报废汽车拆解处理及资源回收技术研究进展

报废汽车拆解处理及资源回收技术研究进展2011年1月10日，中国汽车工业协会发布的最新统计数据显示，2010年中国汽车产销双超1800万辆，分别为1826.47万辆和1806.19万辆，同比分别增长32.44%和32.37%，产销再创新高，并刷新了全球历史纪录，同时蝉联了世界第一汽车市场桂冠。业内专家分析认为，2011年我国汽车工业仍将呈现较好的发展态势，预计增幅在10%~15%之间。来自公安部交通管理局的数据，2009年底，我国的汽车保有量已达7619.31万辆，那么按6%的理论报废率计算，每年报废的汽车要超过400万台。到2020年，我国的汽车的保有量将突破1.5亿辆，届时报废量将超过900万辆。对于愈加严重的汽车报废问题，有人说，成为“世界最大停车场”之后，中国正变成“世界最大汽车垃圾场”。汽车产销量的持续强劲增长，保有量的迅速增加，表明中国目前的汽车产业已处在一个飞速发展的上升期。与此同时，更需要报废汽车拆解业必须与我国汽车工业的发展相适应，根据资源综合利用、环保和节能的要求，采用高技术水平的处理手段，配备先进的拆车装备，以使得废旧资源能够被充分、有效地利用。一、报废汽车资源回收利用技术发展现状和趋势报废汽车资源回收利用需要经过从废旧产品的回收、拆解到使其转化为新的产品或者材料的复杂过程，这一过程需要采用各种高新技术，涉及到众多学科。目前，汽车产品回收利用应用的关键技术可分为共性技术、再制造技术、再利用技术等。共性技术包括基于结构改进和材料替代的回收利用设计技术(可拆解性设计DFD、可回收性设计DFR)、高效拆解技术等。再制造涉及面向废旧汽车零部件失效分析、检测诊断、寿命评估、质量控制等多种学科，具体包括微纳米表面工程技术、再制造信息化升级技术、质量控制技术、先进材料成形与制备一体化技术、虚拟再制造技术、先进无损检测与评价技术、再制造快速成型技术等。再利用技术包括材料分类检测技术、资源化预处理技术、产品粉碎及粒化技术、材料物理及化学分选技术、产品循环利用技术等。在美、日、欧等发达国家，都在积极研究汽车产品回收利用的高新技术，汽车产品回收利用率已基本达到85%的水平。国外汽车产品回收利用技术的发展趋势是：尽可能提高回收利用率；开发利用快速装配系统和重复使用的紧固系统及其他能使拆卸更为便利的技术及装置；开展可拆解性、可回收性设计；开发由可循环使用的材料制作的零部件及工艺；开发易于循环利用的材料；减少车辆使用中所用材料的种类；开发有效的清洁能源回收技术；开发高效拆解技术，普遍采用先破碎后分选的技术。随着我国汽车报废量的速增，回收利用问题也得到了更多的关注，我国报废汽车回收拆解企业一直是作为劳动密集型产业存在的，整体水平低，拆解企业和再利用企业的技术和设备相当落后，报废汽车回收处理的流程还很简单，分捡水平和再利用水平落后，绝大部分企业没有专用的拆解设备，拆解手段原始，对报废汽车的拆解基本采用简单的手工作业，回收利用率低，直接后果是对资源、能源的严重浪费和环境的严重破坏。二、报废汽车中有色金属的回收利用现今，全世界汽车工业界已清楚地认识到，节省资源和减少对环境的污染是其迫切需要解决的两大问题。要使汽车更省油，一个重要措施就是减轻自身质量，广泛和更多地使用轻质材料。汽车重量对燃料经济性起着决定性的作用，车重每降低100kg，油耗可减少0.7L/100km。目前，在汽车上普遍使用的轻质材料主要有超轻高强度钢板、铝、镁、塑料等。在报废汽车中尽管有色金属所占比例不大，但利用价值却很高。铝合金是最佳的汽车轻量化用材，汽车用铝主要是铝合金，从铝合金零件来看，以铸件为主（约占70%），变形加工件为辅（约占30%），主要用于活塞、气缸体、气缸盖、燃油管、燃油箱、风扇、离合器壳体等。镁是一种最轻的结构材料，镁合金的强度不高但是比强度很高，因此加工性能非常好，目前镁合金零件主要用于小汽车或赛车中的变速器、离合器壳体、操纵杆托架、大梁等，虽然镁合金在汽车上的比例远远低于铝合金，但由于其重量上的优势，将来在汽车材料上的应用一定会越来越广。另外，汽车上使用的有色金属还有纯铜、黄铜等，纯铜用来制造制动管、散热管等，铜合金则广泛用于其他零部件，如水箱本体、水箱盖、制动阀阀座、化油器通气阀本体、转向节衬套、活塞销衬套等。但是由于铜及铜合金的比重较大，不符合汽车轻量化的发展方向，因此已经开始逐步被铝合金取代，欧洲铝化率已达90%以上，美国60%~70%，日本也已达到25%~35%。对于有色金属的回收，一般认为，最理想的回收方法是原零件的重用，这种回收方法以人工为主，手工分解汽车，精心拆解、挑选，然后将各种材料和零部件分类放置，这样，铝、镁、铜等合金零部件可按变形或铸造合金，或者按不同合金系进行回收再生。然而目前，发达国家在回收报废汽车中有色金属时，已经从回收零部件的旧模式向回收原材料的新模式，通过机械化、半自动化的方法去杂、分离，回收原材料，已较多采用切碎机切碎报废汽车车体后再分别回收不同的原材料，主要流程如下：1.排尽所有液态物质后用水冲洗干净；2.拆卸易分离的大件，如车身板、车轮、底盘等；3.将拆卸下的大件和未拆卸的报废汽车车体，分别进入切碎机系统流水线，先压扁，然后在多刃旋转切碎装置上切成碎块；4.流水线对碎块进一步处理，其顺序是：全部碎块通过空气吸道，利用空气吸力吸走轻质塑料碎片；通过磁选机，吸走钢和铁碎块；通过悬浮装置，利用不同浓度的浮选介质分别选走密度不同的镁合金和铝合金；由于铅、锌和铜密度大，浮选方法不太适用，利用熔点不同分别熔化分离出铅和锌，最终余下来的是高熔点铜。这种回收方法流程合理，成本相对不高，但对回收铝、镁合金来说仍有欠缺，主要是由于轿车上用的铝、镁合金属于不同的合金系，既有变形合金又有铸造合金，经破碎和浮选后，不能再进一步分离，成为不同合金的混合物，就会给接下来的重熔再生合金的化学成分和杂质元素控制带来非常大的困难，因此大多数情况下仅能作为重熔铸造合金使用，降低了使用价值和广泛性。为了解决铝、镁合金重熔回收后成分混杂、使用价值低的问题，在汽车设计时，对材料的选择与开发进行很多的研究，同时，新的分离方法也在不断被开发出来，如铝废料激光分离法、液化分离法等。三、废旧部件再使用、再制造通过旧汽车零部件的再使用，可以延长零部件的使用寿命，从而节省能源。由于汽车零部件产品不可能达到等寿命设计，因此当产品报废时总有一部分零部件性能完好。这部分零部件经过检测合格后可直接使用。再使用又可分为直接、翻新和修复使用等3种方式。通过再使用使旧零部件得到重新利用，基本上不会消耗额外的能源和产生额外的污染，是最为理想的回收利用方式。再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。它是通过采用包括先进表面工程技术在内的各种新技术、新工艺，将废旧产品零部件作为毛坯，在基本不改变零部件的形状和材质的情况下，对废旧汽车零部件产品实施再加工，充分挖掘废旧产品中蕴含的原材料、能源、劳动付出等附加值，生成性能等同或者高于原产品的再制造产品的资源再利用方式，节能减排效果显著。汽车零部件再制造无论从技术成熟性、经济合理性，还是产业规模都具发展优势。例如，汽车发动机再制造与新品相比，降低成本50％左右，节约能源60％、节约原材料70％。据美国Argonne国家实验室统计：新制造1台汽车的能耗是再制造的6倍；新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍；新制造汽车发动机中关键零部件的能耗是再制造的2倍。四、废汽车轮胎的综合利用废旧轮胎被称为“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，其中北美大约4亿条，西欧近2亿条，日本1亿条。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。中国现有利用废旧轮胎生产胶粉的企业仅60家，年产胶粉不足5万吨，每年仍有2000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8000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3000万条，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2000万条，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1100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。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100℃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。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；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.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。4.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