废旧汽车轮胎的处理与利用

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废旧汽车轮胎的处理与利用
1 z: r4 h9 c! f8 N8 ], D4 S5 S      作者:陈娟   天津城市建设学院 市政与环境工程系   
       指导教师:刘米囡
       摘要：我国的自然资源尤其是天然橡胶资源十分缺乏。近些年，随着汽车工业的迅速发展，出现了越来越多的废旧轮胎。如何处理这些废物，使之变废为宝呢？笔者在文中论述了多种处理与利用废旧汽车轮胎的方法，主要有焚烧，热解，制成胶粉，或者再生胶。除此之外，旧轮胎翻新与原型改制也是不错的选择。目前，我国使用最多的就是再生胶。如此一来，既解决了固体废物——废旧轮胎的回收处理问题，又节省了自然资源，一举两得，何乐而不为呢？
        关键词：废旧轮胎，再生胶, 胶粉, 旧胎翻新

1． 汽车轮胎的生产与回收利用现状
汽车给人们带来了交通上的方便，公路运输促进了经济的发展。但是我们在享受便利和品尝经济发展的成果时，不得不面对日益增多的废旧汽车轮胎。目前全世界每年有10亿条汽车轮胎报废。据统计，我国橡胶制品总产量已达360万吨/年,而废旧橡胶的产量约为140万吨/年，其中报废轮胎每年约有2000万条。仅仅依靠堆放的方法是不可能的，也是不现实的。更主要的是，露天堆放存在着诸多弊端，比如极易引起火灾和造成二次污染等等。单纯的掩埋的方法也因为占用土地等种种原因而被放弃使用。在我国废旧轮胎的利用主要集中在再生胶工业和翻胎业。近几年，胶粉的生产也有了很大的发展。
2． 废旧汽车轮胎的回收处理及利用的主要方法
: {8 x! L/ U; q- i2．1  旧胎翻新
+ u7 G$ `% R4 C4 n轮胎翻新是指轮胎经局部修补、加工、重新贴覆胎面胶，进行硫化，恢复其使用价值的一种工艺流程。汽车轮胎在使用过程中最普遍的破坏方式是胎面的严重破损。因此轮胎翻新是利用旧轮胎的主要方式之一。在美国30%以上的旧轮胎得到翻新，欧共体规定2000年，旧轮胎的25%必须得到翻新。而我国在这面与先进国家存在着较大差距,主要原因是国产轮胎的质量普遍低下，有翻新价值的旧轮胎的数量有限，目前得到翻新的旧轮胎还不到10%。
事实上，在使用、保养良好的条件下，一条轮胎可以翻新多次。每翻新一次，可重新获得相当于新轮胎寿命的60%—90%的使用寿命，平均里程大约为5万至7万公里。通过多次翻新，至少可使轮胎的总寿命延长1—2倍。提高了汽车轮胎的使用寿命，在另一方面也是促进了旧轮胎的减量化。对于我国，要缩小与发达国家在这方面的差距，就必须从提高汽车轮胎的质量入手，改进轮胎生产工艺以便生产出高质量、长寿命的汽车轮胎。当然，这还要有国家的政策的引导以及行业标准的规范。总之，提高轮胎的使用寿命是发展汽车轮胎翻新业的必要前提。
2．2 原型改制
原型改制是通过捆绑、剪裁、冲切等方式，将废旧轮胎改造成有利用价值的物品。最常见的是用作码头和船舶的护舷，用作人工礁或防洪堤，或者用作公路的防护拦，以及用于建筑消音隔板等。日本有人发明了用废旧轮胎固坡的方法：将废旧轮胎整齐的摆放在坡面上，然后用水泥浇灌空隙，使废旧汽车轮胎与坡面坚固成一体，这是一个很有创意的利用方式。
1 ?% n2 A: J5 h" y! o9 A然而，虽然原型改造是一种非常有价值的回收方法，但是该方法消耗的废旧轮胎量并不大，所以只能当是一种辅助途径。
2．3 焚烧
) g9 C1 b- y, s. B  D废旧汽车轮胎是一种高热值材料（2973MJ/kg），其每公斤的发热量比木材高69%，比烟煤高10%，比焦碳高4%，因此被认为是一种有吸引力的潜在燃料。废旧轮胎可作为水泥窑的燃料，可用来燃烧发电。
$ C7 p* m3 x& [; [  h1979年普林斯顿轮胎公司与日本水泥公司共同研究了废旧轮胎作水泥燃料的试验。该方法主要考虑轮胎含有铁和硫，它们是水泥所需要的组分，轮胎中的橡胶及炭黑是燃料，可提供水泥燃烧所需的能量。其流程是先将废旧轮胎切碎至一定粒度，而后投入水泥窑。在1500度的左右的高温燃烧。废轮胎中的硫氧化成二氧化硫，在有金属氧化物时进一步氧化成三氧化硫，与水泥原料石灰结合生成硫酸钙，变成水泥成分之一，防止二氧化硫的污染。金属丝在1200度熔化与氧生成三氧化二铁，进一步与水泥原料氧化钙，三氧化二铝反应，也转成为水泥的成分之一。因为水泥窑身较大，所以轮胎在窑中（1500度）停留时间较长，不会产生黑烟和臭气。
如今在美国、日本以及欧洲许多国家，有不少水泥厂，钢铁厂，发电厂，造纸厂和冶炼厂都在用废旧轮胎作燃料，效果非常好。
2．4 热解
% f0 b9 s6 {% A5 b8 w热解法是利用有机物的热不稳定性，在无氧和缺氧的条件下，进行加热、蒸馏、经冷凝后形成各种新的气体、液体、固体的过程。废旧轮胎经过热裂解可提取具有高热值的燃料气体，富含芳烃的油及炭黑等有价值的化学产品。
4 J/ Z" a$ ~2 o据原联邦德国汉堡大学研究，轮胎热解所得到的主要成分见下表：

& L3 f# {3 V/ D7 m4 H$ C0 D
组分 气体 液体   
2 v  B6 R. o( l4 d1 V2 B0 ?# U* m2 y组分 甲烷 乙烷 乙烯 丙烯 一氧化碳 苯 甲苯 芳香族化合物   
3 k2 I' h7 F1 S: V/ {比例% 15.13 2.95 3.99 2.50 3.80 4.75 3.62 8.50  
( V1 V+ N+ K* k9 A! r2 c气体组成中，除水外，CO2、氢气和丁二烯也占一定比例。在气体和液体中还有微量的硫化氢和噻吩，但含硫量都低于标准。热解产品组成随热解温度不同略有变化。温度增加气体含量增加而油品减少，碳含量也增加。
) \( N& ]4 ?3 T! z: Q) D废轮胎的热解炉主要应用流化床及回转窑。废轮胎经剪切破碎机破碎至小于5mm，轮缘等的绝大部分被分离出来，用磁选出去金属丝。轮胎粒子经螺旋加料器等进入直径为5cm，流化区为8cm，底铺石英砂的电加热反应器中。流化床的气流速率为500L/h，流化气体由氮及循环热解气组成。
热解气流经除尘器与固体分离，再经静电沉积器除去炭灰，在深度冷却器中将热解所得油品冷凝下来，未冷凝的气体作为燃料气体为热解提供热能或作流化气体使用。
/ L( k( a; R- V# [8 P2 F. B由于上述工艺需求将进料切成小块，预加工费用较大。为解决此问题已研究出一种不必将轮胎破碎即可加工热解的技术装置。这种设备采用一种由砂或碳黑组成的流化床，流化床内由分置为两层的七根辐射火管间接加热。生成的气体一部分用于流化床，另一部分燃烧为分解反应提供热量。
- f% ]& M9 d+ v- e- G. T. J整轮胎通过气锁进入反应器，轮胎到达流化床后，慢慢地陈入砂内，热的砂粒覆盖在它的表面，使轮胎热透而软化，流化床内的砂粒与软化的轮胎不断交换能量，发生摩擦，使轮胎渐渐分解。二、三分钟后，轮胎全部被分解完，在砂床内残留的是一堆弯曲的钢丝，钢丝由伸入流化床内的移动式格栅移走。
, c! ^$ K8 C. x$ O5 n8 |热解产物连同流化气体经过旋风分离器及静电除尘器，将橡胶、填料、炭黑和氧化锌分离除去。气体通过油洗涤器冷却，分离出含芳香族高的油品。整个过程所需能量不仅可以自给，还有剩余热量可供它用。通过气流分选器可得到符合质量标准的炭黑，再应用于橡胶工业。残余部分可以收集氧化锌。所以，采用整轮胎流化床热解工艺，在经济上是合算的。
6 M/ H+ I9 v- Q+ E5 N5 z2 _2．5 胶粉
( j, S: l' [: s( T2 t3 E* u通过机械方式将废旧轮胎粉碎后得到的粉末状物质就是胶粉，其生产工艺有常温粉碎法、低温冷冻法粉碎法、水冲击法等。顾名思义，低温冷冻粉碎法就是利用冷媒（通常是液氮）将费旧轮胎冷冻到低于胶粉中的高聚物的玻璃化温度Tg值以下，使其碎化后再进行粉碎。
依据胶粉的活化处理可分为普通胶粉和活化胶粉（改性胶粉），活化胶粉是为了提高胶粉配合物的性能而对其进行化学处理的胶粉。实验证明，生产轮胎的天然胶配方与加入60目活性胶粉的配方相比，其拉伸强度基本没什么变化，而活性胶粉的价格只有天然胶粉的1/3，大大降低了橡胶制品的生产成本。
胶粉的一个重要应用就是与沥青混合制成改性沥青，而用于公路建设中。胶粉渗入到沥青中，可提高沥青的韧性，而且能够吸收沥青中的油腊，减少了游离腊含量，从而是沥青对温度的敏感性下降。用胶粉改性沥青铺设的路面比普通沥青路面更耐用，低噪音，少产生裂缝，寿命长一倍。用胶粉改性沥青铺设的一条双向高等级公路，每公里路面可消耗1万条废旧汽车轮胎制成的胶粉。从上个世纪90年代开始，以美国为首的西方国家纷纷以立法的形式，鼓励或强制在公路修建中使用胶粉。到上世纪末，美国铺设的胶粉改性沥青，路面已超过1.1万公里。
近年来，我国每年修建公路需消耗多达200万~300万吨沥青。若在沥青中渗入15%的胶粉，则每年可消耗30万~40万吨。其结果就是既不必进口昂贵的改性沥青，又疏通了胶粉的消费渠道，使国内自有资源得到充分利用，促进了胶粉生产企业的发展。总的看来，胶粉有着巨大的市场前景，我国在技术和政策扶持方面还有很多工作要做。
2．6 再生胶
" v1 W1 A' d3 p7 _, X8 Q; R9 L) s再生胶是指废旧橡胶经过粉碎、加热、机械处理等物理化学过程，使其弹性状态变成具有塑性和粘性的，能够再硫化的橡胶。再生胶组分中除含有橡胶烃外，还含有像炭黑、软化剂和无机填料之类的配合剂。我国目前利用废旧橡胶的主要方式就是生产再生胶。
; D( l$ x; b1 m7 b, e* a生产再生胶的主要过程为硫化胶的再生，称为“脱硫”，是一个与硫化相反的过程。硫化胶的再生机理的实质为：硫化胶在热、氧、机械力和化学再生剂的综合作用下发挥降解反应，破坏硫化胶的立体网状结构，从而使废旧橡胶的可塑性有一定的恢复而达到再生的目的。
) R) T  E: p; i0 k) x6 j+ T) j为了提高再生胶质量，降低能耗，再生胶生产的新工艺不断出现。例如美国对硅橡胶进行蒸汽粉碎法处理，可得到再生硅橡胶。作为填料减少了硅橡胶配方的成本，得到的橡胶有优秀的抗老化性能，并能保持硅橡胶原有的杰出电性能。硅橡胶价格昂贵，而再生胶的价格较低，能够推广使用。
3 d, j/ w9 n* V' j3．结束语
在废旧汽车轮胎的回收和利用中可首先考虑在橡胶生产的工厂中减少废胶料的产生，尽量减少废品的生产率，努力提高国产汽车轮胎的质量，出厂后的轮胎则应尽量延长其使用寿命。在做好上述工作的同时，我们要充分利用上述六种方法。
但是，目前看来，生产胶粉是回收利用废旧汽车轮胎的最佳途径。因为胶粉的生产具有如下特点：不需要再生胶生产中的脱硫、精炼等工序工艺过程比传统的再生胶生产工艺大为简化，可节省大量的设备，厂房和人力，不存在废水、废气、粉尘的污染，另外胶粉的应用范围很广，存在着巨大的市场前景。
1 F* e" q  C$ |5 b8 L现在，我国的废旧轮胎的回收率很低，利用方式主要是生产再生胶（占总利用率的95%），废旧轮胎的回收利用的形势很严峻，任务很艰巨，相信随着科技的发展，我们一定可以彻底解决废旧汽车轮胎的回收处理问题。
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主要参考文献：
7 }  z( M! U, c3 n+ f' t8 W  1、《生活垃圾资源化原理与技术》，赵由才，北京，化工出版社，第232~248页
  2、《废旧轮胎利用纵览》，邓海燕，《中国橡胶》，18卷，第23期，第25~27页
  3、《能源通讯》，2003年第2期，第24页
  4、《城市环境问题》，王琦等，贵阳，贵州科技出版社，第213页
. l" u" M! Q" r  P7 D0 _  5、《世界环境科技发展与实力分析》，陈利秋，北京，中国环境科技出版社，
: S% E6 X' L& T" O第16页

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