塑料化工—塑料的回收利用原理

塑料与钢铁、木材、水泥一起共同构成了现代工业四大基础材料,在国民经济发展中占有重要地位。塑料具有材料综合性能优异,加工方便,生产和使用中可以显著节约能源等优点,使其被广泛应用于工农业及人们的日常生活之中。随着塑料工业的蓬勃发展及其大规模的使用,废旧塑料制品与塑料垃圾带来的环境污染也日趋严重,塑料制品的废弃与处置已引起一系列环境问题,“白色污染”已成为家喻户晓的塑料材料污染环境的代名词,并成为全球瞩目的环境公害。正确认识废弃塑料对环境的影响,积极研究它们的处理、处置工艺,对保护环境、资源利用都具有重要意义。

1 废旧塑料产生的环境影响

1.1废弃塑料包装物引起的“白色污染”

塑料以其价廉及成型方便而被大量用作各种产品的包装物,随着现代塑料工业的发展及消费水平的提高,大多数为一次性使用品,用后即弃,造成环境污染。例如,用作家用电器、工业仪器仪表等包装物及快餐盒、饮料杯等的白色发泡聚苯乙烯塑料,其特点是体积大,重量轻,不腐烂,不分解,被人们用后抛弃,引起铁路沿线、江河航线、城市及风景点到处是白色泡沫,严重影响环境和市容卫生,被人们称为“白色污染”。

据文献报道,1995年我国塑料制品总产量近700万吨,其中用于包装物约170万吨,这些包装物用后约有50万吨作为固体废物进入城市固废处理系统,另一部分则被用户随手乱扔,形成塑料垃圾。这些塑料垃圾乱弃于繁华城市、旅游景点的路旁、绿地或林荫树上,破坏城市风景,影响市容市貌;在多风城市,乱弃的塑料袋随风起舞,对城市供电系统造成极大威胁,1996年天津电业部门因塑料袋缠绕架空供电线上造成短路事故就有十多起;包装食物、饮料的塑料包装物是蚊、蝇和细菌赖以生存和繁殖的温床,极易引起病菌传播,影响环境卫生和城市公众的身体健康。

1.2废弃塑料填埋处理对环境的影响

作为垃圾送入城市垃圾填埋场填埋处理是目前处理废旧塑料的主要方法。随着塑料工业的飞速发展,废弃塑料产量与之成正比,由此引起的环境问题日益突出。首先是垃圾填埋侵占有限耕地,严重浪费国土资源。二是塑料垃圾填埋后经久不腐,殆害未来。耐腐蚀抗细菌本是塑料制品的一大优点,但它们成为垃圾后却成为科学家们头痛的难题,在无空气无光照的情况下,微生物难以分解有机物,塑料垃圾在填埋中需200年后方能分解殆尽。三是填埋后塑料垃圾经雨水长期冲刷,使大量有害物质带入人类的生活环境,造成对子孙后代的危害。由上述所见,采用填埋法处理塑料垃圾对环境的污染是一种长期效应,在实际处置中应避免使用这类方法。

农用地膜的使用为农业生产带来了较大的发展,但地膜使用后的破碎乱丢也对土壤造成了很大的危害,薄膜碎片对土壤形成阻隔层,使耕地劣化,阻碍植物根系发育和对水分、养分的吸收,使土壤毒化。

1.3废弃塑料焚烧处理对环境的影响

为解决填埋法占地、费用高以及对环境的长期性破坏,不少国家都在积极开发焚烧废弃塑料设备,并利用焚烧所产生的热量进行发电,达到资源再利用。然而,这种貌似简单易行的方法却隐藏着极大的危害。

塑料在热分解过程中,聚合物发生裂解,释放出大量的有害气体,如聚苯乙烯塑料在80℃以下可保持物质组成不变,当温度超过280℃时,其分子量开始下降,产生挥发性气体,气体中含苯乙烯单体44%,双体22%,三体及少量的甲苯、乙基苯等,这些都是对环境有极大危害的有害物质。焚烧聚氯乙烯塑料,不仅产生对环境破坏极大的氯气、氯化氢及二恶英气体,而且还产生C0、N0x、甲醛、氯乙烯、苯乙烯等有害气体,对生态环境产生极大的影响。

在塑料焚烧过程中,作为塑料填充、染色等无机金属也被挥发于大气之中,如Pb、As等有害物质,造成大气污染。

由上可见,随着塑料工业的不断发展,塑料废弃物给环境带来的影响越来越大,已对人们的生产和生活构成了一定危害。因此,如何防治塑料垃圾的危害已成为各国塑料工作者及环保工作者的注视热点。目前处理塑料垃圾的方法除填埋法和焚烧法外,还有根据减量化、无害化和资源化的处理原则研究出的化学法和物理法,使塑料垃圾资源化,变废为宝,造福人类。

2 废弃兼回收再利用处理方法与技术

废弃塑料的回收再利用是保护环境的重要手段,又是充分利用人类现有资源的重要途径。据报道,美国再生塑料量平均年增长率达16%,1988年达215万吨。我国塑料工业起步较晚,废弃塑料的回收再利用刚刚起步,在各大城市中一些个体经营者以廉价设备和廉价劳动力对废弃塑料作初级处理,这些小摊点由于资金不足,技术力量薄弱,往往在处理中带来二次污染,造成对环境更严重的破坏。如1999年6月〈成都商报〉报道的郫县秦家庙小学80余名小学生集体中毒事件,经调查即为某经营者采用廉价设备处理废塑料时造成毒气外泄所致。另有报道双流某个体加工摊点采用医院废弃塑料针管制造民间包装食品袋,其流入社会引起的危害是可想而知的。

2.1废弃塑料的回收再利用处理方法

塑料的回收不同于金属、纸和玻璃的回收,因为各种塑料的物理和化学特性的差别和各种塑料的不相容性,它们的混合物不适宜加工,因此,每一种塑料必须分别收集,然后分门别类地加以处理。在收集和分类过程中需防止污垢和外来杂质的混入,否则将影响回收料的再使用。

塑料的种类不同,使用寿命也有较大差异,如低密度聚乙烯以薄膜制品为主,使用寿命1～2年;PVC管使用寿命较长,可达10年以上。因此,在加工利用废弃塑料时应根据塑料的来源、种类、沾污情况和混合状况,选择合适的回收处理方法,才能将废弃塑料转变为适宜再加工的材料。表1是不同种类塑料的再生处理方法。

表1 不同种类塑料的处理方法

原 料

处理方法 产 品 类别
种 类

颜 色

A PE、PP、PS、床上用品、 塑料箱、塑料部件（工业废品，100%塑料） 单色 分类、比重筛选、风选、粗碎、水洗、干燥、造粒 市售再生颗粒（PE、PP、PS） B PE、PP、PS、ABS、AS电线包皮、模制塑料部件、模制类容器(含塑料50%)
杂色



黑色

风选、分类、粗碎、粉碎、水洗、干燥、熔融成型 电线滚筒、桩、U形槽、棒、板、货架、原料、台架、集装箱、人造鱼礁 C APP、PE、聚合物、再生废品、容器、工业制品(城市排放塑料,不含PVC） 杂色 除掉 PVC，粗碎、热分解,焚烧,掩埋 燃料(汽油、碳化物)、热能、化工产品（乙烯、丙烯、苯乙烯单体） PVC A、B类与上同,C类熔融固化后掩埋或成块掩埋 热固性塑料 以焚烧为主,掩埋
塑料的回收再利用遇到的首要问题是废弃塑料的收集问题,要使收集工作顺利进行,需公民的公共环境意识的提高,变被动收集为主动交纳,需产生废弃塑料的企业部门与处理部门的紧密合作,生产部门欲能将所产生的废弃塑料按类收集,分别送交,则为处理部门的回收处理提供了有力的保证。

2.2废弃塑料的回收再利用技术

2.2.1废塑料熔融加工

该技术是目前废塑料再利用中最经济和最方便的方法,因为它能够使整个材料及能量得到最充分的利用。其基本原理是废塑料经粉碎送入熔融装置,废塑料在其熔化温度内被熔化,经挤压造粒,冷却,切粒即获得二次母粒。这种技术主要遇到的问题是高能耗及废塑料中填充料的影响。

2.2.2废塑料的水解回收技术

通过缩聚反应生产的塑料树脂,如聚氨脂、聚酰胺、聚脂、聚碳酸酯等都可以进行水解,使这些聚合物重新恢复到原始单体或中间体。塑料在加工和使用中结构是稳定的,聚合物分解需有一定的外界条件,图1是聚氨脂软质泡沫塑料的分解示意图,通过水解的产物能够作为泡沫塑料生产的起始原料。

2.2.3废塑料的油化回收技术

塑料是由石油作原料合成的高分子化合物,当将其施加能量切断原子链,可得到类似油分子构造的物质。利用这一原理,采用加热分解,蒸馏,即可获得汽油、柴油等石油燃料,这一过程称为塑料的油化。图2是塑料油化工艺流程图。

油化工艺产出的油品产率可达75%～80%以上,生成油可用作燃油锅炉用油。该技术较其它废塑料处理技术难度大成本高,但从环保角度看则是一项适用的处理技术。

2.2.4高温热解法处理废塑料

高温热解是指高温情况下高分子材料的热降解,同时放出大量气体。其处理流程如下:燃烧区有一层沙土,通入气体使沙土如液体一样流动,形成流化床,欲处理的废资料置于流化床上,反应器是一个完全封闭的系统,温度可达600～900℃,处理废塑料时可获得44%的燃料气体,26%的芳香烃及轻质汽油和焦油的混合物,以及30%的固体残渣。

这种方法适合处理那些含金属箔或金属涂层的塑料制品,获得的燃料气体和油类混合物可作为燃料使用,但剩余的30%残渣必须进行再处理。

2.2.5燃烧法处理废弃塑料

对于那些沾污的废塑料和多次再生的废塑料制品,焚烧处理是它的最后归宿,这样可获得废塑料的热能。废塑料的生热值与相同各类的燃料油相当(见表2),燃烧获得的热能可用于发电。