国内外复合材料废弃物回收技术与发展现状

国内外复合材料废弃物回收技术与发展现状

摘要:复合材料工业高速发展的同时,为人类提供优质材料的同时,也产生了大量的废弃物,本文就国内外复合材料废弃物处理方法和发展现状及应用技术做下简要介绍。

关键词:复合材料废弃物回收技术处理方式技术现状

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。应用领域遍及建筑、交通、航空、航天、电子、船舶、能源等各个领域,复合材料成为人类生活中必不可少的材料。复合材料工业为人类提供优质材料的同时,也产生了大量的废弃物,如何处理已成为复合材料工业发展的障碍。为了复合材料工业健康持续稳定的发展,进行复合材料的回收和再利用研究非常必要。

1 国内外复合材料废弃物回收发展现状

1.1 国内废弃物回收现状

我国2009年产量达323万吨,已先后超过德国、日本而居世界第二位,并接近居世界首位的美国水平。每年新增的生产中的边角废料接近20t,50多年的发展,寿命到期的产品废料也在逐步增加,每年预计各类废弃物接近50万吨,特别是国内最近两年新增的风电叶片工厂每年新增的废料超过万吨,大量报废的电子产品所用的覆铜板废弃物也

超过万吨。据统计,目前我国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。

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,填埋的方法占用土地资源且造成土壤破坏。焚烧不会造成土地浪费,但由于燃烧中产生大量毒气,会造成二次污染,同时存在潜在的、未知的危险。庆幸的是部分地区已开始研究尝试采用物理回收方式,如北玻院[1]、枣强县等,另外北京首能蓝天在热解处理方面也取得了一些突破,但这些目前还都处于起步阶段。复合材料废弃物数量巨大的现状目前已引起国家和相关部门重视,并开展相关的工作。国家也相继出台了一系列针对回收再利用的政策,2000年国家实施《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》;2007年度国家发布《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》中明确规定,固体废弃物的资源综合利用是国家优先发展的领域之一。《2011-2015年中国废旧物资回收加工行业投资分析及前景预测报告》指出,“十二五”期间,我国将进一步提高废弃物资源化水平,废旧物资回收行业将明显受益于当前的节能环保政策。

1.2 国外废弃物回收现状

2009年全球复合材料/复合材料的产量约900万吨,其中北美、欧洲和亚洲是三个最大生产和应用地区,全球树脂基复合材料的年平均增长率在5%以上,其中亚太地区的增长率可达7%(中国约为9.5%、印度约为15%、欧洲和北美地区为4%)。全球每年新增的废弃物接近

100万吨,在工业发达国家,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。

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(2000-4000cal/kg),需要和热能值较高的PP、PE薄膜按1∶1混合,达到5000～6000cal/kg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。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300m2,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。

欧洲ERCOM公司的连续粉碎机是欧洲最早开发的实用化机械设备,对使用过的SMC/BMC制品废弃物进行破碎回收。该系统的关键技术是粉体输送技术。粗粉碎料尺寸:5cm左右碎块,破碎能力:3t/h,粉碎机容量:30m3或10t),细粉碎设备是锤磨式粉碎分级系统,可以分别得到3种级别尺寸的纤维和粉末的再生品。欧洲新的废弃物法规将对填埋和焚烧等这些传统型的处理办法进一步控制。到2004年底禁

止采用填埋的方法。欧洲GPRMC及其联合体正在引进“欧洲复合材料循环概念”。主要目标是:用最经济的方法在欧洲处理玻璃钢废弃物,在保护环境和遵守法律的同时为玻璃钢回收开发新的、经济的、可行性市场。

美国Seawolf Design公司所属的FRP Equipment公司推出3个新型号玻纤增强塑料(GRP)回收设备,作为其粉碎机系列产品的新增供应产品[2]。3个回收塑料用粉碎机生产线规格分别为91.44、121.92和152.40cm的装置,以适应和满足回收大型废塑料碎片和不同复合材料的要求,最大生产能力可达1818.10kg/h。FRP Equipment公司回收设备的技术特点是:回收GRP时能分离和抽出玻纤,而且不损坏玻纤的完整性,回收玻纤可以重新加入树脂,并仍保持玻纤的一般物性。回收过程排放物少,不需要再处理,因此降低材料成本,废料少,处理成本低。回收的玻纤可重新用于喷射(Spray up)、树脂传递模塑(RTM)、拉挤成型、块状模塑料(BMC)和单丝卷烧和离心浇铸等工艺。

2 复合材料回收的经济性分析

2.1 物理方式(粉碎)的经济性

设备:FRP专用微粉碎机(ASAOKA股份公司生产)FM—300-S装入装置内的FRP废弃物尺寸形状被限定,一段100网眼帕斯的微粉取得了高收率。用金刚石铣刀微粉尘,所以不会有铁粉进入。用封在里

面的的线进行粉碎,不用担心产生粉尘公害,一名作业员就可进行操作。

经济性:举FM—300-S例来说,需有约200万元的投资。用8年折旧计算

(1)废弃物处理支出。

折旧费:2万元/月

月处理废料:80000kg/月;2.5元/ kg

(2)废弃物处理收入

废料处理费:1500～2000元/t,

当做填料使用:0.5元/kg。

结论:收支相抵,基本持平或稍微亏损

2.2 化学方式(热解)的经济性

批量型干馏气化燃烧炉(道前筑炉工业股风公司制造)

经济性:FRP的回收油量约为28%～40%。

(1)废弃物的处理收入

①FRP废弃物处理费:45万元/年