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废轮胎回收及其应用前景 1 1轮胎的组成和特点 轮胎是高分子化合物通过硫化发生交联反应形成的 硫在轮胎中起到硬化橡胶并防止其高温变形的作用 炭黑是用来强化橡胶并且增强摩擦阻力的作用 加速剂 硬脂酸和氧化锌在轮胎生产过程中起到控制硬化过程及改善轮胎性能的作用 图1轮胎的组成成分分析 图2和图3为两种常见的轮胎的结构 2 图1 轮胎组成成分分析 3 两种常见的轮胎 图2尼龙帘线轮胎 4 两种常见的轮胎 图3钢丝子午线轮胎 5 2废轮胎的现状 废旧轮胎具有很强的抗热 热生物 抗机械性 并很难降解 几十年都不会自然消失掉 长期露天堆放 不仅占用大量土地而且容易引发火灾 被人们称为 黑色污染 随中国汽车工业的高速发展 中国承受来自废旧轮胎带来的环保压力也越来越大 中国现有再生胶企业500多家 年产再生胶近40万吨 利用废旧轮胎生产胶粉的企业近60家 年产胶粉不足12万吨 这两项合计可利用废旧轮胎约2600万 3000万条 但仍有2000多万条废旧轮胎无人问津 6 3废轮胎的回收利用方法 废轮胎回收利用有直接利用和间接利用两种方式 3 1废轮胎的直接利用用作港口码头及船舶的护舷 防浪护堤坝 漂浮灯塔 公路交通墙屏 路标 以及海水养殖渔礁 游乐游具 工程填料等 但使用量很少 不到废轮胎量的1 轮胎翻新被公认为最有效 最直接且最经济的方法 在使用保养良好的情况下 一条轮胎可多次翻新 7 3 1 1废轮胎的翻新 翻胎工业是橡胶工业的一个重要组成部份 又是资源再生利用环保产业的组成部分 在良好的使用 保养条件下 一条轮胎可以翻新多次 具体地说尼龙帘线轮胎可翻新2 3次 钢丝子午线轮胎可翻新3 6次 每翻新一次 可重新获得相当于新轮胎60 90 的使用寿命 平均里程大约为5 7万公里 而翻新一条废旧轮胎所消耗的原材料只相当于制造一条同规格新轮胎的15 30 价格仅为新轮胎的20 50 8 3 1 2废轮胎的翻新方法 1 热翻新 热法 即所谓的传统法 是将混合胶粘在经磨锉的轮胎胎体上 然后放入固定尺寸的钢质模型内 经过温度高达150 以上硫化的加工方法 俗称 热翻新 或热硫化法 该法目前仍是中国翻胎业的主导工艺 但在美国 法国 日本等发达国家己逐渐被淘汰 2 冷翻新 该技术采用预先模制硫化的胎条或胎环贴在磨光的旧胎体上 在低温下硫化 节能的同时减轻了胎体因二次硫化产生的老化现象 更好地保护了胎体质量 延长了轮胎使用寿命 使翻新轮胎的行驶里程可与新胎媲美 甚至超过新胎 9 3 2轮胎的间接利用 废旧轮胎的间接利用是指轮胎经过化学或物理加工后制得系列产品的利用 废旧轮胎间接利用主要有生产再生胶 胶粉 燃烧热利用和热裂解回收化学品等方式 在轮胎的处理过程中 间接利用处理的轮胎量最大 而且经济 可靠 合理有效 有利于环境保护 10 3 2 1再生胶 再生橡胶是将废轮胎碾磨成橡胶颗粒 加水和其他化学物质等 在加压 加温条件下使其 反硬化 再通过机械挤压恢复原始状态 再生橡胶是综合利用废旧轮胎最古老的方法 最早可追溯到1847年 有人发明了用松节油和废硫化橡胶一同煮沸脱硫的方法 得到世界第一批再生胶 再生胶的主要用途是在橡胶制品生产中 按一定比例掺入胶料 这样一方面可取代小部分生胶 以降低产品成本 另一方面可改善胶料加工性能 11 常用方法及应用前景 目前采用的再生胶生产技术有动态脱硫再生法 恩格尔科法 常温再生法 低温再生法 TCR法 低温相转移催化脱硫法 微波再生法 幅射再生法和压出再生法 由再生胶的生产严重污染环境 国外已经淘汰 而中国再生胶仍是废轮胎利用的主要深加工产品 不少企业还处技术水平低 二次污染重的作坊式生产阶段 胶粉产品也未形成规模 12 3 2 2胶粉 通过机械方式将废旧轮胎粉碎后得到的粉末状物质就是胶粉 其生产工艺有常温粉碎法 低温冷冻粉碎法 水冲击法等 与再生胶相比 胶粉无须脱硫 所以生产过程耗费能源较少 工艺较再生胶简单得多 减少了环境污染 而且胶粉性能优异 用途极其广泛 通过生产胶粉来回收废旧轮胎是集环保与资源再利用于一体的很有前途的方式 这也是发达国家摒弃再生胶生产 将废旧轮胎利用重点由再生胶转向胶粉利用领域的根源 13 胶粉的利用途径 胶粉有许多重要用途 譬如掺入胶料中可代替部分生胶 降低产品成本 活化胶粉或改性胶粉可用来制造各种橡胶制品 汽车轮胎 汽车配件 运输带 挡泥板 防尘罩 鞋底和鞋芯 弹性砖 圈和垫等等 与沥青或水泥混合 用于公路建设和房屋建筑 与塑料并用可制作防水材 农用节水渗灌管 消音板和地板 水管和油管 包装材料 框架 周转箱 浴缸 水箱 制作涂料 油漆和粘合剂 生产活性炭 14 1 改性沥青 其中用胶粉改性沥青铺设的路面比普通沥青路面更耐用 产生裂纹少 耐候性更好 遇严寒天气也不易结冰 近年来 中国每年修建公路需消耗多达200 300万吨的沥青 公路维护保养所消耗的沥青还不包括在内 若在沥青中掺入15 的胶粉 则每年可消耗胶粉30 40万吨 专家们建议 在全国推广胶粉沥青铺路的成功经验 并适时普及到机场跑道 铁路及桥梁建设中 15 2 橡胶砖 砖材制造方法主要为以下工序 将下部弹性层材料投入到模具中 该下部弹性层材料是在粉碎成l 3mm粒径的100重量份橡胶颗粒中 混合了作为粘合剂的3 10重量份聚氨酯类粘合剂 0 5 5重量份着色剂颜料而成 在下部弹性层材料上部 叠层中间支撑层材料 该中间支撑层材料是在l 3mm细骨架材料100重量份中混合了5 20重量份2 3mm粒径的橡胶片和10 15重量就聚氨酯类粘合剂 用与制作上述下部弹性层材料相同的条件将上部弹性居材料叠层之后 用压力机进行10 60分钟加硫固化过程 16 3 3轮胎燃烧与综合利用 废旧轮胎是一种高热值材料 每kg的发热量比木材高69 比烟煤高10 比焦炭高4 热能利用就是把废旧轮胎当作燃料使用 一是直接燃烧回收热能 此法虽然简单 但会造成大气污染 不宜提倡 二是将废旧轮胎破碎 然后按一定比例与各种可燃废旧物混合 配制成固体垃圾燃料 RDF 供高炉喷吹代替煤 油和焦炭 供水泥回转窑代替煤以及火力发电用 同时 该法还有副产品 炭黑生成 经活化后可作为补强剂再次用于橡胶制品生产 17 3 3 1轮胎综合利用 废轮胎可做水泥窑的燃料 可用来燃烧发电 改方法的工艺原理为利用废轮胎中的橡胶和炭黑燃烧产生的热来烧制水泥 同时利用轮胎中的硫和铁作为水泥需要的组分 工艺流程为轮胎剪切破碎后投入水泥窑中 在1500 左右的高温下燃烧 废轮胎中的硫元素最终氧化为SO3后于水泥原料石灰结合生成CaSO4 避免了SO2对大气的污染 轮胎中的金属丝在高温条件下与氧作用生成Fe2O3后与水泥原料中的CaO Al2O3反应转化成水泥的组分 此工艺应用很广泛 18 3 4轮胎的热解 原理 热分解是利用有机物的热不稳定性 在无氧或缺氧条件下对之进行加热蒸馏 使有机物产生热裂解 经冷凝后形成各种新的气体 液体和固体 从中提取燃料油 油脂和燃料气的过程 可用通式表示 19 3 4 1热解的产物 通常而言 轮胎的热解产物非常复杂 根据德国汉堡大学的研究 轮胎热解得到的产品中气体占22 主要为甲烷15 13 乙烷2 85 乙稀3 99 丙烯2 5 CO 水 CO2 H2等 液体占27 主要为苯4 75 甲苯3 62 和其他芳香族化合物8 5 炭灰占39 其余为钢丝 在气体和液体中还有微量的硫化氢和噻吩等 热解产物组成随温度不同会有小幅度变化 温度增加会使气体含量增加 反之气体产物含量减少 20 3 4 2回转窑热分解法 一种间接加热的高温分解反应器 主设备为一个略为倾斜 可以旋转的滚筒 通过滚筒的转动 使物料由进料端 并通过蒸馏容器段慢慢地向卸料端移动 并在此过程中发生分解反应 分解反应产生的气体分两部分 一部分被引导到蒸馏容器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧 用以加热物料 为分解反应提供热量 另一部分则被导出以作它用 回转窑反应器的构造较为简单 操作可靠性高 对物料的适应性强 产生的可燃气热值高 可燃性好 但为了利于反应器内热的有效传导 对物料的尺寸有一定的要求 小于5cm 21 22 3 4 3流化床热解橡胶的工艺流程 流程 将轮胎置于热解室 然后排空氧气并且间接加热将轮胎分解成合成气和油 水冷凝器用于冷凝生物油 在使用前需先贮存 热解流程的主要产物是碳黑 合成气用作燃气来保证工艺运行 一部分裂解油也可以这样使用 多余的合成气被烧掉 Beven工艺是一种比较简单的技术 这个工艺具有很高的回用率 且具有过程产物的市场潜力 23 24 3 4 5Beven废橡胶热解工艺 BevenReycling是一家英国公司 已开发了一些从废轮胎中提取可以物质的低端工艺 热解过程 将轮胎至于热解室 然后排空氧气并间接加热将轮胎分解合成气和油 冷凝器用于冷凝生物油 在使用之前需先贮存 热解流程的主要产物是炭黑 合成气用作燃气来保证工艺运行 一部分裂解油也可这样使用 多余的合成气被烧掉 合成气在燃烧之前需先用水洗涤 然