废轮胎和橡胶废料的回收利用

废轮胎和橡胶废料的回收利用

回收废轮胎和橡胶废料用于橡胶制品生产,这比仅回收热量的做法(例如在水泥厂中用作一次火焰的燃料)更为可取。然而,回用的橡胶必须满足制造高质量产品的严格要求。制造高附加值产品要求粒度100至600微米和比表面积非常大的粉料。

至今细粉料只能用冷磨工艺制得,而大表面积的粉料需用“热(室温)磨”工艺来制取。所以,德国Me sser公司将冷冻和研磨工艺分开,从而将这两种工艺的优点相互结合。这种新工艺已在德国Mulsener废物回收处理厂的日常运行中得到了应用。对于粒度小于200微米超细粉料的制备,Me sser另提供专利技术Cry2 ocla ss 工艺。

仅德国每年就有630000吨轮胎报废(参看表1中数据)。由于全球废物处置的法规日益严格,德国也不例外地要求将废物进行循环利用或回收热量。但是,回用废料制取新产品则是更为可取的解决方法。应用回收橡胶作为填料制造的典型产品包括:绝缘橡胶板与橡胶垫、体育场馆地面材料、鞋底、地毯衬底材料等。以废橡胶为主体的填料还可用于建筑业和聚合混合物的制造(聚合混合物是塑料和橡胶的混合物,它可使廉价材料具有众多宝贵的特性)。

表1　德国废轮胎的处置途径

废轮胎数量废轮胎的处置(德国,1996年)约630000吨/年

轮胎翻新出口直接回用

约105000吨/年

约100000吨/年

生产粒料和粉料再生橡胶物资回用

约70000吨/年

约5000吨/年

水泥厂发电能量回用

约240000吨/年

约40000吨/年

土地填埋

碎屑载体未知其他

约10000吨/年

约15000吨/年

约20000吨/年

自1995年以来,在Mulsener废物回收处理厂一个生产橡胶粒料的废轮胎制粒料车间一直在运转中。每年约10000吨废卡车轮胎和其他橡胶工业废料被制成粒度0.4至7mm的粉料和粒料。表2列出了各种不同应用所要求的典型的颗粒度。制得的最终成品是干燥,有很好流动性的和极其干净的粒料或粉料,并以各种盛器、包装袋或25公斤罐装等形式供货。

1996年该厂决定生产高附加值产品所需的橡胶粉料(表3)。为此,增加了一个细磨工序,以便低成本地制得粒度200至400μm粉粒。此工序必须采用冷磨工艺。在1997年开始的试验中应用了一台通用的磨机(Ultra-Rotor,J ackering,德国)和Me sser公司的低温设备。

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表2　橡胶颗粒和粗粉料的应用

应　用产　品粒　径

体育和休闲中心

体育场馆地面、跑道、

模制的橡胶砖(儿童游乐场)、

板球和足球场地(人造草坪的底层)

2-5mm/3-7mm

地毯工业

垫层0.8-1.6mm/0.8-2.5mm 地毯背衬0.2-1.6mm

汽车地毯小于0.8mm

土木建筑

改性沥青小于0.8mm

屋面材料小于0.8mm

街头设施和铁路岔道栏杆0.8-2.5/1.6-4mm/2.5-4mm 外表涂覆层小于0.4mm

砖石保护垫0.8-25mm

表3　橡胶细粉料的应用

应　用产　品粒　径

橡胶工业用于固态橡胶混合物、

轮胎、鞋底、橡胶垫

等的橡胶掺和料

粒径取决于特定的要求:

小于0.2mm/小于0.4mm/

小于0.8mm/0.4-0.8mm

建筑业中应用的化学品防护涂层体系(和聚氨酯一起使用)0.4mm以下其他应用地下排水软管0.2-0.8mm

聚合混合物(橡胶与塑料的混合物)小于0.2mm和0.2-0.8mm

用于表面处理的橡胶粉末小于0.8mm

吸油剂0.8-3mm

低温研磨工艺

制备大比表面积的橡胶粒料和粉料是用于乳胶涂复等工艺的。这些颗粒和粉末相互键合而作为活性或非活性填料得到广泛的应用。对于橡胶硫化过程中的化学交联作用,回用橡胶不可能具有和“新鲜”橡胶原料相同的性能。因此,回用橡胶实际上是降低等级使用的,即在实际生产中回用橡胶只可用作新的(橡胶)混合物中的填料。所以,通常要求将橡胶研磨得到大比表面积的细粉料以供回用。至今只有用“热磨”工艺才可制得大比表面积。但是此“热磨”工艺中粒度400至600μm的颗粒产率太低了。

为了提高细粉料的处理能力和产率,将J ackering Ultra-RotorVI型通用磨机和Me sser 公司的Cryogen 设备组合。在此组合装置中粒料先被液氮冷却至-150℃而变脆,然后用装

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用低温氮气循环系统的冲击磨机研磨成细粉。

在1996年底第一次试验中发现,粒度小于500μm细粉的处理能力和产率有了显著的提高。所以,采用低温研磨可获得细粉末占很大比例的有很好流动性的粉料。由于微粒断面比较平滑,故这种粉末的比表面积较小。但在室温和非冷冻条件下研磨时,高机械应力会导致非常不光滑的表面,此时细粉末的比例及其处理产量均很低。

改进工艺生产具有大表面积的细粉

为了使上述两种研磨方法的优点都得到发挥,则将冷冻和研磨工序分开。在螺旋冷冻装置中将橡胶颗粒脆化可得到很高的细粉产率,然后将此产物通过一个特殊改造过的J acker2 ing Ultra-RotorVI型磨机。此磨机的出料温度为15℃,细粉占很大比例,而且具有很大的比表面积。

必要时可调节冷冻和研磨的工艺参数或加入适当的试剂来改善表面性质,或添加其他处理工艺(如涂复工艺)。

实施上述改进工艺后,每公斤研磨物料只需耗用0.75公斤液氮。此时工厂的处理能力比不用液氮时提高二至三倍(即从不用液氮时500～750公斤/时提高到应用液氮时1200～1650公斤/时),同时使生产成本有显著的下降。

应用Cryocla ss 工艺制备超细粉末

应用于制造高附加值产品要求粉料粒度小于200μm。典型的例子就是必须不采用筛分剂(分散剂)而制取的橡胶混合物。这样粒度的细粉可用研磨和分级技术相结合的Cryocla ss 来制备。此工艺的主要优点是既有很高的处理量而得到粉料粒径分布有明确的割点(参看图2)。这些优点对于粒度小于200μm的橡胶粉末等产品是十分重要的,因为这些产品是很难

筛分的。应用Cryocla

ss工艺可在冲击磨机中低成本地生产粒度100至200μm的橡胶超细粉末。

图　应用Cryocla ss 工艺时的粉末粒径分布割点表2举例说明Cryocla ss 工艺的生产能力。表中“d99”表示99%粉末的平均直径,其余类推。

表4

进料粒径分布

d99≤500μm

d90≤350μm

d50=200μm 生产能力1350kg/h

氮气耗用量　0.65kg/kg

细粉等级　d97=200μm

细粉产量450至500kg/h

产品的粒径分布

d99=230μm

d75=160μm

d50=130μm

(丁庆钰编译)

(责任编辑/荆小旦)

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