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    废玻璃资源化方法与工艺
    作者:王开勤录入时间:2011/4/6
    摘    要:分析了我国废玻璃的现状,介绍一些国内外成功利用废玻璃的方法和工艺,提出了废玻璃资源化的方法和途径。

    关键词:废玻璃,资源化 
     1. 引言

          玻璃材料不仅满足建筑和人类日常生活所需,而且也是科研和尖端科学不可缺少的材料。与此同时,日常生产生活中不可避免地产生大量的废玻璃垃圾。据统计,欧美发达国家废玻璃量占城市垃圾总量的4%~8%[1,2]。目前,我国每年产生的废玻璃有1040万t。就玻璃生产企业来说,在正常生产条件下,从平板玻璃原片上切裁下来的边角材料占玻璃生产总量的15%~25%左右,玻璃废丝是玻璃纤维工业生产过程中必然产生的一种工业废渣,产生量一般占玻璃纤维产量的15%左右[3] 。废玻璃类物质,其化学性质稳定,不腐烂、不燃烧、不能降解,大量废玻璃既给人们的生产和生活带来了不便,又对环境产生了负荷。因此,如何开展废玻璃资源化成了当今亟待解决的问题,本文将介绍一些国内外利用废玻璃的方法和工艺。

          2. 废玻璃的用途

          (1)玻璃原料

          将废玻璃经过收集、分选、处理,将其作为生产玻璃的原料,这成为废玻璃的回收利用主要途径。废玻璃可用于对化学成分、颜色、杂质要求较低的玻璃制品的生产,如有色瓶罐玻璃、玻璃绝缘子、空心玻璃砖、槽形玻璃、压花玻璃和彩色玻璃球等玻璃制品。这些产品的废玻璃掺入量一般在30wt%以上,绿色瓶罐制品的废玻璃掺入量可达80wt%以上。如果我国有50wt%的废玻璃被回收利用,每年可节约360万t的硅质原料、60万t的纯碱和100万t的标准煤。

          (2)涂料原料

          日本常总木质纤维板公司利用废玻璃和废轮胎经破碎成细粉状,按一定比例掺入涂料中,可取代涂料中的二氧化硅等材料[4]。它是将回收的废弃空玻璃瓶破碎、磨去棱角加工成安全的边缘,成为与天然砂粒几乎相同形状的碎玻璃,然后与数量相等的涂料相混合。并赋予以前的涂料所没有的质感与图案性。这种涂料可制成水溶性汽车用涂料。使用这种混合废玻璃涂料的物体,如受到汽车灯光或阳光照射就能产生漫反射,具有防止事故发生和装饰双重效果。

          (3)微晶玻璃原料

          微晶玻璃质地坚硬,机械强度高,化学稳定性和热稳定性好。但目前微晶玻璃常用的传统原料生产费用较高。国外采用浮法工艺的废玻璃和电厂的粉煤灰替代传统微晶玻璃原料生产微晶玻璃获得成功[5]。该微晶玻璃采用熔融与烧结相结合的技术路线制成:将粉煤灰与废玻璃混合,在1400℃下熔融,形成非晶态玻璃,进行水淬,然后粉磨,再在810~850℃下烧结,可制成力学性能很好的微晶玻璃,适用于建筑领域。 

          我国清华大学、武汉工业大学等科研人员,已成功地掌握了采用粉煤灰、煤矸石、各种工业尾矿、冶炼炉渣、黄河泥沙为主要原料生产微晶玻璃装饰板的关键技术。

          (4)玻璃沥青

          玻璃沥青是以30%的沥青和70%的废玻璃碎块为骨料的组合体。将废玻璃用于沥青道路的填料。它可将玻璃、石子、陶瓷混合使用,无需进行颜色分选。用玻璃作为沥青道路的填料较其他材料具有几个优点:提高路面抗滑性能;耐磨损;提高路面反光度,增强夜间可视效果。

          (5)建筑面砖

          以废弃玻璃为原料,掺入适量的可塑性粘土料,经造粒、成型、烧结等工艺,在温度950~1050℃下烧结180~210min可制得生产建筑面砖,该产品具有耐酸碱、高强度、不易褪色和抗老化等优点[6,7] 。

          陕西省建材科研所与陕西玻璃纤维总厂联合研制成功一种新型建筑装饰材料——玻璃废丝饰面砖[8]。这种产品是用玻璃废丝在800~1000℃下烧结制成的,其吸水率为7%左右,高于玻璃马赛克,低于陶瓷釉面砖,粘贴强度高且施工方便,抗折强度远远大于陶瓷釉面砖,稳定性好,经过急冷热和反复冻融循环都不会产生裂纹。

          (6)玻璃马赛克

          玻璃马赛克具有耐急热急冷、耐酸碱腐蚀、不易变形、不退色、雨天自涤、经久常新等特点[9]。同时,该产品易施工,与水泥的沾合力强,适用于家庭建筑物等内外装饰。

          一般采用烧结法和熔融法制成。其中熔融法[10]是以废玻璃(掺入量为25wt%~60wt%) 为主要原料,掺入一定量的硅砂、长石、石灰石、纯碱及乳浊剂、着色剂制成均匀的配合粉料,然后送入高温熔窑(熔化温度为1400~1450℃) 熔化成均匀的玻璃液。玻璃液流入压延机被压制成规定尺寸形状的玻璃块,送入退火窑。成品检验、铺贴、包装。

          烧结法是将废玻璃细磨成玻璃粉,然后加入一定量的粘合剂和着色剂或脱色剂,用混合机将其混合均匀。采用干压法将配合料压制成坯体,经干燥后的坯体送入烧成温度为800~900 ℃的辊道窑、推板窑或隧道窑进行烧结,一般在烧结温度区停留15~25分钟。出窑冷却好的制品进行检选、铺贴、干燥、检验、包装、入库或出厂,不合格品则循环再利用。上海硅酸盐所发明了一种利用废玻璃快速烧成玻璃马赛克的方法[11],其特点是用废玻璃作主要原料,改用新的成型粘结剂(胶水溶液)、无机着色剂及一整套相应的烧结工艺。成型压力150~450公斤/厘米2,最低烧成温度650~800℃,在连续式隧道电窑内烧成。无需抑泡剂;由于粘结剂性能优良,用量少,可快速烧成。致使产品色泽多样,无气泡,目视感强,质地优良。

          (7)人造大理石

          人造大理石是用废玻璃、粉煤灰、砂石等作为集料,水泥作为粘结剂,运用表层、基层二次注浆成型,自然养护。它不仅表面光亮如镜、色泽鲜艳,而且具有良好的物理力学性能,易加工性和良好的装饰效果,具有原料来源广泛、设备和工艺简单、成本较低、投资少等特点。

          (8)玻璃瓷砖

          陕西科技大学和陕西宝光真空电器股份有限公司共同利用废玻璃研制了瓷质砖及陶瓷透水砖[12]。以废玻璃,陶瓷废料和粘土作为主要原料,1100℃烧成。废玻璃可以使瓷砖内部早期产生玻璃相,有利烧结,降低烧成温度。此玻璃瓷砖被广泛应用于城市广场和城市道路的铺设,不仅能防止雨水汇集,保持交通畅通,还可以美化环境,变废为宝。

          英国一家名为“伦敦再生产”的公司利用旧电视机和电脑屏幕的100%可循环玻璃生产不会打滑的玻璃瓷砖[13]。22t循环的电视机和电脑屏幕玻璃将被用来制造17400块新型玻璃瓷砖,供伦敦新的集会大楼展览大厅使用。

          (9)陶瓷釉料添加物

          在陶瓷釉中,应用废玻璃取代价格昂贵的熔块及其它化工原料,不仅可以降低釉的烧成温度,降低产品的成本,而且还提高了产品的质量。利用彩色废玻璃制作釉料还可减少甚至不需再加着色剂,这样着色金属氧化物的用量减少,釉料的成本进一步降低。

          广州刘海青利用废玻璃研制了陶瓷釉料[14]。其配方能适应快速烧成工艺,提高釉料中Al2O3的含量,降低烧失量,加入5~10%的粘土,5%的石灰石,大量的废玻璃,3%~5%的滑石。其工艺是将清洁的废玻璃经破碎,除铁,筛分,添加各种助剂进行配料,水磨后喷雾干燥,制得成品。为使釉面呈色效果好,对废玻璃的纯度要求比较高。废玻璃中铁或其它着色金属粉末要完全清除。有色玻璃和无色玻璃不要混杂,有色玻璃也要清一色,不要混有杂色。这样釉面砖的色泽就较理想。

          (10)泡沫玻璃

          泡沫玻璃又称多孔玻璃,是指玻璃体内充满无数开口或闭口气孔的一种玻璃材料,该种玻璃气孔占总体积的80%~95%,孔径大约0.5~5mm ,也有小到几微米的。与其它无机隔热、隔音材料相比较,它具有隔热、隔音性能好、不吸湿、耐腐蚀、抗冻、不燃、易粘结加工等优点[15]。

          北京工业大学研制成功了用镜片废料生产泡沫玻璃的方法[16]。以镜片为主要原料,普通碳黑为发泡剂,三氧化二锑为发泡助剂,配合料混合均匀放入模具展平,送入隧道窑,辊道窑或推板窑加热到860~890℃发泡。通过该方法生产制造的泡沫玻璃结构强度好,吸水率低,导热系数小,比重小。

          秦皇岛玻璃研究院研制成功用玻璃纤维废丝制造泡沫玻璃[17],并在秦皇岛建立了泡沫玻璃厂。江西萍乡硅酸盐研究所用粉煤灰制造泡沫玻璃。上海、浙江嘉兴、湖北潜江等地先后用普通废玻璃生产泡沫玻璃。

          (11)玻璃棉

          玻璃棉是一种呈蓬松棉絮状的短纤维。特点是容重小、导热系数低、吸声系数高,是高效、优质的保温吸声材料。它是将清洗干燥好的废玻璃加入到玻璃熔化炉中,熔融好的玻璃液从漏板流出,然后被喷吹成短纤维。细纤维经集棉输送带收集成棉层,经固化后,制成软质卷毯、半硬板或硬板[18]。

          (12)混凝土掺合料和骨料

          由于废玻璃是一种无定型高SiO2材料,可将其用作矿物掺合料,杨医博[19]等研究表明,将废玻璃作混凝土的矿物掺合料不会使混凝土产生碱硅酸破坏。废玻璃粒径越小,混凝土抗压强度越高[20]。

          青海大学刘连新利用废玻璃研制出轻粗骨料及轻混凝土[21]。他以废玻璃、粘土、硅酸钠为原料,首先将废玻璃分选、烘干、破碎与球磨、烘干的粘土、干硅酸钠粉按配比混合,然后经制粒、烧结而成轻粗骨料。研究结果表明,获得堆积密度为760~850kg/m3的轻粗骨料的最佳条件是:废玻璃掺量78wt% ,粘土掺量20wt% ,硅酸钠掺量2wt%的配合料,在844℃下烧结15 min。此轻粗骨料具有较高的强度、较低的吸水性和较好的耐腐蚀性,可以直接使用,也可以经破碎后使用,适合于制作轻混凝土。

          (13)玻璃微珠

          玻璃微珠是粒径数微米至数毫米的玻璃(或陶瓷)球体,有实心、空心、多孔玻璃微珠之分[22],玻璃微珠具有光学性能好、球形透镜特性、抗冲击性能强、滚动性好、导热系数低、质轻等特点,已广泛用于城市交通标志、汽车牌号、回射幕布、喷吹技术、填充材料、保温材料等领域。

          利用废玻璃生产玻璃微珠,一般常采用两种方法:一种是一次成型法,即用处理好的废玻璃在玻璃窑炉中熔化成玻璃液,进行吹、喷、抛等方法而得珠。这种方法可生产出实心和空心两种微珠。另一种是烧结制球法,但它只能生产实心微珠。

          3. 结语

          综上所述,废玻璃的利用前景十分广阔。废玻璃资源化已是世界环保业和工业企业共同的课题,具有一定的经济效益和社会效益。目前我国每年废玻璃回收量只有13%左右,这主要因为我国的废品一直由私人回收,缺少体系化管理。我们应该在学习借鉴国外先进经验的基础上,动员社会各方力量。一方面保证废玻璃长期的供应,并建议国家制定相应的法律法规支持资源回收利用;另一方面鼓励科研单位为废玻璃的再利用开发新的利用方法和途径。

     

     

     

    参考文献

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    2. 顾国维,何澄.绿色技术极其应用[M].上海,同济大学出版社,1999

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    4. 沈镇平.日本常总公司推出混合废玻璃涂料[J].新型建筑材料,2006(3):15.

    5. 陈静.用废玻璃和粉煤灰生产微晶玻璃[J].中国建材.2004(6):87.

    6.  吕霄,林元华,张中太等.利用废玻璃制备建筑面砖.建筑材料学报,2001,4(2):184-187. 

    7.  Sevelius, D. Bricks by recycling . Product design based on waste [J]. Key Eng. Mater, 1997, 132(3): 2272-2275]。

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    12. 殷海荣,陈福,薛立莎等.利用废玻璃研制瓷质砖及陶瓷透水砖[J].中国陶瓷,2005,41(6):20.

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    17. 卞致璋.从发达国家的做法看我国废玻璃的回收与利用[J].中国建材,2003(6):55

    18. 曾利群,蒋冬青.废玻璃的再利用[J].山西建材,2000(3):17.

    19. 杨医博,文梓芸.废玻璃在混凝土中的应用[J].工业建筑,2002,32(7):79.

    20. Shao Yixin, Lefort Thibaut, Moras Shylesh, et al. Studies on Concrete Containing Ground Waste Glass. Cement and Concrete Research ,2000,30(1) :91~100.

    21. 刘连新.利用废玻璃研制轻粗骨料及轻混凝土[J].新型建筑材料,2004(4):17.

    22. 徐岩,王长春.粉煤灰制多孔玻璃微珠[J].煤炭工程,2005(2):65-67.

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