淺析廢玻璃資源化處理新技術(shù)及其在我國的應用前景

郝粼波，王 莉，唐書娟

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

1 國內(nèi)外廢玻璃處理及利用現(xiàn)狀

1）發(fā)達國家對廢玻璃的回收利用技術(shù)研究起步較早，尤以日本、美國、法國、瑞士、芬蘭、澳大利亞等國發(fā)展最好。其廢玻璃的主要應用領(lǐng)域如下：①利用廢玻璃替代巖石骨料；②廢玻璃應用于混凝土；③用碎玻璃制造玻璃塑料污水管；④用廢玻璃和石料制造“玻璃瀝青”；⑤用碎玻璃生產(chǎn)貼面材料；⑥利用廢玻璃生產(chǎn)泡沫玻璃、玻璃微珠和玻璃棉絕緣材料。

2）在廢玻璃的回收及其利用方面，我國和世界玻璃工業(yè)發(fā)達國家相比，起步較晚。以往廢玻璃大多由一些“小平拉”玻璃廠進行回收利用，但“小平拉”生產(chǎn)工藝是一種設備十分簡陋、環(huán)境污染嚴重、能耗較高的落后生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出的平板玻璃透光率低，存在大量的渡筋、氣泡、麻點、劃傷等缺陷，且玻璃質(zhì)脆，極易破損。目前，我國平板玻璃已供大于求，為了改變這一局面，國家已下文限期淘汰這些“小平拉”再生玻璃生產(chǎn)線。

目前國內(nèi)已有不少廠家利用回收的碎玻璃料來生產(chǎn)玻璃微珠、玻璃馬賽克、彩色玻璃球、玻璃貼面、玻璃磚、人造玻璃大理石等。

2 廢玻璃資源化處理方案分析

結(jié)合國內(nèi)外廢玻璃回收及資源化利用情況，將廢玻璃定向加工為某種成品產(chǎn)品，例如玻璃骨料、玻璃污水管、玻璃貼面、玻璃瀝青等，生產(chǎn)以上產(chǎn)品，回收應用技術(shù)仍存在眾多問題，不同的應用對廢玻璃原料的選擇很苛刻，產(chǎn)品應用領(lǐng)域也不夠廣泛，很難形成產(chǎn)業(yè)化。而且其工藝流程鏈較長，產(chǎn)品單一，容易受市場波動影響。

生產(chǎn)泡沫玻璃及環(huán)保輕石已逐漸成為發(fā)達國家廢玻璃處理、再生、資源化利用的主流。泡沫玻璃和環(huán)保輕石均有廣泛的應用市場，如化工企業(yè)防腐管道、工業(yè)煙囪、民用隔熱保溫及吸音建材等諸多建筑領(lǐng)域?？紤]到國內(nèi)建筑節(jié)能要求的不斷提升及廢玻璃在國外再生為建筑保溫板材的成功案例，加之目前國內(nèi)的保溫板材少有既保溫隔熱、又防火阻燃的量產(chǎn)線，而且價格昂貴等因素，以建筑保溫板材作為廢玻璃再生利用產(chǎn)品方向之一不失為良策。

近幾年國際上環(huán)保輕石生產(chǎn)線逐漸攀升，僅在日本就有15條生產(chǎn)線全面實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，但是產(chǎn)品主要為單一的碎石，并未有生產(chǎn)成型保溫板材的消息。碎石僅是半成品商品，在國內(nèi)并未存在對其后續(xù)加工的產(chǎn)業(yè)鏈，商品銷路存在較大的風險性。

泡沫玻璃在國外已有直接生產(chǎn)加工成品建筑保溫板材的運營經(jīng)驗。泡沫玻璃是一種以玻璃為主要原料，摻入適量發(fā)泡劑，通過高溫隧道窯爐加熱焙燒和退火冷卻加工處理后制得，具有均勻的獨立密閉氣隙結(jié)構(gòu)的新型無機絕熱材料（其產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)見表1），由于它完全保留了無機玻璃的化學穩(wěn)定性，具有密度低、導熱系數(shù)小、不透濕、不吸水、不燃燒、不霉變、不受鼠嚙、機械強度高卻又易加工能耐除氟化氫以外的所有化學侵蝕，被譽為“節(jié)能黑珍珠”。作為一種新型建筑保溫材料，它可達到與建筑物同壽命，有效克服有機類材料存在的老化、變形失效等問題，是眾多隔熱保溫材料中適用于未來建筑的最理想節(jié)能環(huán)保型保溫材料之一。

表1 泡沫玻璃板材產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

3 廢玻璃資源化處理生產(chǎn)線介紹

某廢玻璃資源化處理生產(chǎn)線處理規(guī)模達25t/d，三班工作制，單班8h。接收原料可為生活垃圾中回收的日用廢玻璃或工業(yè)廢平板玻璃。其工藝流程見圖1。

圖1 廢玻璃資源化處理生產(chǎn)線工藝流程

3.1 計量系統(tǒng)

裝滿廢玻璃的收集車駛進處理廠區(qū)后，需要經(jīng)過地磅計量后方能駛向原料堆放間。

計量系統(tǒng)由計算機管理，檢測內(nèi)容為每輛收集車的總質(zhì)量。自動輸入數(shù)據(jù)：該車的車號、車型。顯示器上顯示的數(shù)據(jù)：該車檢測時間、車號、車型、總質(zhì)量、載質(zhì)量及日累計值。

3.2 給料及破碎

堆放的廢玻璃原料經(jīng)由裝載機運輸，進入廢玻璃處理主廠房，送至板式給料機上料，原料廢玻璃通過運輸皮帶送至人工檢查工位。

生產(chǎn)線設置的人工檢查工位為輔助分選設施，當批量板材產(chǎn)品對原料玻璃顏色差異要求較高時，可在此工段將廢玻璃分離為深色系原料、淺色系原料和無色玻璃原料，分選后的不同色系廢玻璃各自進入后續(xù)預處理生產(chǎn)線。如該批量產(chǎn)品板材對原料要求不高或來料玻璃本身屬同色系玻璃時，則無需對其進行人工選別。同樣，當來料玻璃為外購平板玻璃時，原料可直接進入后續(xù)破碎環(huán)節(jié)。

廢玻璃預處理線共設置2道破碎環(huán)節(jié)，均采用錘式破碎機。第1道初步破碎可將來料玻璃破碎為50 mm以下的粗料，其后設置磁選環(huán)節(jié)，回收原料玻璃中摻雜的金屬物質(zhì)，再經(jīng)清洗、瀝水、篩選、烘干后，進入第2道細破碎環(huán)節(jié)，可將廢玻璃粒徑控制在7 mm以下。

3.3 清洗及烘干

原料廢玻璃經(jīng)初步破碎、回收金屬后，需對混雜的沙土、紙張、塑料等輕質(zhì)物和玻璃瓶殘留液體、有機質(zhì)等雜質(zhì)進行清洗和去除。

生產(chǎn)線選用的清洗設備為螺旋分級機，其借助固體顆粒的密度不同，因而在液體中沉淀的速度不同的原理，進行清洗過程的同時實現(xiàn)機械分級。螺旋分級機能把磨機內(nèi)磨出的料粉給予過濾，然后把粗料利用螺旋片旋片旋入磨機進料口，把過濾出的細料（輕質(zhì)雜質(zhì)、沙土等）從溢流管子排出。

3.4 研磨系統(tǒng)

經(jīng)細破碎處理后的7 mm以下玻璃原料進入研磨環(huán)節(jié)，本生產(chǎn)線選用陶瓷球磨機對細料進行研磨處理，制成粒徑30μm以下的玻璃粉末。

陶瓷球磨機通體均由陶瓷制成，是國內(nèi)選礦機械專家結(jié)合國內(nèi)最新型的球磨技術(shù)研制開發(fā)的又一新型節(jié)能球磨設備，它不但提高了生產(chǎn)能力和破碎效率，還擴大了應用范圍，從石灰石到玄武巖，從石料生產(chǎn)到各種礦石破碎，它都可以在各種中碎、細碎、超細碎作業(yè)中提供無與倫比的破碎、研磨性能，完全適用于本生產(chǎn)線的物料要求。

3.5 混合系統(tǒng)

經(jīng)過前端預處理系統(tǒng)的玻璃粉末由粉末輸送裝置送進混合攪拌機，把玻璃粉和發(fā)泡劑混合攪拌，形成混合粉末體。

玻璃粉末是在真空的環(huán)境下輸送到混合攪拌機里的。由于粉末輸送裝置為真空狀態(tài)，降低了靜電的發(fā)生率，制造了一個無粉塵的清潔安全作業(yè)環(huán)境。

3.6 燒結(jié)系統(tǒng)

玻璃和添加發(fā)泡劑的混合粉末分批進入燒結(jié)系統(tǒng)入口。本生產(chǎn)線燒結(jié)系統(tǒng)由發(fā)泡窯、退火窯和切割包裝系統(tǒng)組成。

本生產(chǎn)線燒結(jié)系統(tǒng)可以連續(xù)進行冷卻和切割過程，從而不必進行費時費力的裝模和卸模以及對單獨塊的切割。一切都在一個連續(xù)的過程中完成，工作效率得到最大實現(xiàn)。而且，對于發(fā)泡玻璃坯，只在長度或輸送方向上調(diào)節(jié)溫度梯度，但該溫度在發(fā)泡玻璃帶的寬度和厚度上是恒定的，因此在橫向上不會出現(xiàn)應力并且通過輸送方向上的緩慢冷卻可以保證一個相對的應力補償。

根據(jù)燒結(jié)工藝流程，混合玻璃粉末在發(fā)泡窯反應區(qū)控制溫度可達600℃以上，經(jīng)預退火至540℃左右后，進行發(fā)泡玻璃帶的預切割操作，為后續(xù)退火及成型環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)。經(jīng)預切割后的泡沫玻璃帶進入退火窯，經(jīng)歷退火、后退火區(qū)后，溫度由480℃降至60℃以下。中間產(chǎn)品板材在退火窯的出口可轉(zhuǎn)至自動切割和打包系統(tǒng)，根據(jù)銷售訂單的尺寸，進行泡沫玻璃板材最終的切割和打磨，并包裝成成品，由叉車送至成品倉庫區(qū)儲存。

4 廢玻璃資源化處理生產(chǎn)成本說明

本生產(chǎn)線日處理原料廢玻璃25 t/d（年處理9.0×103t），年產(chǎn)出泡沫玻璃建筑保溫板材產(chǎn)品約3.15×104m3，市場售價可達1 500元/m3以上。

參照生產(chǎn)線處理規(guī)模、生產(chǎn)工藝、裝備水平、勞動生產(chǎn)率及管理水平相類似的國外廢玻璃資源化生產(chǎn)線的實際成本，結(jié)合國內(nèi)及本生產(chǎn)線的實際情況，估算本廢玻璃資源化處理生產(chǎn)線成本。

4.1 外購原材料費

1）回收廢玻璃，生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要原料廢玻璃約286 kg（廢玻璃在生產(chǎn)過程中損耗量約30%），按照國內(nèi)目前廢玻璃回收價格為100元/t，則生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要的原料費用為28.6元 /m3。

2）催化劑，根據(jù)國外其他類似項目實際生產(chǎn)情況類比，生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要的催化劑費用為39.94元/m3。

4.2 外購燃料及動力費

1）天然氣。生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要天然氣3.2 m3，天然氣售價按3.0元/m3計算，則生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要的天然氣費用為9.6元/m3。

2） 電。按照國內(nèi)工業(yè)用電單價 （0.97元/kWh），結(jié)合本生產(chǎn)線實際生產(chǎn)的電耗估算，本項目生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要的電量為5.04 kWh/m3，則每立方產(chǎn)品的耗電費用為4.89元/m3。

3）水。根據(jù)國內(nèi)工業(yè)用水單價（6.21元/t），結(jié)合本項目生產(chǎn)用水及勞動定員的生活用水計算，本生產(chǎn)線生產(chǎn)每立方泡沫玻璃板需要的水量為1.97 t/m3，則每立方產(chǎn)品的耗水費用為12.23元/m3。

4.3 工資及福利費

根據(jù)本生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模，需要的實際生產(chǎn)操作人員為80人，年均工資及福利費為10.0萬元，年費用為800.0萬元；折算到每立方泡沫玻璃板的生產(chǎn)費用為253.97元/m3。

4.4 修理費

項目在生產(chǎn)過程中需要定期對生產(chǎn)線設備進行一定的日常維修和大修，根據(jù)類似項目實際生產(chǎn)情況，年維修費約為320萬元，折算到每立方泡沫玻璃板的維修費用為101.59元/m3。

4.5 其他費用

其他費用指企業(yè)為管理和組織生產(chǎn)經(jīng)營活動所發(fā)生的各項費用，包括公司經(jīng)費、職工教育經(jīng)費、勞動保險費、咨詢費、業(yè)務招待費、房產(chǎn)稅、車船使用稅、土地使用稅、印花稅、無形咨詢與其他資產(chǎn)的攤銷、計提的壞賬準備和存貨跌價準備等。根據(jù)《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》 （第3版）規(guī)定，按工資及福利費的一定比例計取，本項目按工資及福利費的75%計算，則年均其他費用為600.0萬元，折算到每立方泡沫玻璃板的生產(chǎn)費用為190.48元 /m3。

生產(chǎn)線單位成本為上述項目費用之和，即641.3元/m3。

5 廢玻璃制備泡沫玻璃產(chǎn)品的應用前景

5.1 民用建筑保溫隔熱

泡沫玻璃性能絕佳，但傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝使得產(chǎn)品成本高昂，因此極少被民用建筑所用，但近幾年因國家倡導建筑的節(jié)能減排，加上因為使用有機保溫材料而導致的建筑火災事故，泡沫玻璃開始進入民用建筑市場。與目前在建筑工程中使用的保溫材料相比，泡沫玻璃用于屋面，能形成永久性的保溫隔熱層，而且，由于其優(yōu)良的耐候性，尤其適合于倒置式屋面的保溫隔熱層。采用聚合物水泥砂漿粘結(jié)并勾縫后，還可形成一道完整的防水層。用于外墻時，可直接采用聚合物水泥砂漿粘貼，施工方便，如采用彩色泡沫玻璃，既起到保溫隔熱作用，又可作為裝飾材料。

5.2 石油化工乙烯工程等工業(yè)保溫領(lǐng)域

泡沫玻璃的產(chǎn)生和發(fā)展在很大程度上得益于石油化工行業(yè)的巨大發(fā)展，因為這些行業(yè)需要大量的有高保溫效率的同時能耐高溫、耐低溫、耐強酸堿、穩(wěn)定、耐候性強同時輕質(zhì)高強等特性的保溫材料來保證生產(chǎn)的正常運行，而泡沫玻璃正是滿足這種性能要求的唯一材料，而且傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的泡沫玻璃價格昂貴，只有這類工業(yè)保溫材料能大量使用。

5.3 輕質(zhì)回填

泡沫玻璃超級碎石產(chǎn)品由于超輕，穩(wěn)定，且來自廢玻璃，相比較目前大量使用的基建工程建設EPS填料、陶粒、泡沫水泥，泡沫玻璃產(chǎn)品有著無比優(yōu)越的性能，是最佳的輕質(zhì)回填產(chǎn)品。

在歐洲超級碎石是解決凍土路基的最佳方案，每年運用約2×106m3，在日本每年也有約1×106m3的用量，但目前在中國尚無生產(chǎn)。

5.4 土壤改良及保水及蓄水領(lǐng)域

可借助開孔和半開孔的泡沫玻璃產(chǎn)品，用于水質(zhì)凈化過濾，同時可利用其很強的保水特性，蓄水達到70%，泡沫玻璃可廣泛用于水處理領(lǐng)域，而這正符合全球節(jié)約水資源的浪潮。

5.5 其他產(chǎn)業(yè)的原材料

如可以石材及人造建筑瓷磚結(jié)合成復合材料，用在建筑外墻裝飾上，可大大減輕自重，降低成本，同時兼有保溫和裝飾功能。也是最佳的吸音材料，可在大型公共建筑內(nèi)部吸音工程中運用，還可應用于園林綠化、消防工程、家庭樓頂花園建設，甚至按摩產(chǎn)品及制作成貓砂等。泡沫玻璃作為其他行業(yè)的原材料還有較大空間有待進一步開發(fā)。