廢舊輪胎的回收處理及利用

徐陽陽，霍 平

(華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 唐山 063210)

1 國內(nèi)、外發(fā)展背景

隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，我國逐漸成為橡膠的主要消費(fèi)國家，廢舊輪胎每年以8%～10%的速度遞增[1]。截止2008年，廢胎增至2.30億條，居世界第三位，到2018年報(bào)廢輪胎約3.8億條[2]。

圖1 2011年世界廢舊輪胎產(chǎn)生量(萬噸)Fig.1 World waste tire production in 2011(10000 tons)

美國2007年產(chǎn)生的2.90億條廢舊輪胎，有2.33億條被利用；其中有1.3億用做燃料，土建和膠粉分別利用0.56億和0.3億條。2005年，歐洲約有3.1億條輪胎被報(bào)廢，填埋占比高達(dá)30%左右，用于能源開發(fā)及材料再利用的占比也顯著提高，2006年禁止任何形式的輪胎被填埋。根據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2003年廢舊輪胎的回收利用率為65%[3]。

2011年，世界廢舊輪胎產(chǎn)生量約為2200萬噸，中國產(chǎn)量約為800萬噸，據(jù)全球之首[4]。如圖1所示。

1.1 廢舊輪胎產(chǎn)生的環(huán)境問題

廢舊輪胎被人類稱為“黑色污染”，大量的廢舊輪胎通過收集起來進(jìn)行填埋或燃燒，這種做法是不符合綠色發(fā)展主題，是不可持續(xù)的發(fā)展，會(huì)對(duì)我們的生活環(huán)境造成一定的污染，從而對(duì)我們的身體健康造成一定的危害。

(1)土地、水資源污染

回收起來的廢舊輪胎會(huì)占用了大量的土地和農(nóng)田，會(huì)惡化自自然環(huán)境、破壞植物植被、危害生態(tài)環(huán)境。通過填埋在地下分解處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生分解不徹底的現(xiàn)象，給我們的土地、水資源帶來嚴(yán)重的污染。

圖2 廢舊輪胎亂放污染環(huán)境Fig.2 Waste tires pollute the environment

(2)空氣污染

廢舊輪胎是一種高熱值的材料，廢舊輪胎會(huì)被選擇代替一些工業(yè)燃料，會(huì)降低公司的生產(chǎn)成本，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染；不加任何形式的集中燃燒，會(huì)產(chǎn)生更多的有害氣體；所以要避免廢舊輪胎通過燃燒來處理。

圖3 廢舊輪胎燃燒污染環(huán)境Fig.3 Waste tires pollute pollution the environment by burning

1.2 關(guān)于廢舊輪胎的政策

近年來，我國政府對(duì)廢舊輪胎的回收處理及利用越來越重視?！秶窠?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確提出要建立生產(chǎn)者延伸制度，推動(dòng)廢舊輪胎的回收利用；國家發(fā)改委發(fā)布的《“十一五”資源綜合利用指導(dǎo)意見》，也明確將廢舊輪胎等再生資源的產(chǎn)業(yè)化工程列為六大資源綜合利用重點(diǎn)工程之一，同時(shí)將《廢舊輪胎回收利用管理?xiàng)l例》列入2007年法規(guī)立項(xiàng)。2008年4月1日開始實(shí)施兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)《載重汽車翻新輪胎》、《轎車翻新輪胎》和一項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《工程機(jī)械翻新輪胎》[5]。

我國在2015年頒布了膠粉、輪胎翻新及再生橡膠稅收優(yōu)惠政策，為落實(shí)國務(wù)院精神，進(jìn)一步推動(dòng)資源綜合利用和節(jié)能減排、規(guī)范和優(yōu)化增值稅收政策，自該年7月1日起對(duì)膠粉、輪胎翻新及再生橡膠優(yōu)惠50%[1]。

2 廢舊輪胎回收處理技術(shù)

表1 主要產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Main product output statistics table

國外廢舊輪胎的回收技術(shù)主要是廢舊輪胎的直接利用、燃料利用、加工膠粉和熱分解，應(yīng)用較廣泛；中國以再生膠為主要途徑的回收廢舊輪胎，在其它回收技術(shù)存在短板和缺陷。

到“十一五”末，我國廢舊輪胎的企業(yè)已發(fā)展到2600多家，輪胎翻新能力達(dá)2000萬條，再生橡膠生產(chǎn)能力達(dá)500萬噸，角粉生產(chǎn)能力達(dá)100萬噸，熱裂解生產(chǎn)能力達(dá)20萬噸[6]。

2.1 廢舊輪胎直接及翻新利用

2.1.1 直接利用

廢舊輪胎是難熔的高分子彈性材料，回收的廢舊輪胎用途有很多：可以作為畜生的護(hù)欄、飼料槽托架、運(yùn)動(dòng)器材、輪船的保護(hù)罩、管道鋪設(shè)、軌道和樹木保護(hù)、地基等方面的應(yīng)用。直接利用不需要太多的技術(shù)，實(shí)行起來較容易，但使用量較少。

2.1.2 翻新利用

廢舊輪胎是輪胎循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)。廢舊輪胎可以多次翻新，每翻新一次可提高輪胎60%～90%的壽命[3]，降低原材料的使用，使生產(chǎn)成本大大降低，并減少了橡膠資源的進(jìn)口。

廢舊輪胎的翻新使用需要經(jīng)過進(jìn)廠檢驗(yàn)、磨胎、成型和硫化等工藝過程。進(jìn)廠檢驗(yàn)是最重要的環(huán)節(jié)，檢驗(yàn)輪胎是否有制造和不可修復(fù)的缺陷、使用年限等；再對(duì)輪胎表面進(jìn)行打磨，磨去表面，進(jìn)行新輪胎面的粘結(jié)及其硫化或硬化過程；再對(duì)其進(jìn)行成品檢驗(yàn)，是否滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國裝備自動(dòng)化低，制造精度低，工藝落后，產(chǎn)品性能差，企業(yè)規(guī)模小。

據(jù)介紹，世界輪胎三巨頭米其林、固特異、普利司通都在我國配套建立了翻新輪胎廠，并不斷開發(fā)、推廣新技術(shù)[5]。

2.2 廢舊輪胎的破碎加工

廢舊輪胎的主要成分是橡膠，不同的胎型，其制造的比例也不同。破碎加工可產(chǎn)生膠塊、膠粒和膠粉；常用的破碎方式有機(jī)械常溫破碎、低溫破碎等[7]方法。

在加工過程中，要采用磁選機(jī)將膠粒中的金屬除去，膠粒的纖維常采用空氣分離法除去；膠粒的尺寸范圍約為0.15～19 mm，膠粉的尺寸范圍約為0.075～4.75 mm[8]。

機(jī)械破碎加工，其突出特點(diǎn)是能耗大、磨損大，其工作效率也不高；生產(chǎn)膠粒、膠粉的成本較高，且技術(shù)落后于發(fā)達(dá)國家。

2.3 廢舊輪胎做燃料

輪胎的燃燒值較高，其主要成分為碳、氫和氧，比煤的熱值高約為5%～10%[9]。轉(zhuǎn)化為熱能有面臨重重困難，將廢舊輪胎作為能源開發(fā)利用有很多技術(shù)，做了較多的研究。

(1)直接焚燒

廢舊輪胎直接焚燒產(chǎn)生二惡英、酚類等對(duì)人體有害的致癌物質(zhì)，還產(chǎn)生二氧化硫、二氧化氮、含氯等鹵素氣體甚至氰氣或氰化物，污染環(huán)境，使土壤酸化。故要有專門的燃燒設(shè)備，減少氣體排放、降低濃度；故需要高成本、大投資、新技術(shù)；以至于德國Gummi-Mayer焚燒廠、英國Sita-Eim能源廠倒閉；日本的Ebara硫化床焚燒廠依然運(yùn)行[2]。

(2)作為燃料利用

廢舊輪胎直接作為燃料代替其他燃料進(jìn)行焚燒，運(yùn)用最廣的是水泥廠，加工成本低，能大量消耗廢舊輪胎，國外使用的案例較多。

日本已占到50%～60%，在水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)，利用率達(dá)到21%以上；煉鐵方面，其中炭黑是還原劑，鐵可回收，灰渣再利用，故利用率高達(dá)45%[1]。

2.4 廢舊輪胎的熱轉(zhuǎn)化

2.4.1 熱分解

熱分解是在缺氧或含氧量非常低的情況下發(fā)生的燃燒或氣化反應(yīng)。熱分解主要有熱裂解、催化降解和微波結(jié)聚等工藝。該過程會(huì)產(chǎn)生焦化油及合成氣體。熱分解包括熱解反應(yīng)，焦炭及合成氣體。優(yōu)點(diǎn)是焦炭、油都是市場(chǎng)上價(jià)值較高的產(chǎn)品，合成氣體也可供熱、發(fā)電等，鋼絲可回收。該處理方法的殘留物較少。如英國一家公司采用微波技術(shù)進(jìn)行熱解處理，取得了不錯(cuò)的效果。

投資商集中在炭黑市場(chǎng)上，需要的投資大，技術(shù)造價(jià)昂貴；如美國Delta能源公司開發(fā)了低溫?zé)峤夤に?，減少有害物質(zhì)，可回收炭黑；我國上海綠人生態(tài)經(jīng)濟(jì)科技有限公司的廢舊輪胎無剝離微負(fù)壓熱裂解技術(shù)獲得15項(xiàng)專利[5]，利用率大大提高。

2.4.2 氣化技術(shù)

與熱分解技術(shù)不同的是以生產(chǎn)合成氣為主要產(chǎn)物的熱解過程。氣化技術(shù)是控制氣體的數(shù)量，使不充分燃燒產(chǎn)生更多的合成氣體，用合成氣體發(fā)電。但投資更高，運(yùn)行費(fèi)用非常昂貴，現(xiàn)在還處于研制階段。從大眾的角度看，是高溫處理廢舊輪胎的理想選擇，技術(shù)和成本都是待研發(fā)的關(guān)鍵。

2.5 再生膠的加工

發(fā)達(dá)國家廢舊輪的再利用主要是翻新、生產(chǎn)膠粉和做燃料，而我國的再生膠加工成為回收廢舊輪胎的主要途徑，占廢舊橡膠利用總量71.3%。我國是橡膠消費(fèi)大國，再生膠可以代替部分生產(chǎn)橡膠制品，可以減少橡膠資源的進(jìn)口；再生膠的價(jià)格遠(yuǎn)低于天然橡膠。

2006年我國再生膠企業(yè)700多家，河北玉田、滄州，江蘇南通、浙江寧波等10萬t的生產(chǎn)基地[5]，成為再生膠最發(fā)達(dá)國家，再生膠產(chǎn)量居世界第一，生產(chǎn)規(guī)模、工藝技術(shù)、裝備技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量等都達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

2.6 膠粉的加工及再利用

膠粉的原料主要有兩部分來源：廢舊輪胎的加工和橡膠產(chǎn)品的下腳料。膠粉大部分來源廢舊輪胎。1994年美國在廢舊輪胎處理上使膠粉成為增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，到2000年，增長(zhǎng)了40%[3]。

我國主要生產(chǎn)企業(yè)有江陰市臺(tái)聯(lián)超細(xì)膠粉有限公式、南京東浩膠粉有限公司、湖北合得利膠粉有限公司、江西亞中橡塑有限公司、東風(fēng)輪胎集團(tuán)黃石橡膠有限公司等，產(chǎn)量為50萬t[5]。

膠粉是環(huán)保和資源回收再利用為一體的。膠粉的加工方法有常溫破碎、低溫破碎等，有粗膠粉、細(xì)膠粉和超細(xì)膠粉。膠粉用途廣，涉及各個(gè)行業(yè)，新的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增加。

(1)汽車配件的生產(chǎn)

具有較好的加工技術(shù)，及其好的產(chǎn)品質(zhì)量，很多的零部件采用膠粉來設(shè)計(jì)，有水管、膠墊等。

(2)體育用品

可以加工成鞋底和鞋墊等，很多著名的體育品牌都在做這方面的實(shí)驗(yàn)，目前添加量為20%左右[9]。

(3)橡膠瀝青

高速公路、飛機(jī)跑道、體育跑道、高爾夫球場(chǎng)等都有應(yīng)用，膠粉是瀝青改性的助劑，橡膠瀝青的使用可降低交通噪音，減少路面的破裂，提高路面的韌性，改善路面的各種狀況，但生產(chǎn)成本要較高[10]。

(4)改善模壓、擠壓產(chǎn)品性能

膠粉作為添助劑添加到物料中，可以改善模壓、擠壓產(chǎn)品的脫模性能，提高成型率，包括：瓦片、緩沖器、墊片、防腐產(chǎn)品等。

(5)彩色復(fù)合橡膠地板磚

防靜電地板磚，采用獨(dú)特的工藝流程加工制作；適合游泳館、廚房、衛(wèi)生間和電腦控制室等場(chǎng)合使用。

(6)農(nóng)業(yè)方面

應(yīng)用于地膜的生產(chǎn)，提高韌性，科室地膜重復(fù)使用；膠?？勺鳛橥寥赖恼{(diào)節(jié)劑，使土壤變得疏松、透氣，還可以改善土壤的性質(zhì)，防止有機(jī)質(zhì)的流失，使土壤變得更加肥沃，為植物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

(7)生產(chǎn)新輪胎

添加少量的廢舊輪胎膠粉來生產(chǎn)新輪胎，一般一條輪胎添加5%[3]左右；總體來看，生產(chǎn)的輪胎越多，膠粉的使用就越高，回收利用率也在逐漸增加；

膠粉的市場(chǎng)正在逐漸被開發(fā)，其中應(yīng)用較廣的是交通道路，各國正在齊頭并進(jìn)，競(jìng)爭(zhēng)在悄無聲息的加劇。膠粉的新市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)展，對(duì)于我們國家而言，應(yīng)抓緊時(shí)間，積極行動(dòng)起來，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。

3 結(jié) 語

輪胎翻新率低，大眾認(rèn)可程度低，要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)；輪胎直接利用市場(chǎng)局限性大；熱轉(zhuǎn)化需要的投資大，技術(shù)高，需要進(jìn)一步開發(fā)；膠粉的用途最廣，提高生產(chǎn)膠粉的技術(shù)，降低生產(chǎn)膠粉的成本，進(jìn)一步開發(fā)市場(chǎng)，加快推進(jìn)各個(gè)行業(yè)的使用。

廢舊輪胎的回收利用需要進(jìn)一步推廣，提高回收處理技術(shù)，使其回收利用率達(dá)到最高。目前來看，各種技術(shù)都有缺陷，需要進(jìn)一步去探索、研究、開發(fā)。在提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，大力推廣品質(zhì)高、能耗低、無污染的技術(shù)，建立節(jié)能共性技術(shù)和通用設(shè)備研發(fā)基地，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少能源消耗和環(huán)境污染，做到綠色低碳生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。