廢舊輪胎的回收處理及利用

徐陽陽，霍 平

(華北理工大學機械工程學院，河北省工業機器人產業技術研究院，河北 唐山 063210)

1 國內、外發展背景

隨著汽車工業的高速發展，我國逐漸成為橡膠的主要消費國家，廢舊輪胎每年以8%～10%的速度遞增[1]。截止2008年，廢胎增至2.30億條，居世界第三位，到2018年報廢輪胎約3.8億條[2]。

圖1 2011年世界廢舊輪胎產生量(萬噸)Fig.1 World waste tire production in 2011(10000 tons)

美國2007年產生的2.90億條廢舊輪胎，有2.33億條被利用；其中有1.3億用做燃料，土建和膠粉分別利用0.56億和0.3億條。2005年，歐洲約有3.1億條輪胎被報廢，填埋占比高達30%左右，用于能源開發及材料再利用的占比也顯著提高，2006年禁止任何形式的輪胎被填埋。根據中國橡膠工業協會的數據統計，在2003年廢舊輪胎的回收利用率為65%[3]。

2011年，世界廢舊輪胎產生量約為2200萬噸，中國產量約為800萬噸，據全球之首[4]。如圖1所示。

1.1 廢舊輪胎產生的環境問題

廢舊輪胎被人類稱為“黑色污染”，大量的廢舊輪胎通過收集起來進行填埋或燃燒，這種做法是不符合綠色發展主題，是不可持續的發展，會對我們的生活環境造成一定的污染，從而對我們的身體健康造成一定的危害。

(1)土地、水資源污染

回收起來的廢舊輪胎會占用了大量的土地和農田，會惡化自自然環境、破壞植物植被、危害生態環境。通過填埋在地下分解處理時，會產生分解不徹底的現象，給我們的土地、水資源帶來嚴重的污染。

圖2 廢舊輪胎亂放污染環境Fig.2 Waste tires pollute the environment

(2)空氣污染

廢舊輪胎是一種高熱值的材料，廢舊輪胎會被選擇代替一些工業燃料，會降低公司的生產成本，但會對環境造成一定的污染；不加任何形式的集中燃燒，會產生更多的有害氣體；所以要避免廢舊輪胎通過燃燒來處理。

圖3 廢舊輪胎燃燒污染環境Fig.3 Waste tires pollute pollution the environment by burning

1.2 關于廢舊輪胎的政策

近年來，我國政府對廢舊輪胎的回收處理及利用越來越重視?！秶窠洕蜕鐣l展第十一個五年規劃綱要》明確提出要建立生產者延伸制度，推動廢舊輪胎的回收利用；國家發改委發布的《“十一五”資源綜合利用指導意見》，也明確將廢舊輪胎等再生資源的產業化工程列為六大資源綜合利用重點工程之一，同時將《廢舊輪胎回收利用管理條例》列入2007年法規立項。2008年4月1日開始實施兩項國家標準《載重汽車翻新輪胎》、《轎車翻新輪胎》和一項行業標準《工程機械翻新輪胎》[5]。

我國在2015年頒布了膠粉、輪胎翻新及再生橡膠稅收優惠政策，為落實國務院精神，進一步推動資源綜合利用和節能減排、規范和優化增值稅收政策，自該年7月1日起對膠粉、輪胎翻新及再生橡膠優惠50%[1]。

2 廢舊輪胎回收處理技術

表1 主要產品產量統計表Table 1 Main product output statistics table

國外廢舊輪胎的回收技術主要是廢舊輪胎的直接利用、燃料利用、加工膠粉和熱分解，應用較廣泛；中國以再生膠為主要途徑的回收廢舊輪胎，在其它回收技術存在短板和缺陷。

到“十一五”末，我國廢舊輪胎的企業已發展到2600多家，輪胎翻新能力達2000萬條，再生橡膠生產能力達500萬噸，角粉生產能力達100萬噸，熱裂解生產能力達20萬噸[6]。

2.1 廢舊輪胎直接及翻新利用

2.1.1 直接利用

廢舊輪胎是難熔的高分子彈性材料，回收的廢舊輪胎用途有很多：可以作為畜生的護欄、飼料槽托架、運動器材、輪船的保護罩、管道鋪設、軌道和樹木保護、地基等方面的應用。直接利用不需要太多的技術，實行起來較容易，但使用量較少。

2.1.2 翻新利用

廢舊輪胎是輪胎循環利用產業鏈中的重要環節。廢舊輪胎可以多次翻新，每翻新一次可提高輪胎60%～90%的壽命[3]，降低原材料的使用，使生產成本大大降低，并減少了橡膠資源的進口。

廢舊輪胎的翻新使用需要經過進廠檢驗、磨胎、成型和硫化等工藝過程。進廠檢驗是最重要的環節，檢驗輪胎是否有制造和不可修復的缺陷、使用年限等；再對輪胎表面進行打磨，磨去表面，進行新輪胎面的粘結及其硫化或硬化過程；再對其進行成品檢驗，是否滿足質量標準。目前，我國裝備自動化低，制造精度低，工藝落后，產品性能差，企業規模小。

據介紹，世界輪胎三巨頭米其林、固特異、普利司通都在我國配套建立了翻新輪胎廠，并不斷開發、推廣新技術[5]。

2.2 廢舊輪胎的破碎加工

廢舊輪胎的主要成分是橡膠，不同的胎型，其制造的比例也不同。破碎加工可產生膠塊、膠粒和膠粉；常用的破碎方式有機械常溫破碎、低溫破碎等[7]方法。

在加工過程中，要采用磁選機將膠粒中的金屬除去，膠粒的纖維常采用空氣分離法除去；膠粒的尺寸范圍約為0.15～19 mm，膠粉的尺寸范圍約為0.075～4.75 mm[8]。

機械破碎加工，其突出特點是能耗大、磨損大，其工作效率也不高；生產膠粒、膠粉的成本較高，且技術落后于發達國家。

2.3 廢舊輪胎做燃料

輪胎的燃燒值較高，其主要成分為碳、氫和氧，比煤的熱值高約為5%～10%[9]。轉化為熱能有面臨重重困難，將廢舊輪胎作為能源開發利用有很多技術，做了較多的研究。

(1)直接焚燒

廢舊輪胎直接焚燒產生二惡英、酚類等對人體有害的致癌物質，還產生二氧化硫、二氧化氮、含氯等鹵素氣體甚至氰氣或氰化物，污染環境，使土壤酸化。故要有專門的燃燒設備，減少氣體排放、降低濃度；故需要高成本、大投資、新技術；以至于德國Gummi-Mayer焚燒廠、英國Sita-Eim能源廠倒閉；日本的Ebara硫化床焚燒廠依然運行[2]。

(2)作為燃料利用

廢舊輪胎直接作為燃料代替其他燃料進行焚燒，運用最廣的是水泥廠，加工成本低，能大量消耗廢舊輪胎，國外使用的案例較多。

日本已占到50%～60%，在水泥廠的旋轉窯內，利用率達到21%以上；煉鐵方面，其中炭黑是還原劑，鐵可回收，灰渣再利用，故利用率高達45%[1]。

2.4 廢舊輪胎的熱轉化

2.4.1 熱分解

熱分解是在缺氧或含氧量非常低的情況下發生的燃燒或氣化反應。熱分解主要有熱裂解、催化降解和微波結聚等工藝。該過程會產生焦化油及合成氣體。熱分解包括熱解反應，焦炭及合成氣體。優點是焦炭、油都是市場上價值較高的產品，合成氣體也可供熱、發電等，鋼絲可回收。該處理方法的殘留物較少。如英國一家公司采用微波技術進行熱解處理，取得了不錯的效果。

投資商集中在炭黑市場上，需要的投資大，技術造價昂貴；如美國Delta能源公司開發了低溫熱解工藝，減少有害物質，可回收炭黑；我國上海綠人生態經濟科技有限公司的廢舊輪胎無剝離微負壓熱裂解技術獲得15項專利[5]，利用率大大提高。

2.4.2 氣化技術

與熱分解技術不同的是以生產合成氣為主要產物的熱解過程。氣化技術是控制氣體的數量，使不充分燃燒產生更多的合成氣體，用合成氣體發電。但投資更高，運行費用非常昂貴，現在還處于研制階段。從大眾的角度看，是高溫處理廢舊輪胎的理想選擇，技術和成本都是待研發的關鍵。

2.5 再生膠的加工

發達國家廢舊輪的再利用主要是翻新、生產膠粉和做燃料，而我國的再生膠加工成為回收廢舊輪胎的主要途徑，占廢舊橡膠利用總量71.3%。我國是橡膠消費大國，再生膠可以代替部分生產橡膠制品，可以減少橡膠資源的進口；再生膠的價格遠低于天然橡膠。

2006年我國再生膠企業700多家，河北玉田、滄州，江蘇南通、浙江寧波等10萬t的生產基地[5]，成為再生膠最發達國家，再生膠產量居世界第一，生產規模、工藝技術、裝備技術、產品質量等都達到世界領先水平。

2.6 膠粉的加工及再利用

膠粉的原料主要有兩部分來源：廢舊輪胎的加工和橡膠產品的下腳料。膠粉大部分來源廢舊輪胎。1994年美國在廢舊輪胎處理上使膠粉成為增長最快的市場，到2000年，增長了40%[3]。

我國主要生產企業有江陰市臺聯超細膠粉有限公式、南京東浩膠粉有限公司、湖北合得利膠粉有限公司、江西亞中橡塑有限公司、東風輪胎集團黃石橡膠有限公司等，產量為50萬t[5]。

膠粉是環保和資源回收再利用為一體的。膠粉的加工方法有常溫破碎、低溫破碎等，有粗膠粉、細膠粉和超細膠粉。膠粉用途廣，涉及各個行業，新的應用領域逐漸增加。

(1)汽車配件的生產

具有較好的加工技術，及其好的產品質量，很多的零部件采用膠粉來設計，有水管、膠墊等。

(2)體育用品

可以加工成鞋底和鞋墊等，很多著名的體育品牌都在做這方面的實驗，目前添加量為20%左右[9]。

(3)橡膠瀝青

高速公路、飛機跑道、體育跑道、高爾夫球場等都有應用，膠粉是瀝青改性的助劑，橡膠瀝青的使用可降低交通噪音，減少路面的破裂，提高路面的韌性，改善路面的各種狀況，但生產成本要較高[10]。

(4)改善模壓、擠壓產品性能

膠粉作為添助劑添加到物料中，可以改善模壓、擠壓產品的脫模性能，提高成型率，包括：瓦片、緩沖器、墊片、防腐產品等。

(5)彩色復合橡膠地板磚

防靜電地板磚，采用獨特的工藝流程加工制作；適合游泳館、廚房、衛生間和電腦控制室等場合使用。

(6)農業方面

應用于地膜的生產，提高韌性，科室地膜重復使用；膠粒可作為土壤的調節劑，使土壤變得疏松、透氣，還可以改善土壤的性質，防止有機質的流失，使土壤變得更加肥沃，為植物提供一個良好的生長環境。

(7)生產新輪胎

添加少量的廢舊輪胎膠粉來生產新輪胎，一般一條輪胎添加5%[3]左右；總體來看，生產的輪胎越多，膠粉的使用就越高，回收利用率也在逐漸增加；

膠粉的市場正在逐漸被開發，其中應用較廣的是交通道路，各國正在齊頭并進，競爭在悄無聲息的加劇。膠粉的新市場也在不斷擴展，對于我們國家而言，應抓緊時間，積極行動起來，開發出具有自主知識產權的技術。

3 結 語

輪胎翻新率低，大眾認可程度低，要優化產業結構、促進產業升級；輪胎直接利用市場局限性大；熱轉化需要的投資大，技術高，需要進一步開發；膠粉的用途最廣，提高生產膠粉的技術，降低生產膠粉的成本，進一步開發市場，加快推進各個行業的使用。

廢舊輪胎的回收利用需要進一步推廣，提高回收處理技術，使其回收利用率達到最高。目前來看，各種技術都有缺陷，需要進一步去探索、研究、開發。在提升產品質量、提高生產效率的同時，大力推廣品質高、能耗低、無污染的技術，建立節能共性技術和通用設備研發基地，發展循環經濟，減少能源消耗和環境污染，做到綠色低碳生產，以實現可持續發展。