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廢玻璃資源化方法與工藝
作者:王開勤錄入時間:2011/4/6
摘    要:分析了我國廢玻璃的現狀,介紹一些國內外成功利用廢玻璃的方法和工藝,提出了廢玻璃資源化的方法和途徑。

關鍵詞:廢玻璃,資源化 
 1. 引言

      玻璃材料不僅滿足建筑和人類日常生活所需,而且也是科研和尖端科學不可缺少的材料。與此同時,日常生產生活中不可避免地產生大量的廢玻璃垃圾。據統計,歐美發達國家廢玻璃量占城市垃圾總量的4%~8%[1,2]。目前,我國每年產生的廢玻璃有1040萬t。就玻璃生產企業來說,在正常生產條件下,從平板玻璃原片上切裁下來的邊角材料占玻璃生產總量的15%~25%左右,玻璃廢絲是玻璃纖維工業生產過程中必然產生的一種工業廢渣,產生量一般占玻璃纖維產量的15%左右[3] 。廢玻璃類物質,其化學性質穩定,不腐爛、不燃燒、不能降解,大量廢玻璃既給人們的生產和生活帶來了不便,又對環境產生了負荷。因此,如何開展廢玻璃資源化成了當今亟待解決的問題,本文將介紹一些國內外利用廢玻璃的方法和工藝。

      2. 廢玻璃的用途

      (1)玻璃原料

      將廢玻璃經過收集、分選、處理,將其作為生產玻璃的原料,這成為廢玻璃的回收利用主要途徑。廢玻璃可用于對化學成分、顏色、雜質要求較低的玻璃制品的生產,如有色瓶罐玻璃、玻璃絕緣子、空心玻璃磚、槽形玻璃、壓花玻璃和彩色玻璃球等玻璃制品。這些產品的廢玻璃摻入量一般在30wt%以上,綠色瓶罐制品的廢玻璃摻入量可達80wt%以上。如果我國有50wt%的廢玻璃被回收利用,每年可節約360萬t的硅質原料、60萬t的純堿和100萬t的標準煤。

      (2)涂料原料

      日本常總木質纖維板公司利用廢玻璃和廢輪胎經破碎成細粉狀,按一定比例摻入涂料中,可取代涂料中的二氧化硅等材料[4]。它是將回收的廢棄空玻璃瓶破碎、磨去棱角加工成安全的邊緣,成為與天然砂粒幾乎相同形狀的碎玻璃,然后與數量相等的涂料相混合。并賦予以前的涂料所沒有的質感與圖案性。這種涂料可制成水溶性汽車用涂料。使用這種混合廢玻璃涂料的物體,如受到汽車燈光或陽光照射就能產生漫反射,具有防止事故發生和裝飾雙重效果。

      (3)微晶玻璃原料

      微晶玻璃質地堅硬,機械強度高,化學穩定性和熱穩定性好。但目前微晶玻璃常用的傳統原料生產費用較高。國外采用浮法工藝的廢玻璃和電廠的粉煤灰替代傳統微晶玻璃原料生產微晶玻璃獲得成功[5]。該微晶玻璃采用熔融與燒結相結合的技術路線制成:將粉煤灰與廢玻璃混合,在1400℃下熔融,形成非晶態玻璃,進行水淬,然后粉磨,再在810~850℃下燒結,可制成力學性能很好的微晶玻璃,適用于建筑領域。 

      我國清華大學、武漢工業大學等科研人員,已成功地掌握了采用粉煤灰、煤矸石、各種工業尾礦、冶煉爐渣、黃河泥沙為主要原料生產微晶玻璃裝飾板的關鍵技術。

      (4)玻璃瀝青

      玻璃瀝青是以30%的瀝青和70%的廢玻璃碎塊為骨料的組合體。將廢玻璃用于瀝青道路的填料。它可將玻璃、石子、陶瓷混合使用,無需進行顏色分選。用玻璃作為瀝青道路的填料較其他材料具有幾個優點:提高路面抗滑性能;耐磨損;提高路面反光度,增強夜間可視效果。

      (5)建筑面磚

      以廢棄玻璃為原料,摻入適量的可塑性粘土料,經造粒、成型、燒結等工藝,在溫度950~1050℃下燒結180~210min可制得生產建筑面磚,該產品具有耐酸堿、高強度、不易褪色和抗老化等優點[6,7] 。

      陜西省建材科研所與陜西玻璃纖維總廠聯合研制成功一種新型建筑裝飾材料——玻璃廢絲飾面磚[8]。這種產品是用玻璃廢絲在800~1000℃下燒結制成的,其吸水率為7%左右,高于玻璃馬賽克,低于陶瓷釉面磚,粘貼強度高且施工方便,抗折強度遠遠大于陶瓷釉面磚,穩定性好,經過急冷熱和反復凍融循環都不會產生裂紋。

      (6)玻璃馬賽克

      玻璃馬賽克具有耐急熱急冷、耐酸堿腐蝕、不易變形、不退色、雨天自滌、經久常新等特點[9]。同時,該產品易施工,與水泥的沾合力強,適用于家庭建筑物等內外裝飾。

      一般采用燒結法和熔融法制成。其中熔融法[10]是以廢玻璃(摻入量為25wt%~60wt%) 為主要原料,摻入一定量的硅砂、長石、石灰石、純堿及乳濁劑、著色劑制成均勻的配合粉料,然后送入高溫熔窯(熔化溫度為1400~1450℃) 熔化成均勻的玻璃液。玻璃液流入壓延機被壓制成規定尺寸形狀的玻璃塊,送入退火窯。成品檢驗、鋪貼、包裝。

      燒結法是將廢玻璃細磨成玻璃粉,然后加入一定量的粘合劑和著色劑或脫色劑,用混合機將其混合均勻。采用干壓法將配合料壓制成坯體,經干燥后的坯體送入燒成溫度為800~900 ℃的輥道窯、推板窯或隧道窯進行燒結,一般在燒結溫度區停留15~25分鐘。出窯冷卻好的制品進行檢選、鋪貼、干燥、檢驗、包裝、入庫或出廠,不合格品則循環再利用。上海硅酸鹽所發明了一種利用廢玻璃快速燒成玻璃馬賽克的方法[11],其特點是用廢玻璃作主要原料,改用新的成型粘結劑(膠水溶液)、無機著色劑及一整套相應的燒結工藝。成型壓力150~450公斤/厘米2,最低燒成溫度650~800℃,在連續式隧道電窯內燒成。無需抑泡劑;由于粘結劑性能優良,用量少,可快速燒成。致使產品色澤多樣,無氣泡,目視感強,質地優良。

      (7)人造大理石

      人造大理石是用廢玻璃、粉煤灰、砂石等作為集料,水泥作為粘結劑,運用表層、基層二次注漿成型,自然養護。它不僅表面光亮如鏡、色澤鮮艷,而且具有良好的物理力學性能,易加工性和良好的裝飾效果,具有原料來源廣泛、設備和工藝簡單、成本較低、投資少等特點。

      (8)玻璃瓷磚

      陜西科技大學和陜西寶光真空電器股份有限公司共同利用廢玻璃研制了瓷質磚及陶瓷透水磚[12]。以廢玻璃,陶瓷廢料和粘土作為主要原料,1100℃燒成。廢玻璃可以使瓷磚內部早期產生玻璃相,有利燒結,降低燒成溫度。此玻璃瓷磚被廣泛應用于城市廣場和城市道路的鋪設,不僅能防止雨水匯集,保持交通暢通,還可以美化環境,變廢為寶。

      英國一家名為“倫敦再生產”的公司利用舊電視機和電腦屏幕的100%可循環玻璃生產不會打滑的玻璃瓷磚[13]。22t循環的電視機和電腦屏幕玻璃將被用來制造17400塊新型玻璃瓷磚,供倫敦新的集會大樓展覽大廳使用。

      (9)陶瓷釉料添加物

      在陶瓷釉中,應用廢玻璃取代價格昂貴的熔塊及其它化工原料,不僅可以降低釉的燒成溫度,降低產品的成本,而且還提高了產品的質量。利用彩色廢玻璃制作釉料還可減少甚至不需再加著色劑,這樣著色金屬氧化物的用量減少,釉料的成本進一步降低。

      廣州劉海青利用廢玻璃研制了陶瓷釉料[14]。其配方能適應快速燒成工藝,提高釉料中Al2O3的含量,降低燒失量,加入5~10%的粘土,5%的石灰石,大量的廢玻璃,3%~5%的滑石。其工藝是將清潔的廢玻璃經破碎,除鐵,篩分,添加各種助劑進行配料,水磨后噴霧干燥,制得成品。為使釉面呈色效果好,對廢玻璃的純度要求比較高。廢玻璃中鐵或其它著色金屬粉末要完全清除。有色玻璃和無色玻璃不要混雜,有色玻璃也要清一色,不要混有雜色。這樣釉面磚的色澤就較理想。

      (10)泡沫玻璃

      泡沫玻璃又稱多孔玻璃,是指玻璃體內充滿無數開口或閉口氣孔的一種玻璃材料,該種玻璃氣孔占總體積的80%~95%,孔徑大約0.5~5mm ,也有小到幾微米的。與其它無機隔熱、隔音材料相比較,它具有隔熱、隔音性能好、不吸濕、耐腐蝕、抗凍、不燃、易粘結加工等優點[15]。

      北京工業大學研制成功了用鏡片廢料生產泡沫玻璃的方法[16]。以鏡片為主要原料,普通碳黑為發泡劑,三氧化二銻為發泡助劑,配合料混合均勻放入模具展平,送入隧道窯,輥道窯或推板窯加熱到860~890℃發泡。通過該方法生產制造的泡沫玻璃結構強度好,吸水率低,導熱系數小,比重小。

      秦皇島玻璃研究院研制成功用玻璃纖維廢絲制造泡沫玻璃[17],并在秦皇島建立了泡沫玻璃廠。江西萍鄉硅酸鹽研究所用粉煤灰制造泡沫玻璃。上海、浙江嘉興、湖北潛江等地先后用普通廢玻璃生產泡沫玻璃。

      (11)玻璃棉

      玻璃棉是一種呈蓬松棉絮狀的短纖維。特點是容重小、導熱系數低、吸聲系數高,是高效、優質的保溫吸聲材料。它是將清洗干燥好的廢玻璃加入到玻璃熔化爐中,熔融好的玻璃液從漏板流出,然后被噴吹成短纖維。細纖維經集棉輸送帶收集成棉層,經固化后,制成軟質卷毯、半硬板或硬板[18]。

      (12)混凝土摻合料和骨料

      由于廢玻璃是一種無定型高SiO2材料,可將其用作礦物摻合料,楊醫博[19]等研究表明,將廢玻璃作混凝土的礦物摻合料不會使混凝土產生堿硅酸破壞。廢玻璃粒徑越小,混凝土抗壓強度越高[20]。

      青海大學劉連新利用廢玻璃研制出輕粗骨料及輕混凝土[21]。他以廢玻璃、粘土、硅酸鈉為原料,首先將廢玻璃分選、烘干、破碎與球磨、烘干的粘土、干硅酸鈉粉按配比混合,然后經制粒、燒結而成輕粗骨料。研究結果表明,獲得堆積密度為760~850kg/m3的輕粗骨料的最佳條件是:廢玻璃摻量78wt% ,粘土摻量20wt% ,硅酸鈉摻量2wt%的配合料,在844℃下燒結15 min。此輕粗骨料具有較高的強度、較低的吸水性和較好的耐腐蝕性,可以直接使用,也可以經破碎后使用,適合于制作輕混凝土。

      (13)玻璃微珠

      玻璃微珠是粒徑數微米至數毫米的玻璃(或陶瓷)球體,有實心、空心、多孔玻璃微珠之分[22],玻璃微珠具有光學性能好、球形透鏡特性、抗沖擊性能強、滾動性好、導熱系數低、質輕等特點,已廣泛用于城市交通標志、汽車牌號、回射幕布、噴吹技術、填充材料、保溫材料等領域。

      利用廢玻璃生產玻璃微珠,一般常采用兩種方法:一種是一次成型法,即用處理好的廢玻璃在玻璃窯爐中熔化成玻璃液,進行吹、噴、拋等方法而得珠。這種方法可生產出實心和空心兩種微珠。另一種是燒結制球法,但它只能生產實心微珠。

      3. 結語

      綜上所述,廢玻璃的利用前景十分廣闊。廢玻璃資源化已是世界環保業和工業企業共同的課題,具有一定的經濟效益和社會效益。目前我國每年廢玻璃回收量只有13%左右,這主要因為我國的廢品一直由私人回收,缺少體系化管理。我們應該在學習借鑒國外先進經驗的基礎上,動員社會各方力量。一方面保證廢玻璃長期的供應,并建議國家制定相應的法律法規支持資源回收利用;另一方面鼓勵科研單位為廢玻璃的再利用開發新的利用方法和途徑。

 

 

 

參考文獻

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