Mehaanika ja tööstustehnika instituut

Ülevaade

Materjalide jätkusuutliku taaskasutuse labor kuulub Tallinna Tehnikaülikooli Mehaanika ja tööstustehnika instituudi koosseisu. Laboratooriumis tegutseb Materjalide Taaskasutustehnoloogia Uurimisrühm, mis keskendub probleemsete ja raskesti töödeldavate materjalide ringlussevõtule ning uute taaskasutuspõhiste toodete arendamisele.

Uurimisrühma juhib vanemteadur PhD Dmitri Goljandin, kes on ühtlasi laboratooriumi juhataja. Rühm on Mehaanika ja tööstustehnika instituudi lahutamatu osa ning panustab aktiivselt kahte TalTechi uurimissuunda: „Kulumiskindlad komposiidid ja pinnad“ (juhendaja prof. J. Kübarsepp) ning „Innovatiivsed materjalid tööstuslikeks rakendusteks“ (juhendaja prof. I. Hussainova).

Uurimisrühma peamine tegevus on seotud jahvatussüsteemide arendamisega erinevate probleemsete ja raskeltjahvatuvate materjalide töötlemiseks. Tähtsal kohal on materjalide taaskasutus ja uute väärtuslike toodete loomine. Seadmete ja protsesside väljatöötamisel kasutatakse või kombineeritakse intensiivjahvatust teiste tehnoloogiliste protsessidega, et saavutada tõhus materjalide lagundamine ja omaduste modifitseerimine. Lisaks keskendutakse ringlussevõetud materjalide kasutamisele uute toodete arendamisel, aidates kaasa nii materjaliteaduse ja -tehnika valdkonna jätkusuutlikkusele kui ka innovatsioonile.

Uurimisrühmal on ulatuslik ja pikaajaline kogemus keerukate tehnoloogiliste probleemide lahendamisel, sealhulgas keraamiliste ja metallijäätmete, komposiitmaterjalide (nt kõvad sulamid, keerulised polümeer- ja metallmaatrikskomposiidid), kasutatud autorehvide, trükkplaatide jäätmete ja tekstiilijäätmete töötlemisel.

Seadmed ja võimalused 

Materjalide jätkusuutliku taaskasutuse labor on varustatud erinevate tüüpi löökjahvatuse ja kombineeritud separatsioonsüsteemidega (mis on välja töötatud Taltech-s), alates väikese tootlikustega laboriveskitest kuni pooltööstusliku seadmeni, tootmise tehnoloogiliste protsesside simuleerimiseks ja katsetuste läbiviimiseks:

• Laboratoorne mitmeotstarbeline desintegraatorjahvatus süsteem DSL-175  kombineeritud inertsiaal-tsentrifugaalklassifikaatoriga;
• Pooltööstuslik multifunktsionaalne desintegraator jahvatussüsteem DSL-115 otse, separatsioon- ja selektiivse jahvatusrežiimidega töötlemiseks;
• DSA-seeria tööstuslikud dismembratorid;
• Suure tootlikusega desintegraatorveski DSL-350;
• DESI WT – Desintegraatorseade materjalide löökkulumise uurimiseks.
• Erineva tootlikkusega vibroseparaatorid;
• Pöörisvoolu-separaator magnetiliste ja mittemagnetiliste metallosakeste eraldamiseks,
• Laboratoorne šrederveski;
• Valtsveski;
• Õhk-inertsiaalsed separaatorid ja sadestuskambrid;
• SD-15 - eksperimentaalne moodul kummikomposiidi kiirpurustamise protsesside uurimiseks;
• SD-25 - eksperimentaalne moodul autorehvide kummipuruks töötlemise simuleerimiseks koos tekstiili- ja metalltraati samaaegse eraldamisega toatemperatuuril;
• Ekperimentaalne seade RP-10 (22 kW) tervete autorehvide purustamiseks üheaegse kummi peenpuru koos metallosiste ja tekstiili koorti eraldamisega;
• DS - 37/21 Tekstiilijäätmete kiirjahvatus- ja eraldussüsteemi laboratoorne moodulprototüüp;
• Sõelumisseade (Vibratory Sieve Shaker RETSCH AS 200 control)  pulbermaterjalide osiselise koostise määramiseks;
• Jmt.

Laboratoorium pakub ka järgmisi teenuseid:

• Materjalide purustamine ja jahvatamine desintegraatorveskites. Vajaliku suurusega (2.8 mm kuni 5µm) pulbrite saamine erinevatest materjalidest. Samuti on võimalik eraldada erinevaid fraktsioone;
• Multikomponentsete kvaliteetsete segude saamine. Jahvatamine ja segamine ühes protsessis desintegraatortehnoloogia abil;
• Pulbermaterjalide omaduste määramine: sõelanalüüs (DIN 66165), laseranalüüs (ISO13320), eripind, puiste ja raputuse tihedus,voolavus, sisehõõrdumine, pulbermaterjali nihkejõu katse (direct shear test).

Joonis. Laborivarusus: lintdosaator, desintegraatorveski otsejahvatuse režiimis, vibrosõelad ja tolmufilter.

Joonis. Pöörisvoolu- magnetseparaator.

Peamised tegevussuunad

Materjalide jätkusuutliku taaskasutuse labor

• Pakub laia valikut teenuseid alates pulbriliste materjalide omaduste uurimisest, materjalide jahvatamisest/eraldamisest/separeerimisest/segamisest, millel on lai valik omadusi ja otstarvet, kuni tehnoloogiliste protsesside arendamise ja rakendamiseni.
• Oluline osa on osalemine rakenduslikus ja teaduslikus Eesti ja Euroopa projektides.
• Haridustegevuse teostamine (diplomitööd ja noorte teadlaste koolitused nt. Erasmus+ staff mobility etc.), mis on seotud keerukate ja komposiitmaterjalide töötlemisega.

Tegevuse põhisuunaks on kõrge intensiivsusega saparatsioonjahvatus meetodite väljatöötamine ja rakendamine mitmesugusteks otstarbeks mõeldud materjalide töötlemiseks, samuti seadmete ja protsesside väljatöötamine, kasutades või kombineerides desintegreerimist teiste tehnoloogiliste protsessidega. 

Tegevust iseloomustavad võtmesõnad: Materjalide jahvatamine ja taaskasutus. Jahvatussüsteemid. Desintegraatortehnika. Vajaliku suurusega pulbrite saamine. Selektiivne jahvatus. Materjalide ülipeen jahvatus. Kvaliteetsete homogeensete/multikomponentsete segude saamine. Materjalide löökkulumise uurimine. Materjalide taaskasutus ja ringlussevõtt. Tava- ja raskesti jahvatatavate materjalide (keraamilised ja metallmaterjalid, komposiitmaterjalid: kõvasulamid, plastkomposiitmaterjalid, trükiplaadid (metall-klaaskiudplastiga lamineeritud komposiitmaterjal, autorehvid, jne) ümbertöötlusmeetodite väljatöötamine).

Joonis. Jahvatatud taaskasutatavate  materjalide näidised.

Koostöö ja projektid

Viimase viie aasta jooksul on Materjalide Taaskasutustehnoloogia uurimisrühm ellu viinud mitmeid teadus- ja arendustegevuse projekte, mis keskenduvad keerukate jäätmematerjalide töötlemisele, uute ringluspõhiste toodete väljatöötamisele ning innovaatiliste mehaaniliste separatsioonilahenduste arendamisele. Olulisemad projektid hõlmavad:

- Mitteraudmetalsetest E-jäätmetest epoksiidi ja metalli ringlus. Trükkplaatides sisaldub märkimisväärsetes kogustes kriitilise tähtsusega metalle nagu Cu, Au, Ag, Ni, Sn, Pd ja Pt. Trükkplaatide taaskasutus on väljakutse, mis tuleneb suurest, keskkonnale ja tervisele ohtlikust, epoksüüdi ja broomi sisaldusest. Käesoleva tegevuse eesmärgiks on valideerida epoksüüdi separatsioonitehnoloogiat võimaldamaks toormaterjalide ja kriitiliste toormaterjalide taaskasutusahjudes utiliseerimist.

- Tekstiilijäätmete purustamistehnoloogia ja uudsete materjalide arendamine tekstiilijäätmete väärindamiseks ning ringmajanduse toetamiseks. On välja töötatud eriliigiliste tekstiilijäätmete purustamiseks sobiv tehnoloogia, mis võimaldab jäätmeliigi eraldi kogumise järgselt need tõhusamalt ringlusesse suunata. Lisaks pakutakse välja lahendusi purustatud tekstiilijäätmete kasutamiseks erinevate materjalide ja toodete lähteainetena.

- Nioobiumräbu ümbertöötlus ja väärindus. Uuriti NPM Silmet OÜ metalse nioobiumi (Nb) tootmisel tekkiva Nb räbu ümbertöötlust ja võimalikku korduvkasutust. Töötati välja Nb- räbu ümbertöötlusttehnoloogia desintegaraatortehnoloogiat kasutades, mille tulemusena eraldati räbusse jäänud metalne Nb ja põhikomponendina saadi kaltsiumaluminaat (CA). CA võimalikest uuritud kasutusvaldkondadest osutus perspektiivsemaks CA kasutamine soojustjuhtiva materjali koostisosana. Saadud soojusplaatide soojusjutivus ja mehaanilised omadused osutusid paremkas analoogse tööstuslikult toodetava materjali omadustest.

- Rakendusuuring pilliroogbiokomposiitmaterjalide kasutamiseks biolagunevates toidunõudes. Selle uurimistöö eesmärk on vähendada plastijäätmete teket looduses, asendades ühekordselt kasutatavad plastist lauanõud modifitseeritud pillirooga ja pillirooga tugevdatud biopolümeerkomposiitidega.

- Alumiiniumpuru eraldamise võimaluse&tehnoloogia leidmine. Töö eesmärk on uurida võimalusi (ja leida ratsionaalne meetod), kuidas eraldada segus puidulaastud metallilaastudest, mis võimaldaks puiduosa tõhusamalt katlamajades põletada (alumiiniumilaastud ei ummista reste) ja tõsta alumiiniumjäätmete hinda, suurendades nende kontsentratsiooni ja puhtust.

Meeskond ja kontakt

Kontakt: Dmitri Goljandin
E-post: dmitri.goljandin@altech.ee
Telefon: +372 553 7985
Koostöösoovid Eesti ettevõtetega. Külastamiseks ja koostööks võta meiega ühendust!

Ootame ettevõtteid, kes on huvitatud teemadest:

• Kõvasulamplaatide korduvkasutus jämeterade freesimiselementides;
• Li-ioonakude ümbertöötlemise võimalus;
• Tekstiilmaterjalide ümbertöötlemine (peenestatud kiudude kasutamine pürolüüsiks, põletamiseks, müra neelavate ja elektromagnetilist kiirgust varjavate komposiitide loomiseks);
• Kiudkomposiitide (metall-, mineraal- ja plastmaatriksiga) ümbertöötlemine komponentide eraldamise ja taastamise eesmärgil, sealhulgas päikesepaneelid ning klaas- ja süsinikkiudplastkomposiidid;
• Turba töötlemine selle väärtuse suurendamise eesmärgil;