玻璃鋼固廢無(wú)害化資源化處置方法現(xiàn)狀*

唐勛，劉春雨，鄭躍紅，馬躍，岳長(zhǎng)濤

1.國(guó)能龍?jiān)喘h(huán)保有限公司；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）

玻璃鋼即纖維增強(qiáng)塑料，是以玻璃纖維及其制品作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合材料[1]。根據(jù)使用樹脂品種不同可分為聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼和酚醛玻璃鋼等。纖維是脆性材料，易損傷和斷裂；合成樹脂是韌性材料，具有黏彈性和彈塑性。玻璃纖維可以制成各種形狀的堅(jiān)硬制品，能承受拉、彎曲、壓縮等應(yīng)力，又兼具玻璃纖維的絕緣、隔熱和耐腐蝕等性能，是一種性能優(yōu)越的復(fù)合材料。

近五十多年，玻璃鋼是發(fā)展迅速的一種復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域，主要包括建筑、化學(xué)化工、交通運(yùn)輸、公路建設(shè)、電氣等行業(yè)。早在2009年我國(guó)玻璃鋼產(chǎn)量就已經(jīng)達(dá)到323萬(wàn)噸，居世界第二位，所產(chǎn)生的邊角廢料近20噸[2]。2019年玻璃鋼總產(chǎn)量達(dá)到445萬(wàn)噸，所產(chǎn)生的邊角廢料相應(yīng)增加，同時(shí)，玻璃鋼在維修過(guò)程和老化報(bào)廢過(guò)程中也產(chǎn)生大量廢棄物。玻璃鋼廢料不具備自然分解和降解能力，廢舊玻璃鋼回收處置是環(huán)境保護(hù)要求下的必然趨勢(shì)。

一、玻璃鋼處理技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)最早對(duì)玻璃鋼廢料的回收方法是焚燒和填埋處理。玻璃鋼焚燒會(huì)排出有毒煙氣，污染環(huán)境；采用填埋處理，由于玻璃鋼無(wú)法降解，會(huì)增加土地浪費(fèi)，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，這種方法已失去發(fā)展前景[3]。國(guó)外對(duì)玻璃鋼固體廢棄物資源化利用的研究主要集中在日本、歐洲、美國(guó)等國(guó)家及地區(qū)。日本將玻璃鋼固體廢棄物粉碎，根據(jù)需要，粉碎程度不同的廢舊玻璃鋼可作為填料，或加入水泥中[4]；歐洲采用連續(xù)粉碎機(jī)粉碎玻璃鋼固體廢棄物，回收粉碎物制成玻璃纖維物及粉末狀再生品[5]；美國(guó)推出了新型的玻璃鋼固體廢棄物收回設(shè)施，此設(shè)備可以在不損壞玻璃纖維完整性的前提下，對(duì)玻璃鋼固體廢棄物進(jìn)行破碎成為小顆粒狀固體廢棄物，再合成其他的產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)資源化利用。在國(guó)內(nèi)外，玻璃鋼固體廢棄物的回收工藝可分為能量回收、物理回收及化學(xué)回收工藝[6-8]。

（一）能量回收工藝

能量回收工藝是將玻璃鋼固體廢棄物放進(jìn)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎后得到顆粒狀玻璃鋼固體廢棄物投入到燃燒爐中燃燒，回收玻璃鋼固體廢棄物燃燒產(chǎn)生的熱量，燃燒后產(chǎn)生的固體殘?jiān)梢宰鳛樗嘣稀?/p>

玻璃鋼固體廢棄物在能量回收工藝中產(chǎn)生的發(fā)熱值主要取決于玻璃鋼固體廢棄物中有機(jī)組分含量。有機(jī)物質(zhì)燃燒會(huì)產(chǎn)生熱量，玻璃鋼固體廢棄物中有機(jī)成分含量越高，熱值越高，反之亦然。有機(jī)組分含量高的玻璃鋼固體廢棄物更符合能量回收工藝要求。

蔡金山等對(duì)玻璃鋼固體廢棄物用作替代燃料進(jìn)行研究，玻璃鋼固體廢棄物可以有效代替煤炭作為燃料。玻璃鋼固體廢棄物完全分解，且不產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境友好，可實(shí)現(xiàn)玻璃鋼固體廢棄物的無(wú)害化資源化利用。

能量回收工藝是玻璃鋼固體廢棄物處理工藝中最簡(jiǎn)單的一種工藝處理方法，此工藝的優(yōu)點(diǎn)是處理方法簡(jiǎn)單，但是對(duì)燃燒爐等設(shè)備的要求相對(duì)較高，一方面要承受高溫；另一方面排放的氣體需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，避免造成二次污染。

（二）物理回收工藝

物理回收工藝是將玻璃鋼固體廢棄物進(jìn)行機(jī)械粉碎，粉碎后的顆粒根據(jù)粒徑不同，可作為原材料應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，一般作為復(fù)合型材料的填料回收利用。

王輝等[9]研究不同填料對(duì)復(fù)合材料性能的影響，將玻璃鋼固體廢棄物粉末加入聚氨酯中，當(dāng)其填充量達(dá)到10%，聚氨酯的拉伸和彎曲性能就得到了提高。葉林忠[10]將破碎后的玻璃鋼固體廢棄物作為填充物，加入丁腈橡膠中，當(dāng)其填充量達(dá)到20%，對(duì)丁腈橡膠的性能有一定補(bǔ)強(qiáng)作用。

玻璃鋼固體廢棄物回收后的用途，很大程度上取決于其粉碎后的粒徑大小，玻璃鋼固體廢棄物的粉碎程度由粉碎設(shè)備所決定。

劉媛[11]研究了玻璃鋼固體廢棄物破碎——分級(jí)處理工藝，通過(guò)破碎——分級(jí)處理，使玻璃鋼固體廢棄物破碎，得到顆粒狀固體粉末，作為填料加入聚丙烯中，熔融后裝入模具中，制造出復(fù)合材料。顆粒狀玻璃鋼固體廢棄物作為填料，其顆粒尺寸、純度及添加量都會(huì)對(duì)合成材料的力學(xué)和熱學(xué)性能造成一定影響。

鐘艷霞[12]等在玻璃鋼固體廢棄物資源化的研究中，設(shè)計(jì)并研發(fā)了回收專用設(shè)備，通過(guò)切割、粉碎、篩分等一系列流程，將玻璃鋼固體廢棄物轉(zhuǎn)化為一定粒度的顆粒，將其作為填充材料，制成新產(chǎn)品，完成玻璃鋼固體廢棄物資源化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用。

物理回收工藝處理玻璃鋼固體廢棄物的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)玻璃鋼固體廢棄物的可持續(xù)利用，對(duì)設(shè)備的要求較低，能滿足環(huán)保要求，但對(duì)玻璃鋼固體廢棄物原料的要求較高，具有一定的局限性。物理回收工藝只能處理相對(duì)純凈的玻璃鋼固體廢棄物，對(duì)污染的玻璃鋼固體廢棄物，需要先進(jìn)行預(yù)處理，滿足要求后才能進(jìn)行物理回收。

（三）化學(xué)回收工藝

化學(xué)回收工藝主要通過(guò)化學(xué)方法，將粉碎后的玻璃鋼固體廢棄物中的合成樹脂，分解成氣態(tài)小分子化合物，從而將其中纖維分離出來(lái)。主要方法有水解法、熱解法、氨解法、醇解法等。

水解法是將玻璃鋼固體廢棄物放入超臨界水中，在高溫高壓環(huán)境中，玻璃鋼固體廢棄物水解，分離得到玻璃纖維等固態(tài)物質(zhì)。加入合適的催化劑可降低反應(yīng)溫度和壓力，目前效果最佳的催化劑是氫氧化鈉，在反應(yīng)溫度、壓力和時(shí)間一定的情況下，氫氧化鈉催化劑分解效率最佳。

熱解法是在無(wú)氧環(huán)境下，加熱分解玻璃鋼固體廢棄物，一般加熱到500℃左右時(shí)產(chǎn)生熱解氣，當(dāng)溫度達(dá)到700℃左右時(shí)則出現(xiàn)液體和固體產(chǎn)物[13]。熱解得到的液體可作為燃料，固體可作為填充物再利用。由于熱解法所需溫度較高，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求嚴(yán)苛。在玻璃鋼固體廢棄物熱解實(shí)驗(yàn)中，引入水蒸氣作為熱源，可以使玻璃鋼固體廢棄物均勻受熱，達(dá)到300℃左右即可實(shí)現(xiàn)熱解。

氨解法是在氨化劑作用下，溶解玻璃鋼固體廢棄物中聚酯類物質(zhì)，通過(guò)過(guò)濾等方法，將聚酯類物質(zhì)分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)再利用。

醇解法是將玻璃鋼固體廢棄物通過(guò)粉碎機(jī)粉碎后加入乙二醇溶液中，在高溫環(huán)境和堿催化劑作用下，玻璃鋼固體廢棄物中的樹脂類被分解，分解產(chǎn)物可直接加入丁烯二酸類物質(zhì)，生成不飽和聚酯，實(shí)現(xiàn)再利用。

化學(xué)回收工藝中水解法、氨解法和醇解法處理玻璃鋼固體廢棄物，都是將玻璃鋼固體廢棄物中樹脂類材料分解。化學(xué)回收工藝處理玻璃鋼固體廢棄物的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原料要求低，各種粒度和純度的玻璃鋼廢棄物都可采用化學(xué)回收工藝進(jìn)行處理，但此工藝方法成本較大，不利于大范圍推廣使用。

二、結(jié)論

玻璃鋼固體廢棄物資源化的方法，主要有能量回收、物理回收、化學(xué)回收等工藝，這幾種工藝方法各有優(yōu)劣。能量回收工藝處理方法簡(jiǎn)單，但對(duì)燃燒爐等設(shè)備要求相對(duì)較高；物理回收工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，能達(dá)到玻璃鋼固體廢棄物的可持續(xù)利用，對(duì)設(shè)備要求相對(duì)較低，能滿足環(huán)境要求，但對(duì)玻璃鋼固體廢棄物原料的要求較高，具有一定局限性；化學(xué)回收工藝對(duì)玻璃鋼固體廢棄物原料要求低，但成本較大。根據(jù)玻璃鋼固體廢棄物不同的原料成分及處理要求選擇合適的處理技術(shù)，是目前較為普遍的處理方法。