废轮胎的再利用

废旧轮胎的利用途径摘要废旧轮胎是可以再利用的资源。废旧轮胎循环利用和综合利用水平是一个国家经 济发展的重要标志之一。废旧轮胎翻新、加工生产再生胶和胶粉以及废旧轮胎热裂解生 产油品和复合炭黑，已经成为我国废旧轮胎综合利用的主要手段。本文主要论述废旧轮 胎的综合利用及废旧轮胎综合利用的发展趋势。关键词 废旧轮胎 翻新 再生胶 胶粉能量回收 热裂解Utilization ways for Scrap tiresAbstractIn this article we discussed some way to reuse the scrap tires. Scrap tires is a kind of resouces that can be recycled. The situation of prehensive utilization of scrap tires is an importantsign of a country s economic development. Recovery、making reclaimed rubber and rubber power and making oil and carbon black through pyrolysis have became our country5s main way to ultilize scrap tires. This paper mainly discuss the prehensive utilization of waste tires and waste tire utilization trends.Key wordswaste tire recovery reclaimed rubberrubber powerenergy recovery Pyrolysis目前世界汽车（乘用车、商用车）保有量已达10亿辆以上，一年产生的废旧轮胎 有14亿条之多。再加上特种产业汽车机械等产生的废胎在内，粗略估算各种汽车类 废胎可达17亿条左右，几乎同新胎的生产量不相上下。而且它们每年还在以2% 3%的速度继续增长，已成为汽车除尾气排放之外的第2个污染源，在倡导建立环境 友好型社会的今天，到了世界各国的高度关注。如果包括摩托车等其他机动车用胎和自 行车、电动车等非机动车用胎在内，从全球看，废胎实际上已超过25亿条以上， 总计质 量可达2000万t。现在全球 已进入每1.5人拥有1条机动车轮胎和每2个人 占有1条非机动车轮胎的程度。轮胎已经成为现代社会经济生产的必用品，也是人们日 常生活中的易耗品。因此，对废胎的回收处理利用已成为社会大事。1.轮胎翻新轮胎翻新一般采取传统热翻新法和预硫化翻新工艺（又称低温翻胎法）。1.1 .热翻新法传统的轮胎翻新方式是将混炼胶粘在经打磨的轮胎胎体上，然后放入固定尺寸的钢 质模型内，经过温度高达150C以上硫化而成翻新轮胎，俗称“热翻新”或热硫化法1。 该法目前仍是中国轮胎翻新业的主导工艺，但在美国、法国、日本等发达国家已趋于淘 汰。L2.预硫化翻新预硫化翻新轮胎工艺，首先是用轮胎检查机对旧轮胎的损伤、老化和磨耗情况进 行检查，筛选出能够进行翻新的胎体。然后用轮胎挫磨机对胎体进行削切打磨，去除表 面的老化胶层，制成尺寸和表面均符合翻新要求的胎体。在打磨好的胎面上喷涂粘合胶， 用胶片垫对破损部位进行修补，对磨耗严重的部位用衬垫进行补强，在胎面上粘贴一层 垫胶作为胎体与预硫化胎面粘合的媒体。接下来，根据轮胎的周长使用适当的经预硫化 处理好的胎面胶条，用上胶机将其压合在轮胎外周2。再将经以上工艺处理好的轮胎用 胶套开按机罩上包封套，并在轮辋拆装机上装内胎、垫带和轮辋。然后将该轮胎组装体 送入二次硫化罐内，在较低温度（低于100C）和一定压力下进行硫化，使胎体、补强 衬垫与预硫化胎面牢固结合，即完成轮胎的翻新。这项新技术可确保轮胎更耐用，提高 每条轮胎的翻新次数，使轮胎的行驶里程更长，平衡性更好，使用也更加安全。预硫化翻新工艺由于生产预硫化胎面胶的压力远大于热翻新的压力，故生产出的翻 新轮胎美观、胎面特别耐刺扎、耐磨性能好、行驶里程高，又因轮胎在低温下硫化，对 胎体损害程度小，可大大增加轮胎的翻新次数，具有显著的经济效益。而且，翻新轮胎 的价格比新胎的价格便宜30%-50%3。我国研究开发预硫化翻新技术已有20多年的历史，也取得了一定成绩，但由于设 备制造等原因发展不够迅速，再加上采用传统翻新法翻新轮胎成本比预硫化翻新工艺低 得多（购买一条传统热硫化翻新轮胎只需花费预硫化翻新轮胎的一半左右价格），大部 分轮胎翻新企业仍采用传统热翻新法。虽然预硫化翻新方式呈增长趋势，但传统模具热 硫化仍占市场比例的95%。据不完全统计我国现有大小翻胎企业近600家，但具备预 硫化和子午线轮胎翻新技术的企业不足10%，能够达到国家轮胎翻修技术质量标准的 企业不足50%。正常情况下，翻新轮胎的使用寿命应是新轮胎的60%80%，国外现在 使用较多的预硫化法翻新的轮胎甚至已接近100%，而我国通常采用技术较为落后的传 统热翻新法，翻新轮胎的寿命通常为新轮胎的60%左右。研究表明，每条翻新轮胎比 新轮胎减少CO2排放26.4 l kg4。2.生产再生胶和胶粉2.1再生胶再胶是指把硫化过程中形成的交联键切断，从而得到可以重新加工利用的橡胶。 但是再生胶工艺复杂，耗费能源多，生产过程污染环境，造成二次污染等引起公众关注 6。为此，界各着手开发了如微波脱硫、生物脱硫等新型工艺，这些新方法很存可能成 为再生胶生产技术的转折点。Kim等人报道了通过化学和超声结合将硫化过程中形成 的交联键切断的方法，通过本方法可以分别得到再生胶、炭黑、硫磺等。Sutanto等人 通过脱硫最新制备EPDM再生胶，所制备的EPDM再生胶再新硫化后具有较高的力学 性能，但比原生EPDM胶稍低。2.2制备胶粉硫化橡胶粉是将废轮胎去除金属、纺织物后，碾磨成的分散度良好的橡胶颗粒， 性质轻且干燥，具有很好的表面积。与传统的再生胶相比，胶粉生产污染小，利用率高， 可以生产高附加值且能够循环使用的新型产品。其生产工艺有常温粉碎法、低温冷冻 粉碎法、水冲击法等8。利用胶粉制造新轮胎英国新科学家周刊报道，经过超热气体爆破处理的旧轮胎可以成为制造新轮 胎的材料，这将可以解决世界上最大的废物处理难题之一。英国斯旺西大学的戴维艾 萨克和同事研究发现把旧轮胎放进氧气离子室中进行爆破处理，可产生大量橡胶碎屑， 将这些碎屑掺人未经硬化处理的新鲜橡胶中，就可以制造新轮胎。实验表明，经这种处 理的旧轮胎橡胶与新鲜橡胶的拉伸强度等力学特性相似9。废轮胎用于建筑材料近年来，废旧轮胎于土木（岩土）工程中的应用逐步增加，通常是将整条轮胎切成 50300 mm的片。在岩土工程中使用碎轮胎的益处是，碎轮胎的位体积质量只是常 用回填土的三分之一，因而用作填料所产生的上覆压力要比泥土回填材料所产生的压力 小得多。这对软弱地基而言，将会明显地减少沉降，增强整体稳定性。并且碎轮胎填料 施加在挡土结上的水平应力不到泥土回填材料的一半，为大幅低挡土结构的造价提供了 前提10。胶粉改善水泥混凝土的性能胶粉的轻质和韧性可改善水泥混凝土在表观密度、隔音隔热、减震降噪、耐磨耐蚀等方 面的性能。国外研究者的试验结果表明橡胶混凝土的抗压强度相对于普通混凝土有所降 低11。熊杰等人测试了废轮胎橡胶碎料取代部分粗骨料的混凝土的抗压强度，也证实： 橡胶混凝土的抗压强度随橡胶掺量的增加而降低，并非颗粒越大、强度降低越多12。 但是，胶粉粒子添加到水泥中，胶粉粒子的表面用饱和NaOH水溶液改性20 min后， 加入水泥浆中增加其粘结力，其力学性能如弯曲强度、断裂能有所提高13。因胶粉粒子 作为添加剂而不是填充剂加入，所以橡胶粒子的加入提高了韧性，减少了样品的多孔 性。NaOH的表面处理增强了橡胶和基体间的粘合力。所得到的材料在工程强度要求 不高的场合如公路建设是很有前途的14。胶粉改性沥青路面材料目前，改性沥青常用的改性剂为:SBS、LDPE、EVA和SBR等。而我国将废轮胎胶粉 用于生产改性沥青尚在研究开发中15。60目和80目废胶粉的价格远低于SBS ,作为沥 青改性剂部分或全部替代价格昂贵的弹性塑料橡胶（SBS）生产改性沥青，其机理是废胶 粉具有一定弹性和耐磨、抗滑等性能；能提高稳定性；废胶粉的加入可增强韧性，能有 效地吸附沥青中的油蜡，从而减少游离蜡的含量，使沥青的感温性下降，粘接性提高； 而且其中含有防老剂，因此用于和其他材料一起铺设人行道、高速公路、球场等极为适 合，且能够明显提高路面的质量和寿命16。发达国家将这一应用领域选作废胶粉利用的 第二大目标。（1）美国利用废胶粉作为热混沥青的添加剂用于筑路已有20多年历史了，这种路面具 有稳定性好、耐磨、防冻、防滑和维修费用低等特点。一条双向高等级的公路每公里 需用的废胶粉量足可消耗1万条废轮胎。美国6家橡胶改性沥青公司就消耗废胶粉总量 的25%以上。美国的成功实践证明：废胶粉改性沥青路面比纯沥青路面减薄一半，其使 用寿命却提1倍，并可减少噪音，且防湿滑与碎冰雪（有弹性则冰易压裂），尤其是价格 低廉。为此，美国政府曾规定：路面不按比例使用废胶粉，国家将不拨修路费用。（2）我国50%以上的原油属石蜡基，生产的道路沥青含胶质、沥青质少，含蜡量高, 路用性能差。为了满足交通建设对优质沥青需求，在国产沥青中掺加改性剂，成为改善 沥青路用性能的重要手段。采用废旧聚乙烯薄膜和废轮胎粉作为沥青改性剂，普通道路 沥青经聚乙烯复合改性后，高温稳定性和温度敏感性得到显著地提高和改善，抗老化性 能得到明显提高，低温性能也可有所改善17。聚乙烯复合改性沥青混凝土的高温抗车辙 能力得到显著提高，抗水害和抗疲劳性能均得到了明显改善，低温抗裂性也有所改善。 制备防水材料废胶粉与塑料并用可用于生产防水卷材、屋顶防水片材、沥青防水涂料、建筑物填缝改 性沥青油膏、油毡等。（1）将胶粉、煤焦油、废聚氯乙烯、废机油在一定温度下搅拌可得高弹性橡胶状固 体）防水胶，可用于各种建筑防水、防潮、漏渗水维修等。（2）将废胶粉、沥青、高效乳化剂、软水在一定条件下搅拌乳化，可制成水乳型防 水涂料，除用作屋面、地面防水涂层外，还可用于管道防腐。（3）1986年，前苏联将胶粉成功地应用于橡胶沥青防水卷材中。上世纪90年代以来, 我国北方地区普遍开始把粗胶粉用于防水卷材。（4）有国内专利报道，将煤焦油（55%）、废聚氯乙烯（15%）、废轮胎（15%）、废马 达油（5% ）、煤油（3% ）、Pb （OAC） 3 （ 1% ）、邻苯二甲酸二辛酯（2% ）和滑石粉（14% ） 的混合物在145150 C温度下加热，可制得具有高弹性、粘着力好的防水材料18。3. 用于发电热能利用就是把废旧轮胎当作燃料使用。废旧轮胎是一种热值很高的燃料，其主 要的组成成分为碳、氢和氧，3种成分约占88%。因此，具有较高的热值，约为36MJ /kg，其热值高于煤(25MJ / kg )，与天然气(38 MJ / kg)相当19。每千克的发热量 比木材高69%，比烟煤高10%，比焦炭高4%。直接燃烧回收热能污染比较严重，所 以不宜提倡。有效的利用废旧轮胎进行热能利用的方法为：将废旧轮胎破碎，然后按一 定比例与各种可燃废旧物混合，配制成固体垃圾燃料，供高炉喷吹代替煤、油和焦炭， 供水泥回转窑代替煤以及火力发电用20。研究表明，废旧轮胎在水泥窑中的焚烧利用 率，有些 国家已经达到15%40%。由于水泥窑中的温度很高，大约在1500C左右， 并且具有较长的停留时间，使轮胎中的橡胶、炭块和油类等占总重约80%的可燃成分 得到充分燃烧，可节约相当热量的煤粉等燃料；同时占其质量约20%的子午线钢丝和 硫等成分亦可得到有效利用，因为钢丝熔化后可代替水泥熟料中必须配人的铁矿石，而 硫燃烧生成SO2后既可发生燃料的功能，又可和水泥主原料的石灰石产生的CaO结合 而生成石膏，可代替作为水泥缓凝剂而必须加入的石膏，使这一排人大气中严重污染 环境的S02亦变废为宝21。同时，该法还有副产品一一钢渣粒子和烟气中的泥灰。这 些副产品经过回收后出售给橡胶和建筑行业。废轮胎热能回收可能产生二嗯英、呋喃等持久性有机污染物以及锌、镉、镍、铅 等重金属污染物。由于水泥窑排放的气体量极大，超出了监测仪器的监测极限，因而缺 乏水泥窑大气污染物潜在环境影响的结论性研究，人们对废轮胎焚烧造成的大气污染 物的排放数据仍存在争议22。加利福尼亚大学的Schwartz教授对加州4个燃烧20%轮 胎作为替代燃料的水泥窑进行的研究表明：二嗯英、呋喃、多环芳烃、铅、铭等污染物 均有不同程度的增加，其中，多环芳烃最多增加2230%。4. 热裂解废旧轮胎的热解就是将废旧轮胎经过清洗、切片或粉碎后磁选，分离出废钢丝， 其余物质干燥预热后送入热解炉，在水蒸气或氮气等惰性气体保护下，进行热分解反应， 可获得燃料油、燃料气和炭黑等物质。4.1常压惰性气体法热解在惰性气体或缺氧环境中于高温条件下进行，裂解产物因裂解温度的不同而 不同。由于废轮胎中含有大量碳、氢等能生成热值高的元素，所以热解废轮胎产物有气 体、液态油、炭黑。热解气体主要包括一氧化碳、氢气、氮气、少量甲烷、乙烷和硫化 氢。热解气体的热值与天然气相当，可以当燃料使用。热解衍生油可做燃料，也可做催 化裂化原料，生产高质量的汽油。热解炭黑可用于制备橡胶/沥青混合物，用于铺路时 较一般沥青铺路效果好。从炭黑中还可制造活性炭，用于水净化处理24。4.2真空热解法此法是由加拿大的C.Roy等提出并开发的。据文献报道，真空热解的条件为温度 在520C左右，系统的压力维持在35004000 Pa可使废旧轮胎基本裂解完全25。真空 热解技术与常压热解技术相比具有许多优势：1）真空热解的温度低，热解初级产品在反 应器中的停留时间短，减少了副反应发生的可能性；2）真空热解油的收率高；3）真空 热解油含有较多的芳烃化合物，有利于提高热解油的辛烷值26。但国内目前很少有相 关单位进行这方面的研究。4.3催化热裂解废旧橡胶颗粒在一定的温度、压力和催化剂作用下发生催化裂解的反应。据文献 报道，所选择的裂解催化剂中氧化钙、XT210和镍（Ni ）的质量分数分别为20%、30% 和50%，其中最好再添加少量的钕和钛，效果较好27。将催化剂与废胶粉（质量比为 3： 40 ）搅拌加热到230C，使混合物熔化，再继续加热至280320C，加压00.12 MPa保持1h，然后对汽化产物进行过滤，再通过冷凝装置便可分离出轻油、重油和燃 料气，反应器中余下的是炭黑和填料。5.其他方面的应用5.1应用于水利工程废旧轮胎应可以整条或经加工处理后用于水利工程中。整条轮胎比加工后的轮 胎应用于水利工程中会有更好的经济和技术的可行性。使用整条轮胎建造的地表水和地 下水的水利构造包括：轮胎管道、公路暗沟、小溢流坝、筑基、防浪堤、挡土墙和人造 礁石。用于连接轮胎和填充物以增加结构重量的连接系统需要应用整条轮胎。鉴于整条 轮胎的应用在不增加加工费的情况下就可以满足工程要求，因此，整条轮胎比加工狗的 轮胎在水利工程中有更广阔的应用28。5.2改善水泥质粘土的切变强度近期的研究表明水泥质粘土（CTC）的韧性在加入切碎的轮胎碎片时得到提高。这 种水泥有很高的切变强度和韧性，可以用来作为近海的固体废物处理场的隔阻材料29。5.3与聚丙烯混合将废旧轮胎支撑胶粉与聚丙烯掺和可增加其抗自然风化能力。研究表明：将两 种聚丙烯与废旧轮胎粉的混合物在自然条件下自然风化6个月，在相同的会和比例下在 聚丙烯中掺入细小的废旧轮胎粉比掺入粗糙的废旧轮胎粉有更高的机械性能。若不计废 旧轮胎粉的形状，断裂的拉升强度和伸长率，Eb随着废旧轮胎的含量的增加而增加30。5.4用作吸附剂材料废旧轮胎可以用于吸附水和有机物中的挥发性有机物的吸附剂介质。文献研究表 明：聚合物吸附剂相互作用可能会因为橡胶和吸附剂之间的电子受体-供体的配合电荷 的转移而提高。这被认为吸附剂在轮胎中选择性吸附的一个主要因素。吸附剂的性质以 及合成橡胶和溶剂相互作用程度被认为是决定轮胎中吸附剂吸附程度的因素。通过使用 废旧轮胎从有机物和有机物的混和物种或有机物与水的混合物中选择吸附有机物是一 种有前途的应用31。5.5用作防渗层将废旧轮胎制成碎片可用于制作填埋场的防渗层。实验表明：1).面积较小的废旧 轮胎碎片制成的床层比大碎片制成的创层的效果好。2).渗滤液的物理-化学的各种参 数的在ds/dg = 0.25-1.5的X围内改善才有意义31。6.结束语就我个人观点而言，生产胶粉用于其他用途，其最终仍会以固体废物的形式进入环境， 而且比废旧轮胎更难处理废胎；能量回收则会产生新的大气污染；轮胎翻新和生产再生 胶两种工艺较有发展前景。1朱茂电，王加龙，赵吕明.废旧轮胎回收利用技术及其应用前景J再生利用. 32-352荣慧，李南，李志强.废旧轮胎回收与利用J北方环境.2005，(1)： 39-413Laurens G. Debo and Luk N. Van WassenhoveTire recovery: the RetreadCo caseM4ReLIse Cf R. The carbon footprint ofretreaded versus new light mercialVehicle tyres. UK. The centre for remanufacturing and reuse,2008.5王红伟，陆棋 废旧轮胎循环利用探析XX化工2010(41):24-266徐响，漆新华，庄源益.废旧轮胎综合利用现状简介J . XX化工.2006，20 (6) : 13 许7冠英，彭晓春废旧轮胎回收利用对策XX环境科学2009.(24):25-308秦文、陆兆峰、宋永朝废旧轮胎资源可持续利用方法研究J.产业经济与管理.2008 (12) 160-1629钱伯章.废旧轮胎回收利用的现状与进展J.现代橡胶技术.2008,(34)： 8-1410朱茂电，王加龙，赵吕明.废旧轮胎回收利用技术及其应用前景J再生利用.32-3511 Al-Mutairi Nayef Al-Rukaibi Fahad Bufarsan Ahmed. Effect of microsilica addition on pressive strength of rubberized concrete at elevated temperaturesJ J*Mater Cycles Waste Manag (2010) 12:41-4912 熊杰,X磊，袁勇1废橡胶混凝土抗压强度试验研究J混凝土, 2004 , ( 12 ): 40- 42113 Seung Nam Joung, Sung WookPark, Sun Young Kim, Ki-Pung Yoo t and Seong Youl Bae.Thermolysis of Scrap Tire Using Supercritical TolueneM KoreanJ. Chem. Eng., 1999,16(5):602-60714 X小英，徐传杰，孔宪明1废橡胶粉改性沥青研究综述(1 ) J.石油沥青, 2004, 18 ( 4 ): 1 515 王大成，王大华.浅析胶粉改性沥青的路用性质及改性机理J. XX建筑 2010.9,36(25):160-16216 X超锋，杨振如.废橡胶制取的胶粉在建筑材料中的应用进展J.路基工程. 2006, (5) 10-1217 赵钢，X今朝，杜军利用改性沥青混合料修补路面的报告J . XX交通科技, 2001,24 ( 2 ): 7- 9118 王继述.废旧轮胎有了新用途J建材产品与应用.1998 (5)： 3219 席国喜，杨文洁，路迈西 废旧轮胎回收利用新进展.华工科技市 场.2008,(31):1-620 徐响，漆新华，庄源益.废旧轮胎综合利用现状简介J. XX化工，2006，20 (6 ) : 1321 荣慧.废旧轮胎的回收与利用J .北方环境，2005，30( 1 )： 3922 冠英，彭晓春废旧轮胎回收利用对策XX环境科学2009.(24):25-3023 柴琳，阳永荣.固体废弃物轮胎的热解技术J .环境污染与防治，2004,24 ( 1 ) : 2224 X兴华，常杰.碱性条件下废轮胎真空热裂解研究口燃料化学学报，2005, 33 ( 6 ) : 71325 柴琳，阳永荣.固体废弃物轮胎的热解技术J .环境污染与防治，2004, 24 ( 1 ) : 2226 邱清华，贾德民.废胶粉利用研究进展J .橡胶工业，1997,44 ( 11 ):691-69527 Roy R.Gu. Beneficial Reuses of Scrap Tires in Hydraulic Engineering。.HandbEnviron Chem . 2005(5):183-21528 Y.Kikuchi, T.Ssto,T.Nagatome. CHANGE OF FAILURE MECHANISM OF CEMENT TREATED CLAYBY ADDING TIRE CHIPSJ Proceedings of the 4 Asian Regional Conference on Geosynthetics.2008:17-2029 H.Ismail M.Awang. NaturalWeatheringofPolypropyleneandWasteTireDust(PP/WTD)BlendsJPolymEnvironJ 2008(16):147-15330 P. Rangarajan, P. Sisk, D. Bhattacharyya. Novel applications of scrap tire for organic sorption/separationsJ. Clean Products and Processes.1999:199-20931 Gunjan Bhalla, Arvind Kumar, Ajay Bamsal.Performance of Scrap Tire Shreds as a potential Lwschate Collection MediumM. GeotechGeolEng(2010)28:661-669