PL231670B1 - Sposób recyklingu odpadowych materiałów hydroizolacyjnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzysku surowców z materiałów hydroizolacyjnych stosowanych jako ochrona przed wodą lub wilgocią, zwłaszcza papy.

Materiały hydroizolacyjne z racji pełnionej funkcji są produkowane w procesie sekwencyjnym i należą do grupy materiałów wielowarstwowych.

Dawniej stosowane pokrycia składające się z tektury i smoły nie stwarzały specjalnych trudności. Dziś materiały hydroizolacyjne składają się z kilku warstw: welonu szklanego lub tekturowego, włókniny poliestrowej lub kompozytu poliestrowo- szklanego oraz ewentualnie mieszaniny wymienionych składników. Pokryty on jest obustronnie masą zwykłego lub modyfikowanego bitumu czyli masy asfaltowej. Jak wiadomo jest to mieszanina nie rozpuszczalnych w wodzie węglowodorów i wytwarzany jest najczęściej ze smół, lepików i asfaltów nierzadko wzbogacanych dodatkami takimi jak odpady powstające przy produkcji tworzyw sztucznych i gum w tym używanych opon. Bardzo wysokiej jakości specjalistyczne wyroby hydroizolacyjne mają dodatkowo domieszkę substancji wzmacniających elastyczność typu SBS (styren-butadien-styren) lub APP (ataktyczny polipropylen).

Ponieważ to masa bitumiczna chroni izolowaną powierzchnię musi ona dobrze przylegać a więc charakteryzować się bardzo dobrą adhezją, jednolitą płynnością w stanie stopionym i odpornością na pękanie w niskich temperaturach. Masa ta jak już wspomniano stosowana jest przy produkcji papy i materiałów izolacyjnych ale również do pokrywania wierzchniej części budowanych dróg jako różnego rodzaju asfalty. Wymagania techniczne i ekonomia powodują, że oprócz mieszaniny węglowodorów nie rozpuszczających się w wodzie masy te zawierają różnego rodzaju wypełnienia. Najczęściej jest to materiał mineralny - drobno zmielona lekka skała. Masa taka jest tańsza nie mając jednocześnie tendencji do rozdzielania się w czasie stosowania. Papy izolacyjne i dachowe dodatkowo posypywane są kruszywem lub talkiem który zabezpiecza rolki przed sklejaniem się.

Na rynek polski trafia rocznie 90 mln m² papy. Ponieważ 1 m² o grubości 5,2 mm waży 6 kg daje to 50 000 ton/rok. Przy produkcji powstaje wg szacunków 2% odpadu. Jak każdy wyrób również te materiały z czasem stają się odpadem i to odpadem wyjątkowo uciążliwym.

Wg danych w ciągu roku demontowane jest około 10-13% papy, co razem z odpadem powstającym przy produkcji daje 15% ilości papy dostarczanej na rynek rocznie.

Problemem materiałów izolacyjnych jako odpadu jest ich jakość. Im lepiej spełniały swoje zadanie tym trudniej je zutylizować, ponieważ używane tu materiały ze swojego założenia nie mogą być biodegradowalne gdyż nie spełniłyby wtedy funkcji izolacyjnej.

Przepisy prawne zezwalają na spalanie tego typu odpadów w kotłach ale jest to metoda wysoce niebezpieczna dla otoczenia ze względu na emisję siarki oraz innych zanieczyszczeń zawartych w bitumach. Jednocześnie efekt ekonomiczny jest niewielki ze względu na to, że uzyskuje się tylko ciepło i to w niewielkim procencie. Oczywistym jest, że metoda ta powinna być wycofana ze względów środowiskowych i oszczędności surowca.

Znana jest metoda utylizacji odpadów papy do asfaltów drogowych. Metoda polega na odseparowaniu gruzów i innych zanieczyszczeń budowlanych a następnie na rozwłóknieniu papy i separacji włókien. Zaletą jest to, że otrzymany półprodukt do wytwarzania emulsji asfaltowych jest tańszy i mniej uciążliwy. Badania wykazały, że tego typu domieszka podwyższa szczelność masy asfaltowej. Niestety jest to zjawisko chwilowe. W momencie intensywnego użytkowania pod naciskiem poruszających się pojazdów nawierzchnia podatna jest na pęknięcia szczególnie w niekorzystnych warunkach atmosferycznych. Wynika to z zamarzania wody pochłanianej i gromadzącej się w resztkach włókien w półprodukcie. Utrzymanie takiej nawierzchni wymaga częstych i drogich remontów. Dodawanie odpadów do produkcji jest zawsze obarczone ryzykiem pogorszenia się jakości produktu finalnego czego dowodem jest pękanie nawierzchni dróg czasem nawet przed rozpoczęciem ich eksploatacji.

Znany jest z opisu DE 102006009205 sposób, w którym zgranulowany odpad jest transportowany i podgrzewany. Przynajmniej część granulek ulega stopieniu i może być usunięta z systemu.

Z opisu US 2014/0034762 znany jest sposób rozdrabniania asfaltu i oddzielania mechanicznego, przy czym stosuje się wymrażanie asfaltu.

Z publikacji WO2005/087380 znany jest sposób polegający na stopieniu asfaltu w celu odzyskania kartonu w kontakcie z ciekłym środkiem dostarczającym ciepła. W trakcie ogrzewania gazy są usuwane ze zbiornika, filtrowane i wypuszczane do atmosfery. Stopiony asfalt oraz karton są usuwane ze zbiornika i chłodzone.

PL 231 670 B1

Z publikacji WO2008/103035 znane jest urządzenie do recyklingu pokryć dachowych. Składa się ono z systemu taśm przenośnikowych, ostrz oraz sit. Przerób jest przerobem mechanicznym.

Z publikacji WO02/28610 i WO00/43184 znane są sposoby, w których bituminy i smoły są oddzielane od pozostałych składników zawartych w materiałach bitumicznych przez stosowanie nacisku i wyciskanie.

Zgodnie z opisem EP1757672 do reaktora ładuje się odpady bitumiczne z cieczą polarną, w której bitum się nie rozpuszcza, komponenty są razem podgrzewane w reaktorze do temperatury wyższej niż temperatura topnienia bitumu, składniki są mieszane, powstałe frakcje są od siebie oddzielane.

Z opisu EP1534434 znane jest urządzenie do topienia materiałów bitumicznych, którego wielkość i kształt może być regulowany w zależności od właściwości i wielkości kawałków membran poddawanych recyklingowi.

Z opisu zgłoszeniowego PL Z-374595 znany jest sposób polegający na rozwłóknianiu oczyszczonego wstępnie złomu papy na niewielkie wióry o wymiarach nie większych niż 4 x 50 mm w temperaturze nie wyższej niż 100°C. Otrzymany destrukt w postaci wiórów papy dodaje się do mieszanki cementowo-emulsyjnej na podbudowy nawierzchni drogowych, składającej się z kruszywa mineralnego, mączki mineralnej, środków adhezyjnych i dodatku w postaci destruktu asfaltowego pochodzącego z frezowania nawierzchni, w ilości do 5% wagowych masy kruszywa w mieszance.

Większość znanych metod bazuje na rozdrobnieniu materiału i wytopieniu bituminów lub ich wyciśnięciu pod wpływem siły. Jedna z metod polega na dodaniu rozpuszczalnika wysoko wrzącego ale nie rozpuszczającego smoły.

Żadna z powyższych metod nie prowadzi do otrzymania wyodrębnionych poszczególnych składników, które w pełni mogą być zastosowane jako surowiec do wytwarzania wyrobów hydroizolacyjnych. Szczególnie istotnym wydaje się brak możliwości oddzielenia materiałów bitumicznych od posypki, czyli drobnych kamieni oraz od tektury, stanowiącej główny składnik welonu.

Sposób według wynalazku polega na tym, że odpadowe materiały hydroizolacyjne, ewentualnie wstępnie rozdrobnione do kawałków nie większych niż 70 mm, wprawia się w ruch posuwisto-obrotowy i poddaje się działaniu rozpuszczalnika organicznego o temperaturze wrzenia do 200°C w postaci cieczy i pary w przeciwprądzie. Roztwór materiałów bitumicznych w rozpuszczalniku oddzielany jest od nierozpuszczalnej pozostałości i poddawany destylacji aż do uzyskania gęstej masy bitumicznej. Nierozpuszczalna pozostałość składająca się z posypki, zanieczyszczeń mechanicznych i welonu przekazywana jest do aparatu sitowego. Posypka w postaci kamieni opada na dno tego aparatu i przesypuje się do zbiornika posypki. Zanieczyszczenia mechaniczne większe od otworów sita pozostają na sicie. Zbiornik posypki wypełniony jest tym samym rozpuszczalnikiem, który używany był do ekstrakcji materiałów bitumicznych. Posypka przesypując się do zbiornika posypki wytłacza z niego rozpuszczalnik do aparatu sitowego zapobiegając przedostawaniu się roztworu materiałów bitumicznych w rozpuszczalniku do zbiornika posypki. Pozostałe nierozpuszczone składniki materiałów hydroizolacyjnych, czyli welon, poddawane są działaniu rozpuszczalnika w przeciwprądzie a następnie suszone.

Jako rozpuszczalnik organiczny korzystnie stosuje się ksylen lub 1,2-dichloroetan lub mieszaninę ksylenu i octanu butylu lub frakcję pirolizatu o zakresie temperatur wrzenia 70-110°C uzyskanego z pirolizy polietylenu zawierającą około 67% wagowych olefin, 5% wagowych aromatów oraz węglowodory nasycone.

Sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie czystych materiałów bitumicznych, czystej posypki oraz welonu pozbawionego uciążliwych zanieczyszczeń bitumicznych. Tak pozyskany welon nadaje się do ekologicznego wykorzystania poprzez spalenie. Uzyskana czysta posypka może być ponownie zastosowana do otrzymania materiałów hydroizolacyjnych a materiał bitumiczny jest w pełni użytecznym surowcem do ponownego wykorzystania w produkcji tychże materiałów hydroizolacyjnych.

Sposób według wynalazku pozwala na pełne wtórne wykorzystanie wszystkich składników odpadowych materiałów hydroizolacyjnych.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany na rysunku na którym Fig. 1 przedstawia schemat instalacji do stosowania sposobu według wynalazku.

P r z y k ł a d 1. Próbę przeprowadzono z zastosowaniem ksylenu jako rozpuszczalnika przygotowanego w zbiorniku 8. Jako surowiec zastosowano odpad papy o średnim składzie bitum 67,0% wagowych, posypka 21,1% wagowych, tektura 11,7% wagowych, woda 0,2% wagowych. Odpad rozdrobniono na kawałki nie większe niż 50 mm. Po sprawdzeniu aparatury zamknięto zawory pod zbiornikiem posypki 5 i odstojnikiem 7. Aparaturę przedmuchano dwutlenkiem węgla podawanego do rury przeła4

PL 231 670 B1 dowczej 13 a następnie zamknięto zawory pod zbiornikiem 7a i odparowalnikiem 10 oraz zawór odcinający układ destylacyjny zbiornika posypki 5. Następnie wpompowano do aparatury poprzez wymywacz 11 ze zbiornika 8 ksylen w ilości 5000 kg po czym włączono obracanie się koszy i mieszadeł zatężacza 2, aparatu sitowego 3, ekstraktora 6, zatężacza 9, wymywacza 11 i aparatu 12 oraz ogrzewanie i studzenie całej aparatury. Na końcu włączono mieszadło odparowalnika 10 a po niepełnej godzinie uruchomiono aparat 1 i do jego wylotowego końca zaczęto podawać mieszaninę powietrza i spalin o temperaturze 65-70°C a do wlotowego końca zaczęto dozować surowiec w tempie 200 kg/godz. Po około godzinie kiedy zaobserwowano, że do leja zasypowego aparatu 2 wpadają pierwsze kawałki papy włączono mieszadło zamontowane w tym leju i obserwowano jak rośnie temperatura w odstojniku 7 co oznaczało, że cała aparatura wypełniła się parami ksylenu. Zmniejszono ogrzewanie zbiornika posypki 5 tak by temperatura w nim nie przekraczała 100°C a po kolejnej godzinie uruchomiono dozowanie czystego rozpuszczalnika z odstojnika 7 do aparatu 11 w tempie 250 kg/godz i do zbiornika posypki 5 w tempie 45 kg/godz. W dwie godziny później włączono obroty ślimaka 14 a w pół godziny później do rury przeładowczej 13 zaczęto podawać wodę w tempie 1,8 kg/godz. Po około pół godzinie zaobserwowano, że nierozpuszczalna reszta dotarła do ślimaka 14 bowiem ślimak ten zaczął wypychać nierozpuszczalne resztki z aparatury. W 25 godzin od rozpoczęcia dozowania surowca do aparatu 1 przerwano jego podawanie, a gdy do leja zasypowego aparatu 2 przestały wpadać kawałki papy wyłączono aparat 1 i mieszadło tego leja. W 3 godziny później wyłączono dozowanie czystego rozpuszczalnika do zbiornika posypki 5 i wymywacza 11 i zamknięto zawór nad dyfuzorem 4 a otwarto zawór wlotowy do układu destylacyjnego zbiornika posypki 5 po czym zwiększono do maksimum jego ogrzewanie. Wyłączono mieszadło aparatu sitowego 3 i obracanie się koszy aparatów 2 i 6 a następnie otwarto nieuwidoczniony zawór upustowy pod stożkiem aparatu sitowego 3 spuszczający ciecz do aparatu 9. Destylujący w aparaturze ksylen gromadził się w odstojniku 7 dlatego po około godzinie otwarto zawór pod spodem tego aparatu i odpuszczono wodę do osobnego naczynia a ksylen przepompowano do zbiornika 8 by nie dopuścić do przepełnienia się odstojnika 7. Z kolei otwarto nieuwidoczniony zawór opróżniający wymywacz 11 do ekstraktora 6 a po 30 minutach otwarto nieuwidoczniony zawór opróżniający zawartość zatężacza 9 do odparowalnika 10. Po kolejnych 3 godzinach kiedy to temperatura w odparowalniku 10 osiągnęła 220°C i ślimak 14 nie wypychał już nierozpuszczalnych resztek wyłączono aparaturę. W międzyczasie z intensywnie ogrzewanego zbiornika posypki 5 wydestylowano cały zawarty w nim ksylen. Ogrzewanie tego aparatu wyłączono a podjęto usuwanie resztek rozpuszczalnika z odparowalnika 10 poprzez delikatne, powolne wytwarzanie w nim próżni. Gdy uzyskano próżnię poniżej 180 mm słupa rtęci odczekano jeszcze pół godziny i proces zakończono. Całą aparaturę wyłączono i pozostawiono na 9 godzin po czym włączono na kilka minut mieszadło odparowalnika 10 i dokładnie go opróżniono usuwając zawarty w nim bitum. Próbę zbilansowano.

Zużyto

Surowca 25 x 200 kg = 5000 kg

Wody 26 x 1,8 kg = 46,8 kg

Odzyskano

Wody 49,0 kg

Posypki 1055,0 kg

Bitumu 3350,0 kg

Welonu 590,0 kg - zawierał ok. 0,85 kg wody czyli 5 kg

P r z y k ł a d 2

Zastosowano aparaturę i sposób postępowania takie same jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że prostą rurkę dyfuzora 4 zastąpiono helikoidalnie wygiętą czyli ukształtowaną jak sprężyna o skoku 600 mm rurką długości 1150 mm. Jako rozpuszczalnik zastosowano 1,2-dichloroetan. Zastosowano surowiec i tempo dozowania takie jak w przykładzie 1. W wyniku 25 godzin dozowania surowca

Zużyto
Surowca	25 x 200 kg = 5000,0 kg
Wody	26 x 1,8 kg = 46,8 kg
Odzyskano
Wody	49,0 kg
Posypki	1055,0 kg
Bitumu	3350,0 kg
Welonu	590,0 kg

PL 231 670 B1

P r z y k ł a d 3

Zastosowano aparaturę taką jak w przykładzie 1 ale w miejsce zastosowanej tam jako dyfuzor okrągłej rurki użyto rurkę długości 660 mm o przekroju prostokątnym obustronnie zakończoną kołnierzami. Do jej środka włożono konstrukcję przypominającą dwie pionowe ustawione naprzeciw siebie drabinki. Każda drabinka miała 15 półek. Rurka ta była zamknięta obustronnie szczelnymi pokrywkami. W centrum pokrywek umieszczono króćce. Próbę przeprowadzono podobnie jak w przykładzie 1 a jako rozpuszczalnik zastosowano ksylen zawierający 6% wagowych octanu butylu. Jako surowiec użyto odpad poużytkowej papy o składzie: bitumu 72,0% wagowych, posypka 16,5% wagowych, podkład 10,8% wagowych, gwoździe 0,5% wagowych, woda 0,2% wagowych pocięty na kawałki nie większe niż 60 mm podawane w tempie 400 kg/godz. Próbę prowadzono 12 godzin dozując surowiec w tempie 400 kg/godz. a następnie zbilansowano:

Zużyto

Surowca 12 x 400 kg = 4800,0 kg

Wody 13 x 1,8 kg = 23,4 kg

28,6 kg 792 kg 3456 kg

522,8 kg - zawierał około 0,84% wody w swoim składzie czyli 4,4 kg 24 kg wyodrębniono je magnesem z zawartości zbiornika posypki 5

Odzyskano

Wody

Posypki

Bitumu

Welonu

Gwoździe

P r z y k ł a d 4

Zastosowano aparaturę i sposób postępowania opisane w przykładzie 1 z tą różnicą, że jako rozpuszczalnik użyto frakcję pirolizatu o zakresie temperatur wrzenia 70-110°C uzyskanego z pirolizy polietylenu zawierającą około 67% wagowych olefin, 5% wagowych aromatów oraz węglowodory nasycone. Jako surowiec zastosowano mieszaninę poużytkowych odpadów papy o składzie: bitum 75,0% wagowych, posypka 13,6% wagowych, welon 11,0% wagowych, woda 0,3% wagowych, gwoździe i druty 0,1% wagowych rozdrobniony do kawałków nie większych niż 27 mm. Surowiec dozowano do aparatury w tempie 150 kg/godz. Próbę prowadzono 30 godzin po czym zbilansowano uzyskując wynik:

Zużyto

Surowca 30 x 150 kg = 4500,0 kg

Wody 30 x 0,8 kg = 54,0 kg

Odzyskano

Wody 65,0 kg

W odstojniku 116,5 kg

Bitum 3375,0 kg

Welonu 497,5 kg

Z mieszaniny znajdującej się w zbiorniku posypki 5 wyodrębniono magnesem 4,5 kg gwoździ i drutu, reszta tj. 612,0 kg to posypka. W podkładzie znajdowało się 0,5% wagowych wody.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (2)

1. Sposób recyklingu odpadowych materiałów hydroizolacyjnych, znamienny tym, że odpadowe materiały hydroizolacyjne, ewentualnie wstępnie rozdrobnione do kawałków nie większych niż 70 mm, wprawia się w ruch posuwisto-obrotowy i poddaje się działaniu rozpuszczalnika organicznego o temperaturze wrzenia do 200°C w postaci cieczy i pary w przeciwprądzie a uzyskany roztwór materiałów bitumicznych w rozpuszczalniku oddzielany jest od nierozpuszczalnej pozostałości i poddawany destylacji aż do uzyskania gęstej masy bitumicznej natomiast nierozpuszczalna pozostałość, składająca się z posypki, zanieczyszczeń mechanicznych i welonu przekazywana jest do aparatu sitowego gdzie posypka opada na dno tego aparatu a z niego przesypuje się do zbiornika posypki, przy czym zanieczyszczenia mechaniczne większe od otworów sita pozostają na sicie natomiast zbiornik posypki wypełniony jest tym samym rozpuszczalnikiem, który używany był do ekstrakcji materiałów bitumicznych a posypka przesypująca się do zbiornika posypki wytłacza z niego rozpuszczalnik do aparatu sitowego natomiast pozostałe nierozpuszczone składniki materiałów hydroizolacyjnych poddawane są działaniu rozpuszczalnika w przeciwprądzie a następnie suszone.

PL 231 670 Β1

2. Sposób według zastrz.1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się ksylen lub 1,2-dichloroetan lub mieszaninę ksylenu i octanu butylu lub frakcję pirolizatu o zakresie temperatur wrzenia 70-110°C uzyskanego z pirolizy polietylenu zawierającą około 67% wagowych olefin, 5% wagowych aromatów oraz węglowodory nasycone.

Rysunek