复合材料以轻质高强,耐腐蚀等优异性能,被广泛应用于各行各业。然而,伴随复合材料的高强、耐腐蚀性,也使复合材料的废弃物的处理变得非常棘手。热固性复合材料废弃物对环境的污染引起人们的广泛关注。热固性复合材料的废弃物主要来自生产过程中的残次品、边角料及丧失功能的复合材料制品。显然,热固性复合材料废弃物品种、产量越多,其废弃物也越多。据统计,全世界的复合材料的年产量超过500万吨,其废弃物达100万吨,回收利用率为10%。我国还没有这方面的统计,但从中国玻璃钢工业协会统计的2001年我国玻璃钢/复合材料45万吨的年产量分析,这个数字也不会小,而且我国80%左右的复合材料制品为手糊生产,生产中产生的废弃物更多,且回收利用率尚属空白。
l 国内外情况介绍
热固性复合材料废弃物的回收和利用是通过收集热固性复合材料生产、使用过程中产生的热固性复合材料废弃物,对之采取物理粉碎、化学分解、生物降解等方法,回收其中的各种有效成分或热能使之实现循环利用的工业方法。
目前,我国对热固性复合材料废弃物的处理主要采取填埋和焚烧。填埋原则上选择在山沟或荒地,也有些单位采取就近掩埋。这种方法造成土壤的破坏和大量土地的浪费。焚烧一般采用直接燃烧,这种方法比较简单,不会造成土地浪费,但由于燃烧中产生大量毒气,造成环境污染。有关我国处理热固性复合材料废弃物的其它方法尚未见文献报道。
在工业发达国家,特别是在欧洲,热固性复合材料回收利用技术日益受人关注。各有关大公司共同投资、联合建厂,政府资助。回收加工厂多以粉碎和热解法技术为主,已具备一定的规模,技术日趋成熟。其主要研究方向大致分为两个方面,一是研究非再生热固性复合材料废弃物的处理新技术;二是开发可再生、可降解的新材料。回收方法有以下三种主要方法。
1、1能量回收(焚烧法)
利用废弃物作燃料进行焚烧,以获取能量;能量回收技术有液体床技术/旋转炉技术和材料燃烧技术等。热塑性玻璃钢能量含量较高,适用于这一方法。但热固性玻璃钢中例如汽车中用量最多的SMC,其有机物含量和能含量较低,而灰分含量很高。灰分中高含量的氧化钙对新SMC的熟化反应有不良影响,因此不能用作填料。灰分通常采用填埋的方法处理。
1、2化学回收(热解法)
热解法是将一种物质在无氧的情况下利用高温(不燃烧)变成一种或多种物质的方法。用高温分解的方法来回收利用热固性复合材料制品有较大的难度,费用较高。但回收利用的效果较好。热解法适用于处理被污染的废弃物,例如处理经油漆、粘接或混杂材料的热固性复合材料部件。
在无氧的情况下,高温分解使热固性复合材料废弃物分解成燃气、燃油和固体三种回收物。其中每一种回收物都可以进一步回收利用。工艺设备由原料处理及喂料系统、高温分解反应器、提纯和洗涤系统、控制系统和出料系统组成。回收的燃气用来满足热分解的需要。多余的燃气通过管道可供锅炉及内燃机混合使用。固体副产物能用作SMC、BMC、ZMC和热塑性塑料的填料。它已成功地应用于 A级表面的 SMC制品。
1、3粒子回收(粉碎法)
粒子回收是直接利用热固性复合材料废弃物并不改变化学性质的方法。一种方法是将废弃物破碎及碾磨成细粉。另一种方法是适当切碎和粉碎再生是首选的回收方法。回收设备主要是由废料输送机、成粒粉碎机、鼓风机漩风分离器、定量供料箱、分级设备和集尘机等组成。粉碎后碾磨成的细粉含有一定量的玻璃纤维。它的分散性很好,可制得具有高附加值的增强型材料。用细粉取代CaCO2填料和玻璃纤维制得的BMC制品结构特性为标准材料制得 BMC制品的70%,而充模性能提高50-100%。密度下降10-15%。
粉碎回收法无论从技术可行性还是实用性来讲,最为可取。可回收的热固性复合材料废弃物品种较多,对用一般方法难以回收的热固性复合材料废弃物(如SMC废弃物)也能较好的回收,且不会对环境造成污染,是解决热固性复合材料废弃物污染的一个重要发展方向。
2 科技部公益基金项目--热固性复合材料综合处理与再生技术研究项目介绍
2000年一2002年,北京玻璃钢研究设计院承担了国家科技部"热固性复合材料(SMC)综合处理与再生技术研究项目"的研究工作。该项目研究的目的是开展复合材料废弃物研究,形成一套适合中国特色的玻璃钢复合材料废弃物回收再利用技术,向复合材料行业推广,实现复合材料工业的可持续发展。目前该项目正在进行中,该项目主要解决以下一些问题: (l)粉碎设备的研究;
(2)不同尺寸粉碎料的利用方式研究;
(3)SMC废弃物生产线研究;
建立一条SMC废弃物回收利用中试生产线,年回收SMC废弃物3000吨。
3 日本复合材料回收工厂情况介绍
目前日本复合材料回收再利用有两种方式,一是粉碎作填料使用;另一种是将回收料粉碎到一定程度添加到水泥中,回收能量。由于复合材料废弃物本身热能较低(2000-4000卡/公斤),需要和热能值较高的PP、PE薄膜按1:1混合,达到5000-6000卡/公斤的水泥所需燃料的要求。该种方式的处理费用为25-30日元/公斤。日本研究人员认为采用集中式处理方式为最理想的方式。在日本进行废物回收需要政府许可,目前在日本关于回收的研究组成了一个集合体,有大学教授、专家、工程技术人员参加,研究论文很多。
日本强化塑胶协会专门成立了再资源化研究中心专门研究废料回收,日本政府和协会一起投入1亿8千万日元建设了回收工厂。(国家的投入通过工厂的转卖得以回收,而协会的投入,可以通过转让技术和设备进行回收。目前该厂正在商谈转卖的事宜,转卖成功,企业独立运行。)该工厂设计月回收量600吨,2000年7月底投入运行。人员6人,一次粉碎设备130KW,二次粉碎设备150KW,厂区面积300平米,车间660平米,回收装备是由专业生产厂家加工完成,2个月安装完成。 21世纪是环保的世纪,随着我国可持续发展战略的实施,对环境保护提出了更高的要求。我国2000年单月份开始实施的《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》规定:国家鼓励、支持开展清洁生产,减少固体废弃物的产生量。西欧各国有关的环保当局也曾明令:如不解决玻璃钢/复合材料的利用问题,将限制其发展。如何解决玻璃钢/复合材料废弃物处置问题已成为当前我国乃至全世界玻璃钢/复合材料工业界面临的一个十分紧迫的课题,是对世纪对玻璃钢/复合材料工业的挑战,对玻璃钢/复合材料事业的生存与发展具有重大而深远的意义。
l 国内外情况介绍
热固性复合材料废弃物的回收和利用是通过收集热固性复合材料生产、使用过程中产生的热固性复合材料废弃物,对之采取物理粉碎、化学分解、生物降解等方法,回收其中的各种有效成分或热能使之实现循环利用的工业方法。
目前,我国对热固性复合材料废弃物的处理主要采取填埋和焚烧。填埋原则上选择在山沟或荒地,也有些单位采取就近掩埋。这种方法造成土壤的破坏和大量土地的浪费。焚烧一般采用直接燃烧,这种方法比较简单,不会造成土地浪费,但由于燃烧中产生大量毒气,造成环境污染。有关我国处理热固性复合材料废弃物的其它方法尚未见文献报道。
在工业发达国家,特别是在欧洲,热固性复合材料回收利用技术日益受人关注。各有关大公司共同投资、联合建厂,政府资助。回收加工厂多以粉碎和热解法技术为主,已具备一定的规模,技术日趋成熟。其主要研究方向大致分为两个方面,一是研究非再生热固性复合材料废弃物的处理新技术;二是开发可再生、可降解的新材料。回收方法有以下三种主要方法。
1、1能量回收(焚烧法)
利用废弃物作燃料进行焚烧,以获取能量;能量回收技术有液体床技术/旋转炉技术和材料燃烧技术等。热塑性玻璃钢能量含量较高,适用于这一方法。但热固性玻璃钢中例如汽车中用量最多的SMC,其有机物含量和能含量较低,而灰分含量很高。灰分中高含量的氧化钙对新SMC的熟化反应有不良影响,因此不能用作填料。灰分通常采用填埋的方法处理。
1、2化学回收(热解法)
热解法是将一种物质在无氧的情况下利用高温(不燃烧)变成一种或多种物质的方法。用高温分解的方法来回收利用热固性复合材料制品有较大的难度,费用较高。但回收利用的效果较好。热解法适用于处理被污染的废弃物,例如处理经油漆、粘接或混杂材料的热固性复合材料部件。
在无氧的情况下,高温分解使热固性复合材料废弃物分解成燃气、燃油和固体三种回收物。其中每一种回收物都可以进一步回收利用。工艺设备由原料处理及喂料系统、高温分解反应器、提纯和洗涤系统、控制系统和出料系统组成。回收的燃气用来满足热分解的需要。多余的燃气通过管道可供锅炉及内燃机混合使用。固体副产物能用作SMC、BMC、ZMC和热塑性塑料的填料。它已成功地应用于 A级表面的 SMC制品。
1、3粒子回收(粉碎法)
粒子回收是直接利用热固性复合材料废弃物并不改变化学性质的方法。一种方法是将废弃物破碎及碾磨成细粉。另一种方法是适当切碎和粉碎再生是首选的回收方法。回收设备主要是由废料输送机、成粒粉碎机、鼓风机漩风分离器、定量供料箱、分级设备和集尘机等组成。粉碎后碾磨成的细粉含有一定量的玻璃纤维。它的分散性很好,可制得具有高附加值的增强型材料。用细粉取代CaCO2填料和玻璃纤维制得的BMC制品结构特性为标准材料制得 BMC制品的70%,而充模性能提高50-100%。密度下降10-15%。
粉碎回收法无论从技术可行性还是实用性来讲,最为可取。可回收的热固性复合材料废弃物品种较多,对用一般方法难以回收的热固性复合材料废弃物(如SMC废弃物)也能较好的回收,且不会对环境造成污染,是解决热固性复合材料废弃物污染的一个重要发展方向。
2 科技部公益基金项目--热固性复合材料综合处理与再生技术研究项目介绍
2000年一2002年,北京玻璃钢研究设计院承担了国家科技部"热固性复合材料(SMC)综合处理与再生技术研究项目"的研究工作。该项目研究的目的是开展复合材料废弃物研究,形成一套适合中国特色的玻璃钢复合材料废弃物回收再利用技术,向复合材料行业推广,实现复合材料工业的可持续发展。目前该项目正在进行中,该项目主要解决以下一些问题: (l)粉碎设备的研究;
(2)不同尺寸粉碎料的利用方式研究;
(3)SMC废弃物生产线研究;
建立一条SMC废弃物回收利用中试生产线,年回收SMC废弃物3000吨。
3 日本复合材料回收工厂情况介绍
目前日本复合材料回收再利用有两种方式,一是粉碎作填料使用;另一种是将回收料粉碎到一定程度添加到水泥中,回收能量。由于复合材料废弃物本身热能较低(2000-4000卡/公斤),需要和热能值较高的PP、PE薄膜按1:1混合,达到5000-6000卡/公斤的水泥所需燃料的要求。该种方式的处理费用为25-30日元/公斤。日本研究人员认为采用集中式处理方式为最理想的方式。在日本进行废物回收需要政府许可,目前在日本关于回收的研究组成了一个集合体,有大学教授、专家、工程技术人员参加,研究论文很多。
日本强化塑胶协会专门成立了再资源化研究中心专门研究废料回收,日本政府和协会一起投入1亿8千万日元建设了回收工厂。(国家的投入通过工厂的转卖得以回收,而协会的投入,可以通过转让技术和设备进行回收。目前该厂正在商谈转卖的事宜,转卖成功,企业独立运行。)该工厂设计月回收量600吨,2000年7月底投入运行。人员6人,一次粉碎设备130KW,二次粉碎设备150KW,厂区面积300平米,车间660平米,回收装备是由专业生产厂家加工完成,2个月安装完成。 21世纪是环保的世纪,随着我国可持续发展战略的实施,对环境保护提出了更高的要求。我国2000年单月份开始实施的《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》规定:国家鼓励、支持开展清洁生产,减少固体废弃物的产生量。西欧各国有关的环保当局也曾明令:如不解决玻璃钢/复合材料的利用问题,将限制其发展。如何解决玻璃钢/复合材料废弃物处置问题已成为当前我国乃至全世界玻璃钢/复合材料工业界面临的一个十分紧迫的课题,是对世纪对玻璃钢/复合材料工业的挑战,对玻璃钢/复合材料事业的生存与发展具有重大而深远的意义。