國內外復合材料廢棄物回收技術與發展現狀

摘 要:復合材料工業高速發展的同時，為人類提供優質材料的同時，也產生了大量的廢棄物，本文就國內外復合材料廢棄物處理方法和發展現狀及應用技術做下簡要介紹。

關鍵詞:復合材料 廢棄物 回收技術 處理方式 技術現狀

中圖分類號:TB332文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0099-02

復合材料以輕質高強，耐腐蝕等優異性能，被廣泛應用于各行各業。然而，伴隨復合材料的高強、耐腐蝕性，也使復合材料的廢棄物的處理變得非常棘手。應用領域遍及建筑、交通、航空、航天、電子、船舶、能源等各個領域，復合材料成為人類生活中必不可少的材料。復合材料工業為人類提供優質材料的同時，也產生了大量的廢棄物，如何處理已成為復合材料工業發展的障礙。為了復合材料工業健康持續穩定的發展，進行復合材料的回收和再利用研究非常必要。

1 國內外復合材料廢棄物回收發展現狀

1.1 國內廢棄物回收現狀

我國2009年產量達323萬噸，已先后超過德國、日本而居世界第二位，并接近居世界首位的美國水平。每年新增的生產中的邊角廢料接近20t，50多年的發展，壽命到期的產品廢料也在逐步增加，每年預計各類廢棄物接近50萬噸，特別是國內最近兩年新增的風電葉片工廠每年新增的廢料超過萬噸，大量報廢的電子產品所用的覆銅板廢棄物也超過萬噸。據統計，目前我國80%左右的復合材料制品為手糊生產，生產中產生的廢棄物更多，且回收利用率尚屬空白。

我國對熱固性復合材料廢棄物的處理主要采取填埋和焚燒，填埋的方法占用土地資源且造成土壤破壞。焚燒不會造成土地浪費，但由于燃燒中產生大量毒氣，會造成二次污染，同時存在潛在的、未知的危險。慶幸的是部分地區已開始研究嘗試采用物理回收方式，如北玻院[1]、棗強縣等，另外北京首能藍天在熱解處理方面也取得了一些突破，但這些目前還都處于起步階段。復合材料廢棄物數量巨大的現狀目前已引起國家和相關部門重視，并開展相關的工作。國家也相繼出臺了一系列針對回收再利用的政策，2000年國家實施《中華人民共和國固體廢棄物污染環境防治法》;2007年度國家發布《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南》中明確規定，固體廢棄物的資源綜合利用是國家優先發展的領域之一。《2011-2015年中國廢舊物資回收加工行業投資分析及前景預測報告》指出，“十二五”期間，我國將進一步提高廢棄物資源化水平，廢舊物資回收行業將明顯受益于當前的節能環保政策。

1.2 國外廢棄物回收現狀

2009年全球復合材料/復合材料的產量約900萬噸，其中北美、歐洲和亞洲是三個最大生產和應用地區，全球樹脂基復合材料的年平均增長率在5%以上，其中亞太地區的增長率可達7%(中國約為9.5%、印度約為15%、歐洲和北美地區為4%)。全球每年新增的廢棄物接近100萬噸，在工業發達國家，熱固性復合材料回收利用技術日益受人關注。各有關大公司共同投資、聯合建廠，政府資助。回收加工廠多以粉碎和熱解法技術為主，已具備一定的規模，技術日趨成熟。其主要研究方向大致分為兩個方面，一是研究非再生熱固性復合材料廢棄物的處理新技術;二是開發可再生、可降解的新材料。

目前日本復合材料回收再利用有兩種方式，一是粉碎作填料使用;另一種是將回收料粉碎到一定程度添加到水泥中，回收能量。由于復合材料廢棄物本身熱能較低(2000-4000cal/kg)，需要和熱能值較高的PP、PE薄膜按1∶1混合，達到5000～6000cal/kg的水泥所需燃料的要求。該種方式的處理費用為25-30日元/公斤。日本強化塑膠協會專門成立了再資源化研究中心，專門研究廢料回收，日本政府和協會一起投入1億8千萬日元建設了回收工廠。該工廠設計月回收量600噸，2000年7月底投入運行。人員6人，一次粉碎設備130kW，二次粉碎設備150kW，廠區面積300m2，車間660平米，回收裝備是由專業生產廠家加工完成，2個月安裝完成。

歐洲ERCOM公司的連續粉碎機是歐洲最早開發的實用化機械設備，對使用過的SMC/BMC制品廢棄物進行破碎回收。該系統的關鍵技術是粉體輸送技術。粗粉碎料尺寸:5cm左右碎塊，破碎能力:3t/h，粉碎機容量:30m3或10t)，細粉碎設備是錘磨式粉碎分級系統，可以分別得到3種級別尺寸的纖維和粉末的再生品。歐洲新的廢棄物法規將對填埋和焚燒等這些傳統型的處理辦法進一步控制。到2004年底禁止采用填埋的方法。歐洲GPRMC及其聯合體正在引進“歐洲復合材料循環概念”。主要目標是:用最經濟的方法在歐洲處理玻璃鋼廢棄物，在保護環境和遵守法律的同時為玻璃鋼回收開發新的、經濟的、可行性市場。

美國Seawolf Design公司所屬的FRP Equipment公司推出3個新型號玻纖增強塑料(GRP)回收設備，作為其粉碎機系列產品的新增供應產品[2]。3個回收塑料用粉碎機生產線規格分別為91.44、121.92和152.40cm的裝置，以適應和滿足回收大型廢塑料碎片和不同復合材料的要求，最大生產能力可達1818.10kg/h。FRP Equipment公司回收設備的技術特點是:回收GRP時能分離和抽出玻纖，而且不損壞玻纖的完整性，回收玻纖可以重新加入樹脂，并仍保持玻纖的一般物性。回收過程排放物少，不需要再處理，因此降低材料成本，廢料少，處理成本低。回收的玻纖可重新用于噴射(Spray up)、樹脂傳遞模塑(RTM)、拉擠成型、塊狀模塑料(BMC)和單絲卷燒和離心澆鑄等工藝。

2 復合材料回收的經濟性分析

2.1 物理方式(粉碎)的經濟性

設備:FRP專用微粉碎機(ASAOKA股份公司生產)FM—300-S裝入裝置內的FRP廢棄物尺寸形狀被限定，一段100網眼帕斯的微粉取得了高收率。用金剛石銑刀微粉塵，所以不會有鐵粉進入。用封在里面的的線進行粉碎，不用擔心產生粉塵公害，一名作業員就可進行操作。

經濟性:舉FM—300-S例來說，需有約200萬元的投資。用8年折舊計算

(1)廢棄物處理支出。

折舊費:2萬元/月

月處理廢料:80000kg/月;2.5元/ kg

(2)廢棄物處理收入

廢料處理費:1500～2000元/t，

當做填料使用:0.5元/kg。

結論:收支相抵，基本持平或稍微虧損

2.2 化學方式(熱解)的經濟性

批量型干餾氣化燃燒爐(道前筑爐工業股風公司制造)

經濟性:FRP的回收油量約為28%～40%。

(1)廢棄物的處理收入

①FRP廢棄物處理費:45萬元/年

②油回收帶來的收入(用作燃料時):31.5萬元/年；小計76.5萬元/年。

(2)廢棄物處理支出

①殘渣處理費:3萬元/年

②電費:19.5萬元/年

③設備的保養維護、設備費:20萬元/年；小汁42.5萬元/年。

結論:年間收入:34萬元/年(人工費除外)。

2.3 能量方式(焚燒)的經濟性

裝置名:FRP專用焚燒爐(ACTRORY村田股份公司生產)TRM—1000型。處理廢棄不要的FRP模型、不合格品、修剪端材、廢樹脂殘渣等。在廢熱鍋護里回收蒸汽再利用。焚燒能力350kg/h，50t/月。

經濟性:處理物資，以PRP為中心的廢材。設備費用500萬元。

(1)廢棄物處理收入

收入:廢棄物處理費(1萬元/月)十重油 (熱回收)(5萬元/月)≈6萬元/月。

(2)廢棄物處理支出

加熱重油:5萬元/月。

結論:年間利益(6萬元/月-5萬元/月)×12月＝12萬元/年。

2.4 經濟性比較

由三種方式經濟性分析可以看出:

(1)粉碎的方式經濟性是最差，但設備投入較低，但處理不完全;

(2)熱解的方式經濟性最好的，能夠實現徹底的回收再利用，但設備造價比較高。

(3)焚燒的方式經濟性是可行的，但需要輔助設備解決能量的使用

所以，目前，單純的粉碎的方式很少采用，熱解正在成為回收再利用的主要方式。總之，無論采用什么方式，都需要結合實際情況，既考慮社會效益也要考慮經濟性。

3 復合材料廢棄物回收技術發展趨勢展望

21世紀是環保的世紀，隨著我國可持續發展戰略的實施，對環境保護提出了更高的要求。復合材料回收再利用也是各國法律所嚴格要求的;是復合材料工業發展的必然要求;具有重要的社會效益和經濟效益。目前，綜合處理已成為復合材料回收利用技術的新方向，主要體現在兩方面:

(1)在設計和制造的時候，就考慮到廢棄物的回收和再利用。如采用熱塑性復合材料制造葉片、研究采用竹纖維增強復合材料、研究采用生物基膠黏劑替代環氧樹脂等;研究新的制造技術，減少制造過程廢棄物的排放等

(2)綜合各種處理技術、實現資源的充分利用。目前，國外先進的處理技術傾向于利用其他工業基礎，綜合使用以上方法，充分利用廢棄物特點，同時回收能量、物質，最大程度的實現廢棄物的回收和利用。如水泥窯爐處理技術等[3]。

參考文獻

[1]段志軍，段望春，張瑞慶．國內外復合材料回收再利用現狀[J].塑料工業，2011(1):14-18．

[2]唐偉家.玻纖增強塑料回收新設備[J]. 塑料，2010:131

[3]高橋儀德，白淳岳.日本廢舊復合材料再生利用現狀[J]．纖維復合材料.2007.(I):59-61．