環(huán)境材料第四章再生循環(huán)課件

04十一月2022環(huán)境材料第四章再生循環(huán)02十一月2022環(huán)境材料第四章再生循環(huán)14.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑4.2面對再生循環(huán)的環(huán)境保護政策4.3材料的再生循環(huán)設(shè)計4.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀4.5塑料的再生技術(shù)4.6建筑材料的再生循環(huán)4.7干電池的綜合回收與利用本講內(nèi)容Date24.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑本講內(nèi)容Date2環(huán)境材料的最大目標(biāo)之一就是開發(fā)可以反復(fù)使用的材料，在技術(shù)進步的前提下，創(chuàng)造一個可以順利開展再生循環(huán)利用的社會、經(jīng)濟體系，使人們形成一種自覺選擇、使用環(huán)境協(xié)調(diào)型產(chǎn)品的意識。Date3環(huán)境材料的最大目標(biāo)之一就是開發(fā)可以反復(fù)使用的4.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑對于某種生物來說沒有用途的東西，在某些場合可能是其他生物的資源，自然界中將所有的生物有機地聯(lián)系起來，就形成一個循環(huán)系統(tǒng)（生物圈）。如何減少廢棄物是迫切需要解決的課題。除了能源以外，許多礦產(chǎn)資源如鋅、鎘、錫等也面臨枯竭。4.1.1再生循環(huán)的背景Date44.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑對于某種生物來說沒有用途的建立符合自然規(guī)律的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的戰(zhàn)略方針應(yīng)遵循如下兩條原則：（1）盡可能使用在自然界中可循環(huán)的材料，并將自然的循環(huán)應(yīng)用到其廢棄和生產(chǎn)過程中。（2）盡可能少使用在自然界中不可循環(huán)的材料。對那些非用不可的材料，應(yīng)事先先設(shè)計一個再生循環(huán)系統(tǒng)。4.1.1再生循環(huán)的背景Date5建立符合自然規(guī)律的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的戰(zhàn)略方針應(yīng)遵循如下兩4.1.2再生循環(huán)的形態(tài)將廢棄物作為資源再生利用，其利用方式隨制造過程的階段不同而有很大差異，不同階段進行再生利用時，所要解決的問題的意義及重點也不相同。在進行再生循環(huán)時，要根據(jù)解決的問題來選擇具體實施的階段。Date64.1.2再生循環(huán)的形態(tài)將廢棄物作為資源再生利用，其利用方(1)單純再利用（reuse）將不同的東西可以直接提供給其他消費者利用。(2)部件的回收再利用將廢棄物中一部分零部件取出，可將這類部件用在別的系統(tǒng)上繼續(xù)發(fā)揮其結(jié)構(gòu)和功能的作用。(3)作為原材料再利用（recycle）將一定組成的物質(zhì)直接利用還是通過“分解、分離”成與原材料更接近的物質(zhì)，這在工藝的概念上是完全不同的。(4)能源回收（reclaim)有機物燃燒會放出能量，金屬則有時被稱作是通過還原等過程而聚集在一起的能量塊。再生循環(huán)的形態(tài)Date7(1)單純再利用（reuse）再生循環(huán)的形態(tài)Date74.1.3再生循環(huán)的問題(1)消費者首先必須參與利用廢棄物資源的行動：a)分類回收；b)購買再生原料制品。(2)通過再生循環(huán)獲得廉價的原材料在相同的經(jīng)濟利潤前提下，存在著最經(jīng)濟的再生循環(huán)率。影響再生循環(huán)率的手段：可通過技術(shù)的開發(fā)，社會體制的支持和提高原材料的價格（在金融、稅率上采取措施）予以干預(yù)。(3)再生循環(huán)面臨的困難。再生材料品質(zhì)和數(shù)量上的不穩(wěn)定。分選分離都很費事，導(dǎo)致處理費用的提高，增加能耗及回收過程使用化學(xué)藥品帶來的環(huán)境負荷方面的影響。Date84.1.3再生循環(huán)的問題(1)消費者首先必須參與利用廢棄物(4)再生循環(huán)的發(fā)展方向A.雜質(zhì)無害化技術(shù)。B.通用性材料。C.長壽命材料：延長材料的使用壽命，減少廢棄。4.1.3再生循環(huán)的問題Date9(4)再生循環(huán)的發(fā)展方向4.1.3再生循環(huán)的問題Date94.2面對再生循環(huán)的環(huán)境保護政策

4.2.1歐洲的環(huán)保政策歐洲各國對環(huán)境保護持積極態(tài)度。德國1972年制定了“廢棄物處理法”。為了與這個政令配合，成立了DSD（DuelSystemDeutschlaud）公司。1992年8月提出了“限制廢車條例”的提案。其最重要的議題就是汽車制造商有義務(wù)回收廢舊車。并要求就以下內(nèi)容制定相應(yīng)的措施：(1)追求在設(shè)計及制造中的可分解性；(2)促進貼商標(biāo)及再生循環(huán)的程序；(3)制造過程中的再利用與再生循環(huán)等。Date104.2面對再生循環(huán)的環(huán)境保護政策

4.2.1歐洲的環(huán)保政在1993年3月，德國聯(lián)邦議會通過了新的廢棄物處理法。被稱作“循環(huán)型經(jīng)濟廢棄物法”，主張“生產(chǎn)者和消費者共同對產(chǎn)品的全過程負責(zé)”，“用再資源化代替簡單的廢棄物處理”，使生產(chǎn)過程開始就明確提倡制訂“循環(huán)型經(jīng)濟”、“再生義務(wù)”和“回收義務(wù)”，為工業(yè)垃圾的再資源化奠定了基礎(chǔ)。4.2.1歐洲的環(huán)保政策Date11在1993年3月，德國聯(lián)邦議會通過了新的廢棄物處理法。被稱作4.2.2美國再生資源法規(guī)立法的可能性美國雖尚無一部全國實行的再生循環(huán)法規(guī)。但從20世紀(jì)80年代中期開始,先后已有半數(shù)以上的州制訂了不同形式的再生循環(huán)法規(guī)，各地方再生循環(huán)物品的回收活動迅猛發(fā)展，半數(shù)以上的人口參與了這一活動。不管美國在法規(guī)制訂方面如何，但在“產(chǎn)品責(zé)任制”的意識方面是走在前面的國家。Date124.2.2美國再生資源法規(guī)立法的可能性美國雖尚無一部全國

4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施1991年10月開始實施“關(guān)于促進利用再生資源的法律”，目的在于確保資源的有效利用，抑制廢棄物的產(chǎn)生及保護環(huán)境。從再生循環(huán)的角度規(guī)定了一些重要的行業(yè)、產(chǎn)品和副產(chǎn)品如：(1)指定一些行業(yè)要求這些行業(yè)促進再生資源的利用，做出利用再生資源的計劃。Date13

4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施1991年10月開始實施2)指定產(chǎn)品易再生產(chǎn)品的制造：要求在產(chǎn)品的設(shè)計階段要進行事前論證并作好記錄，要求在材質(zhì)及結(jié)構(gòu)、分類、信息提供、提高技術(shù)等方面下工夫。3)指定副產(chǎn)品促進副產(chǎn)品的利用。要求廠家做出促進利用再生資源的計劃，務(wù)必按規(guī)格、型號要求進行加工、生產(chǎn)；配備必要的設(shè)備，提高技術(shù)等。4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施Date142)指定產(chǎn)品4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施Date144.3材料的再生循環(huán)設(shè)計材料的可循環(huán)再生設(shè)計是在設(shè)計階段就充分考慮材料的循環(huán)再生性，不僅比后期處理難度小，而且效益高。8.3.1考慮再生循環(huán)的材料設(shè)計如何建立和發(fā)展社會性再生循環(huán)體系；極力減少資源采掘量并持續(xù)不斷地提供高質(zhì)量的材料。迄今為止，材料研究者一直在致力于研究和開發(fā)更強、更韌，能在更嚴(yán)酷的環(huán)境下使用的具有更高性能的材料。結(jié)果是各種各樣化學(xué)組成的材料被開發(fā)出來，但在以往的材料開發(fā)過程中關(guān)于如何節(jié)約能源及如何作到易于循環(huán)的觀念是很淡薄的。Date154.3材料的再生循環(huán)設(shè)計材料的可循環(huán)再生設(shè)計是在設(shè)4.3.2計算機輔助材料預(yù)測技術(shù)將一些理論上不能解釋的現(xiàn)象方便地數(shù)值化了，并成功的制造出高性能的機械。然而到目前為止，類似的情況在材料的設(shè)計中還十分罕見。一些數(shù)值化后而又含義模糊的部分還期望將來基礎(chǔ)理論發(fā)展后再給予替換或修正。

Date164.3.2計算機輔助材料預(yù)測技術(shù)將一些理論上不能4.3.3應(yīng)用材料預(yù)測技術(shù)使材料環(huán)境材料化再生循環(huán)對于像鋁、銅、鈦、鎳等合金體系更為緊迫，也期望能發(fā)展類似的材料預(yù)測技術(shù)。材料的性能可通過化學(xué)成分的選擇以及由控制加工、熱處理等制造工藝而確定的微觀組織來決定。采用以基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)的材料預(yù)測技術(shù)來控制生產(chǎn)、使用、廢棄、回收的循環(huán)，這是“金屬材料環(huán)境材料化”的重要課題。Date174.3.3應(yīng)用材料預(yù)測技術(shù)使材料環(huán)境材料化再生循環(huán)對于像鋁

4.3.4復(fù)合材料與環(huán)境材料把塑料＋玻璃纖維、碳纖維制成復(fù)合材料，作為一種環(huán)境材料而引人注目。有機材料和無機材料復(fù)合的典型代表是玻璃纖維強化塑料（FRP），它作為輕質(zhì)和強度兼?zhèn)涞牟牧嫌卸喾N用途，而要使這種復(fù)合材料成為有利于地球環(huán)境的環(huán)境材料，就必須作到容易再生循環(huán)才行。Date18

4.3.4復(fù)合材料與環(huán)境材料把塑料＋玻璃纖維、碳纖維制成4.3.5塑料合金的研究將二種以上的聚合物復(fù)合，作為具有新功能的材料即所謂塑料合金。例如：將液晶聚合物（LCP）和工程塑料復(fù)合，做成輕質(zhì)和機械強度兼?zhèn)淝胰菀自偕h(huán)的材料。這種材料作為取代上述有機/無機復(fù)合材料的新材料而被普遍關(guān)注。液晶聚合物經(jīng)加熱后變成兼有固體和液體兩者特征的液晶狀態(tài)，它是一種流動性很強的熱塑性材料。在高溫下融化形成均勻?qū)?，?dāng)成型后使溫度下降時，液晶聚合物便分散在聚合物基體當(dāng)中。由于形成原纖維（微小纖維），所以它可以發(fā)揮與玻璃纖維同樣的增強效應(yīng)。這種材料粉碎時，即使原纖維被破壞了，再成形時原纖維又能形成，因此再生循環(huán)后性能變化不大，可大體保持原始的機械強度。

Date194.3.5塑料合金的研究將二種以上的聚合物復(fù)合，作為具有新4.3.6熱塑性彈性體熱塑性彈性體是兼?zhèn)湎鹉z與熱塑性塑料特點的新材料，在粘接劑、機電產(chǎn)品、汽車制造等方面已被大量使用。這種材料具有橡膠的性質(zhì)，同時還可以熔融成形，與必須加硫的橡膠相比更容易再生循環(huán)。熱塑性彈性體是由軟鏈段和硬鏈段組成，硬鏈段承受強度，軟鏈段產(chǎn)生柔性。由它們組合可制造出多種熱塑性彈性體。Date204.3.6熱塑性彈性體Date20Date21Date214.3.7金屬合金的設(shè)計--超級通用合金現(xiàn)在針對不同的用途開發(fā)了不同的材料，材料的種類一直在增加。這么多不同種類組成的材料混雜在一起，使廢料的再生循環(huán)很困難。超級通用合金即是合金種類最少，而且能滿足多種用途要求的標(biāo)準(zhǔn)體系合金。另一方面，在再生循環(huán)時，難以使廢料的品位一致，也難以避免由于雜質(zhì)的混入而造成的化學(xué)成分變化。Date224.3.7金屬合金的設(shè)計--超級通用合金現(xiàn)在針對不同的用途(1)通用合金由有限的元素構(gòu)成，通過改變其配比可在大范圍內(nèi)改變其性能的合金系。A.Fe-Ni-Cr系鋼：改變Fe、Ni、Cr的相對含量，可得到鐵素體鋼到不銹鋼等一系列鋼種，這些鋼的組織及性能有很大的變化。B.Ti合金：改變Ti、Al、V的相對含量，可使合金的組織與性能發(fā)生很大的變化。Date23(1)通用合金由有限的元素構(gòu)成，通過改變其配比可在大范圍內(nèi)例：Ti合金的基本組成與組織設(shè)計

Ti在882℃的相變溫度以上是β相，以下是α相。依合金元素的種類與添加量不同，可分類為α、α+β以及β合金。Date24例：Ti合金的基本組成與組織設(shè)計

Ti在882℃的相變溫度以Date25Date25最近，關(guān)于Ti合金也有了基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)的相平衡計算。根據(jù)正則熔體模型的熱力學(xué)計算，可以相當(dāng)精確地計算多元素Ti合金中的相平衡。此外，利用亞晶格模型可以處理Ti3Al等化合物，也可以計算Ti-Al-Sn-Zr系的α/Ti3Al相平衡問題。這樣，通過計算來預(yù)測結(jié)構(gòu)的組織正在成為可能。

日本的通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院，在預(yù)測拉伸性能時，通過計算成功地開發(fā)了能大幅度提高現(xiàn)有合金性能的Ti合金。Date26最近，關(guān)于Ti合金也有了基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)的相(2)組成變化不太敏感的合金作為合金的強化機制，常用的有馬氏體相變及第二相的析出等相變現(xiàn)象，這些相變或析出現(xiàn)象受化學(xué)組成影響的程度比固容強化作用更大，當(dāng)偏離某一合金成分時，相變或析出現(xiàn)象有可能完全不發(fā)生。與此相反，固溶強化與合金組成的關(guān)系是比較平緩而連續(xù)的，再生循環(huán)造成的雜質(zhì)及合金元素量的變動對性質(zhì)的影響較小。因此，固溶合金可以作為有前途的再生循環(huán)候選材料。Date27(2)組成變化不太敏感的合金Date27(3)金屬再生循環(huán)的逐次降級使用情況在合金學(xué)中，通過添加合金元素的配比，晶粒度等微觀組織的控制等，以謀求合金的高性能。然而，在再生循環(huán)時，組成一復(fù)雜，分選與分離就困難了。此外，存在不能分離的合金元素時，有可能使原來各合金元素的功能不能充分發(fā)揮出來。因此，以廢金屬作原料的金屬再生循環(huán)，實際上倒不如說仍是以“逐次降級使用”為主，既一級一級地向低級別產(chǎn)品再生的過程。Date28(3)金屬再生循環(huán)的逐次降級使用情況在合金學(xué)中，通過添加合金(4)簡單合金的可再生循環(huán)設(shè)計

簡單合金：就是組元組成簡單的合金。簡單合金在成分設(shè)計上應(yīng)有以下特點：合金組元、規(guī)格簡單化，再生過程中容易分選；原則上不添加現(xiàn)在尚不能精練脫除的元素；盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的元素。研制原則：在維持合金高性能的前提下，盡量減少合金組元數(shù)；獲取合金高性能時，以控制顯微組織作為加入合金元素的替代方法。這種設(shè)計合金的思路叫做省合金化設(shè)計或最小合金化法。Date29(4)簡單合金的可再生循環(huán)設(shè)計

簡單合金：就是組元組成簡單的對現(xiàn)代材料進行環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計項目，需要進行多方面的考慮，一般包括：(1)強度（也包括疲勞強度等），韌性，高比強度（先進性）；(2)簡單組成，易解體結(jié)構(gòu)（合金協(xié)調(diào)性）；(3)功能兼容，多功能性（舒適性）。

(4)簡單合金的可再生循環(huán)設(shè)計

Date30對現(xiàn)代材料進行環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計項目，需要進行多方面的考4.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀

金屬材料可循環(huán)再生設(shè)計是通過加入最少的元素、循環(huán)容許元素，或通過固溶強化、微細化強化、相變組織強化等保障材料性能，使材料可以循環(huán)再生。在合金學(xué)中，通過添加合金元素的配比、晶粒度等微觀組織的控制等，以謀求合金的高性能。Date314.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀

金屬材料可循環(huán)再生設(shè)計是通因此，以城鎮(zhèn)廢金屬作原料的金屬再生循環(huán)，實際上仍是以“逐次降級使用”為主，即像“瀑布逐漸下降水位”那樣一級一級地向低級別產(chǎn)品再生的過程。在金屬材料的再生循環(huán)過程中，去除合金元素和雜質(zhì)是相當(dāng)困難的，同時這方面技術(shù)又是非常重要的，應(yīng)大力發(fā)展材料再生循環(huán)過程中的雜質(zhì)分離技術(shù)和雜質(zhì)無害化技術(shù)。4.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀

Date32因此，以城鎮(zhèn)廢金屬作原料的金屬再生循環(huán)，實際上仍是以“逐次降4.4.1鋼鐵資源的循環(huán)鋼在世界上全部金屬實際消費中起著特殊的作用，在半成品制造中，它約占世界金屬消費量的80%。在過去20年的發(fā)展中，煉鋼技術(shù)的革新增加了選擇原料——包括生鐵，海綿鐵（也稱直接還原鐵）和廢鋼鐵投入的靈活性，它鼓勵使用廢鋼鐵作為鋼鐵生產(chǎn)的原料。Date334.4.1鋼鐵資源的循環(huán)鋼在世界上全部金屬實際消費中起著特鋼鐵完全可以主要依賴于廢鋼鐵或鐵礦，這取決于給定地區(qū)或國家的需要。從環(huán)境角度看，廢鋼鐵能夠降低煉鋼過程中廢物排放，節(jié)約原材料和能源消耗，并減少廢棄物，因而其競爭力會得到很大提高。就節(jié)能而言，使用電弧爐熔化100%的廢鋼鐵,與使用純氧頂吹轉(zhuǎn)爐熔化生鐵相比較，可節(jié)約65%的能源。就污染排放而言，廢鋼鐵再循環(huán)可使大氣污染排放降低30%，使水污染排放降低大約60%-70%。Date34鋼鐵完全可以主要依賴于廢鋼鐵或鐵礦，這取決于給定地區(qū)或國家的廢鋼鐵處理與雜質(zhì)問題：在廢鐵的回收過程中分選、分離工程是十分重要的。其一是化學(xué)成分的多樣化。能按化學(xué)組成分選分離最理想，但實際上有相當(dāng)?shù)木窒扌?。作為合金成分添加的金屬元素有Si，Mn，Cr，Mo，Ni，Cu，V，Ti，Zr等，其組成花樣繁多。其二是由鋼鐵精煉工藝本身所具有的性質(zhì)決定的。Date35廢鋼鐵處理與雜質(zhì)問題：在廢鐵的回收過程中分選、分離工

合金鋼經(jīng)幾次廢鋼鐵再生，并且在分選過程中未被分離出而發(fā)生廢料混合的情況下，Cu,Ni,Sn,Mo等元素的濃度就會不斷提高。這些元素本來是為了提高性能而起合金作用的。但是，它們對熱加工性能有不良影響，因而必須控制其含量。為了將廢鋼鐵置于龐大的鋼鐵材料流向中予以妥善處理，必須采取如下綜合性的解決對策：(1)含有不能除去元素的廢鋼鐵精煉制鋼工藝開發(fā)；(2)雜質(zhì)無害化技術(shù)的開發(fā)；(3)確立通過材料設(shè)計可以實現(xiàn)再生循環(huán)的材料體系。Date36合金鋼經(jīng)幾次廢鋼鐵再生，并且在分選過程中未被分離出而4.4.2鋁的再生循環(huán)

鋁通過電解氧化鋁（原料）和沸石（添加物）的熔融鹽來制取。因為電解鋁過程需要消耗大量的電力，故被戲稱為“電灌頭”。從產(chǎn)品用途來看，再生鋁在門窗，飲料罐，印刷版，電線中的配比為9%，而在汽車用鑄件，家電產(chǎn)品壓鑄件等鑄造、壓鑄件中的配比平均為85%。以廢鋁型材為原料這一點來看，還不如將廢鋁的再生稱為二次合金化更能反映其實際狀況，這是根據(jù)成分預(yù)測配比熔煉所需的廢鋁數(shù)量以制造與原料成分不同的合金的工藝過程。Date374.4.2鋁的再生循環(huán)

鋁通過電解氧化鋁（原料）和沸石（添Date38Date384.4.3銅再生循環(huán)的現(xiàn)狀銅產(chǎn)量的40%用于制造電線。電線采用燒線處理法、解體處理法、粉碎處理法對涂層材料和銅導(dǎo)體進行分離分選，銅經(jīng)壓塊或破碎后被再生利用。用于電線制造的廢銅比率約為10%，這是因為電線需具備高電導(dǎo)率及熱處理后具有穩(wěn)定的特性，必須使用高純廢銅才行，因此大部分回收電線被用作黃銅合金的原料或冶煉銅錠的原料。Date394.4.3銅再生循環(huán)的現(xiàn)狀Date394.5塑料的再生技術(shù)如果將分選技術(shù)、清洗方法等處理技術(shù)除外，大致可以分為兩類：(1)回收使用過的塑料再作為原材料應(yīng)用；(2)分解成塑料的初始原料即單體，重新合成新的塑料,即材料再生循環(huán)與化學(xué)再生循環(huán)。Date404.5塑料的再生技術(shù)如果將分選技術(shù)、清洗方法等處理4.5.1塑料再生循環(huán)的基本思想

基本思想方法是將石油等為原料所合成的塑料在其功能喪失之前，多次進行使用。在實際的再生循環(huán)過程中，由于雜質(zhì)的混入，加工過程的變質(zhì)等原因，不可避免地帶來某些特性的劣化。因此由石油原料合成的新塑料首先要用于要求特別嚴(yán)格的制品，而將回收原料作為第二次用途的原料時，一般用于性能要求較不嚴(yán)格的制品，依次類推。就熱塑性塑料而言，現(xiàn)狀是在工廠里產(chǎn)生的次品或制造工藝中產(chǎn)生的碎塊，在各企業(yè)內(nèi)部都考慮到加工中的劣化等因素，因而一般都是將材料摻和后再化為原料使用，相當(dāng)于作為其它制品的原料被再利用。進入市場后的制品，回收之后作為原料的一部分摻合進去，已有被再利用的實際事例，但為數(shù)尚很少。Date414.5.1塑料再生循環(huán)的基本思想

基本思想方法是將石油等為4.5.2材料再生循環(huán)實例——汽車的保險杠及內(nèi)裝修材料再生循環(huán)的例子是汽車的保險杠。同一品種可以大量回收，而且以保險杠材料再使用為回報。涂料膜及底漆的清除、粉碎細化、分解等各種無害化技術(shù)，以汽車制造公司為主正在積極地研究與開發(fā)，并期待實用化。日本汽車公司采用有機溶劑分解和剝離漆層的方法；豐田汽車公司采用160℃的水熱法處理水解涂層膜的無害化方法；富士重工業(yè)研究將涂層膜的除去和粉碎同時進行的方法，這些技術(shù)都已經(jīng)接近實用化。Date424.5.2材料再生循環(huán)實例——汽車的保險杠及內(nèi)裝修材料再生對于內(nèi)裝修材料，不同的使用場所要求各種不同的特性，為此要相應(yīng)地使用各種樹脂，這樣，在回收的塑料當(dāng)中便混雜著這樣的樹脂，很多情況下相溶性都不好，從而使再生材料的特性顯著下降。為此，在設(shè)計階段，預(yù)先就要考慮到再生循環(huán)性，并要限定使用的原料必須研究開發(fā)能同時滿足許多特性要求的材料及加工方法，即這種材料應(yīng)盡量以通用樹脂為中心的同一系統(tǒng)（有相容性）的樹脂。如果通過改變樹脂的混合比，開發(fā)出綜合滿足各種各樣特性的“通用型聚合物合金（塑料合金）”及相容劑，那么在再生循環(huán)時即使相互混合，再生后材料的性能也變化不大，從而擴大再生材料的使用范圍。Date43對于內(nèi)裝修材料，不同的使用場所要求各種不同的特性，為此要相應(yīng)4.5.3化學(xué)再生循環(huán)

化學(xué)再生循環(huán)，將回收材料作為資源，作為石油及單體的原始材料加以利用。研究的目標(biāo)是將回收材料通過水解或解聚等化學(xué)反應(yīng)，分解成原始材料的單體及低聚物或者它們的母體，然后回收并重新合成原始的初級塑料，或者還原為石油狀態(tài)以便再生利用。在實際再生循環(huán)過程中，由于雜質(zhì)混入及加工過程的影響，塑料的某些性能不可避免地要發(fā)生退化。因此，經(jīng)材料再生循環(huán)法制成的再生塑料，存在一個降低使用的問題。Date444.5.3化學(xué)再生循環(huán)

化學(xué)再生循環(huán)，將回收材料作為資源，化學(xué)再生循環(huán)由于還原成了原始材料，它不僅是完全的再生循環(huán)系統(tǒng)，而且即使在回收品中混雜了多種類別的其它塑料時，也是可以進行再生循環(huán)的系統(tǒng)，因此人們對于化學(xué)再生循環(huán)寄予了很大的期望。在化學(xué)再生循環(huán)中，分餾回收技術(shù)是一個具體的例子。如日本電線綜合技術(shù)中心在研究將交聯(lián)聚乙烯電線及橡膠絕緣電線的塑料和橡膠成分加熱分解，分餾而回收。Date45化學(xué)再生循環(huán)由于還原成了原始材料，它不僅是完全的再生循環(huán)系統(tǒng)4.5.4環(huán)境材料與再生技術(shù)

若在塑料的原料當(dāng)中預(yù)先混入特定的催化劑，這種催化劑在產(chǎn)品使用時并不起什么作用，但在回收后進行化學(xué)再生循環(huán)如加熱等處理時產(chǎn)生作用，能有效地回收有用的物質(zhì)（單體，氣體，油）。這類加入了用于再生循環(huán)的催化劑的材料也屬于環(huán)境材料之列，人們已經(jīng)開始這方面的研究。另一方面，在“環(huán)境材料”的概念中，不僅再生技術(shù)是重要的，而且開發(fā)對地區(qū)環(huán)境負荷小、對人類有益的新型材料的觀點也是很重要的。當(dāng)將塑料進行化學(xué)再生循環(huán)和熱再生循環(huán)時，要防止可能對生物及地球環(huán)境產(chǎn)生不利影響的副產(chǎn)品（如SO2，NO2等）排入大氣、水等造成環(huán)境污染，或者將其變換為無害物質(zhì)或有用物質(zhì)。Date464.5.4環(huán)境材料與再生技術(shù)

若在塑料的原料當(dāng)中預(yù)先混入特4.6建筑材料的再生循環(huán)

建筑材料更著重對人的生存、生活環(huán)境的影響，因為人在每天24h最密切接觸的環(huán)境是居住和生活環(huán)境。建筑材料設(shè)計應(yīng)當(dāng)考慮材料自身的力學(xué)性能、功能和生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性，同時考慮建筑設(shè)計中材料的選擇和組合要求。生態(tài)建筑設(shè)計與傳統(tǒng)建筑設(shè)計的區(qū)別之一是對材料的選擇，即考慮材料的整個生命周期環(huán)境負荷最低，而不僅僅是使用階段。另外，選擇傳統(tǒng)的生態(tài)材料并予以現(xiàn)代化設(shè)計也是環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計可行的途徑，例如北方的土窯建筑，以石材為主的建筑，南方以竹、木為主的建筑，云南的石片瓦，材料取自自然，最后返回自然。對建筑各部位材料可循環(huán)再生性要求如下表所示。Date474.6建筑材料的再生循環(huán)

建筑材料更著重對人的生存、生活環(huán)建筑材料可循環(huán)再生設(shè)計包括如下幾點：(1)減少使用材料，以最少的材料達到對性能和功能的要求；(2)材料再使用，要求可拆卸，可修復(fù)使用；(3)循環(huán)使用，可拆卸，可降級使用。對于大宗建筑材料混凝土應(yīng)采取較高強度的長耐久性設(shè)計，既可以提高資源－效率又可以減少（生產(chǎn)過程和退役）排放，并且退役后可以作為再生集料循環(huán)利用。Date48建筑材料可循環(huán)再生設(shè)計包括如下幾點：Date484.6.1建筑材料與環(huán)境的關(guān)系長期以來，建筑材料主要是依據(jù)建筑物及其具體部位對材料提出的力學(xué)性能與功能方面的要求進行開發(fā)的。結(jié)構(gòu)材料主要追求高強度，高耐腐蝕性等，而外部裝飾材料則追求其高功能性和設(shè)計圖案的美觀性等。作為建筑材料不僅要求高強度和高功能性，而且由于如何與地球環(huán)境相協(xié)調(diào)的問題已經(jīng)成為人類面臨的最大問題，所以還必須考慮基于再生循環(huán)的環(huán)境協(xié)調(diào)性。Date494.6.1建筑材料與環(huán)境的關(guān)系Date491)建筑材料對環(huán)境的影響

建筑材料不僅有鋼鐵，混凝土，木材等構(gòu)成的結(jié)構(gòu)框架和主體的結(jié)構(gòu)材料，而且包括具有美觀、防水、主體保護功能的高分子涂料及瓷磚等裝飾材料，還包括外裝修及隔墻間壁等形成居住空間的金屬板，纖維水泥板等非結(jié)構(gòu)材料，也就是說大量使用的建筑材料中有金屬、有機、無機和復(fù)合材料等多種材料。建筑材料是應(yīng)用最廣、用量最多的材料，因此它的耗能與所造成的環(huán)境污染也是最嚴(yán)重的。概括起來，在建筑材料生產(chǎn)和使用過程中，污染一般來自六個方面：空氣、水、固體廢棄物、放射性、噪聲和熱等的污染。Date501)建筑材料對環(huán)境的影響

建筑材料不僅有鋼鐵，混凝土，木材等（1）廢氣、粉塵對大氣的污染建筑材料生產(chǎn)過程中大多伴有燒制過程。在燒制過程中燃料燃燒產(chǎn)生的粉塵、飛灰、煙霧等氣溶膠，直接對人體呼吸道、眼睛等器官造成損害，以及對環(huán)境的破壞等。（2）廢液造成的水體污染在建材的選礦、冶煉、軋鋼過程中會產(chǎn)生很多污水，其中含有大量的無機懸浮材料，如砂、爐渣、鐵屑等。Date51（1）廢氣、粉塵對大氣的污染Date51（3）固體廢棄物工業(yè)窯爐產(chǎn)生的爐渣、采礦和冶煉過程中產(chǎn)生的冶金渣、尾礦與碎石；建筑過程中產(chǎn)生的砂、碎石；金屬、塑料、木材等行業(yè)加工產(chǎn)生的金屬屑、木屑、碎塑料、碎玻璃等；拆卸老舊建筑物的碎磚、碎瓦等大大增加了固態(tài)廢棄物排放量。（4）原材料的開采占用大量的土地建筑材料制品所需的主要原料，無論是金屬原料或是非金屬礦原料，對這些原料的開來及選礦過程都會占用大量土地。Date52（3）固體廢棄物Date52（5）噪聲污染在建筑施工中，不同的機械會發(fā)出強烈的噪聲，它是城市噪聲的主要來源之一。相當(dāng)多的施工現(xiàn)場其噪聲都在90～100dB，遠高于國家規(guī)定的白天要小于70dB，夜間小于55dB的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。而噪聲對人的聽覺、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管、腸胃功能等都會造成破壞作用。（6）其他污染家庭裝修中所使用的各種裝飾材料會釋放如甲醛、苯系物、酮等有機物，可直接剌激人的眼睛、皮膚，或引發(fā)氣管炎等；所使用的尾礦、天然石板材（如花崗巖石、大理巖石）瓷磚及瀝青中，有時會含有過量的放射性元素如氡等。Date53（5）噪聲污染Date534.6.2關(guān)于建筑材料及其構(gòu)件的長壽

命與再生循環(huán)相互兼容的問題

假如希望建筑物的使用期限為30～100年，那么，結(jié)構(gòu)材料的要求特別嚴(yán)格，要求在設(shè)計使用期限之內(nèi)必須具有盡可能長的壽命。但是，大多數(shù)建筑材料及其構(gòu)件一旦被廢棄時，幾乎都變成了很難處理的殘留物，拆卸和再生循環(huán)都很困難。因此，在進行建筑材料及其構(gòu)件的材料設(shè)計時必須有新的設(shè)計思想。Date544.6.2關(guān)于建筑材料及其構(gòu)件的長壽

命與再改善混凝土的質(zhì)量，利用表面涂料的鋼筋混凝土構(gòu)件長壽命化的問題，已成為新的耐久性設(shè)計的方法。但是這些復(fù)合結(jié)構(gòu)材料及其構(gòu)件在達到使用年限之后解體廢棄時，其解體有相當(dāng)?shù)碾y度，成為難以再生循環(huán)的難處理殘留物（廢棄物），從而增加地球的環(huán)境負荷。因此，必須確立新型增強混凝土構(gòu)件長壽命與再生循環(huán)相互兼容的總體壽命設(shè)計及其相關(guān)技術(shù)。Date55改善混凝土的質(zhì)量，利用表面涂料的鋼筋混凝土構(gòu)件長壽命化的問題4.6.3兼顧再生循環(huán)的建筑材料及

其構(gòu)件的材料設(shè)計方法

(1)混合結(jié)構(gòu)形式通常鋼筋混凝土建筑物采取柱、梁和墻壁在現(xiàn)場整體混凝土灌注方式。為此，不完全采用現(xiàn)場整體灌注方式，一半利用工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，只將結(jié)合部在現(xiàn)場施工。從建筑材料的再生循環(huán)這一觀點來講，混合結(jié)構(gòu)形式是今后應(yīng)開發(fā)的建筑技術(shù)。Date564.6.3兼顧再生循環(huán)的建筑材料及

其構(gòu)件的材(2)高功能性和再生循環(huán)性結(jié)合的增

強材料及其應(yīng)用

與地球環(huán)境相協(xié)調(diào)，并具有良好再生循環(huán)性的混凝土構(gòu)件是既具有長的使用壽命，又能在解體后容易再生循環(huán)的構(gòu)件。這是個很重要的開發(fā)思路?，F(xiàn)在開發(fā)的大部分的樹脂固化新增強纖維，是環(huán)氧樹脂或乙烯脂樹脂等熱固性樹脂，這類樹脂一旦固化就很難分解。要求再生循環(huán)性也要兼顧耐火性，因而利用熱塑性樹脂、光降解樹脂或生物降解樹脂以確保再生循環(huán)性是重要的。另外，既追求混凝土的高強度化，又要求更輕質(zhì)化，即適當(dāng)使用人工輕質(zhì)骨料，并轉(zhuǎn)換成輕質(zhì)、高強度混凝土構(gòu)件，也是很重要的。Date57(2)高功能性和再生循環(huán)性結(jié)合的增

強材料及其應(yīng)用

與4.7干電池的綜合回收與利用

目前全世界干電池的年總產(chǎn)量約為250億只，而鋅—錳干電池占了72%，達到180億只。如果干電池用完后被當(dāng)作垃圾扔掉，不僅浪費寶貴的金屬資源，而且還對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。從資源綜合利用的角度考慮，廢干電池含有許多有用的有價金屬和物質(zhì)，這些金屬的再生要比從礦石中提取容易得多。據(jù)報道，我國干電池每年要消耗鋅13～14萬噸，約是鋅年總產(chǎn)量的13%左右；2000年，年消耗鋅25萬噸，再加上錳23萬噸、銅4500噸、汞60噸等。Date584.7干電池的綜合回收與利用

目前全世界干電池的年總產(chǎn)量約Date59Date594.7.1濕法冶金處理過程廢干電池的濕法冶金回收基于Zn、MnO2等可溶于酸的原理，使鋅—錳干電池中的Zn、MnO2與酸作用生成可溶性鹽而進入溶液，溶液經(jīng)凈化后電解生產(chǎn)金屬鋅和電解二氧化錳，或生產(chǎn)化工產(chǎn)品（如立德粉、氧化鋅）、化肥等。所用方法有焙燒浸出法和直接浸出法。Date604.7.1濕法冶金處理過程Date60(1)焙燒浸出法將廢干電池焙燒，使NH4Cl、HgCl2等揮發(fā)為氣相并分別在冷凝裝置中回收，高價金屬氧化物被還原成金屬或低價氧化物，焙燒產(chǎn)物用酸浸出，然后從浸出液中用電解法回收有價金屬。Date61(1)焙燒浸出法Date61(2)直接浸出法：將廢干電池破碎、篩分、洗滌后，直接用酸浸出干電池中的鋅、錳等有價金屬成分，經(jīng)過濾、濾液凈化后，從中提取金屬或生產(chǎn)化工產(chǎn)品。Date62(2)直接浸出法：Date624.7.2火法冶金處理過程火法處理即在高溫下使廢干電池中的金屬及其化合物氧化、還原、分解和揮發(fā)及冷凝的過程。(1)常壓冶金法其方法有二：一是在較低的溫度下加熱廢干電池，先使汞揮發(fā)，然后在較高的溫度下回收鋅和其它重金屬；二是將廢干電池在高溫下焙燒，使其中易揮發(fā)的金屬及其氧化物揮發(fā)，殘留物作為冶金中間產(chǎn)品或另行處理。

Date634.7.2火法冶金處理過程Date63(2)真空冶金法

由于處理廢電池常壓冶金法的所有作業(yè)均在大氣中進行，空氣參與了作業(yè)，與濕法冶金同樣有流程長、污染重、能源和原材料的消耗高及生產(chǎn)成本高等缺點。真空法是基于組成廢干電池各組分在同一溫度下具有不同的蒸氣壓，在真空中通過蒸發(fā)與冷凝，使其分別在不同的溫度下相互分離，從而實現(xiàn)綜合回收與利用。真空法基本上無三廢，對環(huán)境無污染或極少污染，流程短，占地少，消耗低，各種有用成分的綜合回收率高，效益好，是一個很有前途的方法。Date64(2)真空冶金法

由于處理廢電池常壓冶金法的所有作業(yè)均在大氣04十一月2022環(huán)境材料第四章再生循環(huán)02十一月2022環(huán)境材料第四章再生循環(huán)654.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑4.2面對再生循環(huán)的環(huán)境保護政策4.3材料的再生循環(huán)設(shè)計4.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀4.5塑料的再生技術(shù)4.6建筑材料的再生循環(huán)4.7干電池的綜合回收與利用本講內(nèi)容Date664.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑本講內(nèi)容Date2環(huán)境材料的最大目標(biāo)之一就是開發(fā)可以反復(fù)使用的材料，在技術(shù)進步的前提下，創(chuàng)造一個可以順利開展再生循環(huán)利用的社會、經(jīng)濟體系，使人們形成一種自覺選擇、使用環(huán)境協(xié)調(diào)型產(chǎn)品的意識。Date67環(huán)境材料的最大目標(biāo)之一就是開發(fā)可以反復(fù)使用的4.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑對于某種生物來說沒有用途的東西，在某些場合可能是其他生物的資源，自然界中將所有的生物有機地聯(lián)系起來，就形成一個循環(huán)系統(tǒng)（生物圈）。如何減少廢棄物是迫切需要解決的課題。除了能源以外，許多礦產(chǎn)資源如鋅、鎘、錫等也面臨枯竭。4.1.1再生循環(huán)的背景Date684.1再生循環(huán)－可持續(xù)發(fā)展的途徑對于某種生物來說沒有用途的建立符合自然規(guī)律的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的戰(zhàn)略方針應(yīng)遵循如下兩條原則：（1）盡可能使用在自然界中可循環(huán)的材料，并將自然的循環(huán)應(yīng)用到其廢棄和生產(chǎn)過程中。（2）盡可能少使用在自然界中不可循環(huán)的材料。對那些非用不可的材料，應(yīng)事先先設(shè)計一個再生循環(huán)系統(tǒng)。4.1.1再生循環(huán)的背景Date69建立符合自然規(guī)律的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的戰(zhàn)略方針應(yīng)遵循如下兩4.1.2再生循環(huán)的形態(tài)將廢棄物作為資源再生利用，其利用方式隨制造過程的階段不同而有很大差異，不同階段進行再生利用時，所要解決的問題的意義及重點也不相同。在進行再生循環(huán)時，要根據(jù)解決的問題來選擇具體實施的階段。Date704.1.2再生循環(huán)的形態(tài)將廢棄物作為資源再生利用，其利用方(1)單純再利用（reuse）將不同的東西可以直接提供給其他消費者利用。(2)部件的回收再利用將廢棄物中一部分零部件取出，可將這類部件用在別的系統(tǒng)上繼續(xù)發(fā)揮其結(jié)構(gòu)和功能的作用。(3)作為原材料再利用（recycle）將一定組成的物質(zhì)直接利用還是通過“分解、分離”成與原材料更接近的物質(zhì)，這在工藝的概念上是完全不同的。(4)能源回收（reclaim)有機物燃燒會放出能量，金屬則有時被稱作是通過還原等過程而聚集在一起的能量塊。再生循環(huán)的形態(tài)Date71(1)單純再利用（reuse）再生循環(huán)的形態(tài)Date74.1.3再生循環(huán)的問題(1)消費者首先必須參與利用廢棄物資源的行動：a)分類回收；b)購買再生原料制品。(2)通過再生循環(huán)獲得廉價的原材料在相同的經(jīng)濟利潤前提下，存在著最經(jīng)濟的再生循環(huán)率。影響再生循環(huán)率的手段：可通過技術(shù)的開發(fā)，社會體制的支持和提高原材料的價格（在金融、稅率上采取措施）予以干預(yù)。(3)再生循環(huán)面臨的困難。再生材料品質(zhì)和數(shù)量上的不穩(wěn)定。分選分離都很費事，導(dǎo)致處理費用的提高，增加能耗及回收過程使用化學(xué)藥品帶來的環(huán)境負荷方面的影響。Date724.1.3再生循環(huán)的問題(1)消費者首先必須參與利用廢棄物(4)再生循環(huán)的發(fā)展方向A.雜質(zhì)無害化技術(shù)。B.通用性材料。C.長壽命材料：延長材料的使用壽命，減少廢棄。4.1.3再生循環(huán)的問題Date73(4)再生循環(huán)的發(fā)展方向4.1.3再生循環(huán)的問題Date94.2面對再生循環(huán)的環(huán)境保護政策

4.2.1歐洲的環(huán)保政策歐洲各國對環(huán)境保護持積極態(tài)度。德國1972年制定了“廢棄物處理法”。為了與這個政令配合，成立了DSD（DuelSystemDeutschlaud）公司。1992年8月提出了“限制廢車條例”的提案。其最重要的議題就是汽車制造商有義務(wù)回收廢舊車。并要求就以下內(nèi)容制定相應(yīng)的措施：(1)追求在設(shè)計及制造中的可分解性；(2)促進貼商標(biāo)及再生循環(huán)的程序；(3)制造過程中的再利用與再生循環(huán)等。Date744.2面對再生循環(huán)的環(huán)境保護政策

4.2.1歐洲的環(huán)保政在1993年3月，德國聯(lián)邦議會通過了新的廢棄物處理法。被稱作“循環(huán)型經(jīng)濟廢棄物法”，主張“生產(chǎn)者和消費者共同對產(chǎn)品的全過程負責(zé)”，“用再資源化代替簡單的廢棄物處理”，使生產(chǎn)過程開始就明確提倡制訂“循環(huán)型經(jīng)濟”、“再生義務(wù)”和“回收義務(wù)”，為工業(yè)垃圾的再資源化奠定了基礎(chǔ)。4.2.1歐洲的環(huán)保政策Date75在1993年3月，德國聯(lián)邦議會通過了新的廢棄物處理法。被稱作4.2.2美國再生資源法規(guī)立法的可能性美國雖尚無一部全國實行的再生循環(huán)法規(guī)。但從20世紀(jì)80年代中期開始,先后已有半數(shù)以上的州制訂了不同形式的再生循環(huán)法規(guī)，各地方再生循環(huán)物品的回收活動迅猛發(fā)展，半數(shù)以上的人口參與了這一活動。不管美國在法規(guī)制訂方面如何，但在“產(chǎn)品責(zé)任制”的意識方面是走在前面的國家。Date764.2.2美國再生資源法規(guī)立法的可能性美國雖尚無一部全國

4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施1991年10月開始實施“關(guān)于促進利用再生資源的法律”，目的在于確保資源的有效利用，抑制廢棄物的產(chǎn)生及保護環(huán)境。從再生循環(huán)的角度規(guī)定了一些重要的行業(yè)、產(chǎn)品和副產(chǎn)品如：(1)指定一些行業(yè)要求這些行業(yè)促進再生資源的利用，做出利用再生資源的計劃。Date77

4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施1991年10月開始實施2)指定產(chǎn)品易再生產(chǎn)品的制造：要求在產(chǎn)品的設(shè)計階段要進行事前論證并作好記錄，要求在材質(zhì)及結(jié)構(gòu)、分類、信息提供、提高技術(shù)等方面下工夫。3)指定副產(chǎn)品促進副產(chǎn)品的利用。要求廠家做出促進利用再生資源的計劃，務(wù)必按規(guī)格、型號要求進行加工、生產(chǎn)；配備必要的設(shè)備，提高技術(shù)等。4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施Date782)指定產(chǎn)品4.2.3日本再生循環(huán)法規(guī)的實施Date144.3材料的再生循環(huán)設(shè)計材料的可循環(huán)再生設(shè)計是在設(shè)計階段就充分考慮材料的循環(huán)再生性，不僅比后期處理難度小，而且效益高。8.3.1考慮再生循環(huán)的材料設(shè)計如何建立和發(fā)展社會性再生循環(huán)體系；極力減少資源采掘量并持續(xù)不斷地提供高質(zhì)量的材料。迄今為止，材料研究者一直在致力于研究和開發(fā)更強、更韌，能在更嚴(yán)酷的環(huán)境下使用的具有更高性能的材料。結(jié)果是各種各樣化學(xué)組成的材料被開發(fā)出來，但在以往的材料開發(fā)過程中關(guān)于如何節(jié)約能源及如何作到易于循環(huán)的觀念是很淡薄的。Date794.3材料的再生循環(huán)設(shè)計材料的可循環(huán)再生設(shè)計是在設(shè)4.3.2計算機輔助材料預(yù)測技術(shù)將一些理論上不能解釋的現(xiàn)象方便地數(shù)值化了，并成功的制造出高性能的機械。然而到目前為止，類似的情況在材料的設(shè)計中還十分罕見。一些數(shù)值化后而又含義模糊的部分還期望將來基礎(chǔ)理論發(fā)展后再給予替換或修正。

Date804.3.2計算機輔助材料預(yù)測技術(shù)將一些理論上不能4.3.3應(yīng)用材料預(yù)測技術(shù)使材料環(huán)境材料化再生循環(huán)對于像鋁、銅、鈦、鎳等合金體系更為緊迫，也期望能發(fā)展類似的材料預(yù)測技術(shù)。材料的性能可通過化學(xué)成分的選擇以及由控制加工、熱處理等制造工藝而確定的微觀組織來決定。采用以基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)的材料預(yù)測技術(shù)來控制生產(chǎn)、使用、廢棄、回收的循環(huán)，這是“金屬材料環(huán)境材料化”的重要課題。Date814.3.3應(yīng)用材料預(yù)測技術(shù)使材料環(huán)境材料化再生循環(huán)對于像鋁

4.3.4復(fù)合材料與環(huán)境材料把塑料＋玻璃纖維、碳纖維制成復(fù)合材料，作為一種環(huán)境材料而引人注目。有機材料和無機材料復(fù)合的典型代表是玻璃纖維強化塑料（FRP），它作為輕質(zhì)和強度兼?zhèn)涞牟牧嫌卸喾N用途，而要使這種復(fù)合材料成為有利于地球環(huán)境的環(huán)境材料，就必須作到容易再生循環(huán)才行。Date82

4.3.4復(fù)合材料與環(huán)境材料把塑料＋玻璃纖維、碳纖維制成4.3.5塑料合金的研究將二種以上的聚合物復(fù)合，作為具有新功能的材料即所謂塑料合金。例如：將液晶聚合物（LCP）和工程塑料復(fù)合，做成輕質(zhì)和機械強度兼?zhèn)淝胰菀自偕h(huán)的材料。這種材料作為取代上述有機/無機復(fù)合材料的新材料而被普遍關(guān)注。液晶聚合物經(jīng)加熱后變成兼有固體和液體兩者特征的液晶狀態(tài)，它是一種流動性很強的熱塑性材料。在高溫下融化形成均勻?qū)?，?dāng)成型后使溫度下降時，液晶聚合物便分散在聚合物基體當(dāng)中。由于形成原纖維（微小纖維），所以它可以發(fā)揮與玻璃纖維同樣的增強效應(yīng)。這種材料粉碎時，即使原纖維被破壞了，再成形時原纖維又能形成，因此再生循環(huán)后性能變化不大，可大體保持原始的機械強度。

Date834.3.5塑料合金的研究將二種以上的聚合物復(fù)合，作為具有新4.3.6熱塑性彈性體熱塑性彈性體是兼?zhèn)湎鹉z與熱塑性塑料特點的新材料，在粘接劑、機電產(chǎn)品、汽車制造等方面已被大量使用。這種材料具有橡膠的性質(zhì)，同時還可以熔融成形，與必須加硫的橡膠相比更容易再生循環(huán)。熱塑性彈性體是由軟鏈段和硬鏈段組成，硬鏈段承受強度，軟鏈段產(chǎn)生柔性。由它們組合可制造出多種熱塑性彈性體。Date844.3.6熱塑性彈性體Date20Date85Date214.3.7金屬合金的設(shè)計--超級通用合金現(xiàn)在針對不同的用途開發(fā)了不同的材料，材料的種類一直在增加。這么多不同種類組成的材料混雜在一起，使廢料的再生循環(huán)很困難。超級通用合金即是合金種類最少，而且能滿足多種用途要求的標(biāo)準(zhǔn)體系合金。另一方面，在再生循環(huán)時，難以使廢料的品位一致，也難以避免由于雜質(zhì)的混入而造成的化學(xué)成分變化。Date864.3.7金屬合金的設(shè)計--超級通用合金現(xiàn)在針對不同的用途(1)通用合金由有限的元素構(gòu)成，通過改變其配比可在大范圍內(nèi)改變其性能的合金系。A.Fe-Ni-Cr系鋼：改變Fe、Ni、Cr的相對含量，可得到鐵素體鋼到不銹鋼等一系列鋼種，這些鋼的組織及性能有很大的變化。B.Ti合金：改變Ti、Al、V的相對含量，可使合金的組織與性能發(fā)生很大的變化。Date87(1)通用合金由有限的元素構(gòu)成，通過改變其配比可在大范圍內(nèi)例：Ti合金的基本組成與組織設(shè)計

Ti在882℃的相變溫度以上是β相，以下是α相。依合金元素的種類與添加量不同，可分類為α、α+β以及β合金。Date88例：Ti合金的基本組成與組織設(shè)計

Ti在882℃的相變溫度以Date89Date25最近，關(guān)于Ti合金也有了基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)的相平衡計算。根據(jù)正則熔體模型的熱力學(xué)計算，可以相當(dāng)精確地計算多元素Ti合金中的相平衡。此外，利用亞晶格模型可以處理Ti3Al等化合物，也可以計算Ti-Al-Sn-Zr系的α/Ti3Al相平衡問題。這樣，通過計算來預(yù)測結(jié)構(gòu)的組織正在成為可能。

日本的通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院，在預(yù)測拉伸性能時，通過計算成功地開發(fā)了能大幅度提高現(xiàn)有合金性能的Ti合金。Date90最近，關(guān)于Ti合金也有了基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)的相(2)組成變化不太敏感的合金作為合金的強化機制，常用的有馬氏體相變及第二相的析出等相變現(xiàn)象，這些相變或析出現(xiàn)象受化學(xué)組成影響的程度比固容強化作用更大，當(dāng)偏離某一合金成分時，相變或析出現(xiàn)象有可能完全不發(fā)生。與此相反，固溶強化與合金組成的關(guān)系是比較平緩而連續(xù)的，再生循環(huán)造成的雜質(zhì)及合金元素量的變動對性質(zhì)的影響較小。因此，固溶合金可以作為有前途的再生循環(huán)候選材料。Date91(2)組成變化不太敏感的合金Date27(3)金屬再生循環(huán)的逐次降級使用情況在合金學(xué)中，通過添加合金元素的配比，晶粒度等微觀組織的控制等，以謀求合金的高性能。然而，在再生循環(huán)時，組成一復(fù)雜，分選與分離就困難了。此外，存在不能分離的合金元素時，有可能使原來各合金元素的功能不能充分發(fā)揮出來。因此，以廢金屬作原料的金屬再生循環(huán)，實際上倒不如說仍是以“逐次降級使用”為主，既一級一級地向低級別產(chǎn)品再生的過程。Date92(3)金屬再生循環(huán)的逐次降級使用情況在合金學(xué)中，通過添加合金(4)簡單合金的可再生循環(huán)設(shè)計

簡單合金：就是組元組成簡單的合金。簡單合金在成分設(shè)計上應(yīng)有以下特點：合金組元、規(guī)格簡單化，再生過程中容易分選；原則上不添加現(xiàn)在尚不能精練脫除的元素；盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的元素。研制原則：在維持合金高性能的前提下，盡量減少合金組元數(shù)；獲取合金高性能時，以控制顯微組織作為加入合金元素的替代方法。這種設(shè)計合金的思路叫做省合金化設(shè)計或最小合金化法。Date93(4)簡單合金的可再生循環(huán)設(shè)計

簡單合金：就是組元組成簡單的對現(xiàn)代材料進行環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計項目，需要進行多方面的考慮，一般包括：(1)強度（也包括疲勞強度等），韌性，高比強度（先進性）；(2)簡單組成，易解體結(jié)構(gòu)（合金協(xié)調(diào)性）；(3)功能兼容，多功能性（舒適性）。

(4)簡單合金的可再生循環(huán)設(shè)計

Date94對現(xiàn)代材料進行環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計項目，需要進行多方面的考4.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀

金屬材料可循環(huán)再生設(shè)計是通過加入最少的元素、循環(huán)容許元素，或通過固溶強化、微細化強化、相變組織強化等保障材料性能，使材料可以循環(huán)再生。在合金學(xué)中，通過添加合金元素的配比、晶粒度等微觀組織的控制等，以謀求合金的高性能。Date954.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀

金屬材料可循環(huán)再生設(shè)計是通因此，以城鎮(zhèn)廢金屬作原料的金屬再生循環(huán)，實際上仍是以“逐次降級使用”為主，即像“瀑布逐漸下降水位”那樣一級一級地向低級別產(chǎn)品再生的過程。在金屬材料的再生循環(huán)過程中，去除合金元素和雜質(zhì)是相當(dāng)困難的，同時這方面技術(shù)又是非常重要的，應(yīng)大力發(fā)展材料再生循環(huán)過程中的雜質(zhì)分離技術(shù)和雜質(zhì)無害化技術(shù)。4.4金屬材料再生循環(huán)的現(xiàn)狀

Date96因此，以城鎮(zhèn)廢金屬作原料的金屬再生循環(huán)，實際上仍是以“逐次降4.4.1鋼鐵資源的循環(huán)鋼在世界上全部金屬實際消費中起著特殊的作用，在半成品制造中，它約占世界金屬消費量的80%。在過去20年的發(fā)展中，煉鋼技術(shù)的革新增加了選擇原料——包括生鐵，海綿鐵（也稱直接還原鐵）和廢鋼鐵投入的靈活性，它鼓勵使用廢鋼鐵作為鋼鐵生產(chǎn)的原料。Date974.4.1鋼鐵資源的循環(huán)鋼在世界上全部金屬實際消費中起著特鋼鐵完全可以主要依賴于廢鋼鐵或鐵礦，這取決于給定地區(qū)或國家的需要。從環(huán)境角度看，廢鋼鐵能夠降低煉鋼過程中廢物排放，節(jié)約原材料和能源消耗，并減少廢棄物，因而其競爭力會得到很大提高。就節(jié)能而言，使用電弧爐熔化100%的廢鋼鐵,與使用純氧頂吹轉(zhuǎn)爐熔化生鐵相比較，可節(jié)約65%的能源。就污染排放而言，廢鋼鐵再循環(huán)可使大氣污染排放降低30%，使水污染排放降低大約60%-70%。Date98鋼鐵完全可以主要依賴于廢鋼鐵或鐵礦，這取決于給定地區(qū)或國家的廢鋼鐵處理與雜質(zhì)問題：在廢鐵的回收過程中分選、分離工程是十分重要的。其一是化學(xué)成分的多樣化。能按化學(xué)組成分選分離最理想，但實際上有相當(dāng)?shù)木窒扌?。作為合金成分添加的金屬元素有Si，Mn，Cr，Mo，Ni，Cu，V，Ti，Zr等，其組成花樣繁多。其二是由鋼鐵精煉工藝本身所具有的性質(zhì)決定的。Date99廢鋼鐵處理與雜質(zhì)問題：在廢鐵的回收過程中分選、分離工

合金鋼經(jīng)幾次廢鋼鐵再生，并且在分選過程中未被分離出而發(fā)生廢料混合的情況下，Cu,Ni,Sn,Mo等元素的濃度就會不斷提高。這些元素本來是為了提高性能而起合金作用的。但是，它們對熱加工性能有不良影響，因而必須控制其含量。為了將廢鋼鐵置于龐大的鋼鐵材料流向中予以妥善處理，必須采取如下綜合性的解決對策：(1)含有不能除去元素的廢鋼鐵精煉制鋼工藝開發(fā)；(2)雜質(zhì)無害化技術(shù)的開發(fā)；(3)確立通過材料設(shè)計可以實現(xiàn)再生循環(huán)的材料體系。Date100合金鋼經(jīng)幾次廢鋼鐵再生，并且在分選過程中未被分離出而4.4.2鋁的再生循環(huán)

鋁通過電解氧化鋁（原料）和沸石（添加物）的熔融鹽來制取。因為電解鋁過程需要消耗大量的電力，故被戲稱為“電灌頭”。從產(chǎn)品用途來看，再生鋁在門窗，飲料罐，印刷版，電線中的配比為9%，而在汽車用鑄件，家電產(chǎn)品壓鑄件等鑄造、壓鑄件中的配比平均為85%。以廢鋁型材為原料這一點來看，還不如將廢鋁的再生稱為二次合金化更能反映其實際狀況，這是根據(jù)成分預(yù)測配比熔煉所需的廢鋁數(shù)量以制造與原料成分不同的合金的工藝過程。Date1014.4.2鋁的再生循環(huán)

鋁通過電解氧化鋁（原料）和沸石（添Date102Date384.4.3銅再生循環(huán)的現(xiàn)狀銅產(chǎn)量的40%用于制造電線。電線采用燒線處理法、解體處理法、粉碎處理法對涂層材料和銅導(dǎo)體進行分離分選，銅經(jīng)壓塊或破碎后被再生利用。用于電線制造的廢銅比率約為10%，這是因為電線需具備高電導(dǎo)率及熱處理后具有穩(wěn)定的特性，必須使用高純廢銅才行，因此大部分回收電線被用作黃銅合金的原料或冶煉銅錠的原料。Date1034.4.3銅再生循環(huán)的現(xiàn)狀Date394.5塑料的再生技術(shù)如果將分選技術(shù)、清洗方法等處理技術(shù)除外，大致可以分為兩類：(1)回收使用過的塑料再作為原材料應(yīng)用；(2)分解成塑料的初始原料即單體，重新合成新的塑料,即材料再生循環(huán)與化學(xué)再生循環(huán)。Date1044.5塑料的再生技術(shù)如果將分選技術(shù)、清洗方法等處理4.5.1塑料再生循環(huán)的基本思想

基本思想方法是將石油等為原料所合成的塑料在其功能喪失之前，多次進行使用。在實際的再生循環(huán)過程中，由于雜質(zhì)的混入，加工過程的變質(zhì)等原因，不可避免地帶來某些特性的劣化。因此由石油原料合成的新塑料首先要用于要求特別嚴(yán)格的制品，而將回收原料作為第二次用途的原料時，一般用于性能要求較不嚴(yán)格的制品，依次類推。就熱塑性塑料而言，現(xiàn)狀是在工廠里產(chǎn)生的次品或制造工藝中產(chǎn)生的碎塊，在各企業(yè)內(nèi)部都考慮到加工中的劣化等因素，因而一般都是將材料摻和后再化為原料使用，相當(dāng)于作為其它制品的原料被再利用。進入市場后的制品，回收之后作為原料的一部分摻合進去，已有被再利用的實際事例，但為數(shù)尚很少。Date1054.5.1塑料再生循環(huán)的基本思想

基本思想方法是將石油等為4.5.2材料再生循環(huán)實例——汽車的保險杠及內(nèi)裝修材料再生循環(huán)的例子是汽車的保險杠。同一品種可以大量回收，而且以保險杠材料再使用為回報。涂料膜及底漆的清除、粉碎細化、分解等各種無害化技術(shù)，以汽車制造公司為主正在積極地研究與開發(fā)，并期待實用化。日本汽車公司采用有機溶劑分解和剝離漆層的方法；豐田汽車公司采用160℃的水熱法處理水解涂層膜的無害化方法；富士重工業(yè)研究將涂層膜的除去和粉碎同時進行的方法，這些技術(shù)都已經(jīng)接近實用化。Date1064.5.2材料再生循環(huán)實例——汽車的保險杠及內(nèi)裝修材料再生對于內(nèi)裝修材料，不同的使用場所要求各種不同的特性，為此要相應(yīng)地使用各種樹脂，這樣，在回收的塑料當(dāng)中便混雜著這樣的樹脂，很多情況下相溶性都不好，從而使再生材料的特性顯著下降。為此，在設(shè)計階段，預(yù)先就要考慮到再生循環(huán)性，并要限定使用的原料必須研究開發(fā)能同時滿足許多特性要求的材料及加工方法，即這種材料應(yīng)盡量以通用樹脂為中心的同一系統(tǒng)（有相容性）的樹脂。如果通過改變樹脂的混合比，開發(fā)出綜合滿足各種各樣特性的“通用型聚合物合金（塑料合金）”及相容劑，那么在再生循環(huán)時即使相互混合，再生后材料的性能也變化不大，從而擴大再生材料的使用范圍。Date107對于內(nèi)裝修材料，不同的使用場所要求各種不同的特性，為此要相應(yīng)4.5.3化學(xué)再生循環(huán)

化學(xué)再生循環(huán)，將回收材料作為資源，作為石油及單體的原始材料加以利用。研究的目標(biāo)是將回收材料通過水解或解聚等化學(xué)反應(yīng)，分解成原始材料的單體及低聚物或者它們的母體，然后回收并重新合成原始的初級塑料，或者還原為石油狀態(tài)以便再生利用。在實際再生循環(huán)過程中，由于雜質(zhì)混入及加工過程的影響，塑料的某些性能不可避免地要發(fā)生退化。因此，經(jīng)材料再生循環(huán)法制成的再生塑料，存在一個降低使用的問題。Date1084.5.3化學(xué)再生循環(huán)

化學(xué)再生循環(huán)，將回收材料作為資源，化學(xué)再生循環(huán)由于還原成了原始材料，它不僅是完全的再生循環(huán)系統(tǒng)，而且即使在回收品中混雜了多種類別的其它塑料時，也是可以進行再生循環(huán)的系統(tǒng)，因此人們對于化學(xué)再生循環(huán)寄予了很大的期望。在化學(xué)再生循環(huán)中，分餾回收技術(shù)是一個具體的例子。如日本電線綜合技術(shù)中心在研究將交聯(lián)聚乙烯電線及橡膠絕緣電線的塑料和橡膠成分加熱分解，分餾而回收。Date109化學(xué)再生循環(huán)由于還原成了原始材料，它不僅是完全的再生循環(huán)系統(tǒng)4.5.4環(huán)境材料與再生技術(shù)

若在塑料的原料當(dāng)中預(yù)先混入特定的催化劑，這種催化劑在產(chǎn)品使用時并不起什么作用，但在回收后進行化學(xué)再生循環(huán)如加熱等處理時產(chǎn)生作用，能有效地回收有用的物質(zhì)（單體，氣體，油）。這類加入了用于再生循環(huán)的催化劑的材料也屬于環(huán)境材料之列，人們已經(jīng)開始這方面的研究。另一方面，在“環(huán)境材料”的概念中，不僅再生技術(shù)是重要的，而且開發(fā)對地區(qū)環(huán)境負荷小、對人類有益的新型材料的觀點也是很重要的。當(dāng)將塑料進行化學(xué)再生循環(huán)和熱再生循環(huán)時，要防止可能對生物及地球環(huán)境產(chǎn)生不利影響的副產(chǎn)品（如SO2，NO2等）排入大氣、水等造成環(huán)境污染，或者將其變換為無害物質(zhì)或有用物質(zhì)。Date1104.5.4環(huán)境材料與再生技術(shù)

若在塑料的原料當(dāng)中預(yù)先混入特4.6建筑材料的再生循環(huán)

建筑材料更著重對人的生存、生活環(huán)境的影響，因為人在每天24h最密切接觸的環(huán)境是居住和生活環(huán)境。建筑材料設(shè)計應(yīng)當(dāng)考慮材料自身的力學(xué)性能、功能和生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性，同時考慮建筑設(shè)計中材料的選擇和組合要求。生態(tài)建筑設(shè)計與傳統(tǒng)建筑設(shè)計的區(qū)別之一是對材料的選擇，即考慮材料的整個生命周期環(huán)境負荷最低，而不僅僅是使用階段。另外，選擇傳統(tǒng)的生態(tài)材料并予以現(xiàn)代化設(shè)計也是環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計可行的途徑，例如北方的土窯建筑，以石材為主的建筑，南方以竹、木為主的建筑，云南的石片瓦，材料取自自然，最后返回自然。對建筑各部位材料可循環(huán)再生性要求如下表所示。Date1114.6建筑材料的再生循環(huán)

建筑材料更著重對人的生存、生活環(huán)建筑材料可循環(huán)再生設(shè)計包括如下幾點：(1)減少使用材料，以最少的材料達到對性能和功能的要求；(2)材料再使用，要求可拆卸，可修復(fù)使用；(3)循環(huán)使用，可拆卸，可降級使用。對于大宗建筑材料混凝土應(yīng)采取較高強度的長耐久性設(shè)計，既可以提高資源－效率又可以減少（生產(chǎn)過程和退役）排放，并且退役后可以作為再生集料循環(huán)利用。Date112建筑材料可循環(huán)再生設(shè)計包括如下幾點：Date484.6.1建筑材料與環(huán)境的關(guān)系長期以來，建筑材料主要是依據(jù)建筑物及其具體部位對材料提出的力學(xué)性能與功能方面的要求進行開發(fā)的。結(jié)構(gòu)材料主要追求高強度，高耐腐蝕性等，而外部裝飾材料則追求其高功能性和設(shè)計圖案的美觀性等。作為建筑材料不僅要求高強度和高功能性，而且由于如何與地球環(huán)境相協(xié)調(diào)的問題已經(jīng)成為人類面臨的最大問題，所以還必須考慮基于再生循環(huán)的環(huán)境協(xié)調(diào)性。Date1134.6.1建筑材料與環(huán)境的關(guān)系Date491)建筑材料對環(huán)境的影響

建筑材料不僅有鋼鐵，混凝土，木材等構(gòu)成的結(jié)構(gòu)框架和主體的結(jié)構(gòu)材料，而且包括具有美觀、防水、主體保護功能的高分子涂料及瓷磚等裝飾材料，還包括外裝修及隔墻間壁等形成居住空間的金屬板，纖維水泥板等非結(jié)構(gòu)材料，也就是說大量使用的建筑材料中有金屬、有機、無機和復(fù)合材料等多種材料。建筑材料是應(yīng)用最廣、用量最多的材料，因此它的耗能與所造成的環(huán)境污染也是最嚴(yán)重的。概括起來，在建筑材料生產(chǎn)和使用過程中，污染一般來自六個方面：空氣、水、固體廢棄物、放射性、噪聲和熱等的污染。Date1141)建筑材料對環(huán)境的影響

建筑材料不僅有鋼鐵，混凝土，木材等（1）廢氣、粉塵對大氣的污染建筑材料生產(chǎn)過程中大多伴有燒制過程。在燒制過程中燃料燃燒產(chǎn)生的粉塵、飛灰、煙霧等氣溶膠，直接對人體呼吸道、眼睛等器官造成損害，以及對環(huán)境的破壞等。（2）廢液造成的水體污染在建材的選礦、冶煉、軋鋼過程中會產(chǎn)生很多污水，其中含有大量的無機懸浮材料，如砂、爐渣、鐵屑等。Date115（1）廢氣、粉塵對大氣的污染Date