廢舊橡膠現(xiàn)狀及回收利用技術(shù)

姜軍

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津市，300384）

廢舊橡膠現(xiàn)狀及回收利用技術(shù)

姜軍

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津市，300384）

廢舊橡膠屬固體廢棄物，如處理不當(dāng)會造成經(jīng)濟(jì)損失并污染環(huán)境，對其進(jìn)行合理利用尤為重要。本文介紹了廢舊橡膠（主要是廢舊輪胎）的回收利用方法，概述了廢舊橡膠在水泥、瀝青、木材等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高廢舊橡膠的利用技術(shù)。

廢舊橡膠，廢舊輪胎，回收利用

隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界廢橡膠產(chǎn)生量最大的國家之一，廢舊橡膠最主要的就是廢舊輪胎，據(jù)統(tǒng)計，在全球范圍內(nèi)每年產(chǎn)生近 15億條廢棄輪胎，且速度在不斷增長，廢舊輪胎的可被用作生產(chǎn)紙張、水泥煅燒、生產(chǎn)鋼鐵等?，F(xiàn)代社會對環(huán)境的質(zhì)量要求越來越高，21世紀(jì)，人類進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)時代。世界各國正把“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)”和“建立循環(huán)型社會”作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種建立在物質(zhì)不斷循環(huán)利用基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，它要求以廢舊物資“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”為社會經(jīng)濟(jì)活動的行為準(zhǔn)則。傳統(tǒng)處理廢舊橡膠的方法如填埋、焚燒等會造成環(huán)境污染，進(jìn)而影響身體健康，如何合理回收利用廢舊橡膠成為關(guān)注的問題，對廢舊橡膠的合理回收利用也體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、充分利用再生能源的理念。

1　廢舊橡膠回收利用的處理方法

目前廢舊橡膠回收利用的方法有直接利用、膠粉制作再利用、再生膠、燃燒熱能利用。

1.1直接利用或翻新

直接利用可將廢輪胎捆成多層胎礁或與石料混合，投入入場中，作為人工魚礁［1，2］，改善水質(zhì)，是海洋生物的理想場所，此外，廢舊輪胎作為優(yōu)良的緩沖材料，可將其固定在碼頭、船只、車輛、賽車道等設(shè)施周圍，充分利用。

對胎體較好的廢舊輪胎進(jìn)行翻新利用，特點是節(jié)約成本、有效利用，翻修輪胎的壽命最多可達(dá)新胎的九成，且在特定條件下可多次翻修。

目前世界上最先進(jìn)的技術(shù)叫冷翻法，即把已經(jīng)硫化成型的胎面膠粘合到經(jīng)過打磨處理的胎體上，裝上充氣內(nèi)胎和包封套，送入硫化罐，在較低溫度和壓力下硫化［3］，冷翻法主要有兩種技術(shù)路線［4］，一種是以美國 BANDAG公司為代表的條形硫化翻胎技術(shù)，另一種是以意大利MARANGONI公司為代表的環(huán)形翻胎技術(shù)，二者主要區(qū)別在于后者取消了裝內(nèi)膽和上鋼圈，縮短了硫化時間，這是高效利用的辦法，因為輪胎可多次翻新，經(jīng)過多次翻新后的輪胎總壽命可達(dá)新胎的 1～2倍，而使用原材料是新胎的15%～30%。

1.2膠粉制作再利用

利用機(jī)械將廢舊橡膠加工成膠粉再利用是廢舊橡膠回收利用最主要的途徑，同時也可以緩解橡膠資源短缺的局面，膠粉仍保持其彈性體的固有屬性。來自于廢舊輪胎的膠粉可直接作為生產(chǎn)輪胎或其他橡膠制品（如制鞋、傳送帶、管材、油漆等）的原材料。現(xiàn)階段主流有以下幾種方法：常溫粉碎法、低溫粉碎法、濕法或溶液法。常溫粉碎是利用滾筒或其他設(shè)備的剪切作用在常溫下對廢舊橡膠進(jìn)行粉碎，其生產(chǎn)工序主要為粗隨與細(xì)碎：首先將大塊廢舊橡膠破碎成膠塊，然后用粗碎機(jī)將膠塊再粉碎成膠粒，將膠粒送入金屬分離機(jī)和風(fēng)選機(jī)中分離出金屬雜質(zhì)，除去廢纖維，最后用細(xì)碎機(jī)將上述膠粒進(jìn)一步磨碎后，經(jīng)篩選分級最后得到粒徑不同的膠粉。低溫粉碎是在低溫作用下是廢舊橡膠脆化，然后再通過機(jī)械粉碎完成的方法，其基本原理是利用冷凍室的橡膠分子鏈段失去運動能力而脆化，易于粉碎，用這種方法制得膠粉粒徑可比常溫粉碎法更小。濕法或溶液法是我國自行開發(fā)的膠粉生產(chǎn)新工藝，這種方法是通過溶劑對磨成一定粒度的膠粉進(jìn)行溶脹，再進(jìn)行粉碎而制成超細(xì)膠粉。一般來說，常溫粉碎法生產(chǎn)的膠粉粒度在50目以下，低溫粉碎法生產(chǎn)的膠粉粒度為50～200目，而濕法或溶液法生產(chǎn)的膠粉粒度在 200目以上。

還有助磨劑法 D蒂雷利等［5］粉碎硫化橡膠的方法是將5～20℃的水作為冷卻液，加入到粉碎設(shè)備中，加入不超過硫化膠質(zhì)量的10%，再加入硫化膠質(zhì)量0.5%～10%的研磨助劑，研磨助劑選用硅酸鹽或碳酸鹽以及混合物，提高了粉碎效率和產(chǎn)量。此外，近年來世界各國有研發(fā)了一些廢舊橡膠制作膠粉新工藝，如俄羅斯羅伊工藝實驗室利用臭氧處理回收廢舊輪胎，Ivanov等利用固相剪切擠出法回收處理廢舊橡膠，通過剪切力使廢橡膠破碎再與其他材料混合，Shahidi等又對此法改進(jìn)，通過解決剪切過程中的生熱問題使生產(chǎn)效率得到很大提高，還有高壓爆破法和定向爆破法等［6］。

1.3再生膠

將廢棄的橡膠制品作為原料，經(jīng)過脫硫加工成能重新使用的橡膠稱為再生橡膠，簡稱再生膠。再生工藝分為物理再生化學(xué)再生兩大類別。物理再生法主要有微波脫硫、超聲波脫硫、電子束輻射脫硫、遠(yuǎn)紅外線脫硫、剪切流動場反應(yīng)控制技術(shù)、微生物再生、超臨界 CO2流體脫硫再生等?；瘜W(xué)再生常用的方法為油法、水油法和動態(tài)脫硫法，因其通常使用大量的化學(xué)藥品，會對環(huán)境造污染。目前化學(xué)再生法有瑞典的 TCR 再生法、De. Link 橡膠再生工藝、RV 橡膠再生等。

再生膠最大的優(yōu)點是價格僅為生膠的1/3～1/4，但是它也存在非常嚴(yán)重的問題，例如二次污染嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低、需要的能耗高，尤其是污染，與現(xiàn)代世界提倡綠色環(huán)保是背道而馳，同時隨著合成橡膠，尤其是低成本的充油丁苯橡膠通過低成本的優(yōu)勢占據(jù)了大部分的再生膠市場，更大的沖擊來自于技術(shù)手段的進(jìn)步使得生產(chǎn)不同目數(shù)、不同規(guī)格以及用途的膠粉便捷輕松，而膠粉具備更廣闊的潛在使用領(lǐng)域以及更高的經(jīng)濟(jì)價值。所以在上世紀(jì)八十年代以后再生膠不斷走下坡路，目前發(fā)達(dá)國家已經(jīng)停止了通用型再生膠的生產(chǎn)，在英國，再生膠已經(jīng)被全面禁止，德國的再生膠生產(chǎn)也已經(jīng)到了可忽略不計的比例。

1.4燃燒熱能利用

廢橡膠加熱后產(chǎn)生熱解氣、熱解油及碳質(zhì)。廢舊輪胎是熱值高，其燃燒熱約為30～35MJ/kg。但如果將廢舊輪胎作為燃料，采用直接燃燒的方式，將會引起環(huán)境污染，與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求不符。目前廢舊輪胎的燃燒利用主要用于焙燒水泥、火力發(fā)電以及參與制成固體垃圾燃料（RDF）。其中，焙燒水泥是對廢舊輪胎利用率較高的回收方式：在水泥焙燒過程中，廢舊輪胎中的鋼絲變成氧化鐵，氧化鐵為水泥原料的主要組成部分，硫黃變成石膏，石膏是生產(chǎn)水泥過程中在得到水泥熟料以后摻入的材料，摻入石膏對目的是調(diào)整水泥的凝結(jié)時間。經(jīng)這樣的處理，水泥質(zhì)量不會受到影響，同時不污染環(huán)境。

在美國，熱能利用為主要的利用方式，約占廢舊輪胎產(chǎn)量的一半左右。

2　廢舊橡膠的合理應(yīng)用

2.1在水泥中的應(yīng)用

在過去的 20多年時間里，雖然國內(nèi)外學(xué)者對廢舊橡膠改性水泥基材料的各項性能以及潛在的工程應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。然而，其結(jié)論卻不盡相同，原因在于不同學(xué)者采用的橡膠顆粒的參數(shù)不同?？梢姀U舊橡膠的參數(shù)對水泥基材料的影響很大，如對新拌混凝土的流動性的影響取決于膠粒大小，摻量等。

大體積混凝土施工時尤其要考慮混凝土開裂的問題，在材料選擇上要求盡量選擇水化熱低的水泥，因水泥是熱的不良導(dǎo)體，隨著水泥水化作用的不斷進(jìn)行，當(dāng)工程內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱積聚過多時，會引起溫度應(yīng)力造成大體積混凝土工程開裂，橡膠改性混凝土抗裂性能具有明顯的效果。

廢舊橡膠粉應(yīng)用到水泥中還有很多好處，如水泥的抗凍性能，水泥基材料的疲勞性能，抗氯離子滲透性能，水泥基材料的疲勞性能，水泥基材料的阻尼性能，水泥基材料的降噪隔熱性能等都得以提高［7］。

2.2在瀝青中的應(yīng)用

瀝青的用途很廣泛，可用于鋪路的瀝青混凝土，防水材料等。橡膠改性瀝青是通過一定的工藝將廢舊橡膠粉按比例地加入瀝青中得到的一種改性瀝青混合料。

重慶交通大學(xué)的聶浩［8］研究了橡膠改性瀝青混合料的性能。介紹了橡膠瀝青混合料的主要原料組成、橡膠改性瀝青研制與機(jī)理、橡膠改性瀝青混合料性能評價。通過室內(nèi)試驗，對橡膠改性瀝青混合料進(jìn)行了車轍試驗、低溫彎曲試驗和殘留穩(wěn)定度試驗，并與基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料進(jìn)行對比，檢驗橡膠改性瀝青混合料的高、低溫穩(wěn)定性能以及抗水損害性。研究表明，橡膠粉具有良好的復(fù)合改性作用，能夠很好地改善瀝青混合料的低溫抗裂性能和抗水損害性能力，有效延長瀝青路面的使用壽命。

太原科技大學(xué)的葛澤峰等［9］對廢舊輪胎橡膠改性瀝青進(jìn)行了報道，文中介紹了廢舊輪胎的組成及膠粉裂解產(chǎn)物、橡膠瀝青的含義及原理、輪胎種類對改性瀝青性能的影響、橡膠瀝青的改性機(jī)理以及影響橡膠瀝青性能的各種因素。廢舊輪胎的主要成分為橡膠與炭黑，這兩種成分在改性過程中起主要作用；不同類型廢舊輪胎對改性瀝青的影響主要在于輪胎中橡膠含量不同；橡膠改性機(jī)理以物理溶脹填充為主、化學(xué)共混為輔，重點討論了膠粉粒徑、膠粉添加比例、攪拌條件等對橡膠瀝青性能的影響。

福建師范大學(xué)的許兢［10］等對廢膠粉改性瀝青進(jìn)行了報道，文中介紹了廢膠粉改性瀝青的物理共混機(jī)理及化學(xué)共混機(jī)理、影響膠粉改性瀝青性能的因素：瀝青組分、膠粉種類、粒徑和用量、加工條件、廢膠粉改性瀝青的儲存穩(wěn)定性。

2.3與木材復(fù)合共用

木材－橡膠復(fù)合材料是近年來才被提出來的一類功能復(fù)合材料，綜合體現(xiàn)了人工林的高效利用、廢舊輪胎的無污染循環(huán)利用和提高林產(chǎn)品附加值等方面的價值，具有良好的防水、防腐、防蛀、防靜電、隔音吸音、阻尼減震、隔熱保溫等性能，可以用作室內(nèi)裝修裝飾材料、隔音吸音材料、阻尼減震材料、隔熱保溫材料。孫偉圣［11］等從木材與橡膠復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面進(jìn)行研究，力學(xué)性能和靜音效果都有綜合性的提高。T.G.Vladkova等［12］將松木粉作為填充劑，分別添加到天然橡膠和丁腈橡膠中，研究了添加松木粉后兩種橡膠的硫化特性和機(jī)械性能。在研究添加松木粉對天然橡膠性能影響時發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)任何預(yù)處理的松木粉不會延遲天然橡膠的硫化，硫化機(jī)械性能受松木粉添加量的影響非常顯著；對松木粉進(jìn)行電暈處理可以提高其對天然橡膠的增強作用，并使得其它機(jī)械性能得到一定提高。在氨氣環(huán)境中對松木粉進(jìn)行電暈預(yù)處理比在空氣中效果更為顯著。

總的來說，國內(nèi)外對木材-橡膠復(fù)合材料的報道相對較少，市場前景巨大，如能廣泛應(yīng)用，對廢舊橡膠回收利用又是一大促進(jìn)。

結(jié) 語

我國目前已經(jīng)是世界上最大的橡膠消費國，也是世界上最大的廢橡膠產(chǎn)生國，廢舊輪胎越來越多，且我國生膠又依賴進(jìn)口，這就需要我們更加認(rèn)識到充分利用廢舊橡膠，對其回收利用的重要性，本文介

1 Azevedo F B B，Carloni G G，Carvalheira L V.Conlonization of benthic organisms on different artificial substratum in Ilha Grande bay，Rio de Janeiro，Brazil［J］.Brazilian Archives Biology Techn，2006，49（2）：263

2 Brown C J.Epifaunal colonization of the Loch Linnhe artificial reef：Influence of substratum on epifaunal assemblage structure［J］.Biofouling，2005，21（2）：73

3 所同川，李忠明.廢舊橡膠回收利用新技術(shù)［J］.江蘇化工 2014，12，32（6）：1

4 彭永利，郭偉，吳兆勇.輪胎翻新技術(shù)發(fā)展概況［J］.國外建材科技，2002，23（3）：86

5 D.蒂雷利，M.加爾布塞爾，F(xiàn).佩魯佐蒂，等.硫化橡膠材料的粉碎方法［P］.中國：CN 1720124，2006，1

6姜敏等.廢舊橡膠回收與利用的研究進(jìn)展［J］.合成橡膠工業(yè)，2013，5，36（3）：239～243

7馬海峰，袁江，韓云閣，張亞梅.廢舊橡膠改性水泥基材料的研究進(jìn)展［J］.混凝土語水泥制品，2012，3，3紹的對廢舊橡膠的回收及利用是非常具有市場使用價值的，因此，從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，廢舊橡膠回收利用可有效利用現(xiàn)有資源，節(jié)約成本，改善環(huán)境，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要意義。

8聶浩.橡膠改性瀝青混合料性能研究［J］.國防交通工程與技術(shù)，2014，（3）：37-40.

9葛澤峰，薛永兵，蘇深.廢舊輪胎橡膠改性瀝青的研究進(jìn)展［J］.公路與汽運，2014，164（5）：79-83. 10許兢，應(yīng)祎，錢慶榮. 廢膠粉改性瀝青研究與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］. 再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2014，7（6）：41-44.董誠春.廢橡膠資源綜合利用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

11孫偉圣.木材-橡膠復(fù)合材料及其在靜音地板中的應(yīng)用研究［D］.北京，中國林業(yè)科學(xué)研究院，2009

12 T.G.Vladkova， P.D.Dineff，D.N.Gospodinova.Wood flour：a new filler for the rubber processing industry. Ⅲ .Cure characteristics and mechanical properties of nitrile butadiene rubber compounds filled by wood flour in the presence of phenol formaldehyde resin［J］.Journal of Applied Polymer Science，2004，92：95-101

Waste rubber is a solid waste， if it is not handled properly will cause economic losses and pollution of the environment，it is very important to make rational use of them. This paper introduces the method of recycling waste rubber （mainly used in waste tire）， and summarizes the application of waste rubber in the field of cement， asphalt， wood and so on.

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姜軍，男，（1982～）遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料學(xué)碩士?，F(xiàn)就職天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，研發(fā)工程師。