汽車破碎殘余物資源化處理的理化特性研究

夏 甜，宋華偉，庫 松，陳 川，季強東

（1.格林美股份有限公司，廣東深圳 518101；2.格林美（武漢）城市礦山產(chǎn)業(yè)集團有限公司，湖北武漢 431400；3.報廢汽車（含新能源汽車）循環(huán)利用湖北省工程研究中心，湖北武漢 430014；4.格林美綠色產(chǎn)業(yè)（武漢）創(chuàng)新研究院，湖北武漢 430014）

隨著我國汽車市場的快速發(fā)展，報廢汽車破碎殘余物（Automobile Shredder Residue，ASR）引發(fā)的資源、環(huán)境問題日益突出[1]。目前ASR 的處置方法主要有填埋法[2]、焚燒法[3]、熱解氣化法及化學溶劑處理法[4]。這些方法雖具有一定的實效性，但也存在不足之處。因此，如何實現(xiàn)ASR 的無害化、減量化和資源化處理成為當今研究亟待解決的重要科學和實踐命題。

ASR 的含水量較低，成分復(fù)雜，主要組成為金屬碎屑、細碎泡沫、塑料、橡膠、紡織品、玻璃、砂石顆粒、硅酸鹽和飛灰。根據(jù)比重篩選可分為塑料混合物、砂石料和輕質(zhì)料，塑料混合物主要包括大塊的塑料、橡膠和泡棉，砂石料包括金屬碎屑、玻璃、砂石顆粒、硅酸鹽、飛灰，剩余為輕質(zhì)料細碎塑料、橡膠、紡織品等有機化合物[5]。高附加值物質(zhì)較少，資源回收價值不高；熱值不高，難以進行能源回收利用。它還富含鋅（1%～3.5%）和鉛（0.7%～3.3%），這些元素是普通硅酸鹽水泥的強力緩凝劑。其中，焚燒爐殘渣制備的免燒磚具有節(jié)能降耗、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益高的特點，受到人們普遍關(guān)注。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

主要原料是格林美（武漢）城市礦山產(chǎn)業(yè)集團有限公司回收的報廢乘用車、報廢客車和報廢貨車經(jīng)拆解、破碎、分選后得到的報廢汽車破碎殘余物，分選工藝中按尾料比重和粒徑區(qū)別分成三種物料，分別為塑料混合物、砂石料和輕質(zhì)物料。

主要實驗儀器見表1。

表1 主要實驗儀器

1.2 測試方法

主要測試方法見表2。

表2 主要測試方法

2 結(jié)果與討論

2.1 堆積密度、組分、熱值和含水率分析

三種物料的濕/干物料的堆積密度相差不大，說明是否干燥對堆積密度無明顯影響。并且砂石料和輕質(zhì)物料的堆積密度很接近，均大于塑料混合物，這是由于塑料混合物中存在泡棉等輕物質(zhì)。砂石料和輕質(zhì)物料的熱值和含水率很接近，且熱值較低，低于3 000J/g，能量回收能力較差。塑料混合物熱值較高，高于10 000J/g，主要由于其中有熱值較大的塑料和橡膠的存在。

2.2 熱失重實驗和硫氯元素分析

從表3可知，塑料混合物在50～175℃，質(zhì)量損失率低于5%，為內(nèi)水分解階段，在175～600℃，質(zhì)量損失率超過50%，為有機物分解階段，在600～800℃，為碳酸鹽的二氧化碳釋放階段。三種物料的熱失重實驗結(jié)果差異不大，有機質(zhì)可在600℃分解完畢，低于GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》中生活垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)的最低焚燒溫度850℃。

表3 三種物料的熱失重實驗和元素分析實驗結(jié)果

2.3 灰分、有機質(zhì)含量和金屬及其氧化物含量測定實驗、焚燒殘渣的元素分析

從表4可知，三種物料的焚燒殘渣中金屬及其氧化物的含量均高于30%，可后續(xù)嘗試浸出并提純金屬或金屬氧化物并進行綜合利用。三種物料的焚燒殘渣中灰分均高于35%，有機質(zhì)含量低于24%，可通過焚燒去除有機質(zhì)，可后續(xù)嘗試作為環(huán)保磚的替代骨料。從表5可知，三種焚燒殘渣中含量最多的三種元素為硅、鈣和鐵，且主要由SiO2、CaCO3、Fe2O3等物相組成。測試結(jié)果進一步佐證了爐渣的組成與天然骨料相似，可作為原料進行建材化利用。

表4 三種物料的灰分、有機質(zhì)含量和金屬及其氧化物含量測定實驗結(jié)果

表5 三種物料焚燒殘渣的元素分析實驗結(jié)果

2.4 粒徑分析

三種物料焚燒殘渣破碎后的粒徑分析結(jié)果見圖1。

圖1 三種物料焚燒殘渣破碎后的粒徑分析實驗結(jié)果

從圖1可知，3種焚燒殘渣的細顆粒平均粒徑為40μm，最大粒徑為200μm，均低于0.25mm，處于特細沙的細度模數(shù)0.7～1.5，可滿足GB 14684—2011《建筑用砂》標準。這說明將三種物料焚燒殘渣研磨一段時間后粒徑減少，有助于作環(huán)保磚的細骨料。