废塑料的回收和再利用
迄今为止,包装行业仍然是中国塑料工业最大的应用领域。专家预测,2005年包装塑料将增长15%以上,达到625万吨。与日益增加的应用相比,我国包装塑料的回收利用情况远不乐观。废旧塑料回收利用的应用领域狭窄,是回收利用发展的一大障碍。本文介绍了国内外几种主要的塑料回收再利用技术。
燃料
起初,大量的塑料被填埋或焚烧回收,造成了大量的资源浪费。所以国外用废塑料代替煤、油、焦用于高炉喷吹,用于水泥回转窑代替煤烧水泥,用废固体燃料(RDF)发电,效果理想。
RDF技术最初是由美国开发的。近年来,在日本,由于垃圾填埋场的短缺,焚烧炉处理含氯废塑料时HCl对锅炉的腐蚀严重,以及燃烧时二恶英对环境的污染,将各种可燃废弃物与废塑料混合制成热值为20933 kj/kg、粒径均匀的RDF,不仅稀释了氯气,而且便于储存、运输和燃烧,用于其他锅炉和工业窑炉代替煤炭。
高炉喷吹废塑料技术也是利用废塑料的高热值,将废塑料制成合适的粒度,代替焦炭或煤粉喷入高炉的一种处理废塑料的新方法。国外高炉喷吹废塑料的应用表明,废塑料利用率达到80%,排放量为焚烧量的0.1%~1.0%,有害气体少,处理成本低。高炉喷吹废塑料技术为废塑料的综合利用和“白色污染”的治理开辟了新的途径,也为冶金企业节能增效提供了新的手段。德国日本从1995开始申请成功。
发电
垃圾固体燃料发电最早应用于美国,RDF电站有37座,占垃圾电站的21.6%。日本已经意识到废塑料发电的巨大潜力。在日本,一些小型垃圾焚烧站结合大修改为RDF生产站,使集中后可以进行连续高效的大规模发电,垃圾电站蒸汽参数从30012提高到45012左右,发电效率从15%提高到20%~25%。
日本环境省正在大力支持以废塑料为主的工业垃圾发电,并在2003年度预算中提出了65438亿日元的额度,协助筹建5个废塑料发电设施。计划到2010年在日本建成150座废塑料发电设施,使工业垃圾发电成为新能源的重要一翼。
目前日本每年形成的废塑料总量近500万吨,而2000年为489万吨。其中25%作为塑料原料回收利用;42%被掩埋;6%白烧了;只有3%用于发电。当然最好是100%回收,但目前部分废塑料无法回收。
利用废塑料发电可以减少煤和石油的消耗以及二氧化碳的排放。日本计划到2010年将目前的垃圾发电量提高5倍,使年垃圾发电量达到400万千瓦以上。
油化
因为塑料是石油化工的产物,从化学结构上看,塑料是高分子碳氢化合物,而汽油和柴油是低分子碳氢化合物。因此,将废塑料转化为燃料油是完全可能的,这也是目前研究的重点。国内外在这方面已经取得了一些可喜的成果。例如,日本富士回收技术公司利用塑料上油技术,从1公斤废塑料中回收了0.6升汽油、0.21升柴油和0.21升煤油。他们还投资654.38+08亿日元建设了回收废塑料的炼油厂,每天可处理废塑料654.38+00吨,再生燃料油654.38+00,000升。肯塔基大学发明了一项将废塑料转化为燃料的高科技,出油率高达86%。我国北京、海南、四川等地都报道了塑料转化为燃料油的研究成果,但未见产业化的实际应用。
建筑应用
各种废塑料都不同程度地沾有污垢,一般需要清洗,否则会影响产品质量。利用废塑料和粉煤灰制造建筑瓷砖,不需要对废塑料进行严格的清洗,有利于工业应用中的实际操作。向塑料中加入适当的填料可以降低成本、成型收缩率、强度和硬度、耐热性和尺寸稳定性。综合考虑经济和环境,选择粉煤灰、石墨和碳酸钙作为填料较好。粉煤表面积大,塑料与之结合力好,能保证瓷砖强度高,使用寿命长。
消泡后,加入一定量的低沸点液体改性剂、发泡剂、催化剂、稳定剂等。加入到废旧聚苯乙烯泡沫塑料中,加热使聚苯乙烯珠粒预发泡,然后在模具中加热制成具有细密闭孔的硬质聚苯乙烯泡沫塑料板,可用作建筑密封材料,具有良好的保温隔热性能。
复合再生
复合再生用的废塑料是从不同渠道收集来的,杂质多,种类多,杂,脏。由于各种塑料的物理化学性质差异较大,且大部分互不相容,它们的混合物不适合直接加工,再生前必须进行不同种类的分离,因此回收过程复杂。国际上有先进的分离设备,可以系统地分离不同的物料,但设备的一次性投资较高。一般来说,复合回收塑料不稳定、易碎,所以常被用于制备低档产品,如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨靴等。目前,我国沈阳、青岛、株洲、邯郸、保定、张家口、桂林、北京、上海等地已从日本、德国引进20多套熔融法回收废塑料的装置,主要用于生产建筑材料、再生塑料制品、民用材料、涂料、塑料填料等。
合成新材料
匈牙利科学家开发了一种新技术,可以将塑料垃圾转化为工业原料并重新利用,从而改变了以前扔掉或随便焚烧的做法。
据报道,科学家可以利用这项新技术将塑料垃圾加工成一种新型合成材料。实验表明,这种合成材料与沥青按比例混合后用于铺路,可以增加路面的硬度,减少碾压痕迹的出现。还可制成隔热材料,广泛用于建筑。专家认为,这项技术不仅在环保方面意义重大,而且可以减少石油、天然气等一次能源的使用,达到节能的效果。
中国科学院广州化学研究所科学家多年研制的SPS高效减水剂系列产品,能赋予混凝土良好的保塑、防水和抗冻性能。SPS高效减水剂主要由废聚苯乙烯塑料组成。根据聚苯乙烯容易引入离子基团的性质,通过化学反应将离子基团引入废聚苯乙烯的苯环中,使改性后的废聚苯乙烯具有表面活性剂的功能,使水泥失去包裹混合水的能力,达到减水的效果。此外,由于聚苯乙烯是一种高分子量聚合物,这种改性聚苯乙烯分子在水泥混凝土凝固过程中,可以在水泥颗粒表面形成一层薄膜,提高水泥颗粒之间的附着力,从而增强水泥混凝土的强度,成为一种优良的水泥防水、减水剂和增强剂。
准备基础化工原料和单体
混合废塑料热分解可得到液态烃,超高温气化可得到水煤气,可用作化工原料。近年来,德国的赫司特公司、规则公司、巴斯夫公司、关西电力公司、三菱重工等都开发了利用废塑料进行超高温气化生产合成气,进而生产甲醇等化工原料的技术,并已产业化。
近年来,废塑料单体的回收利用技术越来越受到重视,逐渐成为主流方向,其工业应用正在研究中。目前研究水平已达到聚烯烃90%、聚丙烯酸酯97%、氟塑料92%、聚苯乙烯75%、尼龙和合成橡胶80%的单体回收率。这些成果的工业应用也在研究中,将给环境和资源利用带来巨大的好处。
美国巴特尔纪念研究所成功开发了从LDPE、HDPE、PS、PVC等混合废塑料中回收乙烯单体的技术,回收率为58%(质量分数),成本为3.3美元/千克。
人造砂
从2004年开始,日本V-ARC公司开始将家用电器和汽车产生的废塑料粉碎成人工砂。废塑料制成的人工砂将用于地基改良材料和二次混凝土产品。将废塑料作为人工砂再利用是非常罕见的。V-ARC计划在2005年5月将其发展成为年产值5亿日元的大企业。
资料显示,日本每年约有500万吨废塑料无法再利用,大部分不得不掩埋焚烧。V-ARC打算将这些废塑料粉碎,有效地用作人工砂。人工砂粒径在1.5mm-7.0mm之间,可根据用途自由设定。
与天然砂相比,人工砂的特点是成本低、重量轻(不到天然砂的一半);颗粒大小均匀,不含水等。人工砂可应用于各种建筑材料、屋顶绿化材料、地基改良材料、瓦、瓦、外墙材料。