浅析废玻璃资源化处理新技术及其在我国的应用前景

郝粼波，王 莉，唐书娟

（中国城市建设研究院有限公司，北京 100120）

1 国内外废玻璃处理及利用现状

1）发达国家对废玻璃的回收利用技术研究起步较早，尤以日本、美国、法国、瑞士、芬兰、澳大利亚等国发展最好。其废玻璃的主要应用领域如下：①利用废玻璃替代岩石骨料；②废玻璃应用于混凝土；③用碎玻璃制造玻璃塑料污水管；④用废玻璃和石料制造“玻璃沥青”；⑤用碎玻璃生产贴面材料；⑥利用废玻璃生产泡沫玻璃、玻璃微珠和玻璃棉绝缘材料。

2）在废玻璃的回收及其利用方面，我国和世界玻璃工业发达国家相比，起步较晚。以往废玻璃大多由一些“小平拉”玻璃厂进行回收利用，但“小平拉”生产工艺是一种设备十分简陋、环境污染严重、能耗较高的落后生产工艺，生产出的平板玻璃透光率低，存在大量的渡筋、气泡、麻点、划伤等缺陷，且玻璃质脆，极易破损。目前，我国平板玻璃已供大于求，为了改变这一局面，国家已下文限期淘汰这些“小平拉”再生玻璃生产线。

目前国内已有不少厂家利用回收的碎玻璃料来生产玻璃微珠、玻璃马赛克、彩色玻璃球、玻璃贴面、玻璃砖、人造玻璃大理石等。

2 废玻璃资源化处理方案分析

结合国内外废玻璃回收及资源化利用情况，将废玻璃定向加工为某种成品产品，例如玻璃骨料、玻璃污水管、玻璃贴面、玻璃沥青等，生产以上产品，回收应用技术仍存在众多问题，不同的应用对废玻璃原料的选择很苛刻，产品应用领域也不够广泛，很难形成产业化。而且其工艺流程链较长，产品单一，容易受市场波动影响。

生产泡沫玻璃及环保轻石已逐渐成为发达国家废玻璃处理、再生、资源化利用的主流。泡沫玻璃和环保轻石均有广泛的应用市场，如化工企业防腐管道、工业烟囱、民用隔热保温及吸音建材等诸多建筑领域。考虑到国内建筑节能要求的不断提升及废玻璃在国外再生为建筑保温板材的成功案例，加之目前国内的保温板材少有既保温隔热、又防火阻燃的量产线，而且价格昂贵等因素，以建筑保温板材作为废玻璃再生利用产品方向之一不失为良策。

近几年国际上环保轻石生产线逐渐攀升，仅在日本就有15条生产线全面实现规模生产，但是产品主要为单一的碎石，并未有生产成型保温板材的消息。碎石仅是半成品商品，在国内并未存在对其后续加工的产业链，商品销路存在较大的风险性。

泡沫玻璃在国外已有直接生产加工成品建筑保温板材的运营经验。泡沫玻璃是一种以玻璃为主要原料，掺入适量发泡剂，通过高温隧道窑炉加热焙烧和退火冷却加工处理后制得，具有均匀的独立密闭气隙结构的新型无机绝热材料（其产品技术参数见表1），由于它完全保留了无机玻璃的化学稳定性，具有密度低、导热系数小、不透湿、不吸水、不燃烧、不霉变、不受鼠啮、机械强度高却又易加工能耐除氟化氢以外的所有化学侵蚀，被誉为“节能黑珍珠”。作为一种新型建筑保温材料，它可达到与建筑物同寿命，有效克服有机类材料存在的老化、变形失效等问题，是众多隔热保温材料中适用于未来建筑的最理想节能环保型保温材料之一。

表1 泡沫玻璃板材产品技术参数

3 废玻璃资源化处理生产线介绍

某废玻璃资源化处理生产线处理规模达25t/d，三班工作制，单班8h。接收原料可为生活垃圾中回收的日用废玻璃或工业废平板玻璃。其工艺流程见图1。

图1 废玻璃资源化处理生产线工艺流程

3.1 计量系统

装满废玻璃的收集车驶进处理厂区后，需要经过地磅计量后方能驶向原料堆放间。

计量系统由计算机管理，检测内容为每辆收集车的总质量。自动输入数据：该车的车号、车型。显示器上显示的数据：该车检测时间、车号、车型、总质量、载质量及日累计值。

3.2 给料及破碎

堆放的废玻璃原料经由装载机运输，进入废玻璃处理主厂房，送至板式给料机上料，原料废玻璃通过运输皮带送至人工检查工位。

生产线设置的人工检查工位为辅助分选设施，当批量板材产品对原料玻璃颜色差异要求较高时，可在此工段将废玻璃分离为深色系原料、浅色系原料和无色玻璃原料，分选后的不同色系废玻璃各自进入后续预处理生产线。如该批量产品板材对原料要求不高或来料玻璃本身属同色系玻璃时，则无需对其进行人工选别。同样，当来料玻璃为外购平板玻璃时，原料可直接进入后续破碎环节。

废玻璃预处理线共设置2道破碎环节，均采用锤式破碎机。第1道初步破碎可将来料玻璃破碎为50 mm以下的粗料，其后设置磁选环节，回收原料玻璃中掺杂的金属物质，再经清洗、沥水、筛选、烘干后，进入第2道细破碎环节，可将废玻璃粒径控制在7 mm以下。

3.3 清洗及烘干

原料废玻璃经初步破碎、回收金属后，需对混杂的沙土、纸张、塑料等轻质物和玻璃瓶残留液体、有机质等杂质进行清洗和去除。

生产线选用的清洗设备为螺旋分级机，其借助固体颗粒的密度不同，因而在液体中沉淀的速度不同的原理，进行清洗过程的同时实现机械分级。螺旋分级机能把磨机内磨出的料粉给予过滤，然后把粗料利用螺旋片旋片旋入磨机进料口，把过滤出的细料（轻质杂质、沙土等）从溢流管子排出。

3.4 研磨系统

经细破碎处理后的7 mm以下玻璃原料进入研磨环节，本生产线选用陶瓷球磨机对细料进行研磨处理，制成粒径30μm以下的玻璃粉末。

陶瓷球磨机通体均由陶瓷制成，是国内选矿机械专家结合国内最新型的球磨技术研制开发的又一新型节能球磨设备，它不但提高了生产能力和破碎效率，还扩大了应用范围，从石灰石到玄武岩，从石料生产到各种矿石破碎，它都可以在各种中碎、细碎、超细碎作业中提供无与伦比的破碎、研磨性能，完全适用于本生产线的物料要求。

3.5 混合系统

经过前端预处理系统的玻璃粉末由粉末输送装置送进混合搅拌机，把玻璃粉和发泡剂混合搅拌，形成混合粉末体。

玻璃粉末是在真空的环境下输送到混合搅拌机里的。由于粉末输送装置为真空状态，降低了静电的发生率，制造了一个无粉尘的清洁安全作业环境。

3.6 烧结系统

玻璃和添加发泡剂的混合粉末分批进入烧结系统入口。本生产线烧结系统由发泡窑、退火窑和切割包装系统组成。

本生产线烧结系统可以连续进行冷却和切割过程，从而不必进行费时费力的装模和卸模以及对单独块的切割。一切都在一个连续的过程中完成，工作效率得到最大实现。而且，对于发泡玻璃坯，只在长度或输送方向上调节温度梯度，但该温度在发泡玻璃带的宽度和厚度上是恒定的，因此在横向上不会出现应力并且通过输送方向上的缓慢冷却可以保证一个相对的应力补偿。

根据烧结工艺流程，混合玻璃粉末在发泡窑反应区控制温度可达600℃以上，经预退火至540℃左右后，进行发泡玻璃带的预切割操作，为后续退火及成型环节提供基础。经预切割后的泡沫玻璃带进入退火窑，经历退火、后退火区后，温度由480℃降至60℃以下。中间产品板材在退火窑的出口可转至自动切割和打包系统，根据销售订单的尺寸，进行泡沫玻璃板材最终的切割和打磨，并包装成成品，由叉车送至成品仓库区储存。

4 废玻璃资源化处理生产成本说明

本生产线日处理原料废玻璃25 t/d（年处理9.0×103t），年产出泡沫玻璃建筑保温板材产品约3.15×104m3，市场售价可达1 500元/m3以上。

参照生产线处理规模、生产工艺、装备水平、劳动生产率及管理水平相类似的国外废玻璃资源化生产线的实际成本，结合国内及本生产线的实际情况，估算本废玻璃资源化处理生产线成本。

4.1 外购原材料费

1）回收废玻璃，生产每立方泡沫玻璃板需要原料废玻璃约286 kg（废玻璃在生产过程中损耗量约30%），按照国内目前废玻璃回收价格为100元/t，则生产每立方泡沫玻璃板需要的原料费用为28.6元 /m3。

2）催化剂，根据国外其他类似项目实际生产情况类比，生产每立方泡沫玻璃板需要的催化剂费用为39.94元/m3。

4.2 外购燃料及动力费

1）天然气。生产每立方泡沫玻璃板需要天然气3.2 m3，天然气售价按3.0元/m3计算，则生产每立方泡沫玻璃板需要的天然气费用为9.6元/m3。

2） 电。按照国内工业用电单价 （0.97元/kWh），结合本生产线实际生产的电耗估算，本项目生产每立方泡沫玻璃板需要的电量为5.04 kWh/m3，则每立方产品的耗电费用为4.89元/m3。

3）水。根据国内工业用水单价（6.21元/t），结合本项目生产用水及劳动定员的生活用水计算，本生产线生产每立方泡沫玻璃板需要的水量为1.97 t/m3，则每立方产品的耗水费用为12.23元/m3。

4.3 工资及福利费

根据本生产线的生产规模，需要的实际生产操作人员为80人，年均工资及福利费为10.0万元，年费用为800.0万元；折算到每立方泡沫玻璃板的生产费用为253.97元/m3。

4.4 修理费

项目在生产过程中需要定期对生产线设备进行一定的日常维修和大修，根据类似项目实际生产情况，年维修费约为320万元，折算到每立方泡沫玻璃板的维修费用为101.59元/m3。

4.5 其他费用

其他费用指企业为管理和组织生产经营活动所发生的各项费用，包括公司经费、职工教育经费、劳动保险费、咨询费、业务招待费、房产税、车船使用税、土地使用税、印花税、无形咨询与其他资产的摊销、计提的坏账准备和存货跌价准备等。根据《建设项目经济评价方法与参数》 （第3版）规定，按工资及福利费的一定比例计取，本项目按工资及福利费的75%计算，则年均其他费用为600.0万元，折算到每立方泡沫玻璃板的生产费用为190.48元 /m3。

生产线单位成本为上述项目费用之和，即641.3元/m3。

5 废玻璃制备泡沫玻璃产品的应用前景

5.1 民用建筑保温隔热

泡沫玻璃性能绝佳，但传统的生产工艺使得产品成本高昂，因此极少被民用建筑所用，但近几年因国家倡导建筑的节能减排，加上因为使用有机保温材料而导致的建筑火灾事故，泡沫玻璃开始进入民用建筑市场。与目前在建筑工程中使用的保温材料相比，泡沫玻璃用于屋面，能形成永久性的保温隔热层，而且，由于其优良的耐候性，尤其适合于倒置式屋面的保温隔热层。采用聚合物水泥砂浆粘结并勾缝后，还可形成一道完整的防水层。用于外墙时，可直接采用聚合物水泥砂浆粘贴，施工方便，如采用彩色泡沫玻璃，既起到保温隔热作用，又可作为装饰材料。

5.2 石油化工乙烯工程等工业保温领域

泡沫玻璃的产生和发展在很大程度上得益于石油化工行业的巨大发展，因为这些行业需要大量的有高保温效率的同时能耐高温、耐低温、耐强酸碱、稳定、耐候性强同时轻质高强等特性的保温材料来保证生产的正常运行，而泡沫玻璃正是满足这种性能要求的唯一材料，而且传统技术生产的泡沫玻璃价格昂贵，只有这类工业保温材料能大量使用。

5.3 轻质回填

泡沫玻璃超级碎石产品由于超轻，稳定，且来自废玻璃，相比较目前大量使用的基建工程建设EPS填料、陶粒、泡沫水泥，泡沫玻璃产品有着无比优越的性能，是最佳的轻质回填产品。

在欧洲超级碎石是解决冻土路基的最佳方案，每年运用约2×106m3，在日本每年也有约1×106m3的用量，但目前在中国尚无生产。

5.4 土壤改良及保水及蓄水领域

可借助开孔和半开孔的泡沫玻璃产品，用于水质净化过滤，同时可利用其很强的保水特性，蓄水达到70%，泡沫玻璃可广泛用于水处理领域，而这正符合全球节约水资源的浪潮。

5.5 其他产业的原材料

如可以石材及人造建筑瓷砖结合成复合材料，用在建筑外墙装饰上，可大大减轻自重，降低成本，同时兼有保温和装饰功能。也是最佳的吸音材料，可在大型公共建筑内部吸音工程中运用，还可应用于园林绿化、消防工程、家庭楼顶花园建设，甚至按摩产品及制作成猫砂等。泡沫玻璃作为其他行业的原材料还有较大空间有待进一步开发。