Экономическая эффективность получения композитов из полимерно-резиновых отходов и базальтовых пород

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 620.3:628.4:330.131.7                          

С экономической точки зрения, производство композитов на основе вторичных полимерно-резиновых отходов и базальтовых материалов позволяет снизить себестоимость продукции за счет уменьшения затрат на сырье, снизить расходы на утилизацию отходов и одновременно создать продукцию с высокими эксплуатационными характеристиками. Это открывает возможности для внедрения таких материалов в строительстве, транспортной и машиностроительной отраслях, а также в производстве конструкционных элементов с повышенной износостойкостью. Добыча полезных ископаемых — это процесс извлечение твёрдых (металлы, уголь, руда), жидких (нефть) и газообразных (природный газ) ресурсов из недр Земли. Целесообразно проводить добычу после оценки запасов месторождения с определением их химического состава. В экономике многих стран добыча полезных ископаемых относится к первичному сектору и обеспечивает сырьём множество отраслей промышленности. Добыча полезных ископаемых осуществляется подземным и открытым способом, бурением скважин, а также с морского дна и т. д. [1].

Базальтовые породы относятся к твёрдым материалам в виде горных пород и располагаются в открытых карьерах, например, в месторождениях Кызыл-Кия в Кыргызской Республике. При добыче полезных ископаемых технические средства играют важную роль. Например при загрузке базальтовых горных пород в средства доставки. Средняя расчетная цена добычи и погрузки 1м3 базальтовой породы составляет 2000сом. 1м³ базальтовой породы равна около 2,8-3,0 тонны сырья .

Отсюда стоимость добычи и погрузки делим на количество тонн. т.е. стоимость добычи 1 т = цена загрузки / количество т, стоимость добычи 1 т = 2000 сом / 3т. Отсюда следует, что добыча и погрузка 1 т базальтовой породы составляет 666.7 сом. После добычи, полезные ископаемые транспортируются к месту переработки; базальтовые породы в данном случае доставлено из Кызыл-Кии в город Ош на расстояние около 100 км. Согласно данным Таблицы 1 с тарифами на грузоперевозки по Кыргызской Республике за 2024 г, средняя стоимость доставки 20 т груза на 1 км составляет примерно 80 сом.

Таблица 1

ЦЕНЫ НА ПЕРЕВОЗКИ ГРУЗА ПО ТЕРРИТОРИИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Маршрут Расстояние Груз Ставка Цена за км Кызыл-Кия — Военно-Антоновка 604 км 21 т, 30 м³ 42000,00 сом 69,54 сом/км Шопоков — Джалал-Абад, Ош 609 км 23 т 60000,00 сом 98,52 сом/км Бишкек — Талас 291 км 22 т, 90 м³ 25000,00 сом 85,91 сом/км Бишкек — Талас 291 км 20 т, 86 м³ 22000,00 сом 75,60 сом/км Бишкек — Кызыл-Адыр 348 км 22 т, 90 м³ 25000,00 сом 71,84 сом/км Ош — Шамалды-Сай 141 км 15 т, 30 м³ 20000,00 сом 141,84 сом/км Бишкек — Джалал-Абад 622 км 15 т 60000,00 сом 96,46 сом/км Бишкек — Кызыл-Кия 614 км 17 т, 50 м³ 45000,00 сом 73,29 сом/км Бишкек — Ош 606 км 20 т, 92 м³ 45000,00 сом 74,26 сом/км Бишкек — Кербен 504 км 20 т, 92 м³ 40000,00 сом 79,37 сом/км Бишкек — Токтогул 272 км 20 т, 92 м³ 30000,00 сом 110,29 сом/км Бишкек — Ош 606 км 20 т, 86 м³ 45000,00 сом 74,26 сом/км Бишкек — Кызыл-Кия 614 км 19,6 т, 92 м³ 51507,63 сом 83,89 сом/км Бишкек — Ала-Бука 538 км 15 т, 92 м³ 40000,00 сом 74,35 сом/км Токмак — Кызыл-Кия 688 км 20 т 55000,00 сом 79,94 сом/км Бишкек — Ош 606 км 20 т, 25 м³ 51087,13 сом 84,30 сом/км Бишкек — Ош 606 км 20 т 48000,00 сом 79,21 сом/км Бишкек — Ош 606 км 18 т, 86 м³ 53000,00 сом 87,46 сом/км Бишкек — Узген 638 км 20 т, 86 м³ 57000,00 сом 89,34 сом/км Бишкек — Жалалабад 623 км 20 т, 86 м³ 55000,00 сом 88,28 сом/км На Рисунке 1 приведена динамика изменения цен на перевозки грузов по всей территории Кыргызской Республики за 2024 г. Формула определения цены доставки груза из города Кызыл-Кия в город Ош имеет следующий вид:

Цена доставки = Цена за км × Расстояние Цена доставки = 8000 сом.

Цена 1 т базальтовой породы = 8000 сом / 20 т

Из этого следует, что цена доставки 1 т базальтовой породы из города Кызыл-Кия в город Ош, с расстоянием до 100 км составляет 400 сом.

Рисунок 1. Динамика изменения цен на перевозки грузов по территории Кыргызской Республики

Дробление — это этап измельчения, когда твердые материалы механически разрушают на более мелкие частицы. Процесс широко применяется в горной промышленности, строительстве и переработке для упрощения дальнейшей обработки или использования материала. Кроме уменьшения размера частиц, дробление увеличивает их поверхность и подготавливает материал к дальнейшей обработке или сортировке. В горноперерабатывающей отрасли свыше 90% дробилок — щековые (2-4 кВт·ч/т) и конусные (3-5 кВт·ч/т) [2]. Дробление 1 тонны базальта требует в среднем 1-5 кВт/ч электроэнергии в зависимости от оборудования и свойств материала, а продолжительность процесса составляет 15-30 минут. Согласно Таблице 2, расход электроэнергии рассчитывался по тарифу «Промышленные потребители» — 3,34 сом за кВт/ч.

Таблица 2

КАТЕГОРИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КР за 2024 г

Категория потребителей		Новый тариф (сом)
Население (до 700 кВтч/ свыше 700 кВтч)	1,37 /	2,60
Социальные и общественные потребители	2,62
Промышленные потребители	3,34
Коммерческие потребители	3,96
Бюджетные потребители	4,09
Энергоёмкие промышленные потребители	6,06
Станции по зарядке электромобилей	5,31

ГОСТ 8267-93 (Щебень и гравии из плотных горных пород для строительных работ) относится к щебню и гравию из горных пород со средней плотностью зерен от 2,0 до 3,0 г/см³, используемым в качестве заполнителей для тяжелого бетона, а также для дорожного и другого строительного применения [3].

Стоимость щебня и гравия из базальтовых горных пород плотностью зерен от 2,0 до 3,0 г/см³, и фракционностью от 5х10, 10х20 колеблется. Например, в некоторых странах СНГ 1м3 базальтового щебня фракционностью от 5х10, 10х20 составляет 300,38 сом. А стоимость базальтового щебня фракционностью 20х40, маркой прочности М1200, насыпной плотностью 1200 кг/м3 с доставкой составляет 1430 руб./м3 .

Из этого следует, что средняя цена 1 тонны дробленного базальтового щебня фракционностью от 5 до 20 мм составляет порядка 300,18 сом. Учитывая расходы за электроэнергию, стоимость дробления 1 тонны базальтовой породы составляет 313,54 сом. Механическая обработка базальтовых пород, когда они дробятся на более мелкие фракции (до микронных размеров), называется измельчением. Базальтовые породы микронных размеров могут использоваться для заполнения бетона и асфальта, для производства различных видов строительных материалов, для создания дорожных основании и т. д. [2].

Для измельчения было использована шаровая мельница модели MQZ1224 с барабаном 1,2Х2,4 м, скоростью вращения 31 об/мин, загрузкой до 4,8 т, исходным материалом размером 0-20 мм и размером готового продукта 0,07-0,6 мм, производительностью 0,4-6,8 т/ч и двигателем мощностью 37 кВт.

Согласно ГОСТ 6613-86 [4], 1 т базальтовой породы была измельчена до микронных размеров с использованием проволочных тканых сеток для сортировки и разделения частиц.

Измельчение 1м3 базальтовой породы на шаровой мельнице MQZ1224 стоило 330 $ США. Поскольку 1 м3 базальтовой породы соответствует 2,8-3 т, стоимость измельчения 1 т составила примерно 110 $ США.

Для измельчения 1 т базальта потребовалось до 2-5 кВт/ч электроэнергии. Согласно Таблице 2, стоимость электроэнергии вычислялось по тарифу Промышленные потребители по 3.34 сом за кВт/ч (4кВт/ч × 3,34 сом = 13.36 сом). Окончательная цена за измельчение 1 т базальтовой породы месторождения Кызыл-Кия Кыргызской Республики составило 9618,27 сом. Один из этапов получения композитов — смешивание, которое повышает однородность многокомпонентного материала и позволяет вводить твердые или жидкие добавки. Для смешивания 1 т компонентов композита из базальта и полимерно-резиновых отходов требуется 0,5-2 кВт/ч электроэнергии, что существенно меньше, чем при дроблении и измельчении.

Услуга бетономешалки на 24 ч. составляет 625 $ США. Поскольку загрузка, смешивание и выгрузка компонентов занимают до 8 минут, стоимость получения 1 т. композиционного материала на основе базальта и полимерно-резиновых отходов с повышенной однородностью составляет 18,4 $ США (1 576,71 сом с учётом электроэнергии): 1,5 кВт/ч × 3,34сом = 5,01сом.

После дробления, измельчения и смешивания компонентов композиционного материала, необходимо расплавить их. Время плавления занимает до 25-45 минут. Чтобы рассчитать количество электроэнергии, необходимое для плавления 1 тонны композита, состоящего из 80% полимера и 20% измельченного базальта, нужно учитывать температура плавления каждого компонента.

Полимер: обычно для полимеров температура плавления составляет примерно 120-200 кДж/кг. Для расчета возьмем 160 кДж/кг.

Базальт: температура плавления базальта составляет примерно 1200-1300 кДж/кг. Для расчета возьмем 1250 кДж/кг.

Масса полимера: 1 т.х0.8=0.8 т=800 кг

Масса базальта : 1 т.^х0.2=0.2 т=200 кг

Энергия для плавления полимера :

Q полиме_P =800 кгх160 кДж/кг=128000 кДж

Энергия для плавления базальта :

Q ба₃альт =200 кгх1250 кДж/кг=250000 кДж

Суммируем энергии для обоих компонентов:

Q общая =Q полимер +Q базальт =128000 кДж+250000 кДж=378000 кДж

Для плавления 1т композита, состоящего из 80% полимера и 20% измельченного базальта, потребуется приблизительно 378000 кДж, или 105кВт/ч. электроэнергии. Согласно Таблице 2, категории потребителей электроэнергии в КР за 2024 г, по тарифу Промышленные потребители, 105 кВт электроэнергии по 3.34 сом за кВт/ч составит 350,7,5 сом. В итоге, переработка 1 т сырья, состоящего из 80% полимера и 20% измельченного базальта составило 12 925,97 сом. Определение стоимости 1 м2 композитного ламината разных размеров из местного сырья. Плотность базальтовых пород составляет до 2,6-3,1 г/см³, а плотность полимерных отходов (в данном случае ПВХ-поливинилхлорид) и резины составляет 1,35-1,43 г/см3. Средняя плотность базальтовой породы составило 2,85 г/см3 и полимерных отходов и резины 1,39 г/см3. А средняя плотность композита из базальтовой породы и полимерных отходов, и резины составило 2,12 г/см3 = 2120 кг/м3 . Для определения площади (s) необходимо учитывать размеры (длину и ширину) объекта. С целью определения площади композитного ламината нами было выбрано композитный ламинат с размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм :

s = 1380 мм * 193 мм                                     (1)

Площадь (s) композитного ламината согласно (1) составило 0,26634 м2.

Объем композитного ламината была определена формулой (2).

v = s * h                                                 (2)

где s – площадь, h – высота объекта (в данном случае толщина композитного ламината – 8 мм).

v = 0,26634 м2 * 0,008 м

Объем (v) композитного ламината с размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм составило 0,00213072 м3.

Масса композитного ламината была определена формулой (3).

m = ρ * v                                          (3)

где ρ – плотность, v – объем объекта;. m = 2120 кг/м3 х 0,00213072м3; m = 4,51613 кг (4,52 кг)

Масса композитного ламината размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм составило 4,52 кг. Чтобы найти количество ламината размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм, 1 т сырья делим на массу, то есть на 4.52 кг.

1 т сырья / 4,52 кг = 221

Из 1 т сырья из полимерных отходов и резины, и базальтовых пород можно получить 221 шт композитного ламината размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм. Для того чтобы найти цену 221 шт. композитного ламината размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм, количество ламината умножаем на среднюю рыночную стоимость ламината данного размера. То есть: Цена = 221 шт. ламината * 961 сом/м², где 961 сом/м² средняя рыночная цена ламината размерами 1380х193. Из этого следует, что из 1 тонны сырья можно получить продукцию стоимостью 212 381 сом.

Согласно трудовому кодексу Кыргызской Республики (Раздел IV. Оплата и нормирование труда. Гарантии и компенсации. Гл. 13. Оплата труда. Ст.152. Оплата труда работников), от общей стоимости полученной суммы будет вычитано 40% в целях заработной платы работникам производственной организации. Также учитываются отчисления в социальный фонд Кыргызской Республики в размере 19,6%, и расходы на коммунальные услуги в размере 10% производственной организации. Процесс налогообложение будет выглядеть следующим образом: 40% (от стоимости продукции – это 212 381сом) оплата труда работникам — 84 952 сом; 19.6% (от 40% оплаты труда работникам) в социальный фонд КР — 16 655,6 сом; 10% (от стоимости продукции — это 212 381сом) — Коммунальные услуги = 21 238 сом. Получаем сумму всех трех видов налогов (зарплата + соцфонд + коммунальные услуг), и получаем 122 845,6 сом. Также учитываем расходы на добычу, дробления – а это 12 925,97 сом (переработкаи 1 т сырья). Получаем итоговую сумму расходов и налоговых отчислении в размере 135 771,6 сом. Из стоимости продукции из 1 т сырья отнимаем расходы и налоговые отчисления: 212 381-135 771,6 = 76 609,4 сом. В результате получаем доход в размере: 76 609,4 сом.

Для того чтобы определить стоимость 1 м2 композитного ламината, итоговую сумму расходов и налоговых отчислении делим на общее количество композитного ламината полученный из 1 т местного сырья: 135 771,6 сом / 221 шт. ламината = 614,71 сом/м2. Стоимость 1 м2 композитного ламината размерами 1380 мм длиной, 193 мм шириной, и с толщиной 8 мм составляет 614.71 сом/м2, в то время как средняя рыночная стоимость ламината составляет 961 сом/м². Из этого можно утверждать, что стоимость композитного ламината из местного сырья на 36.1% ниже по сравнению с ламинатом, импортированным из других стран. Аналогичным образом были проведены вычисления и расчеты по определению стоимости композитного ламината разных размеров из местного сырья которые отображены в Таблице 3.

Таблица 3

СТОИМОСТЬ КОМПОЗИТНЫХ ЛАМИНАТОВ РАЗНЫХ РАЗМЕРОВ ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ

Стандартный размер	Масса 1 шт ,кг	Количество ламинатов из 1 т сырья, шт	Средняя рыночная стоимость сом/м²	Стоимость полученной продукции за м2, сом/м²	Доход полученный из 1 т сырья, сом
1380х193 толщина – 8 мм	4,52	221	961	614,71 сом/м2	76 609,4
1286х160 толщина – 8мм	3,5	286	855	539,7 сом/м2	90 168
1261х190 толщина – 8 мм	4,06	246	752	488.05	65 163
600х100 толщина – 8 мм	1,02	980	1 601	661,8	64 8 567

Проведённые расчёты показали, что использование полимерно-резиновых отходов с добавлением базальтовых пород Кызыл-Кийского месторождения позволяет получить композитный материал с более низкой себестоимостью по сравнению с импортными аналогами. На этапе расчёта готовой продукции установлено. Средняя плотность разработанного композита составила 2,12 г/см³, что соответствует диапазону плотностей конструкционных материалов, применяемых в строительстве. Из 1 т сырья возможно получить от 221 до 980 шт. ламинированных панелей в зависимости от их размеров. Себестоимость 1 м² композитного ламината из местного сырья составила 614,71 сом, что на 36,1 % ниже средней рыночной цены импортируемого аналога (961 сом/м²).

Таким образом, сравнительный анализ подтвердил высокую экономическую эффективность рассматриваемой технологии. Использование вторичных полимернорезиновых отходов не только снижает себестоимость готовой продукции, но и решает экологическую задачу утилизации отходов, что имеет важное значение для промышленности

Кыргызской Республики. Для оценки экономического эффекта, получаемого в результате внедрения разработанной технологии, достаточно сравнить себестоимость КМ с данными, полученными другими известными методами. Себестоимость 1м² композитного ламината, ввозимого в Республику, в среднем составляет 856сом, а средняя себестоимость композитного ламината, полученного на основе полимерно-резиновых отходов и базальтовых пород Кызыл-Кийского месторождения, - 547.49сом. Из приведенных данных следует, что композитный ламинат, созданный на основе данной технологии для строительной отрасли Кыргызской Республики, обходится в 36.04% дешевле, чем ввозимые аналогичные материалы.