільки попередня обробка відходів здійснюється з метою їх розшарування і зниження адгезії між папером-основою і поліетиленом. Крім того, подрібненню піддаються по суті три різних матеріали: папір-основа, поліетиленова плівка та ламінований матеріал, що не розшарувався на попередній стадії обробки. В результаті подрібнення утворюється неоднорідна трикомпонентна маса паперу, поліетилену та води, що потребує додаткового розділення, сушіння і утилізації. Найближчим серед відомих і опублікованих способів та композицій до заявки є "Спосіб переробки целюлозовмісних відходів" (патент РФ № 2177060, D21 B1/32 від 20.12.2001), який передбачає попередню обробку целюлозовміних відходів (трісок, збірних відходів деревини, паперових гільз, ламінованих і вологостійких видів паперу і картону) в апараті ножового типу при швидкості руху валів 28-40 об./хв. Потім у вказаному способі здійснюється сепарація попередньо оброблених відходів через сито. Після цього проводять подрібнення відходів у повітряному середовищі у молотковому млині з молотками з двостороннім скосом робочої поверхні при окружній швидкості молоткового ротора 1000-3000 об./хв. і швидкості руху повітряно-матеріального потоку 8-25 м/с. Видалення готового подрібненого продукту ведуть через камеру з розрідженим повітрям 90-130 мм водяного стовпа. Тобто цей спосіб призначений для переробки твердих відходів целюлозно-паперової промисловості, що не підлягають переробці традиційним способом - розпуском у водному середовищі. Вказаний "Спосіб переробки целюлозовмісних відходів" та пристрій, що використовується для цього, мають ряд недоліків: 1. При здійсненні цього тристадійного способу механічний вплив на папір приводить до скорочення довжини волокон та погіршення їх властивостей. 2. Переробка цим способом відходів паперу з плівковим лакофарбовим покриттям в апараті ножового типу при швидкості руху валів не більше 28-40 об./хв. не дозволяє достатньо повно подробити та розділити лакофарбову плівку від паперу (целюлозного волокна). 3. Відходи ламінованого паперу при впливі механічного зсуву в молотковому млині з молотками з двостороннім скосом робочої поверхні при окружній швидкості молоткового ротора 1000-3000 об./хв., недостатньо повно розшаровують лакофарбове покриття від паперової 1 UA 68408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 основи, про що свідчить і значний залишок не розшарованого матеріалу, який не пройшов через сито. 4. У процесі подрібнення відходів утворюється значна кількість (до 5) дрібних фракцій полімерної плівки та волокон, що утрудняє їхню подальшу сепарацію і розділення. 5. Недоліком способу є необхідність направлення отриманих фрагментів паперу на подальшу додаткову переробку, для перетворення подрібненого паперу у розпушене целюлозне волокно, тобто цей спосіб не дозволяє відокремлювати папір від лакофарбового покриття у відходах з достатньою повнотою. 6. В запропонованому способі не описані методи розділення-сепарації фракцій розпушеного паперу і лакофарбового покриття і повітряного потоку, що вимагає додаткового проведення цих операцій на спеціальному обладнанні. Новим технічним результатом від використання описуваної корисної моделі є розширення асортименту відходів, що переробляються, целюлозно-паперового виробництва, іншої макулатури і у першу чергу рулонів бракованих шпалер з полімерним лакофарбовим покриттям. Ще одними технічним результатом корисної моделі є зменшення пошкодження волокна, а також підвищення повноти розділення волокна паперу від лакофарбової плівки покриття, при переробці паперових відходів з одно- і двостороннім плівковим лакофарбовим покриттям. Крім того, з'являється можливість більш повного вилучення цінних речовин при переробці відходів, які містять майже чисту 90-95 % целюлозу та саме лакофарбове покриття. В результаті здійснення цього процесу з паперових відходів (макулатури) з лакофарбовим покриттям (в тому числі шпалер) можна одержати 50-95 % чистої целюлози та 5-50 % твердих лакофарбових відходів, при цьому целюлозу можна використати для повторного одержання паперу, а лакофарбові відходи використовувати, як наповнювач для полімерних композицій та будівельних матеріалів. Запропонований спосіб дає можливість зменшити кількість стадій технологічного процесу, зробити його у вигляді одного комплексного агрегату-дробарки з подачею, попередньою нарізкою та вторинним подрібненням і з одночасним розділенням двох фракцій целюлози і лакофарбового покриття, що робить його більш компактним і менш трудомістким, високопродуктивним і екологічно чистим. Поряд з цим запропонований спосіб дозволить підвищити якість і однорідність 2-х фракцій готового подрібненого продукту лакофарбового покриття та розпушеного паперу-целюлози. У запропонованому способі за допомогою суміщення в одному комплексному агрегаті ріжучої, ножової та/або молоткової дробарок, циклона та рукавного фільтра, де на першій стадії використовують рубально-ріжучу дробарку дискового типу з двома регульованими рубальними ножами і одним контрножем, зі швидкістю обертання дисків 500-1000 об./хв., яка дозволяє порушити цілісність поверхні лакофарбової плівки і паперу-основи з одночасним частковим розшаруванням плівки і паперу-основи та їх розподілом на фрагменти. З одержанням первинної фракції подрібнених паперових відходів з розміром частинок 3-40 мм. У запропонованому нами способі на другій стадії використовують плосконожову або роторно-молоткову дробарку зі швидкістю обертання 1500-3000 об./хв., що дозволяє розділити паперовий (целюлозний) шар від лакофарбового покриття та одержати частинки з розмірами 0,01-2 мм. Одночасно розпушується структура паперу-основи, що дозволяє волокнам набрякати при подальшій обробці і значно знизити адгезійні сили між волокнами паперу та поверхнею лакофарбової плівки. У запропонованому способі утилізації та переробки паперових відходів і макулатури з лакофарбовим покриттям на третій стадії сепарацію в повітряно-матеріальному потоці проводять в відцентровому циклоні, де виділяють першу фракцію - лакофарбове покриття з розмірами частинок 0,1-2 мм, та за допомогою тканинного рукавного фільтра уловлюють другу фракцію - целюлозно-волокнисту основу з розпушеного паперу з розмірами волокна при співвідношенні товщини волокна і його довжини 1:10-100, при цьому відділяють повітряний потік і очищають його від відходів. Авторами корисної моделі було встановлено, що оснащення комплексної дробарки шляхом суміщення, дробарки з рубально-ріжучими дисками, дробарки з ріжучо-молотковими ножами та сепаруючими пристроями, в якому суміщено використовують відцентрову подачу повітряноматеріального потоку в циклон і потім в рукавний тканинний фільтр, призводить до посилення синергічної дії всіх цих пристроїв на подрібнювальний матеріал. Внаслідок цього збільшується інтенсивність подрібнення і однорідність 2-х фракцій подрібнених частинок, розділеного лакофарбового покриття від паперової основи. Таким чином, при переробці відходів запропонованим способом відсутні шкідливі газові і пилові викиди в атмосферу і скидання стічних вод у водойми, і запропонований спосіб є 2 UA 68408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 універсальним для переробки відходів целюлозно-паперового виробництва, макулатури та особливо рулонів шпалер з лакофарбовим (полімерним) покриттям, що забезпечує їх комплексну утилізацію в рамках одного сучасного промислового комплексу та екологічну безпеку виробництва в цілому. На кресленні зображена технічна схема комплексного подрібнювана целюлозовмісних відходів, макулатури і рулонів паперових шпалер з лакофарбовим покриттям, де: 1 - бункер для металевих домішок, 2 - дробильний плоско-ножовий або молотковий барабан, 3 - вентилятор, 4 - циклон, 5 - розтруб, 6 - шлюзовий затвор, 7 - тканинний фільтрувальний рукав, 8 - заслінка, 9 рубально-різальні ножі, 10 - стрічка-конвеєр для подачі рулонів, 11 - рулони паперу, 12 магнітний сепаратор, 13 - бункер для частинок лакофарбового покриття, 14 - тканинний мішок для целюлози, 15 - бункер для прийому дрібних відходів макулатури, 16 - регульований притискуючий пристрій. Спосіб утилізації та переробки целюлозовмісних та паперових відходів з лакофарбовим покриттям здійснюють наступним чином (див креслення). Рулони шпалер 11 з полімерним лакофарбовим покриттям подають стрічковим конвеєром 10, комплексного подрібнювача (креслення), з регульованим притискуючим пристроєм 16, розміщеного на одному рівні з первинним рубально-ножовим подрібнювачем 9, перпендикулярно до двох ножів і одного контрножа (8 лопатей) 9, які прикріплені до ротора, і розміщеними на його поверхні в шаховому порядку. Далі подрібнені частинки через з'єднувальний канал, де розміщений магнітний сепаратор 10 і проходить очищення подрібнених частинок паперу від металовмісних домішок, які далі подаються на вторинний дробильний барабан ножового або молоткового типу 2, у вихідному каналі якого встановлений відцентровий вентилятор 3. Відцентровий вентилятор 3 з'єднаний з дробильним барабаном 2 через центральний осевий отвір, що перекривається барабаном ножів або молотків в осьовому напрямку. Магнітний сепаратор 12 розміщений за первинним рубально-різальним ножем 9 і призначений для уловлювання металевих домішок в відходах макулатури, які можуть подаватися також із бункера для макулатури 15. При роботі комплексного пристрою паперові відходи і макулатуру, які можуть подаватися також із бункера для макулатури 15, подрібнюють шляхом розривання і різання паперу у вторинному подрібнювачі ножового або молоткового типу 2 при 1500-3000 об./хв., практично без скорочення волокон, що забезпечує високу якість подрібнених волокон целюлози, що можуть використовуватися в подальшому для виготовлення паперу. Для полегшення розділення розпушеного паперу (целюлози) від лакофарбового покриття комплексний пристрій для подрібнення обладнаний циклоном 4, де відділяються важкі частинки лакофарбового покриття, а також рукавним тканинним фільтром 7, де відділяються легші частинки відходів волокна целюлози, з розмірами волокна при співвідношенні товщини волокна і його довжини 1:10-100, при цьому повітряний потік, який виходить через пори тканинного рукавного фільтра 7, очищається від відходів, а розпушений папір-целюлоза попадає в тканинний мішок для приймання целюлози 14. Способи конкретного використання (див. табл.). Приклад 1. Браковані рулони вінілових шпалер з полівінілхлоридним лакофарбовим покриттям червоного кольору подаються на стрічковий конвеєр комплексного подрібнювача. Розмір шпалер або інших рулонів паперу не повинні перевищувати в діаметрі 150 мм, довжина не повинна бути більшою 1500 мм, кількість рулонів не більше 1 шт. Після вмикання первинного і вторинного подрібнювачів, вмиканням відповідних електродвигунів та передачі крутного моменту на осі обох дробарок та відцентрового вентилятора клинопасовою передачею, включають стрічковий конвеєр для подачі рулонів. Після проходження рулонами шпалер первинного подрібнювача дробарки рубально-ножового типу з кількістю обертів вала 1000 об./хв., утворюються частинки розірваного та розрізаного паперу з розміром 3-30 мм. Отримані частинки, після проходження магнітного сепаратора, одразу надходять в приймальний пристрій бункера вторинної дробарки ножового типу з кількістю обертів вала 3000 об./хв. Після чого частинки відходів, пройшовши сито навколо периметра дробарки, захоплюються (втягуються) знизу дробарки через осьовий вхід відцентрового вентилятора (3000 об./хв.) і подаються на сепарацію і розділення на фракції в напрямку дотичної до осі циклона. В нижній частині конічного корпусу циклона відділяють важкі і більші частинки лакофарбового покриття з розміром 0,1-2 мм червоного кольору. Повітряний потік з верхньої частини циклона разом з меншими частинками розпушеного паперу-целюлози білого-сірого кольору надходить в рукавний тканинний фільтр, при цьому відділяють повітряний потік і очищають його від відходів, 3 UA 68408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 який виходить через пори тканинного рукавного фільтра 7 і пори тканинного мішка для приймання целюлози з розмірами волокна при співвідношенні товщини волокна і його довжини 1:50. При цьому утворюються дві фракції відходів. Одна складається в основному з червоних частинок відходів лакофарбового покриття з вмістом останнього 50 % мас., які відділяються внизу циклона, а також 50 % мас. біло-сірих частинок волокна чистої целюлози з вмістом чистої целюлози - 95 %, із розпушеного паперу, що відділяються в рукавному, тканинному фільтрі. Приклад 2. Браковані рулони паперових шпалер з лакофарбовим водно-емульсійним покриттям зеленого кольору подаються на стрічковий конвеєр комплексного подрібнювача. Розмір шпалер або інших рулонів паперу не повинні перевищувати в діаметрі 100 мм, довжина не повинна бути більшою 2000 мм, кількість рулонів не більше 2 шт. Після вмикання первинного і вторинного подрібнювачів, вмиканням відповідних електродвигунів та передачі крутного моменту на осі обох дробарок та відцентрового вентилятора клинопасовою передачею, включають стрічковий конвеєр для подачі відходів паперу. Після проходження рулонами шпалер первинного подрібнювача дробарки рубально-ножового типу з кількістю обертів вала 750 об./хв., утворюються частинки розірваного та розрізаного паперу з розміром 3-20 мм. Отримані частинки, після проходження магнітного сепаратора, одразу надходять в приймальний пристрій бункера вторинної дробарки молоткового типу з кількістю обертів вала 2500 об./хв. Після чого, пройшовши сито навколо периметра дробарки, захоплюються-втягуються знизу дробарки осевим входом відцентрового вентилятора (2500 об./хв.) і подаються на сепарацію і розділення на фракції в напрямку дотичної осі циклона. В нижній частині конічного корпусу циклона відділяють важкі і більші частинки лакофарбового покриття з розміром 0,05-1 мм зеленого кольору. Повітряний потік з верхньої частини циклона разом з меншими частинками розпушеного паперу-целюлози сіро-білого кольору надходить в рукавний тканинний фільтр, при цьому відділяють повітряний потік і очищають його від відходів, який виходить через пори тканинного рукавного фільтра 7 і пори тканинного мішка для приймання целюлози з розмірами волокна при співвідношенні товщини волокна і його довжини 1:100. При цьому утворюються дві фракції відходів. Одна складається в основному з зелених частинок відходів лакофарбового покриття з вмістом останнього 25 % мас., які відділяються знизу циклона, а також 75 % мас. білих частинок волокна з вмістом чистої целюлози 98 %, із розпушеного паперу, що відділяються в рукавному, тканинному фільтрі Приклад 3. Макулатура друкованих видань журналів та газет з лакофарбовим друкованим покриттям різного кольору подається на стрічковий конвеєр комплексного подрібнювача. Кількість 3 макулатури по об'єму не повинна перевищувати 0,8 м , відповідно до об'єму бункера для прийому відходів комплексного подрібнювального пристрою. Після включення первинного і вторинного подрібнювачів, шляхом включення відповідних електродвигунів та передачі крутного моменту на осі обох дробарок та відцентрового вентилятора клинопасовою передачею. Після проходження макулатури первинного подрібнювача дробарки рубально-ножового типу з кількістю обертів вала 500 об./хв. утворюються частинки розірваного та розрізаного паперу з розміром 2-10 мм. Отримані частинки після проходження магнітного сепаратора одразу надходять в приймальний пристрій бункера вторинної дробарки молоткового типу з кількістю оборотів вала 1500 об./хв. Після цього, частинки відходів, пройшовши сито навколо периметра дробарки, захоплюються-втягуються знизу дробарки осьовим входом відцентрового вентилятора (1500 об./хв.) і подаються на сепарацію і розділення на фракції в напрямку дотичної осі циклона. В нижній частині конічного корпусу циклона відділяють важкі і більші частинки лакофарбового покриття з розміром 0,01-0,1 мм сірого кольору. Повітряний потік з верхньої частини циклона разом з меншими частинками розпушеного паперу-целюлози білого кольору надходить в рукавний тканинний фільтр, при цьому відділяють повітряний потік і очищають його від відходів, який виходить через пори тканинного рукавного фільтра 7 і пори тканинного мішка для приймання целюлози з розмірами волокна при співвідношенні товщини волокна і його довжини 1:30. При цьому утворюються дві фракції відходів. Одна складається в основному з сірих частинок відходів лакофарбового покриття з вмістом останнього 5 % мас., які відділяються знизу циклона, а також 95 % мас. білих частинок волокна з вмістом чистої целюлози 99 %, із розпушеного паперу, що відділяються в рукавному, тканинному фільтрі. 4 UA 68408 U Таблиця Результати подрібнення целюлозовмісних відходів з паперу з лакофарбовим покриттям № прикладу Розм. Вид відходів Вологостійкий Прототип картон (5 % пат. РФ полім.) Вінілові №1 шпалери Паперові №2 шпалери №3 Макулатура 5 10 15 20 25 30 Вихід Вміст частинок Співвідношення чистої Вихід частинок чистої товщини целюлози в лакофарбових целюлози у целюлози і відходах відходів вигляді довжини волокна волокна паперу паперу 1:х % % % Кількість (швидк.) обертів первин. дробарки Кількість (швидк.) обертів вторин. дробарки Розмір частинок відходів первин. дробарки об./хв об./хв. мм 28-40 10003000 50 × 50 1-10 1-2 10-20 50-75 1000 3000 3-30 50 50 50 95 750 2500 3-20 100 25 75 98 500 1000 2-10 30 5 95 99 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб утилізації та переробки целюлозовмісних та паперових відходів з лакофарбовим покриттям, що включає попередню механічну обробку вихідних відходів, їх подрібнення ударною дією, сепарацію і виділенням готового продукту, який відрізняється тим, що в комплексному агрегаті на першій стадії для подрібнення використовують рубально-ріжучу дробарку та відділення металовмісних частинок з матеріалу у магнітному сепараторі, а на другій стадії виконують подрібнення за допомогою плосконожової або роторно-молоткової дробарки з відділенням целюлозної волокнистої основи - паперу від лакофарбового покриття, та на третій стадії, після сепарації в повітряно-матеріальному потоці, відділяють 2 фракції, окремо лакофарбове покриття і целюлозно-волокнисту основу паперу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як вихідні паперові відходи використовують газетний, книжковий та інші види паперу, макулатуру з лакофарбовим покриттям, а також паперові шпалери, покриті різноманітними полімерними плівками лакофарбових покрить, а також ламінований та вологостійкий папір і картон. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в комплексному агрегаті на першій стадії використовують рубально-ріжучу дробарку, дискового типу, з двома регульованими рубальними ножами і одним контрножем, зі швидкістю обертання дисків 500-1000 об./хв., та відділення металовмісних частинок з подрібненого матеріалу у магнітному сепараторі з одержанням первинної фракції подрібнених паперових відходів з розміром частинок 3-40 мм. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в комплексному агрегаті на другій стадії використовують плосконожову або роторно-молоткову дробарку зі швидкістю обертання 15003000 об./хв., що дозволяє розділити паперовий (целюлозний) шар від лакофарбового покриття та одержати частинки з розмірами 0,01-2 мм. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в комплексному агрегаті на третій стадії сепарацію в повітряно-матеріальному потоці проводять в циклоні, де відділяють першу фракцію - лакофарбове покриття з розмірами частинок 0,1-2 мм, та з допомогою тканинного, рукавного фільтра уловлюють другу фракцію - целюлозно-волокнисту основу з розпушеного паперу з розмірами волокна при співвідношенні товщини волокна і його довжини як 1:10-100. 5 UA 68408 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6