廢舊輪胎被稱為“黑色污染”,其回收和處理技術一直是世界性難題,也是環境保護的難題。據統計,目前全世界每年有 1 5 億條輪胎報廢,其中北美占大約 4 億條,西歐占近 2 億條,日本 1 億條。在上世紀 90 年代,世界各國最普遍的做法是把廢舊輪胎掩埋或堆放。但隨著地價上漲,征用土地作輪胎的掩埋/堆放場地越來越困難。另一方面,廢舊輪胎大量堆積,極易引起火災,造成第二次公害。
隨著中國汽車工業的高速發展,廢舊輪胎帶來的環保壓力也越來越大。
世界新胎和翻新胎比例平均水平為 1 0 : 1 ,而中國僅為 26 : 1 。國外嚴重污染環境的再生膠生產企業早已被淘汰,而中國再生膠仍是廢輪胎利用的主要深加工產品,不少企業還處于技術水平低、二次污染重的作坊式生產。廢舊輪胎散落于民間,沒有形成一個通暢的回收系統,交易未形成市場,回收困難,加工企業得不到充足胎源。為此,國家經貿委目前正在起草《廢舊輪胎回收利用管理辦法》,同時也在抓緊制定“輪胎翻新與修補安全技術標準”。
隨著我國汽車擁有量的增加,廢舊橡膠和廢舊輪胎的產生量也逐年增加,如何利用廢舊橡膠制品和廢舊輪胎,是搞好資源綜合利用的重要課題,也是合理利用資源、保護環境,促進國民經濟增長方式轉變和可持續發展的重要措施。
2 廢舊輪胎翻新
處理和利用廢舊輪胎主要有兩大途徑,一是舊輪胎翻新;二是廢輪胎的綜合利用。翻新是利用廢舊輪胎的主要和最佳方式,就是將已經磨損的、廢舊輪胎的外層削去,粘貼上膠料,再進行硫化,重新使用。
2.1 輪胎翻新效益大,好處多
目前翻新是發達國家處理廢舊輪胎的主要方式,目前世界翻新輪胎 ( 翻胎 ) 年產量約 8 000 多萬條,為新胎產量的 7 %。
在良好的使用、保養條件下,一條輪胎可以翻新多次,具體地說尼龍簾線輪胎可翻新 2 ~ 3 次,鋼絲子午線輪胎可翻新 3 ~ 6 次。每翻新一次,可重新獲得相當于新輪胎 60 %~ 90 %的使用壽命,平均行駛里程大約為 5 ~ 7 萬 km 。通過多次翻新,至少可使輪胎的總壽命延長 1 — 2 倍,而翻新一條廢舊輪胎所消耗的原材料只相當于制造一條同規格新輪胎的 1 5 %~ 30 %,價格僅為新輪胎的 20 %— 50 %。
可見翻新廢舊輪胎不僅有利環保,而且好處多:①節約資源。②降低成本。③節省能源。
世界汽車專家認為,翻新胎可以按照新胎同樣的合法速度行駛,在安全、性能和舒適程度上不亞于新胎。
2.2 輪胎翻新方法多
傳統的輪胎翻新方式是將混合膠粘在經磨銼的輪胎胎體上,然后放入固定尺寸的鋼質模型內,經過溫度高達 1 5 0 ℃以上硫化的加工方法,俗稱“熱翻新”,或熱硫化法。該法目前仍是中國翻胎業的主導工藝,但在美國、法國、日本等發達國家已逐漸被淘汰。
隨高科技工藝的發展以及新一代輪胎的面世,人們對翻新輪胎的要求提高,一種新型的、被稱為“預硫化翻新”,俗稱“冷翻新”的輪胎翻新技術已經在發達國家成功應用,且被帶入中國。“預硫化翻新”技術則是將預先經過高溫硫化而成的花紋胎面膠粘在經過磨銼的輪胎胎體上,然后安裝在充氣輪輞;套上具有伸縮性的耐熱膠套,置入溫度在 1 0 0 ℃以上的硫化室內進一步硫化翻新,這項技術可確保輪胎更耐用,提高每條輪胎的翻新次數,使輪胎的行駛里程更長,平衡性更好,使用也更加安全。
2.3 我國輪胎翻新落后
中國的輪胎翻新業與這些先進國家存在較大的差距。目前得到翻新的廢舊輪胎還不到 1 0 %。造成這種局面的原因多種多樣。
(1) 輪胎翻新和利用價值沒有被管理者、生產者和消費者所了解,許多人認為翻新輪胎不如新胎安全、可靠,不接受翻新輪胎。國家制定的輪胎磨耗極限標準缺少執法檢查,致使輪胎超負荷運行嚴重,使用輪胎的單位與個人基本上一胎跑到底,不愿翻新。
(2) 中國還沒有一套相應的政策法規和管理辦法,特別是還未建立鼓勵廢舊輪胎回收、加工、再利用的激勵機制。同時,國家在廢舊輪胎利用、科技開發、創新等方面投入少;廢舊輪胎利用企業稅賦過重,發展困難,沒有能力進行技術裝備更新改造。
(3) 中國廢舊輪胎銷售市場不規范,沒有形成一個通暢的回收系統,交易未形成市場,回收困難,舊輪胎資源不能充分利用,大部分只用干生產再生膠或做鞋底。而且中國輪胎生產與翻新、利用體制脫節,各自為政,沒有形成整體。
(4) 政策扶持不足。輪胎翻修屬有科技含量的修補行業,本身是微利行業。發達國家對廢舊輪胎的回收翻修利用實行政府補貼政策,美國處理 1 條廢舊輪胎補貼 2 — 4 美元,加拿大補貼 2 — 5 加元,英、日、德等國免費回收,企業免稅。如果中國也能制訂相應的法規,將極大地促進輪胎翻新業在中國的發展。
2.4 我國輪胎回收的前景
縱觀全球翻胎業可以發現,這是一項有利可圖的產業。世界上最著名的翻胎企業美國奔達可公司,曾創下年營業額 30 億美元的佳績。隨中國汽車業的高速發展和對環保重視程度的不斷加深,輪胎翻新業在中國發展的外部條件大為改善,預計 1 ~ 2 年將會進入快速發展期。根據中國的再生資源回收利用規則,到 2005 年,輪胎翻新總量要達到 790 萬條,市場前景十分誘人。
由于翻胎是需進入輪胎維修市場的產品,有一定區域性,因此大輪胎公司多以合資或組成上下閉環服務體系進入其他國家。
隨中國汽車工業的高速發展,許多國外輪胎翻新業主從中看到了潛在商機,紛至沓來,或合資或獨資,搶占中國輪胎翻新市場。不少富有遠見的小企業主也來加盟輪胎翻新業,使目前國內的私人輪胎翻新廠接近 100 家之多,全國大小翻新企業近 500 家。
3 膠粉
通過機械方式將廢舊輪胎粉碎后得到的粉末狀物質就是膠粉,其生產工藝有常溫粉碎法、低溫冷凍粉碎法、水沖擊法等。與再生膠相比,膠粉無須脫硫,所以生產過程耗費能源較少,工藝較再生膠簡單得多,減低污染環境,而且膠粉性能優異,用途極其廣泛。通過生產膠粉來回收廢舊輪胎是集環保與資源再利用于一體的很有前途的方式,這也是發達國家摒棄再生膠生產,將廢舊輪胎利用重點由再生膠轉向膠粉和開辟其它利用領域的根源。
3.1 膠粉的利用途徑
膠粉有許多重要用途,譬如摻入膠料中可代替部分生膠,降低產品成本;活化膠粉或改性膠粉可用來制造各種橡膠制品 ( 汽車輪胎、汽車配件、運輸帶、擋泥板,防塵罩、鞋底和鞋芯、彈性磚、圈和墊等等 ) ;與瀝青或水泥混合,用于公路建設和房屋建筑;與塑料并用可制作防水卷材、農用節水滲灌管、消音板和地板、水管和油管、包裝材料、框架、周轉箱、浴缸、水箱;制作涂料、油漆和粘合劑;生產活性炭。
3.1.1 輪胎市場
早在 1953 年,美國就把一定粒徑的膠粉用于輪胎生產。 1989 年,青島橡膠二廠在國內首家將膠粉直接用于輪胎生產。 1995 年,膠粉應用在原化工部重點廠家和一些中小企業中普及。由于天然橡膠價格下降、膠粉質量不穩定等因素, 1996 年后膠粉在輪胎生產中的應用出現滑坡, 1999 年起又開始回升。目前,中科進公司等企業生產的 80 目以上胎面膠膠粉已開始取代 40 目、 60 目活化膠粉,直接應用于輪胎生產,效果很好。專家們認為,“輪胎市場”需要進一步鞏固和拓展。
3.1.2 改性瀝青
用膠粉改性瀝青鋪設的路面比普通瀝青路面更耐用,產生裂紋少,耐候性更好,遇嚴寒天氣也不易結冰。據介紹,用膠粉改性瀝青鋪設一條雙向高等級公路,每公里路面可消耗 1 萬條廢舊輪胎制成的膠粉。到上世紀末,美國鋪設的膠粉改性瀝青路面已超過 1 . 1 萬 km 。此外日本、俄羅斯、加拿大、瑞典、韓國、芬蘭等亦已成功地將膠粉改性瀝青用于修建高速或高等級公路。
自 1982 年以來,國內江西、四川、遼寧等地也都嘗試著鋪設膠粉瀝青路面,經多年實踐考察,效果良好。目前,新疆、寧夏、云南、河南等地在筑路中也先后使用膠粉。近年來,中國每年修建公路需消耗多達 200 萬— 300 萬 t 的瀝青,公路維護保養所消耗的瀝青還不包括在內。若在瀝青中摻入 1 5 %的膠粉,則每年可消耗膠粉 30 萬~ 40 萬 t 。其結果必然是既不用進口昂貴的 SBS 改性瀝青,又疏通了膠粉的消費渠道,使中國國內自有資源得到充分的利用,扶持了膠粉生產企業的發展,促進了廢舊輪胎的回收利用。專家們建議,政府應該統籌規劃,在全國推廣膠粉瀝青鋪路的成功經驗,并適時普及到機場跑道、鐵路及橋梁建設中。
3.1.3 橡膠磚市場
自 1995 年我國臺灣廠商的橡膠磚制品在北京展覽館展出后,北京、紹興、福州、南京等地陸續辦廠。 1999 年 6 月《中國化工報》關于遼寧丹東《下崗夫妻成就大業廢舊輪胎脫胎換磚》的報道更是點燃了一把火,全國有 20 多個省、區、市的企業、個人或行業主管部門給編輯部打電話或發夾傳真,尋求技術轉讓與合作事宜,表現出對橡膠磚市場的厚興趣。 當前,要以北京市申辦 2008 年奧運會為契機,在體育場館、學校、幼兒園、社區、賓館、辦公樓等場所鋪設橡膠磚、橡膠地板、跑道、草坪等,這樣不僅能消化萬噸以上膠粉,為綠色北京添風采,而且能進一步拓寬國內外市場。
3.1.4 防水卷材市場
1986 年,前蘇聯將膠粉成功地應用于橡膠瀝青防水卷材、無機絕緣卷材和三層板材組成的隔音復合地板等建筑材料中。 9 0 年代以來,我國北方地區普遍開始把粗膠粉用于防水卷材。目前,一種以硫化膠粉為原料的新型建筑材料—— Robirit( 簡稱 RB) 已經問世。有人預測,這種新型材料的發展可能成為廢舊輪胎再利用的更有效的方法。該材料可用于橋面和人行路面、隔音材料和公路分流路障等。
3.1.5 高分子復合材料市場
有資料顯示,美國一家公司開發出了一種改性硫化膠粉,并用這種膠粉與聚氨酯膠料混合,得到一種廉價復合材料,這種復合材料的性能與聚氯酯非常接近。有報道稱,用乙烯、丙烯酸共聚物改性的胎面膠粉能提高聚乙烯的抗沖擊性能。有試驗證明,在固井水泥中加入 80 目胎面膠粉,其物性得到了明顯改善。因此,在抗裂、抗震、抗磨、抗疲勞等特殊要求場合,可使用膠粉改性水泥。另據了解,把膠粉與玻璃粉末共混,或與各種有色金屬、稀有金屬的粉末共混,都可能產生新一代高分子復合材料。
專家們認為,膠粉工業代表著廢舊輪胎資源綜合利用的發展方向,一定會有廣闊的市場前景。
3.2 我國膠粉生產情況
據不完全統計,目前全國膠粉生產廠家已有 50 余家,年生產能力超過 12 萬 t ,主要分布在北京、深圳、上海、江蘇、山東、河南、四川等 14 個省市,其中年產量在 2 000t 以上的膠粉企業有 20 余家。天津、新疆、陜西等省、區、市也正在積極籌建規模在 3 000t 到萬 t 以上的膠粉生產線。中國橡膠工業協會、全國橡膠工業信息站等單位還先后召開了關于精細膠粉生產與應用的研討會。所有這些表明,一個以廢舊輪胎為主要原料、以粉碎全鋼絲子午胎為主攻方向、以生產精細膠粉為龍頭的高科技綠色原料工業—膠粉工業已經形成。
然而不幸的是,膠粉工業形成伊始便陷入了一種有價無市的局面。全國的膠粉應用量雖然從 1991 年的 300t 增加到目前的 7 萬 t 以上,但仍有 50 %的膠粉沒有市場。主要原因是膠粉的應用技術開發嚴重滯后。
4 廢舊輪胎可用于建筑
4.1 作填料 近年來,廢舊輪胎于土木 ( 巖土 ) 工程中的應用在逐步增加,通常是將整條輪胎切成 50 ~ 300mm 的碎片。在巖土工程中使用碎輪胎的益處是,碎輪胎的單位體積重量只是常用回填土的三分之一,因而用其作填料所產生的上覆壓力要比泥土回填材料所產生的小得多。這對軟弱地基而言,將會明顯地減少沉降,增強整體穩定性。并且碎輪胎填料施加在擋土結構上的水平應力不到泥土回填材料的一半,為大幅降低擋土結構的造價提供了前提。
然而,碎輪胎在當前工木工程的應用中面臨一系列的技術問題。首先,其壓實過程的質量控制受許多因素制約,且有很大的不確定性。壓實的碎輪胎的力學性與工藝質量密切相關。其次,碎輪胎作為回填材料時,其本身受荷載作用會產生較大壓縮。盡管土與碎輪胎的適當摻和能部分減少這種壓縮,但土與碎輪胎的混合物在振動荷載下極易相互分離,時間一長,填料仍將產生較大壓縮。再者,碎輪胎作為填料時也可能會受到熱解作用,土中的水分會使碎輪胎中的鋼材侵蝕,在基本上是一種放熱過程中,受蝕的鋼材將使溫度逐步升高,從而引起一系列的熱解作用,散發的氣體容易引起火災,熱解的烴油會污染土壤。
目前已知的所有作建筑材料的發明雖然能夠承受較大的結構荷載、沖擊力,也能滿足大多數室外場合常規的耐磨要求,但都具有許多缺陷,比如采用的粘結劑一般比較昂貴,產品的造價也就很難降下來;澆鑄過程一般伴隨著一段時間的加熱加壓,這就限制了產品的產量,大量地增加了能源消耗。
4.2 橡膠土技術
橡膠土是一種新的輕質多孔隙建筑材料。該材料主要由碎橡膠、水泥、煤灰或粉煤灰 (PFA) 、橡膠粉或聚合物纖維和水制成。碎橡膠主要來自去掉鋼絲的廢舊橡膠輪胎,也可從其他回收的橡膠制品中獲得。將上述原料以預定比例充分混合制漿即可澆筑成輕質多孔隙的建筑材料。同樣,也可將制成的漿倒入鑄模澆鑄成輕質建筑塊。應用的領域包括路堤、擋土結構、山坡填土、地下廠房回填、道路填工、土地開墾及其它的土木工程應用。
5 其它用途
5.1 原形改制
原形改制是通過捆綁、裁剪、沖切等方式,將廢舊輪胎改造成有利用價值的物品。最常見的是用作碼頭和船舶的護舷、沉入海底充當人工魚礁、用作航標燈的漂浮燈塔等。
美國每年產生廢舊輪胎 2 . 5 億條,通過原形改制可使其中的 500 ~ 600 萬條變廢為寶。柵網墊排公司收集廢舊輪胎,用切割機分離胎圈與胎身,再根據需要將眙身裁成不同尺寸的膠條,用這些膠條編織成彈性防護網、防撞擋壁、防滑墊排等。彈性防護網供建筑、爆破工地擋飛石落物;防撞擋壁供保護船塢用;防滑墊用來臨時加固路面,使重型車輛順利通過泥濘地帶。從廢舊輪胎上截取下來的胎圈、還可以被加工成排污管道。
法國技術人員用廢舊輪胎建筑“綠色消音墻”,使用證明吸音效果極佳。其具體做法是:將廢舊輪胎剖成對稱的兩半,然后傾斜 20 度層層疊放,以方便排水,再在墻外罩以金屬格柵作為防火護板。
原形改制是一種非常有價值的回收利用方法,但該方法消耗的廢舊輪胎量并不大,所以只能當作是一種輔助途徑。
5.2 熱能利用
廢舊輪胎是一種高熱值材料,每公斤的發熱量比木材高 69 %,比煙煤高 1 0 %,比焦炭高 4 %。以廢舊輪胎當作燃料使用,一是直接燃燒回收熱能,此法雖然簡單,但會造成大氣污染,不宜提倡;二是將廢舊輪胎破碎,然后按一定比例與各種可燃廢舊物混合,配制成固體垃圾燃料 (RDF) ,供高爐噴吹代替煤、油和焦炭作燒水泥的燃料或代替煤以及火力發電用。同時,該法還有副產品——炭黑生成,經活化后可作為補強劑再次用于橡膠制品生產。
如今在美國、日本以及歐洲許多國家,有不少水泥廠、發電廠、造紙廠、鋼鐵廠和冶煉廠都用廢舊輪胎作燃料,效果非常好,不僅降低了生產成本,而且根治了廢舊輪胎引起的環境問題。
在所有綜合利用中,熱能利用是目前能夠最大量消耗廢舊輪胎的唯一途徑,不僅方便,簡潔,而且設備投資最少。
5.3 再生膠
通過化學方法,使廢舊輪胎橡膠脫硫,得到再生橡膠是綜合利用廢舊輪胎最古老的方法。目前采用的再生膠生產技術有動態脫硫法 ( 恩格爾科法 ) 、常溫再生法、低溫再生法 (TCR 法 ) 、低溫相轉移催化脫硫法、微波再生法、輻射再生法和壓出再生法。
烏克蘭基輔大學科研人員運用電磁沖擊法處理汽車廢舊輪胎獲得了成功。新工藝從經濟和環保方面都優越于目前處理廢舊輪胎的方法,具有很大的實用價值。烏科學家研制的電磁沖擊法利用電磁場的作用,在廢舊輪胎內部形成脈沖磁場,將輪胎中的橡膠與金屬分離。分離后的橡膠與輪胎鋼絲保持了原有的特性與功能,能再次用來生產輪胎。另外,運用該方法還縮短了處理廢舊輪胎的周期。
再生膠的主要用途是在橡膠制品生產中,按一定比例摻入膠料,一來取代一小部分生膠,以降低產品成本,二來改善膠料加工性能。摻有再生膠的膠料可制造各種橡膠制品。
由于再生膠的生產嚴重污染環境,國外已經淘汰,而中國再生膠仍是利用廢輪胎的主要方法。不少企業還處于技術水平低、二次污染重的作坊式生產階段,膠粉產品也未形成規模。
5.4 熱分解
熱分解就是用高溫加熱廢舊輪胎,促使其分解成油、可燃氣體、碳粉。熱分解所得的油與商業燃油特性相近,可用于直接燃燒或與石油提取的燃油混合后使用,也可以用作橡膠加工軟化劑;所得的可燃氣體主要由氫和甲烷等組成,可作燃料使用,也可以就地燃燒供熱分解過程的需要;所得的碳粉可代替炭黑使用,或經處理后制成特種吸附劑。這種吸附劑對水中污物,尤其是水銀等有毒金屬有極強的濾清作用。此外,熱分解產物還有廢鋼絲。
巴西圣保羅大學的研究人員經過多年的努力,終于研究出一種使廢舊輪胎得到充分燃燒且又不污染環境的新方法,使廢舊汽車輪胎變成了理想的燃料。他們認為,目前處理廢舊輪胎最好的方法就是將其直接燃燒,使之成為燃料,但燃燒過程中產生的煙垢和污染物問題必須解決。為此,他們在燒毀輪胎的爐中,放置了一種能耐 1 000 攝氏度高溫的含硅酸鹽的瓷制過濾器。這種過濾器上有許多微小的空隙,在燃燒過程中, 99 %的煙垢和污染物都吸附在空隙中,消除了對環境的污染。經過多次的實驗他們發現,把燃燒廢舊輪胎分成兩個階段進行,這樣既使輪胎得到了充分的燃燒,又減少了煙霧中的懸浮物和一氧化碳的釋放。研究人員說, 1 公斤廢舊輪胎含 27 . 6kJ 熱量,是很好的能源,這一發現將促進廢舊輪胎的回收利用,減少石油、石油制品和煤炭等能源的消費量,并可減少城市垃圾。
回收利用廢棄物是一項系統工程。不僅要求在將廢棄物轉化成新資源時成本要低,不產生新的污染源,而且還要求由廢棄物轉化過來的新資源是可用的,最好是能夠被大量地使用和消費,否則將造成新的資源積壓和浪費,無法形成變廢為寶的良性循環。
6 我國廢舊輪胎回收利用存在的問題
經濟發達國家對廢舊輪胎的回收利用非常重視,分別通過立法、成立專家機構、給予財政補貼、提供免稅優惠等多種措施給予全力支持。與發達國家相比,我固政府的支持力度不足。具體表現在以下幾個方面。
(1) 沒有立法
經濟發達國家對廢舊輪胎的回收利用非常重視,分別通過立法、成立專家機構、給予財政補貼、提供免稅優惠等多種措施給予全力支持。
我國至今沒有關于廢舊輪胎回收利用方面的具體立法,“誰污染誰治理”在廢舊輪胎的回收方面也沒有具體的實施辦法。 2001 年,國家經貿委等 8 個委、部、局聯合印發了《關于加快發展環保產業的意見》,雖然明確提到要“在財稅政策方面,進一步完善資源綜合利用減免稅的優惠政策,如綜合利用產品減免增值稅的優惠政策”,但是目前還沒有落到實處,沒有具體的、可操作的實施方案。
(2) 管理上出現“真空”
在計劃經濟體制下,我國廢舊物資的回收由原商業部廢舊物資回收部門歸口管理,輪胎翻新由原物資部管理,再生膠生產又由原化工部管理。行業上的這種條塊分割把原本完整的一條廢舊輪胎分成了幾塊。隨著國家機構的改革,原商業部、物資部、化工部已經撤銷,導致廢舊輪胎行業的回收、翻新和以廢陜痔ノ轄猩腦偕骸⒔悍燮笠迪萑肓宋奕斯芾淼奈扌蟶刺7暇陜痔サ幕厥綻鎂烤褂贍母霾棵爬醇喙?? 若從固體廢棄物的處理角度來講,該由環保部門來監管;若從廢舊輪胎資源綜合利用的角度來講,該由國家經貿委來監管。事實上,在廢舊輪胎回收利用的這條產業鏈上,涉及到化工、建材、交通、機械等許多領域,需要相互協調、統籌安排。
(3) 沒有補貼
發達國家對于廢舊輪胎的回收利用還給予財政上的補貼與優惠。首先,廢舊輪胎的使用是免費的,通常由固定的廢舊輪胎收購商 ( 相當于國內的廢品收購站 ) 就地直接提供。第二,處理廢舊輪胎不但不花錢,反而給補貼。第三,處理廢舊輪胎的企業享受零稅制。這樣企業獲得了正常經營的利潤空間,具備了持續發展的后勁。
在我國,回收利用廢舊輪胎沒有補貼。
根據調查顯示,中國廢舊輪胎回收利用產業前景是十分光明的,該產業既能解決環境污染的問題,也能彌補我國橡膠資源不足的缺陷,并且其豐富多采的產品本身就有著巨大的市場潛力和利潤空間。但是,中國廢舊輪胎回收利用產業也面臨著許多亟待跨越的坎,諸如應用產品市場的開拓、爭取政府政策與稅收方面的扶持等,特別是后者,如果中國政府不能從政策上采取措施,給廢舊輪胎回收利用產業創造一個良好的外部環境的話,我國廢舊輪胎回收利用的前景將十分黯淡。
為此,我們建議:①加快建立健全相關的法規體系。②制定廢舊輪胎翻修利用的正確政策導向。③加大經濟政策的支持力度。