1、前 言
熱固性玻璃鋼( FRP) 以其設(shè)計(jì)靈活、易成型、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn), 廣泛應(yīng)用于建材、交通、礦山等行業(yè)。但隨著FRP 用量的不斷增加, 玻璃鋼廢棄物數(shù)量近年來劇增, 主要是到壽命的玻璃鋼制品廢棄物和生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的邊角余料和廢品廢棄物。傳統(tǒng)的掩埋、焚燒方法, 占用大量土地, 造成環(huán)境污染, 而且處理費(fèi)用高, 處理量有限, 遠(yuǎn)不能滿足玻璃鋼廢棄物數(shù)量劇增的要求。隨著對(duì)玻璃鋼廢棄物回收的環(huán)保呼聲的日益強(qiáng)烈, 玻璃鋼廢棄物已成為社會(huì)問題, 嚴(yán)重影響玻璃鋼在建材、汽車等行業(yè)的進(jìn)一步應(yīng)用。
另外, 玻璃鋼廢棄物不能象熱塑性玻璃鋼(FRTP) 那樣通過加熱再次成型, 而且在使用過程中多經(jīng)過噴漆、涂裝并與其他塑料件等配合使用, 其回收難度也較大。
世界各發(fā)達(dá)國家對(duì)玻璃鋼廢棄物的回收利用十分重視, 研究得較早。如: 美國在80 年代即開展熱分解回收方法可行性研究; 日本通產(chǎn)省于1990 年設(shè)立玻璃鋼再資源化處理委員會(huì), 并下設(shè)調(diào)查、標(biāo)準(zhǔn)化、切斷破碎、粉料利用和熱塑性玻璃鋼處理等七個(gè)技術(shù)分會(huì),自1991 年起, 制定了多部有關(guān)玻璃鋼回收利用和促進(jìn)回收利用的法令和政策; 歐美確定了以/ 省資源、再利用、再資源化、最終處理0 為指導(dǎo)方針的玻璃鋼廢棄物處理的發(fā)展方向。
各國政府和玻璃鋼企業(yè)都投入大量人力和物力,先后開發(fā)出多種回收方法, 如: 熱解回收法、粉碎回收法、能量回收法、水解或醇解回收法、生物回收法等, 其中較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的是熱解回收法和粉碎回收法, 并已開發(fā)出專用的設(shè)備。
2、玻璃鋼廢棄物的來源
玻璃鋼廢棄物按其廢棄原因可分為兩類, 即產(chǎn)業(yè)廢棄物和一般廢棄物。
產(chǎn)業(yè)廢棄物來自成型過程中, 主要是成型中產(chǎn)生的純而潔凈的邊角余料、廢料和廢品。
一般廢棄物來自使用過程中, 主要是到壽命失去功能的廢棄制品、未到壽命而因運(yùn)輸、施工、使用過程中偶然損壞的廢棄制品和因更新?lián)Q代淘汰下來的尚能使用的制品( 其中一部分轉(zhuǎn)為他用, 一部分作為廢棄物) 。
3、玻璃鋼廢棄物的回收利用方法
玻璃鋼廢棄物的來源往往決定其回收工藝。純而清潔的玻璃鋼廢料、廢品等一般用物理粉碎法回收; 被油漆、膠粘劑、銜接件等污染的廢棄物常用化學(xué)熱解法回收。這兩種方法能回收用于相同或類似的新產(chǎn)品的填料, 回收用于填料被優(yōu)先考慮。
玻璃鋼廢棄物中有機(jī)物含量一般較低、灰分高, 且焚燒后CaCO3 轉(zhuǎn)化為CaO, 影響制品的固化和物理性能, 作為能量回收收益十分有限, 但對(duì)于樹脂含量高的玻璃鋼和塑料廢棄物而言, 能量回收不失為一種好方法。
玻璃鋼廢棄物回收利用最適宜的用途由以下條件決定:回收粒子的尺寸和尺寸范圍；回收粒料與新的基體樹脂的相容性；回收粒料與所取代的填料的應(yīng)用效果比較, 理想情況是回收粒料提供某些優(yōu)良性能而成本低于其他填料；四分之一粒料的殘留強(qiáng)度: 回收粒料中的玻纖強(qiáng)度下降不大時(shí), 可作增強(qiáng)材料, 否則只能用于增強(qiáng)性能要求不高的產(chǎn)品或進(jìn)一步研磨作填料。
表1 玻璃鋼廢棄物回收方法對(duì)比
3.1、熱解法
美國汽車協(xié)會(huì)和通用公司共同努力, 在1988 年和1989 年分別由Conrad 工業(yè)公司和Wind Gap, J. H.Beers 公司進(jìn)行了數(shù)十噸SMC 廢棄物熱解試驗(yàn), 證實(shí)了熱解法的可行性。
熱解法是借鑒塑料、橡膠高溫分解回收法, 將玻璃鋼廢棄物在無氧情況下, 加熱分解成為保存能量成份的熱解氣和熱解油, 以及以CaCO3、玻纖為主的固體副產(chǎn)物。其熱解產(chǎn)物隨熱解溫度的不同而不同, 一般地在400~ 500 e 回收熱解油為主, 在600~ 700 e 回收熱解氣為主。玻璃鋼廢棄物熱解產(chǎn)物的組成、性能、用途見表2。
表2 玻璃鋼廢棄物熱解產(chǎn)物表
一旦熱解過程開始, 即溫度達(dá)到480~ 980 e , 所產(chǎn)生的熱解氣具有足夠的能量供給熱解使用, 達(dá)到自給, 多余部分, 可存儲(chǔ)用作燃料。熱解過程和最終產(chǎn)品滿足安全性和環(huán)保的要求。熱解法最大的優(yōu)點(diǎn)在于可處理被油漆、粘接劑和其他材料污染的玻璃鋼廢棄物,而金屬異物在熱解后從固體副產(chǎn)物中除去。熱解法是最具開發(fā)應(yīng)用前景的回收技術(shù)。
玻璃鋼廢棄物中的玻纖在熱解的高溫下力學(xué)性能下降, 進(jìn)一步研磨后, 可與其他固體副產(chǎn)物研磨粉料一起用作填料, 替代CaCO3。在通用A 級(jí)汽車SMC 用料中, 其替代量高達(dá)CaCO3 填料的30% ( 混合物的12% ) 時(shí), 對(duì)加工和力學(xué)性能無不良影響( 見表3) 。
表3 含有研磨熱解副產(chǎn)物的SMC 性能對(duì)比表
3.2、粉碎回收法
若玻璃鋼廢棄物未被污染, 粉碎回收法是最好的回收方法, 回收的粒料和粉料可象CaCO3 那樣應(yīng)用于SMC、BMC, 應(yīng)用情況取決于粒子的尺寸和尺寸范圍如表4。
表4 粉碎法回收粒料尺寸及應(yīng)用范圍
玻璃鋼廢棄物回收粗粉碎粒料用于BMC, 用量可達(dá)50% ; 粉料用于SMC, 用量可達(dá)30%; 以SMC 廢棄物回收粉料為例, 全部取代CaCO3 和玻纖制得的BMC 制品力學(xué)性能是標(biāo)準(zhǔn)BMC 的70%, 而充模性能提高50% ~ 100%, 密度下降15%以上。用于BMC 的粗粉碎料中的纖維較標(biāo)準(zhǔn)BMC 中的纖維的增強(qiáng)效果差。
玻璃鋼廢棄物回收粉料用于BMC、SMC 材料性能見表5 和表6。由表5 和表6 可以看出: 回收料在BMC 和SMC 中用量分別達(dá)到50% 和30% 時(shí), 對(duì)材料的機(jī)械性能影響不大, 但卻使材料比重下降較大, 可制得輕質(zhì)產(chǎn)品。
表5 含不同用量玻璃鋼廢棄物回收粉料的SMC 配方及性能對(duì)比表
表6 含有玻璃鋼廢棄物粗粉碎回收料的BMC 配方及材料性能對(duì)比表
4、玻璃鋼廢棄物的回收設(shè)備及技術(shù)
玻璃鋼廢棄物一般需先洗凈、分撿, 與金屬等異物分離解體, 然后切割、破碎成小于15cm @ 15cm 尺寸的碎塊, 再根據(jù)不同的回收方法進(jìn)行熱解、焚燒或掩埋,或進(jìn)一步粉碎成粉料加以回收。
4.1、切割、破碎設(shè)備
玻璃鋼廢棄物在分撿出金屬等異物解體后, 首先要進(jìn)行切割和破碎。該技術(shù)主要受廢棄物形狀的影響, 另外, 切割玻纖對(duì)刀刃的磨損, 廢棄物中金屬等異物和污染狀態(tài)等也有不同程度的影響。
一般來說, 在解體后, 先切割成最大尺寸為12m*2m, 再破碎成最大邊長(zhǎng)為15cm 的碎片, 即可進(jìn)行熱解、掩埋等處理, 或進(jìn)一步粉碎回收粉料。據(jù)日本玻璃鋼協(xié)會(huì)廢棄物再資源化處理委員會(huì)切割破碎分會(huì)的調(diào)查, 目前已有近50 個(gè)廠家生產(chǎn)玻璃鋼廢棄物回收切割機(jī)、破碎機(jī), 品種近50 個(gè), 可處理0.5~ 2.5m*0.5m*3.0m 尺寸的玻璃鋼廢棄物, 設(shè)備方面的發(fā)展趨勢(shì)是開發(fā)移動(dòng)式解體機(jī)和破碎機(jī), 以便對(duì)大型玻璃鋼廢棄制品如船體等進(jìn)行處理。
對(duì)于船舶、汽車行業(yè)的大型玻璃鋼廢棄物由于混有較高硬度的金屬異物, 一般有嚙合型和非嚙合型切割破碎機(jī)。
一般地對(duì)于玻璃鋼廢棄物, 較實(shí)用的切割破碎設(shè)備是由鏟子、叉式起重機(jī)等輔助工程機(jī)械、打包機(jī)沖擊、閘式剪切機(jī)和螺旋剪切機(jī)等多方面構(gòu)成。
4.2、熱分解回收設(shè)備
玻璃鋼廢棄物切割、破碎成50cm*50cm 以下的碎片后, 投入密封的高溫分解反應(yīng)容器中, 以丙烷或熱解氣加熱, 進(jìn)行高溫分解。整套設(shè)備組成如下:
(1) 原料處理和喂料系統(tǒng)
(2) 高溫分解反應(yīng)器
根據(jù)廢棄物的傳熱性差、樹脂熱解時(shí)的發(fā)熱量大和樹脂高溫熔融、滴流、粘壁以及纖維和填料粘附爐壁和飛揚(yáng)、不完全燃燒產(chǎn)生炭黑并附著爐壁等特點(diǎn), 專門設(shè)計(jì)加工, 是熱解回收的核心部分。
(3) 控制系統(tǒng)
監(jiān)控?zé)峤鉁囟?、燃燒率、壓力、真空和其他過程。
(4) 出料系統(tǒng)
4.3、粉碎回收設(shè)備
玻璃鋼廢棄物在解體、切割后, 用金屬探測(cè)器進(jìn)一步檢查、清除金屬異物后, 即可采用沖擊破壞方式或攪拌磨碎方式進(jìn)行粉碎處理; 大量處理切削加工的廢棄物, 也可采用石臼直立方式粉碎處理。
1992 年日本開發(fā)出的試驗(yàn)型玻璃鋼廢棄物回收成粒粉碎設(shè)備, 使粉碎回收得以實(shí)現(xiàn), 設(shè)備組成為: 廢料輸送機(jī)、成粒粗粉碎機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器、定量供料箱、集塵機(jī)、沖擊磨碎機(jī)和分級(jí)設(shè)備組成。在除塵隔音室內(nèi)進(jìn)行, 作業(yè)環(huán)境噪音在75dB, 粉塵在環(huán)保要求之內(nèi), 30cm 以下切割后的廢棄物可連續(xù)投入, 分級(jí)能力在約100kg/h。
5、結(jié)束語
我國玻璃鋼行業(yè)經(jīng)過40 年的發(fā)展和開發(fā)應(yīng)用, 玻璃鋼廢棄物數(shù)量逐年遞增, 回收問題已直接影響玻璃鋼行業(yè)的發(fā)展, 因此, 研究熱固性玻璃鋼固體廢棄物回收處理方法, 建立一整套關(guān)于玻璃鋼廢棄物收集、加工、回收料銷售應(yīng)用等現(xiàn)代化回收體系, 已迫在眉睫,同時(shí), 提出新的材料認(rèn)識(shí)觀、發(fā)展觀、評(píng)價(jià)觀和設(shè)計(jì)觀,加強(qiáng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量管理, 提高制品質(zhì)量和壽命, 緩解玻璃鋼廢棄物的排放量以及大力開發(fā)新型易回收利用的綠色玻璃鋼材料, 增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)協(xié)同性, 是擺在每一個(gè)玻璃鋼企業(yè)和研究者面前的急待解決的課題。
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