1、前 言
熱固性玻璃鋼( FRP) 以其設計靈活、易成型、輕質高強、耐腐蝕等優點, 廣泛應用于建材、交通、礦山等行業。但隨著FRP 用量的不斷增加, 玻璃鋼廢棄物數量近年來劇增, 主要是到壽命的玻璃鋼制品廢棄物和生產加工過程中產生的邊角余料和廢品廢棄物。傳統的掩埋、焚燒方法, 占用大量土地, 造成環境污染, 而且處理費用高, 處理量有限, 遠不能滿足玻璃鋼廢棄物數量劇增的要求。隨著對玻璃鋼廢棄物回收的環保呼聲的日益強烈, 玻璃鋼廢棄物已成為社會問題, 嚴重影響玻璃鋼在建材、汽車等行業的進一步應用。
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。
世界各發達國家對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; 日本通產省于1990 年設立玻璃鋼再資源化處理委員會, 并下設調查、標準化、切斷破碎、粉料利用和熱塑性玻璃鋼處理等七個技術分會,自1991 年起, 制定了多部有關玻璃鋼回收利用和促進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 為指導方針的玻璃鋼廢棄物處理的發展方向。
各國政府和玻璃鋼企業都投入大量人力和物力,先后開發出多種回收方法, 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, 其中較為經濟實用的是熱解回收法和粉碎回收法, 并已開發出專用的設備。
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, 即產業廢棄物和一般廢棄物。
產業廢棄物來自成型過程中, 主要是成型中產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、未到壽命而因運輸、施工、使用過程中偶然損壞的廢棄制品和因更新換代淘汰下來的尚能使用的制品( 其中一部分轉為他用, 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熱解法回收。這兩種方法能回收用于相同或類似的新產品的填料, 回收用于填料被優先考慮。
玻璃鋼廢棄物中有機物含量一般較低、灰分高, 且焚燒后CaCO3 轉化為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用效果比較, 理想情況是回收粒料提供某些優良性能而成本低于其他填料；四分之一粒料的殘留強度: 回收粒料中的玻纖強度下降不大時, 可作增強材料, 否則只能用于增強性能要求不高的產品或進一步研磨作填料。
表1 玻璃鋼廢棄物回收方法對比
3.1、熱解法
美國汽車協會和通用公司共同努力, 在1988 年和1989 年分別由Conrad 工業公司和Wind Gap, J. H.Beers 公司進行了數十噸SMC 廢棄物熱解試驗, 證實了熱解法的可行性。
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物。其熱解產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物的組成、性能、用途見表2。
表2 玻璃鋼廢棄物熱解產物表
一旦熱解過程開始, 即溫度達到480~ 980 e , 所產生的熱解氣具有足夠的能量供給熱解使用, 達到自給, 多余部分, 可存儲用作燃料。熱解過程和最終產品滿足安全性和環保的要求。熱解法最大的優點在于可處理被油漆、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物中除去。熱解法是最具開發應用前景的回收技術。
玻璃鋼廢棄物中的玻纖在熱解的高溫下力學性能下降, 進一步研磨后, 可與其他固體副產物研磨粉料一起用作填料, 替代CaCO3。在通用A 級汽車SMC 用料中, 其替代量高達CaCO3 填料的30% ( 混合物的12% ) 時, 對加工和力學性能無不良影響( 見表3) 。
表3 含有研磨熱解副產物的SMC 性能對比表
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 那樣應用于SMC、BMC, 應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用范圍
玻璃鋼廢棄物回收粗粉碎粒料用于BMC, 用量可達50% ; 粉料用于SMC, 用量可達30%; 以SMC 廢棄物回收粉料為例, 全部取代CaCO3 和玻纖制得的BMC 制品力學性能是標準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準BMC 中的纖維的增強效果差。
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 中用量分別達到50% 和30% 時, 對材料的機械性能影響不大, 但卻使材料比重下降較大, 可制得輕質產品。
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 配方及材料性能對比表
4、玻璃鋼廢棄物的回收設備及技術
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, 再根據不同的回收方法進行熱解、焚燒或掩埋,或進一步粉碎成粉料加以回收。
4.1、切割、破碎設備
玻璃鋼廢棄物在分撿出金屬等異物解體后, 首先要進行切割和破碎。該技術主要受廢棄物形狀的影響, 另外, 切割玻纖對刀刃的磨損, 廢棄物中金屬等異物和污染狀態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, 再破碎成最大邊長為15cm 的碎片, 即可進行熱解、掩埋等處理, 或進一步粉碎回收粉料。據日本玻璃鋼協會廢棄物再資源化處理委員會切割破碎分會的調查, 目前已有近50 個廠家生產玻璃鋼廢棄物回收切割機、破碎機, 品種近50 個, 可處理0.5~ 2.5m*0.5m*3.0m 尺寸的玻璃鋼廢棄物, 設備方面的發展趨勢是開發移動式解體機和破碎機, 以便對大型玻璃鋼廢棄制品如船體等進行處理。
對于船舶、汽車行業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。
一般地對于玻璃鋼廢棄物, 較實用的切割破碎設備是由鏟子、叉式起重機等輔助工程機械、打包機沖擊、閘式剪切機和螺旋剪切機等多方面構成。
4.2、熱分解回收設備
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容器中, 以丙烷或熱解氣加熱, 進行高溫分解。整套設備組成如下:
(1) 原料處理和喂料系統
(2) 高溫分解反應器
根據廢棄物的傳熱性差、樹脂熱解時的發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、不完全燃燒產生炭黑并附著爐壁等特點, 專門設計加工, 是熱解回收的核心部分。
(3) 控制系統
監控熱解溫度、燃燒率、壓力、真空和其他過程。
(4) 出料系統
4.3、粉碎回收設備
玻璃鋼廢棄物在解體、切割后, 用金屬探測器進一步檢查、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 年日本開發出的試驗型玻璃鋼廢棄物回收成粒粉碎設備, 使粉碎回收得以實現, 設備組成為: 廢料輸送機、成粒粗粉碎機、鼓風機、旋風分離器、定量供料箱、集塵機、沖擊磨碎機和分級設備組成。在除塵隔音室內進行, 作業環境噪音在75dB, 粉塵在環保要求之內, 30cm 以下切割后的廢棄物可連續投入, 分級能力在約100kg/h。
5、結束語
我國玻璃鋼行業經過40 年的發展和開發應用, 玻璃鋼廢棄物數量逐年遞增, 回收問題已直接影響玻璃鋼行業的發展, 因此, 研究熱固性玻璃鋼固體廢棄物回收處理方法, 建立一整套關于玻璃鋼廢棄物收集、加工、回收料銷售應用等現代化回收體系, 已迫在眉睫,同時, 提出新的材料認識觀、發展觀、評價觀和設計觀,加強設計和生產質量管理, 提高制品質量和壽命, 緩解玻璃鋼廢棄物的排放量以及大力開發新型易回收利用的綠色玻璃鋼材料, 增強環境保護協同性, 是擺在每一個玻璃鋼企業和研究者面前的急待解決的課題。
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