废橡胶资源化及粉碎技术应用现状
摘要：蓬勃发展的汽车工业带动了轮胎生产的大幅度提升，人们也愈来愈重视废橡胶资源利用和开发。本文以废旧轮胎为例，介绍了废橡胶的资源化利用、处理废橡胶的主要途径，对废轮胎各回收方式进行了对比，阐述了常温机械粉碎技术中辊式粉碎机的结构特征与应用现状，指出了制备胶粉是大批量处理废旧轮胎并具有良好发展前景的处理方法。
关键词：废橡胶；资源化；常温机械粉碎技术
0引言
随着碳峰值和碳中和要求的明确，国家越来越重视发展循环经济。据中国橡胶工业协会统计，中国废旧橡胶总量的70%来自报废汽车轮胎。2021年的废轮胎数量约为2000万吨[1]。如果这些废旧轮胎处理不当，将造成严重的环境污染和橡胶资源的极大浪费。
1废橡胶产生的环境问题
废橡胶，又称为“黑污染”，主要来源于废轮胎，其次是橡胶厂生产过程中产生的边角料和废
品[2]。目前，处理废旧轮胎的主要措施是填埋和焚烧。由于废旧轮胎中含有大量有害物质，这两种处理方法对环境有很大的污染和影响。首先，废轮胎污染土地和水资源。回收的废旧轮胎将占用大量土地和农田，生态环境受到严重破坏。埋藏在地下的废轮胎很难在短时间内自然降解，不完全降解给土地和水资源带来了严重污染。其次，废轮胎也会对空气造成严重污染。废轮胎是一种高热值材料，为了节约能源和资源，将选择一些废轮胎作为某些工业燃料的替代品，这种处理方法看似降低了企业的生产成本，但实际上却对环境造成了极大的污染，因为燃烧的废轮胎会产生大量的二氧化硫、炭黑等有害物质[3]，对空气造成更大的污染。
2废橡胶的处理政策
中国政府越来越重视废旧轮胎的回收利用。全国政协委员李晓林在《关于加大对废旧轮胎处理再利用的政策支持的建议》中指出，废旧轮胎处理企业需要国家产业政策的支持。李晓林建议从技术、政策法规等方面支持和鼓励废旧轮胎再利用项目。政府颁布了一系列法律法规，明确了废旧轮胎的处理方法。例如，2015年，政府颁布了胶粉、轮胎翻新和再生橡胶的税收优惠政策，从2015年7月1日起，再生橡胶中胶粉和轮胎翻新的税收优惠为50%。
3废橡胶资源化利用方式
目前，我国废旧轮胎综合利用已初步形成四大板块：旧轮胎翻新再制造、废旧轮胎生产再生橡胶、废旧轮胎生产胶粉和废旧轮胎（橡胶）热裂解。废旧轮胎回收利用产业链已初步形成。
3.1轮胎翻新
轮胎翻新是一种废旧轮胎资源化利用技术，是指对废旧轮胎进行局部修复、加工、胎面胶重涂和硫化，以恢复其使用价值。采用高新技术生产的翻新轮胎的性能和质量可以接近或达到新轮胎的使用性能，不仅延长了轮胎的使用寿命，而且促进了废旧轮胎的减少，减少了环境污染。因此，轮胎翻新是废旧轮胎最有效的资源利用方式。
3.2再生橡胶
再生橡胶的生产过程包括：废轮胎-橡胶切割-橡胶清洗-粉碎-筛分-磁选-空气分离-称重（称量胶粉和再生剂）-混合拌油-脱硫-精炼-成品再生橡胶[7]。再生橡胶在橡胶制品生产中可以部分替代原橡胶，从而节省原橡胶和炭黑的使用，也有助于提高橡胶制品的加工性能。因此，
橡胶再生是我国废旧轮胎的主要资源化利用方式。
然而，再生胶生产过程中存在着污染严重、能耗高、效率低等缺点。因此，这种基于资源化的方法在国外已逐渐被放弃。随着环保要求的提高，我国也加大了淘汰中小型再生橡胶生产企业的力度。另一方面，随着人们对橡胶制品质量要求的提高，再生橡胶制品的销售也面临着越来越多的阻力，这也在一定程度上限制了橡胶再生产业的发展。
3.3热裂解
轮胎热裂解是一种废旧轮胎资源化利用技术，是指废旧轮胎在无氧或缺氧的条件下通过加热进行裂解反应，最终分解为裂解油、不凝性可燃气体、粗炭黑、钢丝等产品[8]。与轮胎翻新、橡胶再生、胶粉利用等废旧轮胎资源化技术的局限性相比，轮胎热裂技术具有广泛的适应性。理论上，它可以“吃干榨净”的方式有效
4胶粉的特性
4.1胶粉的分类
（1）按生产方式分类
胶粉的生产方法多种多样。常用的生产方法有常温粉碎、低温粉碎和超细粉碎。不同的生产方法对应不同的粒度规格、形状、表面形态和特性。
（2）按用途和粒径分类
不同粒度的胶粉有不同的用途。2-10mm橡胶屑主要用于塑料跑道和草坪；对于1-2mm的橡胶颗粒，主要用于地毯；粒径小于1mm的胶粉主要用于橡胶手套、改性沥青、屋面防水、道路改性材料等。
（3）按生产原材料分类
对于不同的应用领域，为了满足该领域的应用性能，对胶粉材料也有特定的要求。在我国，胶粉的原料主要来自废旧轮胎，包括子午线轮胎、斜交轮胎、胎面等。
4.2胶粉的相关特性
（1）胶粉的物理性能
胶粉由辊式破碎机在常温破碎过程中剪切挤出而成。由于破碎过程中机械力的作用，橡胶颗
粒表面容易出现凹凸不平，毛刺和撕裂状态较多。这种特性使橡胶粉末易于与其他材料结合。
（2）胶粉的弹性性能
橡胶是一种高分子化合物，由多种组分组成，聚异戊二烯是主要成分。由于添加了其他橡胶碳氢化合物、灰粉和其他成分，橡胶可以适应较宽的温度范围，在-50℃-150℃之间，它始终具有良好的弹性和塑性特性。
5废橡胶粉碎设备——辊式粉碎机
5.1辊式粉碎机介绍
双辊筒废轮胎粉碎机比较常见。双辊可设计为光滑辊或槽辊旧轮胎[12]。双辊轮胎破碎机的主要优点是：结构简单、机身低、结构紧凑、重量轻、成本低、运行可靠、维护方便、破碎比调整方便等。然而，也存在重大不足。由于双辊破碎机的工作区域仅限于两辊之间的线接触，因此生产效率较低。
5.2辊式粉碎机的工作原理
辊式粉碎机又称破碎机，是橡胶和塑料制品加工中应用最广泛的基础设备之一。其破碎原理是两个辊子之间有一定的间隙，两个辊子水平放置，以不同的线速度相对旋转，如图5.2所示。以橡胶或树脂为主要成分的原材料从顶部输入，并随滚筒向下旋转，经过剪切和挤压后，将其塑化和混合，制成满足生产和加工要求的胶粉。在聚合物材料的破碎过程中，外力有其自身的差异。在研磨的初始阶段，材料容易发生弹性变形，随着机械外力的增加，弹性变形加剧，直至极限状态，形成永久变形，进入塑性状态。当受机械力作用的橡胶颗粒数量达到某一特定值时，材料将从塑性断裂转变为脆性断裂并形成破碎。胶粉的生产过程基于单个颗粒的破碎，其破碎总和为胶粉。
废轮胎辊压机采用双辊对橡胶施加外力，槽辊和光面辊共同对橡胶施加压力和剪切力，使橡胶被压碎形成胶粉。由于其结构简单、运行可靠、经济实用，辊式破碎机仍广泛应用于各个领域。