廢舊玻璃鋼的回收與利用

廢舊玻璃鋼的回收與利用陳康;賈桓;雷文;徐金保;王胡麗瀏蕓杉;趙志峻【摘要】WiththecontinuousapplicationofFRPmaterials,moreandmoreFRPwastesareaccumula-ting,andhowtosolvetheFRPwastegraduallybecomesanurgentproblemtobesolvedscientificallyandenvironmentally.TherecoveryandutilizationofFRPscraparediscussed.Thethreemainrecyclingmeth-odsofthermosettingFRParedescribedindetail,includingchemicalrecyclingmethod,physicalrecyclingmethodandenergyrecoverymethod,andtheadvantagesandlimitationsofthreemethodsareanalyzed.%隨著玻璃鋼(FRP)材料的不斷應(yīng)用,越來越多的玻璃鋼廢料不斷積累，如何科學(xué)、環(huán)保地解決玻璃鋼廢料逐漸成為亟待解決的問題.對玻璃鋼廢料的回收與利用展開了討論,詳細闡述了熱固性玻璃鋼的3種主要回收方式一化學(xué)回收法、物理回收法以及能量回收法，并對其優(yōu)點與局限性進行了分析.【期刊名稱】《河南化工》【年(卷)，期】2018(035)005【總頁數(shù)】3頁(P3-5)【關(guān)鍵詞】玻璃鋼;回收;利用【作者】陳康;賈桓;雷文;徐金保;王胡麗瀏蕓杉;趙志峻【作者單位】南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037;南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037;南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037;南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037；南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037；南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037浦京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037【正文語種】中文［中圖分類】TQ3270前言玻璃鋼(FRP)，即玻璃纖維增強塑料，具有強度高、耐腐蝕、可設(shè)計性強、易加工等特點，已廣泛應(yīng)用于建筑、化工、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，產(chǎn)品包括管道、儲罐、游艇外殼等。但玻璃鋼是種不可降解的材料，對于其生產(chǎn)及使用過程中產(chǎn)生的廢料，利用常規(guī)焚燒掩埋的處理方法不僅效率低，而且會對環(huán)境造成二次污染。因此，如何環(huán)保、便捷、經(jīng)濟地解決玻璃鋼廢料愈來愈重要。1FRP的回收與利用FRP主要是以不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂作為基體材料，以玻璃纖維為增強材料復(fù)合形成的熱固性復(fù)合材料。對于FRP廢料的回收與利用，目前國內(nèi)外主要采用3種處理方法，分別是物理回收法、能量回收法和化學(xué)回收法。1.1物理回收法物理回收法主要是將FRP材料機械粉碎后，將其粉末作為復(fù)合材料的填料進行資源的回收利用。FRP粉末顆粒的大小不同，應(yīng)用的領(lǐng)域也有所差異。葉林忠［1］在丁氰橡膠中填充20%的FRP粉末，結(jié)果顯示，F(xiàn)RP粉末的加入對丁氰橡膠具有一定的補強性。王輝等［2］在對聚氨酯復(fù)合材料的研究中發(fā)現(xiàn)：與聚乙烯粉末、碳酸鈣粉末等填充物相比，在聚氨酯中加入10%的FRP粉末更有利于樹脂的拉伸及彎曲性能的提高。與此同時，科研人員對廢球玻璃鋼的回收處理理工藝及設(shè)備進行了研究。田豐等［3］設(shè)計了一種新型廢舊玻璃鋼物理回收處理工藝，設(shè)計了回收處理生產(chǎn)線，并針對現(xiàn)有切割設(shè)備難以滿足廢棄玻璃鋼制品切割要求的問題，研發(fā)制造了新型的高效切割設(shè)備，對于廢棄玻璃鋼制品回收利用技術(shù)的發(fā)展具有一定的積極作用。鐘艷霞等［4］設(shè)計研發(fā)了填補國內(nèi)熱固性塑料廢棄物回收專用設(shè)備空白的玻璃鋼廢棄物回收專用設(shè)備，先將玻璃鋼廢棄物經(jīng)切割、粉碎、篩分等工序，制成一定粒度的再生材料。再利用研發(fā)的廢棄物再生材料成型生產(chǎn)線，以制成的再生材料為填充材料，輔以樹脂、玻纖布(氈)及各種輔料，自動成型生產(chǎn)各種規(guī)格的玻璃鋼板材，從而使廢棄物再生資源化，可實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。劉媛［5］采用破碎-分級利用加填的方式，對廢棄玻璃鋼進行破碎-分級處理,得到顆粒料，然后以其為填料，以聚丙烯(PP)作為基體樹脂，通過熔融共混-模壓法制備PP基復(fù)合材料，探究了顆粒料在未經(jīng)處理的前提下，不同形態(tài)和添加量對復(fù)合材料力學(xué)性能、斷面形貌、熱穩(wěn)定性和結(jié)晶性能的影響。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度隨玻璃鋼粒料填充量的增加而減小，彈性模量、彎曲強度、彎曲模量變化趨勢與之相反。為了拓寬廢棄玻璃鋼的再利用范圍，嘗試用其粉末代替?zhèn)鹘y(tǒng)填料，通過內(nèi)部加填的方法與纖維進行混合制備紙張。研究發(fā)現(xiàn)相比于植物纖維紙，雖然添加玻璃鋼使得PET漿粕紙強度下降,但是玻璃鋼中的玻璃纖維對PET紙在一定程度上也起到增強作用。物理回收法技術(shù)簡單、成本較低，對廢料能做到可持續(xù)利用，對于環(huán)境的污染最小，同時對于設(shè)備技術(shù)和成本的要求也不高，是最有工業(yè)化應(yīng)用前景的方法之一。然而FRP的物理回收法存在著較大的局限性。首先，由于FRP材料機械強度大、硬度高，對其做機械粉碎處理造成一定的難度，目前主要的研磨機械如錘磨機、球磨機、針磨機等幾類對FRP廢料的精細加工仍有一定的難度；其次，物理回收法只限于對FRP邊角廢料與未受污染的FRP回收廢料，對于被涂料、黏接劑等污染的FRP廢料要對其分類清洗后才能使用。1.2能量回收法能量回收法主要是將FRP廢料投入燃燒爐中進行燃燒處理，F(xiàn)RP燃燒產(chǎn)生大量的熱量，進行發(fā)電、提供高溫能源等。北京水泥廠上馬的廢棄玻璃鋼替代燃料項目是能量回收法的一個代表，曾文飛［6］對此項目進行了控制研究，目的是為工程建設(shè)階段以及后續(xù)運行階段能得以安全、質(zhì)量可靠運行提供服務(wù)。日本三菱重工業(yè)公司開發(fā)成功無公害玻璃鋼焚燒爐，在水蒸氣氣氛下，控制氧氣量使玻璃鋼部分燃燒反應(yīng)，燃燒溫度在700^左右，在此溫度下，塑料被燃燒，而玻璃纖維卻可保留下來回收利用，由于水蒸氣的存在減少了焦油的產(chǎn)生，因而也不會損壞爐體材料，不會產(chǎn)生惡臭，反應(yīng)氣體燃燒回收的熱能也可加以利用［7］。能量回收法的優(yōu)點在于處理方法簡單、處理成本低，相對于傳統(tǒng)FRP廢料直接掩埋的方法，能量回收法能夠有效地降低污染，并提供能源回收。但是燃燒過程會產(chǎn)生大量CO2氣體，會對環(huán)境產(chǎn)生一定的污染，且熱能的利用率不高。1.3化學(xué)回收法化學(xué)回收法是指玻璃鋼廢棄物經(jīng)過初步粉碎后，通過化學(xué)方法使其分解成小分子碳氫化合物的氣體、液體或焦炭，使填料和纖維從基體中分離的一種方法，主要方法有熱解法、水解法、氨解法、醇解法等方法。熱解法是通過對塑料和橡膠高溫分解的研究并借鑒，將FRP廢料在無氧條件下，加熱升溫分解，一般在400~500°C時主要回收熱解氣，在溫度600~700°C時回收熱解油，以及碳酸鈣、玻璃纖維等固體副產(chǎn)物［8］。分離得出的熱解油可作為燃料使用，可燃性很好，碳酸鈣、玻璃纖維等固體副產(chǎn)物可代替水泥作為建筑材料或者作為固體填充物使用。熱解法對FRP廢料的要求不高，被污染的FRP或是尺寸較大、不規(guī)則的FRP都能夠采用此方法降解，并且降解過程中對環(huán)境沒有污染。但熱解環(huán)境難以控制，因此導(dǎo)致熱解設(shè)備價格升高，回收成本提高。水解法是將FRP廢料在超臨界水中，加入堿性催化劑對材料中的熱固性樹脂進行分解，進而回收利用。在高溫高壓超臨界水中發(fā)生水解反應(yīng)，可將玻璃鋼廢舊料中樹脂基分解為氣相、液相和固相三部分，氣相中包含CO2和CO,液相主要是苯乙烯及其衍生物和鄰苯二甲酸，固相中主要含有玻纖等不溶物［9］。陳中武［10］研究體積、溫度對FRP在水中分解狀況實驗中發(fā)現(xiàn)：水解2.00gFRP材料，水體積為30mL,水解溫度控制在350°C時，F(xiàn)RP的水解狀況是最佳的，分解率接近100%。另外研究還發(fā)現(xiàn)，加入NaOH作催化劑時分解效率更佳。醇解法是將粉碎后的碎料溶解在乙二醇中，在堿催化劑存在下加熱至240C,將FRP廢料中樹脂分解并除去玻璃纖維，最后再加入丁烯二酸重新生成不飽和聚酯［11］。氨解法是用胺化劑使FRP廢料中的聚酯類物質(zhì)溶解，過濾玻璃纖維、碳酸鈣等不溶固體物質(zhì)，然后對聚酯類物質(zhì)回收重利用。利用水解法、氨解法、醇解法處理分解玻璃鋼的原理具有一定的相似性，都是先將玻璃鋼中聚酯、酚醛等物質(zhì)溶解破壞后，分離出其中的不溶玻璃纖維等物質(zhì)，其優(yōu)點在于可以回收各種類型的FRP廢料，各種尺寸大小、材料表面是否被污染等都可以運用此類方法回收，而且回收再利用過程中不產(chǎn)生二次污染，但降解成本巨大，不利于其大范圍推廣使用。2結(jié)論FRP廢料回收利用的方法多種多樣，最主要的有物理回收法、能量回收法以及化學(xué)回收法，每種方法都有著各自的優(yōu)點與局限性。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)對不同的FRP回收材料，按照需要運用不同的方法進行再利用。同時，更加科學(xué)、環(huán)保、經(jīng)濟的回收利用方法還有待被發(fā)現(xiàn)。參考文獻：葉林忠.廢玻璃鋼粉填充丁月青橡膠的性能研究[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟,2009,2(11):39-41.王輝,沈帆,彭家順，等.不同填料對聚氨酯及其復(fù)合材料性能的影響[J].玻璃纖維,2015(5):2-4.田豐，劉衛(wèi)生孫偉，等.廢棄玻璃鋼的資源化利用研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2017,1:35,37.鐘艷霞，邢洪章，楊勇.熱固性塑料廢棄物綜合利用及回收設(shè)備研究[J].節(jié)能與環(huán)保,2008,5:33-35.劉媛.廢棄玻璃鋼破碎-分級資源化利用研究[D].西安：陜西科技大學(xué),2017.曾文飛.北京水泥廠廢棄玻璃鋼替代燃料項目控制研究[D].吉林：吉林大學(xué),2012.洪尉.無污染玻璃鋼焚燒爐[J].廣州環(huán)境科學(xué),1995,10(2):40.焦斌，蔡晴，李杰.熱固性玻璃鋼廢棄物的回收利用[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,1997(6):38-41.SUGETAT,NAGAOKAS,OTAKEK,etal.Decompositionoffiberreinforcedplasticsusingfluidathightemperatureandpressure[J].KobunshiKagaku,2001,58(10):557-563.陳中武.不飽和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