废旧轮胎被称为“黑色污染”,其回收和处理技术一直是世界性难题,也是环境保护的难题。据统计,目前全世界每年有15 亿条轮胎报废,其中北美占大约4 亿条,西欧占近2 亿条,日本l 亿条。在上世纪90年代, 世界各国最普遍的做法是把废旧轮胎掩埋或堆放。以美国为例,1992 年废旧轮胎掩埋/堆放率达63%。但随着地价上涨,征用土地作轮胎的掩埋/堆放场地越来越困难。另一方面,废旧轮胎大量堆积,极易引起火灾,造成第二次公害。
随着中国汽车工业的高速发展, 废旧轮胎带来的环保压力也越来越大。中国现有再生胶企业500多家,年产再生胶近40 万t;利用废旧轮胎生产胶粉的企业近60 家,年产胶粉不足5 万t。这两项合计可利用废旧轮胎约2 600～3 000 万条,但仍有2 000 多万条废旧轮胎无人问津。如何利用废旧橡胶制品和废旧轮胎,是搞好资源综合利用的重要课题,也是合理利用资源、保护环境、促进国民经济增长方式转变和可持续发展的重要措施。
1 废旧轮胎翻新处理和利用
废旧轮胎,主要有两大途径:一是旧轮胎翻新;二是废轮胎的综合利用,包括生产胶粉、再生胶等。翻新是利用废旧轮胎的主要和最佳方式,就是将己经磨损的、废旧轮胎的外层削去,粘贴上胶料,再进行硫化,重新使用。目前翻新是发达国家处理废旧轮胎的主要方式,目前世界翻新轮胎(翻胎)年产量约8 000 多万条,为新胎产量的7%。美国年产轮胎2.8 亿条,居世界之冠,年翻修轮胎约3 000 万条,是新胎产量的10%左右,其中,翻新轿车轮胎200 万条、轻型卡车轮胎680万条、载重车轮胎2 000 万条,飞机、工程车等其他翻新轮胎约70 万条。
美国现拥有轮胎翻修企业1 100多家,90%属中小企业,设备先进,全部生产过程实行计算机联网、自动化操作,年产值400 亿美元。翻新轮胎业在美国的发展得益于政府的鼓励与提倡。为了鼓励企业利用废旧轮胎资源,美国规定:回收商收购一条轿车废旧轮胎补助1.9 美元,收购一条载重车废旧轮胎补助2.3 美元。欧共体规定2000 年产生的废旧轮胎中必须有25%得到翻新。
世界汽车专家认为, 翻新胎可以按照新胎同样的合法速度行驶,在安全、性能和舒适程度上不亚于新胎。因此,在美国等许多国家,政府和军事用车包括邮政服务用车都使用翻新轮胎。学校大巴和公交用车使用翻新轮胎,出租车、赛车和工厂用车也可使用翻新轮胎;几乎百分之百的工程车、载重车使用翻新轮胎，就连警车、消防车和其它急救车辆、运输机和高性能的战机都使用翻新轮胎。尤其是轿车胎的翻新, 欧盟在轿车胎维修场销售中翻新胎销售量18.8%,而中国翻新轿车胎数量几乎为零。
传统的轮胎翻新方式是将混合胶粘在经磨锉的轮胎胎体上,然后放入固定尺寸的钢质模型内,经过温度高达150℃以上硫化的加工方法,俗称“热翻新”,或热硫化法。该法目前仍是中国翻胎业的主导工艺,但在美国、法国、日本等发达国家己逐渐被淘汰。
随着高科技工艺的发展以及新一代轮胎的面世,人们对翻新轮胎的要求提高,一种新型的、被称为“预硫化翻新”，俗称“冷翻新”的轮胎翻新技术己经在发达国家成功应用,且被带入中国。它由意大利马朗贡尼(Marangonp)集团研发并于1973 年投放市场。“预硫化翻新”技术则是将预先经过高温硫化而成的花纹胎面胶粘在经过磨锉的轮胎胎体上, 然后安装在充气轮辆;套上具有伸缩性的耐热胶套,置入温度在l00℃以上的硫化室内进一步硫化翻新,这项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。与马朗贡尼齐名的还有美国奔达可(Bandag)公司,该公司自上世纪80 年代投身轮胎翻新业以来,每年营业额均达30 亿美元以上。
近年来崛起的后起之秀是米其林轮胎翻新技术公司(MRT),它是排在世界轮胎业前三名的法国米其林集团设在北美地区的子公司。MRT 拥有两项专利技术:预硫化翻新Recamic技术和热硫化翻新Remix 技术。通过自办轮胎翻新厂和向其它轮胎翻新厂出让技术,MRT 工业己建立起庞大的轮胎翻新网络。
2 废车胎制胶粉
通过机械方式将废旧轮胎粉碎后得到的粉末状物质就是胶粉,其生产工艺有常温粉碎法、低温冷冻粉碎法、水冲击法等。与再生胶相比,胶粉无须脱硫,所以生产过程耗费能源较少, 工艺较再生胶简单得多,减低污染环境,而且胶粉性能优异,用途极其广泛。通过生产胶粉来回收废旧轮胎是集环保与资源再利用于一体的很有前途的方式, 这也是发达国家摒弃再生胶生产, 将废旧轮胎利用重点由再生胶转向胶粉和开辟其它利用领域的根源。
胶粉有许多重要用途, 譬如掺入胶料中可代替部分生胶,降低产品成本;活化胶粉或改性胶粉可用来制造各种橡胶制品(汽车轮胎、汽车配件、运输带、挡泥板,防尘罩、鞋底和鞋芯、弹性砖、圈和垫等等);与沥青或水泥混合,用于公路建设和房屋建筑;与塑料并用可制作防水卷材、农用节水渗灌管、消音板和地板、水管和油管、包装材料、框架、周转箱、浴缸、水箱;制作涂料、油漆和粘合剂;生产活性炭。
3 废轮胎用于建筑材料
近年来,废旧轮胎于土木(岩土)工程中的应用在逐步增加, 通常是将整条轮胎切成50～300mm 的碎片。在岩土工程中使用碎轮胎的益处是,碎轮胎的单位体积重量只是常用回填土的三分之一, 因而用其作填料所产生的上覆压力要比泥土回填材料所产生的小得多。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构上的水平应力不到泥土回填材料的一半, 为大幅降低挡土结构的造价提供了前提。
橡胶土是一种新的轻质多孔隙建筑材料。该材料主要由碎橡胶、水泥、煤灰或粉煤灰(PFA)、橡胶粉或聚合物纤维和水制成。碎橡胶主要来自去掉钢丝的废旧橡胶轮胎, 也可从其他回收的橡胶制品中获得。将上述原料以预定比例充分混合制浆即可浇筑成轻质多孔隙的建筑材料。同样,也可将制成的浆倒入铸模浇铸成轻质建筑块。应用的领域包括路堤、挡土结构、山坡填土、地下厂房回填、道路填土、土地开垦及其它的土木工程应用。
4 原形改制原形
改制是通过捆绑、裁剪、冲切等方式,将废旧轮胎改造成有利用价值的物品。最常见的是用作码头和船舶的护舷、沉入海底充当人工渔礁、用作航标灯的漂浮灯塔等。原形改制是一种非常有价值的回收利用方法, 但该方法消耗的废旧轮胎量并不大,所以只能当作是一种辅助途径。
5 热能利用废旧轮胎
是一种高热值材料, 每公斤的发热量比木材高69%,比烟煤高10%,比焦炭高4%。以废旧轮胎当作燃料使用,一是直接燃烧回收热能,此法虽然简单,但会造成大气污染,不宜提倡;二是将废旧轮胎破碎, 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(RDF),供高炉喷吹代替煤、油和焦炭作烧水泥的燃料或代替煤以及火力发电用。同时,该法还有副产品———炭黑生成,经活化后可作为补强剂再次用于橡胶制品生产。在综合利用中, 热能利用是目前能够最大量消耗废旧轮胎的唯一途径,不仅方便、简洁、而且设备投资最少。
6 再生胶
通过化学方法，使废旧轮胎橡胶脱硫，得到再生橡胶是综合利用废旧轮胎最古老的方法。目前采用的再生胶生产技术有动态脱硫法(恩格尔科法)、常温再生法、低温再生法(TCR 法)、低温相转移催化脱硫法、微波再生法、辐射再生法和压出再生法。由于再生胶的生产严重污染环境,国外己经淘汰,而中国再生胶仍是利用废轮胎的主要方法。不少企业还处于技术水平低、二次污染重的作坊式生产阶段,胶粉产品也未形成规模。
7 热分解
热分解就是用高温加热废旧轮胎, 促使其分解成油、可燃气体、碳粉。热分解所得的油与商业燃油特性相近, 可用于直接燃烧或与石油提取的燃油混合后使用,也可以用作橡胶加工软化剂;所得的可燃气体主要由氢和甲烷等组成,可作燃料使用,也可以就地燃烧供热分解过程的需要; 所得的碳粉可代替炭黑使用,或经处理后制成特种吸附剂。这种吸附剂对水中污物, 尤其是水银等有毒金属有极强的滤清作用。此外,热分解产物还有废钢丝。