徐阳阳，霍 平

(华北理工大学机械工程学院，河北省工业机器人产业技术研究院，河北 唐山 063210)

1 国内、外发展背景

随着汽车工业的高速发展，我国逐渐成为橡胶的主要消费国家，废旧轮胎每年以8%～10%的速度递增[1]。截止2008年，废胎增至2.30亿条，居世界第三位，到2018年报废轮胎约3.8亿条[2]。

图1 2011年世界废旧轮胎产生量(万吨)Fig.1 World waste tire production in 2011(10000 tons)

美国2007年产生的2.90亿条废旧轮胎，有2.33亿条被利用；其中有1.3亿用做燃料，土建和胶粉分别利用0.56亿和0.3亿条。2005年，欧洲约有3.1亿条轮胎被报废，填埋占比高达30%左右，用于能源开发及材料再利用的占比也显著提高，2006年禁止任何形式的轮胎被填埋。根据中国橡胶工业协会的数据统计，在2003年废旧轮胎的回收利用率为65%[3]。

2011年，世界废旧轮胎产生量约为2200万吨，中国产量约为800万吨，据全球之首[4]。如图1所示。

1.1 废旧轮胎产生的环境问题

废旧轮胎被人类称为“黑色污染”，大量的废旧轮胎通过收集起来进行填埋或燃烧，这种做法是不符合绿色发展主题，是不可持续的发展，会对我们的生活环境造成一定的污染，从而对我们的身体健康造成一定的危害。

(1)土地、水资源污染

回收起来的废旧轮胎会占用了大量的土地和农田，会恶化自自然环境、破坏植物植被、危害生态环境。通过填埋在地下分解处理时，会产生分解不彻底的现象，给我们的土地、水资源带来严重的污染。

图2 废旧轮胎乱放污染环境Fig.2 Waste tires pollute the environment

(2)空气污染

废旧轮胎是一种高热值的材料，废旧轮胎会被选择代替一些工业燃料，会降低公司的生产成本，但会对环境造成一定的污染；不加任何形式的集中燃烧，会产生更多的有害气体；所以要避免废旧轮胎通过燃烧来处理。

图3 废旧轮胎燃烧污染环境Fig.3 Waste tires pollute pollution the environment by burning

1.2 关于废旧轮胎的政策

近年来，我国政府对废旧轮胎的回收处理及利用越来越重视。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确提出要建立生产者延伸制度，推动废旧轮胎的回收利用；国家发改委发布的《“十一五”资源综合利用指导意见》，也明确将废旧轮胎等再生资源的产业化工程列为六大资源综合利用重点工程之一，同时将《废旧轮胎回收利用管理条例》列入2007年法规立项。2008年4月1日开始实施两项国家标准《载重汽车翻新轮胎》、《轿车翻新轮胎》和一项行业标准《工程机械翻新轮胎》[5]。

我国在2015年颁布了胶粉、轮胎翻新及再生橡胶税收优惠政策，为落实国务院精神，进一步推动资源综合利用和节能减排、规范和优化增值税收政策，自该年7月1日起对胶粉、轮胎翻新及再生橡胶优惠50%[1]。

2 废旧轮胎回收处理技术

表1 主要产品产量统计表Table 1 Main product output statistics table

国外废旧轮胎的回收技术主要是废旧轮胎的直接利用、燃料利用、加工胶粉和热分解，应用较广泛；中国以再生胶为主要途径的回收废旧轮胎，在其它回收技术存在短板和缺陷。

到“十一五”末，我国废旧轮胎的企业已发展到2600多家，轮胎翻新能力达2000万条，再生橡胶生产能力达500万吨，角粉生产能力达100万吨，热裂解生产能力达20万吨[6]。

2.1 废旧轮胎直接及翻新利用

2.1.1 直接利用

废旧轮胎是难熔的高分子弹性材料，回收的废旧轮胎用途有很多：可以作为畜生的护栏、饲料槽托架、运动器材、轮船的保护罩、管道铺设、轨道和树木保护、地基等方面的应用。直接利用不需要太多的技术，实行起来较容易，但使用量较少。

2.1.2 翻新利用

废旧轮胎是轮胎循环利用产业链中的重要环节。废旧轮胎可以多次翻新，每翻新一次可提高轮胎60%～90%的寿命[3]，降低原材料的使用，使生产成本大大降低，并减少了橡胶资源的进口。

废旧轮胎的翻新使用需要经过进厂检验、磨胎、成型和硫化等工艺过程。进厂检验是最重要的环节，检验轮胎是否有制造和不可修复的缺陷、使用年限等；再对轮胎表面进行打磨，磨去表面，进行新轮胎面的粘结及其硫化或硬化过程；再对其进行成品检验，是否满足质量标准。目前，我国装备自动化低，制造精度低，工艺落后，产品性能差，企业规模小。

据介绍，世界轮胎三巨头米其林、固特异、普利司通都在我国配套建立了翻新轮胎厂，并不断开发、推广新技术[5]。

2.2 废旧轮胎的破碎加工

废旧轮胎的主要成分是橡胶，不同的胎型，其制造的比例也不同。破碎加工可产生胶块、胶粒和胶粉；常用的破碎方式有机械常温破碎、低温破碎等[7]方法。

在加工过程中，要采用磁选机将胶粒中的金属除去，胶粒的纤维常采用空气分离法除去；胶粒的尺寸范围约为0.15～19 mm，胶粉的尺寸范围约为0.075～4.75 mm[8]。

机械破碎加工，其突出特点是能耗大、磨损大，其工作效率也不高；生产胶粒、胶粉的成本较高，且技术落后于发达国家。

2.3 废旧轮胎做燃料

轮胎的燃烧值较高，其主要成分为碳、氢和氧，比煤的热值高约为5%～10%[9]。转化为热能有面临重重困难，将废旧轮胎作为能源开发利用有很多技术，做了较多的研究。

(1)直接焚烧

废旧轮胎直接焚烧产生二恶英、酚类等对人体有害的致癌物质，还产生二氧化硫、二氧化氮、含氯等卤素气体甚至氰气或氰化物，污染环境，使土壤酸化。故要有专门的燃烧设备，减少气体排放、降低浓度；故需要高成本、大投资、新技术；以至于德国Gummi-Mayer焚烧厂、英国Sita-Eim能源厂倒闭；日本的Ebara硫化床焚烧厂依然运行[2]。

(2)作为燃料利用

废旧轮胎直接作为燃料代替其他燃料进行焚烧，运用最广的是水泥厂，加工成本低，能大量消耗废旧轮胎，国外使用的案例较多。

日本已占到50%～60%，在水泥厂的旋转窑内，利用率达到21%以上；炼铁方面，其中炭黑是还原剂，铁可回收，灰渣再利用，故利用率高达45%[1]。

2.4 废旧轮胎的热转化

2.4.1 热分解

热分解是在缺氧或含氧量非常低的情况下发生的燃烧或气化反应。热分解主要有热裂解、催化降解和微波结聚等工艺。该过程会产生焦化油及合成气体。热分解包括热解反应，焦炭及合成气体。优点是焦炭、油都是市场上价值较高的产品，合成气体也可供热、发电等，钢丝可回收。该处理方法的残留物较少。如英国一家公司采用微波技术进行热解处理，取得了不错的效果。

投资商集中在炭黑市场上，需要的投资大，技术造价昂贵；如美国Delta能源公司开发了低温热解工艺，减少有害物质，可回收炭黑；我国上海绿人生态经济科技有限公司的废旧轮胎无剥离微负压热裂解技术获得15项专利[5]，利用率大大提高。

2.4.2 气化技术

与热分解技术不同的是以生产合成气为主要产物的热解过程。气化技术是控制气体的数量，使不充分燃烧产生更多的合成气体，用合成气体发电。但投资更高，运行费用非常昂贵，现在还处于研制阶段。从大众的角度看，是高温处理废旧轮胎的理想选择，技术和成本都是待研发的关键。

2.5 再生胶的加工

发达国家废旧轮的再利用主要是翻新、生产胶粉和做燃料，而我国的再生胶加工成为回收废旧轮胎的主要途径，占废旧橡胶利用总量71.3%。我国是橡胶消费大国，再生胶可以代替部分生产橡胶制品，可以减少橡胶资源的进口；再生胶的价格远低于天然橡胶。

2006年我国再生胶企业700多家，河北玉田、沧州，江苏南通、浙江宁波等10万t的生产基地[5]，成为再生胶最发达国家，再生胶产量居世界第一，生产规模、工艺技术、装备技术、产品质量等都达到世界领先水平。

2.6 胶粉的加工及再利用

胶粉的原料主要有两部分来源：废旧轮胎的加工和橡胶产品的下脚料。胶粉大部分来源废旧轮胎。1994年美国在废旧轮胎处理上使胶粉成为增长最快的市场，到2000年，增长了40%[3]。

我国主要生产企业有江阴市台联超细胶粉有限公式、南京东浩胶粉有限公司、湖北合得利胶粉有限公司、江西亚中橡塑有限公司、东风轮胎集团黄石橡胶有限公司等，产量为50万t[5]。

胶粉是环保和资源回收再利用为一体的。胶粉的加工方法有常温破碎、低温破碎等，有粗胶粉、细胶粉和超细胶粉。胶粉用途广，涉及各个行业，新的应用领域逐渐增加。

(1)汽车配件的生产

具有较好的加工技术，及其好的产品质量，很多的零部件采用胶粉来设计，有水管、胶垫等。

(2)体育用品

可以加工成鞋底和鞋垫等，很多著名的体育品牌都在做这方面的实验，目前添加量为20%左右[9]。

(3)橡胶沥青

高速公路、飞机跑道、体育跑道、高尔夫球场等都有应用，胶粉是沥青改性的助剂，橡胶沥青的使用可降低交通噪音，减少路面的破裂，提高路面的韧性，改善路面的各种状况，但生产成本要较高[10]。

(4)改善模压、挤压产品性能

胶粉作为添助剂添加到物料中，可以改善模压、挤压产品的脱模性能，提高成型率，包括：瓦片、缓冲器、垫片、防腐产品等。

(5)彩色复合橡胶地板砖

防静电地板砖，采用独特的工艺流程加工制作；适合游泳馆、厨房、卫生间和电脑控制室等场合使用。

(6)农业方面

应用于地膜的生产，提高韧性，科室地膜重复使用；胶粒可作为土壤的调节剂，使土壤变得疏松、透气，还可以改善土壤的性质，防止有机质的流失，使土壤变得更加肥沃，为植物提供一个良好的生长环境。

(7)生产新轮胎

添加少量的废旧轮胎胶粉来生产新轮胎，一般一条轮胎添加5%[3]左右；总体来看，生产的轮胎越多，胶粉的使用就越高，回收利用率也在逐渐增加；

胶粉的市场正在逐渐被开发，其中应用较广的是交通道路，各国正在齐头并进，竞争在悄无声息的加剧。胶粉的新市场也在不断扩展，对于我们国家而言，应抓紧时间，积极行动起来，开发出具有自主知识产权的技术。

3 结 语

轮胎翻新率低，大众认可程度低，要优化产业结构、促进产业升级；轮胎直接利用市场局限性大；热转化需要的投资大，技术高，需要进一步开发；胶粉的用途最广，提高生产胶粉的技术，降低生产胶粉的成本，进一步开发市场，加快推进各个行业的使用。

废旧轮胎的回收利用需要进一步推广，提高回收处理技术，使其回收利用率达到最高。目前来看，各种技术都有缺陷，需要进一步去探索、研究、开发。在提升产品质量、提高生产效率的同时，大力推广品质高、能耗低、无污染的技术，建立节能共性技术和通用设备研发基地，发展循环经济，减少能源消耗和环境污染，做到绿色低碳生产，以实现可持续发展。