北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)低溫破碎技術(shù)及其在資源回收中的應(yīng)用周翠紅（北京石油化工學(xué)院環(huán)境工程系，北京102617）破碎。介紹了低溫破碎的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，低溫破碎的原理與制冷技術(shù)著重分析了低溫破碎在回收塑料。橡膠。金屬。電子廢棄物等固物中的應(yīng)用。低溫破碎二次污染小，動(dòng)力消耗低，破碎粒度均勻，還可利用不同物質(zhì)破碎韌性的差異進(jìn)行選擇性破碎，在資源回收中的使用逐漸受到重視。

　　中圖法分類(lèi)號(hào)X705隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、城市規(guī)模不斷擴(kuò)大、人口急劇增加以及人民生活水平大幅度提高，固體廢棄物增長(zhǎng)速度越來(lái)越快，資源回收逐漸受到各個(gè)國(guó)家的重視。破碎是資源回收的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是能量消耗最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。在固體廢棄物處理中進(jìn)行破碎主要為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：一是單個(gè)顆粒粒度減?。欢嵌嘟M分中的單體解離。物料的易碎性不僅與物體的強(qiáng)度、硬度、密度、結(jié)構(gòu)、均勻性有關(guān)，還與其形狀、含水量、粘性、裂痕以及表面性質(zhì)有關(guān)。

　　目前，物料的破碎方法主要有機(jī)械方法與物理方法兩類(lèi)。機(jī)械破碎方法對(duì)物料的施力方式有壓力、剪切、劈碎、研磨、沖擊和彎曲等；物理破碎方法主要有超聲波、水射流、低溫與熱破碎。在固體廢棄物處理中韌性物料與多組分物料居多，使用常規(guī)機(jī)械破碎方法破碎效果不好。

　　利用外力克服固體質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力而使大塊物料分裂成小塊的過(guò)程與使小塊的物料顆粒分裂成細(xì)粉的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為破碎。低溫破碎法是物料在低溫作用脆化后，采用機(jī)械方法進(jìn)行破碎的一種方法。采用常溫破碎方法時(shí)，只有不到1%的機(jī)械功消耗在粉碎上，幾乎大部分機(jī)械功消耗變成了熱能，這就使粉碎機(jī)中產(chǎn)生的熱量超過(guò)物料的耐熱限度，對(duì)物料的加工性能、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響。

　　低溫破碎最適用于破碎常溫下不易粉碎的物質(zhì)，如橡膠、熱塑性塑料等，該方法可比常溫粉碎法制得粒徑更小的顆粒，也可以利用不同物質(zhì)脆化溫度的不同實(shí)現(xiàn)選擇性破碎。低溫破碎因其產(chǎn)生的二次污染小、噪音低，破碎所需的動(dòng)力很低，破碎效果好，熱敏性物質(zhì)不會(huì)受到氧化作用而變質(zhì)，逐漸在各領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

　　1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀低溫破碎技術(shù)最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化是在1948年，目前常用的制冷方法有2種：一是制冷劑制冷，二是空氣膨脹制冷。常用的制冷劑有二氧化碳、液氮和冰。二氧化碳制冷劑有液態(tài)和固態(tài)兩種形式。固態(tài)二氧化碳又稱(chēng)干冰，升華點(diǎn)為-75*C.干冰不能貯存于密閉容器中，在運(yùn)輸中損耗大。二氧化碳雖然無(wú)毒，但是大量使用，可使大氣中缺氧，從而對(duì)人產(chǎn)生危害。液氮的沸點(diǎn)為-196工很容易獲得-100*C以下的低溫，制冷效果好，幾乎所有的易揮發(fā)性有害物（氫除外）在液氮制冷溫度下都能被冷凍。液氮是惰性物質(zhì)，即使是劇烈的粉碎，也能防止物料被氧化；液氮可以直接輸入粉碎機(jī)內(nèi)，從而減少了預(yù)冷時(shí)間，簡(jiǎn)化了裝置。空氣膨脹制冷也收稿0期：004 1008是！種很好的制冷方式這種制冷方式的原料北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)為空氣，來(lái)源廣，無(wú)環(huán)境污染，制冷效果好，成本低。

　　I960年美國(guó)提出了實(shí)用的液氮冷凍粉碎塑料和橡膠的裝置：首先將被粉碎的塑料或橡膠用液氮進(jìn)行預(yù)冷，然后用螺旋輸送器將其送入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎。1967年日本開(kāi)發(fā)了以粉碎聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯共聚物為主的液氮粉碎裝置。這種裝置減少了液氮消耗量，避免粉料溫度提高，而且增設(shè)了節(jié)約能源的熱交換器。

　　的東洋酸素株式會(huì)社、法國(guó)的Laivlgui公司、瑞典的Trelleborg公司等在此方面的研究都有一定的進(jìn)展。20世紀(jì)90年代，中國(guó)自主開(kāi)發(fā)了一種新型低溫粉碎法，即空氣膨脹制冷低溫粉碎法：空氣在空氣壓縮機(jī)中被壓縮到具有一定壓力，經(jīng)分離干燥后，進(jìn)人膨脹機(jī)同軸壓氣機(jī)二次壓縮，隨后通過(guò)熱交換設(shè)備進(jìn)行冷熱交換、降低溫度，溫度達(dá)到-120*C以下。從事該項(xiàng)開(kāi)發(fā)的單位有中科院低溫。低溫破碎法主要分為兩種工藝：一種是低溫粉碎工藝；另一種是低溫和常溫并用的粉碎工藝。低溫粉碎機(jī)主要使用低溫高速旋轉(zhuǎn)型的沖擊式粉碎機(jī)和破碎機(jī)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，一般為2000溫度影響破碎韌度的3種基本類(lèi)型3低溫破碎技術(shù)的應(yīng)用3.1廢舊塑料隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，塑料制品使用越來(lái)越廣，白色污染日益嚴(yán)重。廢舊塑料制品已經(jīng)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染，廢棄物中各種不同的塑料制品往往是混合在一起。塑料再生的第一步是要將不同的塑料分離出來(lái)。對(duì)塑料低溫破碎的相關(guān)研究結(jié)果表明，各種塑料的脆化點(diǎn)如下：聚氯乙烯為-5 -20°C.為美國(guó)AIRPRODUCT公司破碎塑料的低溫流程：物料先經(jīng)過(guò)預(yù)冷裝置，再進(jìn)入磨碎機(jī)。

　　為德國(guó)Linde公司的破碎聚酰胺等熱敏性物質(zhì)的低溫流程，物料從計(jì)量裝置通過(guò)加藥輪給入螺旋冷卻機(jī)中，通過(guò)液氮進(jìn)行冷卻，然后再送入高速?zèng)_擊破碎機(jī)，破碎后的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多孔輪隔片排出，從沖擊破碎機(jī)中排出的氣體由過(guò)濾器進(jìn)行凈化。相關(guān)工藝參數(shù)如下：出料粒度80Mm；產(chǎn)量350kg/h；破碎1kg聚酰胺的液氮消耗量為1.25kg；功率21kW，該裝置的破碎效果較好。

　　3.2廢舊橡膠周翠紅。低溫破碎技術(shù)及其在資源回收中的應(yīng)用以廢舊輪胎為主的廢舊橡膠制品數(shù)量的增加給環(huán)境造成危害。橡膠材料不能用熱塑性加工方法，而且不能在自然條件下降解。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)橡膠材料的回收利用特別重視。其中將廢舊橡膠粉碎制成膠粉再利用是一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、無(wú)污染的回收方法。由低溫粉碎生產(chǎn)的膠粉粒度細(xì)、流動(dòng)性好；膠粉中不含有鐵、纖維等；無(wú)熱變質(zhì)和氧化變質(zhì)現(xiàn)象。

　　是汽車(chē)輪胎低溫破碎裝置，經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)送來(lái)的廢輪胎T采用穿孔機(jī)穿孔后，經(jīng)噴灑式冷卻裝置預(yù)冷，再送至浸沒(méi)式冷卻裝置冷卻。通過(guò)輥式破碎機(jī)破碎分離成"橡膠和夾絲布"與"車(chē)輪圓緣"兩部分。后者被送至裝有磁選機(jī)的皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行磁選。前者經(jīng)錘式破碎機(jī)二次破碎后送入篩選機(jī)，按所需的不同大小而分離31.汽車(chē)輪胎低溫破碎裝置1皮帶輸送機(jī)2穿孔機(jī)3噴灑式冷卻裝置；4浸沒(méi)冷卻裝置5輥式破碎機(jī)6皮帶運(yùn)輸機(jī)7錘式破碎機(jī)；8篩選機(jī)。

　　3.3金屬近幾年我國(guó)有色金屬消耗量迅速上升，產(chǎn)生了大量可回收的有色金屬?gòu)U料，再生有色金屬的生產(chǎn)以其低投資、低能耗、低成本、低污染和工藝較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)日益受到重視。1999年我國(guó)再生有色金屬的產(chǎn)量為67萬(wàn)t，占有色金屬總產(chǎn)量的9.7%.其中再生銅34萬(wàn)t，再生鋁21萬(wàn)t，再生鉛10萬(wàn)t，再生鋅2萬(wàn)t，銅的回收利用是我國(guó)廢有色金屬回收利用最好的一種。

　　用低溫破碎法可以從有色金屬混合物中回收銅、鋅、鋁。研究結(jié)果表明，對(duì)有色金屬混合物、廢輪胎、電線電纜等廢物進(jìn)行液氮低溫選擇5cm以上產(chǎn)物中可回收97%的銅，100%的鋁（不含鋅），從25cm以下產(chǎn)物中可回收28%的銅，100%的鋅（不含鋁），說(shuō)明能進(jìn)行選擇性破碎141.若進(jìn)行常溫破碎，由于鋅延遲破碎，在2.5cm以上物料中殘留827%的鋅，說(shuō)明常溫下不能進(jìn)行選擇性破碎。

　　3.4電子廢棄物電子廢棄物是固體廢棄物中特殊的一類(lèi)，包括各種廢舊電腦、通信設(shè)備、電視機(jī)、電冰箱以及被淘汰的精密電子儀器儀表等。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電子類(lèi)固體廢棄物的產(chǎn)生量在固體廢棄物中的比例加速上升。電子廢棄物的危害更具有潛在性和長(zhǎng)期性。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多組分，韌性物質(zhì)較多。

　　目前，低溫破碎技術(shù)開(kāi)始用于廢舊電路板的破碎，在液氮冷卻下，廢舊電路板變脆，很容易粉碎，但是低溫破碎液氮冷卻裝置成本較高。

　　德國(guó)DBURC公司開(kāi)發(fā)了四段式機(jī)械處理工藝151：預(yù)破碎、液氮冷凍后粉碎、篩分、靜電分選，液氮冷卻后，廢舊電路板變得易于破碎，還可防止塑料在破碎時(shí)產(chǎn)生有害氣體。該處理方法的工藝流程如所示。相關(guān)研究表明，由預(yù)冷與深冷兩個(gè)部分組成電子廢棄物破碎系統(tǒng)，預(yù)冷溫度為-10K深冷溫度為-100°C.廢舊電路板在1.2mm粒級(jí)以下基本解離，廢舊電路板解離過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段是板上的黑色、白色插槽解離；第二階段是電路板基板解離。樹(shù)脂主要分布在1.2mm粒級(jí)以下，主要為纖維狀與塊狀；銅主要分布1. 125mm粒級(jí)，主要為e顆粒狀，其匕金屬主。enld北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)要在1.2~05mm粒級(jí)以下，不規(guī)則形狀較同組分的回收。

　　多。在這種情況下使用低溫破碎很容易實(shí)現(xiàn)不四段式處理工藝流程4結(jié)論低溫破碎可避免粉塵爆炸、二次污染與噪音污染；破碎所需的動(dòng)力很低，可提高破碎機(jī)的產(chǎn)量；與常溫破碎相比，可得到更細(xì)的物料；破碎熱敏性物質(zhì)不會(huì)受到氧化作用；利用各種物質(zhì)低溫脆性之差異，實(shí)現(xiàn)混合物的選擇性破碎。

　　國(guó)內(nèi)外在低溫破碎廢舊塑料、廢舊橡膠的研究已經(jīng)比較成功，尤其是在廢舊輪胎生產(chǎn)膠粉方面已經(jīng)相對(duì)成熟在回收電子廢棄物方面的研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)。固體廢棄物中使用常規(guī)方法不易破碎的物料及韌性較大的物料居多，但是目前低溫破碎成本相對(duì)較高，所以應(yīng)該開(kāi)發(fā)高效制冷技術(shù)優(yōu)化低溫破碎的工藝流程以降低成本。