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铸造废弃物资源化系统工程

文档作者: 孙可伟 李如燕        文档来源: 废弃物资源化国家工程研究中心
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更新时间: 2021年04月07日
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铸造废弃物资源化系统工程 孙可伟,李如燕 (废弃物资源化国家工程研究中心,云南昆明650033) 摘要:从系统工程和仿生群乐体的基本概念出发,提出了将铸造废弃物作为某种全新产品的原材料进行处理的系统工 程规划理论和实施方案;通过人为设计和调整废弃物原材料的适当搭配,并经过必要的物理、化学方法处理后生产出 诸如聚合物基废弃物复合材料、水泥基废弃物复合材料、陶瓷基废弃物复合材料、金属基废弃物复合材料等具有重要 环境保护、循环经济、资源开拓意义的新物质;通过市场分析,论证了以市场导向推进铸造废弃物资源化的发展思路 和实践的正确性;介绍了新产品的先进制造技术和产品性能的检测、评价等若干用于废弃物资源化系统工程中的现代 科学理论和方法。 关键词:铸造废弃物;资源化;系统工程 中图分类号:X37;X38;TG2 文献标识码:A 文章编号:1001—4977(2008)01—0092—05 Systems Engineering of Foundry W aste Resource Recovery SUN Ke—wei,LI Ru·yan (National Engineering Research Center of Waste Resource Recovery,Kunming 650033, Yunnan,China) Abstract:The programming theory and implementing scheme of the sys;tems engineering that is to take the foundry waste as the raw materiaI of some new products to process.were put forward according to the basic principle of systems engineering and bionic group production system.Many new materials,such as polymer-,cement一,ceramic—and metal—based composites,have been produced through designing and adjusting the proportion of the waste,and adopting proper physical and chemicaI treatment.These new materials have important meaning on environment protection. cycle economy and resource exploit.Through market analysis.the developing plan and its correctness for the resource recovery of foundry waste were expounded.Furthermore the advanced manufacturing technology for some new products and some modern scientific theories and methods used in the systems engineering of waste resource recovery were presented such as performance inspection and evaluation of the products. Key words:foundry waste;resource recovery;systems engineering 1 用系统工程规划铸造废弃物资源化 1.1 系统工程概念 大约120多年前,世界爆发了一场大变革,把千百 年来人类改造自然的手艺上升到科学,从而创立了科 学的工程技术。现在人类面临的是一个认识上的飞跃, 即认知系统工程。在现代社会里,复杂的系统几乎无 处不在,任何一种社会活动都会形成一个系统,某个 系统的建立及有效运转便成为一项系统工程。 自然生态系统是自然界与生俱来的系统,改造自 然界的系统或创造出人类所要的系统则称为系统工程。 所以系统和系统工程实际上普遍存在,只是近30年来, 特别是近10年,发展系统工程被大力强调。当今事物 的规模和复杂程度都大大超过以往,用在协调上的工 作量很大;而发展系统工程所必须的理论工具——运 筹学和计算工具— — 电子计算机已逐步成熟,所以现 代科学技术把系统工程这一概念具体化了。 系统是由相互关联、制约的各个部分所组成的整 体,系统的基本概念是强调整体。系统工程是包括许 多工程技术门类的一个大工程,可涉及到整个社会, 可解决的问题涉及改造自然、社会活动、国家行政和 法治等等。可提高社会生产力、增强国家实力、使整 个社会面貌发生改变。各种系统工程横跨自然科学、 社会科学、技术科学和工程技术等领域,发展系统工 程需要各方面人员的通盘合作和大力协同。 铸造废弃物资源化系统工程就是从系统的识别出 发,设计和实施的一个整体,通过具体、可行的措施, 达到人们所期盼的效果。 基金项目:国家自然科学基金项目《铸造废弃物资源化的应用基础研究》 (批准号:59965002)。收稿日期:2007—12—14: 作者简介:孙可伟(1945一),男,上海人,教授,搏导,废弃物资源化国家工程研究中心主任,中国环保产业协会固体废物处理利用专业委员会 副主任。 维普资讯 http://www.cqvip.com 学兔兔 www.xuetutu.com 铸造 孙可伟等:铸造废弃物资源化系统工程 1.2 仿生群乐体概念 在自然界,植物、动物、微生物等组成了生物群 落,和谐共存。其依靠自净和内循环系统,不但没有造 成环境恶化,而且对地球生态环境的改善做出了建设性 贡献。如牛羊的粪便通过土壤微生物的生化作用变成了 土壤中的肥料,草吸收这些养份获得生长,牛羊吃草获 得生存必需的能量。各行各业都有废弃物的产生,如果 各自分散处理,在技术和经济上不一定可行。在理论上 建立单个无废生产过程是可行的,但传统的“三废”治 理措施,由于治理范围的局限性和经济效益不明显,制 约了无废生产的实施,所以无废生产在现实中很少见。 可一些企业产生的废物,能作为其他企业的二次原料, 在一定配对组合的工艺条件下,废弃物可变成商品。所 以,从战略上考虑,有选择地将某一地区的多种固体废 弃物就近集中,如同生物群落那样把各种废弃物的处理 过程结合成一个系统。从这个理念出发,在一个区域的 范围内或在生产综合体系中组织无废生产,便容易实 现。这种新组织模式可称作“仿生群乐体”。 迫于环保等压力,固体废弃物的一般处理,是一 种不得以的或过渡的措施,而建立仿生群乐体才能使 人情愿在不投入、少投入的前提下,兑现资源综合利 用的循环经济理念。它是一种模仿生物群落组织的新 经济增长点,其组建过程就是“废弃物资源化系统工 程”。铸造车间产生的废砂、炉渣、除尘器粉尘等废弃 物,与其他领域产生的废塑料、污泥、废杂有色金属 等废弃物,根据废弃物复合材料的原理,变成种种新 资源、新材料,使铸造废弃物综合利用的价值更高。 当前的社会热点问题,如企业结构调整、股份制合 作等,与另一个社会热点,如环境保护、节约资源等, 都将在建立仿生群乐体的过程中得以协调解决。我国当 前需要调整、改造、发展和迁、停、并、转的经济实体 不少,这正是经济、高效地建立仿生群乐体的好机遇。 所以,在铸造生产绿色工程中建立仿生群乐体,改变了 过去只在铸造本行业范围内采取环保措施的格局,打破 了行业界限、学科界限。既涉及了材料工程和环境工程 两个学科交叉的前沿技术问题,又涉及了当前社会发展 中经济体制改革的重要问题,具有十分深远的意义。 成功的例子之一是,由铸造厂、蔬菜基地、研究 机构、制造厂和市政工程部门组成的仿生群乐体。铸 造厂的废砂和蔬菜基地的废农膜曾被当作废物而丢弃, 但这两种废弃物通过仿生群体的形式,用聚合物基废 弃物复合材料技术,可制成市政工程部门用于马路上 的窨井盖、落水箅子、树池护板等产品。为此,把产 生废砂的铸造厂,产生废旧农膜的蔬菜基地,有富余 厂房和相关设备的企业,使用窨井盖的排水公司,或 自来水公司,或电信部门,或煤气公司组建起一个废 弃物资源、生产废弃物复合材料企业及用户系统。 2 用复合材料实现铸造废弃物资源化 根据目前技术条件,单种废弃物的再生处理和利 用,不但在技术上不能满足需要,且再生物品质低下、 档次不高,在经济上也不合算。可作为各种再生资源 的废弃物,其化学成分、物理形态、力学性能等极其 不同。即使同一种再生资源,其化学、物理性能也变 化多端,这是再生资源的显著特征之一。欲把几种废 弃物用化学的方法合成一种化合物,不仅难度大,且 局限性也大。如果用物理方法,结合表面化学处理, 制成复合材料的话,则方便、灵活得多。 铸造废弃物复合材料的制备技术是铸造废弃物资 源化系统工程中重要的配对接口技术。废弃物复合材 料是由两种或两种以上具有不同性能的废弃物,通过 一定的工艺复合而成的新型材料。这种复合材料可分 为聚合物基、水泥基、陶瓷基、金属基等,这类材料 一般由连续相(基体)和分散相(填料)两部分组成。 复合材料既保留了每一种原材料的性能,又具备原材 料中所不具备的新性能。由于可根据需要控制各种组 分的粒度、粒形、百分比及分布等,所以人为设计和 调整复合材料的性能成为可能。 2.1 聚合物基废弃物复合材料 聚合物基废弃物复合材料是把废砂、炉渣等,经 一定粒度、粒形和表面活化处理后,作为增强材料, 把废旧热塑性材料(如废旧农膜、食品袋、编织袋、 旧轮胎再生胶等),经过一定工艺处理后,作为基体材 料;再配以适当的添加剂,通过特殊的界面处理和复 合工艺,形成的以球.球、球一纤维堆砌体系为基础的 复合材料。不同的废弃物,采用不同的配方和工艺, 能开发出具有不同性能的复合材料。 聚合物基废弃物复合材料密度1.3~1.7 g/cm ,抗弯强 度>125MPa,冲击强度≥1.0J/cm ,抗压强度>130MPa, 抗拉强度≥15 MPa,弹性模量≥1 000 MPa,人工加速 老化年限≥15年,冻融交替循环试验后强度损失率≤ 10%,湿热交替循环强度试验后强度损失率≤10%,干 湿交替循环试验后强度损失率≤10%,在20%硫酸溶液 中浸泡48 h质量损失小于1%;,在20%氢氧化钠溶液中 浸泡48 h质量损失小于1%。 制备聚合物基废弃物复合材料有闭式和开式塑炼两 种工艺方法。关键问题是废塑料的分拣、填料表面的活 化、添加剂的应用、复合的比例等等。制备中较难适应 规模生产的问题是废塑料的分拣。虽然废旧聚氯乙烯材 料可单独回用,但若与聚乙烯等聚烯烃材料混用,当聚 氯乙烯达到热分解温度时,其它塑料还未完全塑化,而 聚氯乙烯的热降解又是连锁反应,这不仅破坏基体的塑 性,且会放出有毒的氯气污染环境。此外,填料表面的 活化和添加剂的应用是提高无机填料和有机基体界面结 维普资讯 http://www.cqvip.com 学兔兔 www.xuetutu.com · 94 · FOUNDRY Jan.2OO8 VOI.57 NO.1 合力的关键问题,对于规模生产来说,这些也都是需从 技术上和经济上综合考虑的重要问题。 2.2 水泥基废弃物复合材料 水泥基废弃物复合材料是利用水泥或石灰以及废 弃物表面的活性SiO 、活性Al20 ,在激发剂的作用下 发生水化反应或化学反应,生成的水化产物或类陶瓷 产物呈网状结构作为基体,把原来处于分离状态的废 渣颗粒包裹在其间,成为一种复合材料。 水泥基废弃物复合材料的制品可达到同类产品的 标准,如透水路面砖的抗压强度≥30 MPa,边长/厚 度>15时抗折破坏载荷I>6 000 N,透水系数(15℃) ≥1.0~10五cm/s,保水性I>0.6 g/cm ,磨坑长度≤35 mm, 冻融循环试验后强度损失率≤20%~25%;蒸压灰砂砖 抗压强度≥15 MPa,抗折强度≥3_3 MPa,冻融循环试 验后强度损失率≤20%。 制备水泥基废弃物复合材料有免蒸、免烧和蒸压 两种工艺。废渣是这类复合材料的主要原料,但即使 含有所要求的化学成分,如二氧化硅和三氧化二铝, 也并不能保证一定能成材,因为其活性才是真正所要 求的。所以,制备这种复合材料的关键问题是活性二 氧化硅和活性三氧化二铝的含量、激发剂的选择和用 量等。另外,作为增强材料的级配,即粒度分布,也 是一个成败与否的重要因素。此外,必须注意水泥基 废弃物复合材料的界面,它是与聚合物基废弃物复合 材料的界面截然不同的二种界面体系。如果用石灰作 为基体材料,则应保持对其新鲜度和细度的高要求。 2.3 陶瓷基废弃物复合材料 陶瓷基废弃物复合材料是以碎玻璃和废砂或工业 废渣为主要原料,使几种废弃物混合料中的一些氧化 物成分,在高温下熔融烧结成陶瓷质玻璃体,成为连 续的基体相;而另一些尚未熔融的硬质废弃物及气泡, 则分散在基体中成为两种分散相。 轻质玻璃基复合材料密度≤0.27~0.35 g/cm ,抗 压强度≥0.5 MPa, 抗折强度≥0.5 MPa, 导热系 数≤0.048 W/m·K (平均32℃),吸声系数≥0.1~0.35 (125~2 000 Hz),使用温度~<400℃ ,吸水率≤0.7%。 制备轻质陶瓷基废弃物复合材料时,发泡剂、稳泡剂等 添加剂选择和用量及烧结制度是关键技术。温度过低、 时间过短则发生不起泡;温度过高、时间过长则气泡过 大。在制备仿石材陶瓷基废弃物复合材料时,废弃物原 料的细度和级配不当,会出现开裂现象。无论是轻质的 或是密实的陶瓷基废弃物复合材料,冷却速度过快,都 会产生废品;冷却速度过慢,便会影响产量。 2.4 金属基废弃物复合材料 金属基废弃物复合材料以废旧铝料为基体(如废 旧铝合金铸件、浇冒口、废旧铝合金型材、废旧易拉 罐等),以硬质废弃物(如碎玻璃、磨削料等)为增强 材料,用特殊的处理方法和制造工艺制成的新型材料。 玻璃/铝基废弃物复合材料的抗压强度I>250 MPa,弹 性模量>145 GPa,布氏硬度~>HB80,耐磨系数I>2.5 (标样铝合金)。 制备金属基废弃物复合材料有真空搅拌、热态挤 压、粉末冶金三种工艺。用搅拌工艺制备玻璃/铝废弃 物复合材料时,玻璃颗粒在铝液的速度场和温度场中的 分散、碰撞和凝聚问题值得研究。用热态挤压工艺制备 玻璃/铝废弃物复合材料时,多孑L玻璃坯体的制作技术 是关键。用粉末冶金工艺制备玻璃/铝废弃物复合材料 时,混合料坯体的烧结制度是关键。为使增强颗粒能被 金属液体浸润,须对金属液进行改性处理,以降低其表 面张力;同时还有必要对非金属颗粒进行表面处理,以 提高其被浸润能力。防止铝氧化是另一须注意的问题。 3 以市场导向推进铸造废弃物资源化 3.1 聚合物基废弃物复合材料市场需求分析 到目前为止,用聚合物基废弃物复合材料已经开发 出多种产品,如用于道路工程的窨井盖、落水箅子、树 池护板,替代目前用铸铁、混凝土、热固性树脂等材料 制造的产品;用于滑坡治理工程的隔离架,替代目前的 精密铸件或焊接件;用于连接火车车厢和轮轴的芯盘垫 板,替代目前用木材、橡胶、钢材等做的垫板;用于索 道摩擦传动上的摩擦衬垫,替代目前用锌基合金、塑 料、橡胶等做的衬垫;用于混凝土工程的建筑模板,替 代目前的钢模板或木模板;此外还可做成各种制品,如 接胶杯、花盆底座、饲料槽、地砖、装饰砖等等。 由于这种材料具有热态可塑性和冷态可加工性,故 只须调整配方,更换模具,或进行二次加工,就可生产 各种各样产品,在广泛领域中生产代木、代钢、代塑和 代瓷制品,并不局限于某一种产品,适应千变万化的市 场能力极强。又由于这种材料的原料95%以上都是最普 通的废弃物,所以价格比同类产品要低得多。 目前,窨井盖主要有铸铁井盖(耗用铁金属,价 格高,易被盗)、水泥井盖(耗用钢筋,抗震性差,比 铸铁井盖重,不便开启维修)、玻璃钢井盖(耗用环氧 树脂和玻璃纤维,价格高, 自重过轻易弹起)等。用 聚合物基废弃物复合材料制造的井盖不仅承载性能可 满足使用要求,而且防锈、防腐蚀,价格便宜。与其 他使用一次资源的产品相比,由于它的原材料95%以 上都是废弃物,所以既保护了环境,又节约了原料资 源,还从根本上杜绝了因被偷盗而造成的各种伤亡事 故和财产损失,具有很强的应用竞争力。 当前,在全国每一个城市的市政建设中,排水系统 都大量需要窨井盖和落水篦子。此外,在自来水、煤气、 电讯等不同的系统和部门,也都需要用各种规格的窨井 盖。仅排水部门,每20米道路上就要设置1个下水窨井盖 维普资讯 http://www.cqvip.com 学兔兔 www.xuetutu.com 铸造 孙可伟等:铸造废弃物资源化系统工程 · 95 · 和1.5个落水篦子。按全国每个省每年需要上述四个部门 用的窨井盖1.5~2万套计算,预测全国每年需求量约 40~50万套。以上海地区每套qb700 nlin的铸铁窨井盖重 180kg,废弃物复合材料窨井盖重130kg的标准计算,每 年可节约90 000钥铁资源,可利用65 000 t固体废弃物。 3.2 水泥基废弃物复合材料市场需求分析 水泥基废弃物复合材料能制成许多产品,如承重 砖、地砖等等。其中透水路面砖不仅便于行走,而且 可以收集雨水回归自然或再利用,可减轻污水处理厂 的负担。再如用废砂、锅炉渣等为主要原材料制成的 承重砖,可替代粘土烧结砖,既节约了土地资源,又 利用了废弃物,还减少环境污染。 据资料介绍,每建造1万平方米多层住宅,需用 200万块粘土砖,生产这些粘土砖将耗用土地3-3亩; 建造1栋18层的高层建筑(建筑面积约1.5万平方米), 需要230万块粘土砖,耗用土地3.8亩。仅以上海为例, 如按上海年均住宅竣工面积1 100万平方米计算,则每 年用粘土砖而耗用的土地就达3 200余亩。我国有砖瓦 企业12万个,占地500多万亩,每年烧砖毁田数十万 亩,每年实心粘土砖产量约6 000亿块标砖,生产能耗 高达6 000万吨标煤。与国外同体积材料相比,单位生 产能耗平均高一倍以上,但外墙保温隔热性能却相差 4~5倍。根据国家政策,我国已全面禁止使用实心粘土 砖,所以用废弃物复合材料生产的实心砖或多孔砖便 有很大的市场空间。 3.3 轻质陶瓷基废弃物复合材料市场需求分析 轻质陶瓷基复合材料是一种保温、隔热材料,具 有密度小、强度高、导热系数小、不吸湿、不燃烧、 防啮防蛀、耐酸(氢氟酸除外)耐碱、无毒、无放射 性、化学性能稳定,易加工且不变形等特点。因此这 种新型材料可以替代传统的防腐、保温、隔热材料, 在建筑、化工、交通、电力、冷藏等领域用于低温管 道的保温,液化气、天然气储罐及原油输油管道的保 温,冷库的绝热保温以及建筑业的绝热保温(如:墙 体、屋面、地坪等的隔热和防潮)等等。此外,这种 材料还是一种很优良的隔音材料,可用于影剧院、音 乐厅、会场、演播厅等建筑物墙面、顶棚以及砌筑式 大截面消声器内;随着城市的不断发展和人们对城市 噪音治理的要求,它还可能安装在地铁、车站、隧道、 地下人防工程以及穿越城市的高速公路、铁路,用于 治理和防止城市噪音污染。 在陶瓷基复合材料的制备工艺中,所制备的配合料 是放入烧结模具中,所以只要更换烧结模具,或根据需 求进行切割和打磨,就能制成不同规格的产品。由此可 见,这种生产线不仅每年可处理大量的废旧玻璃和铸造 废砂粉尘,而且适应市场千变万化的能力极强。 仅把类似的轻质材料用作防腐、保温、隔热材料 一项,我国年需求量就在10万m 以上。目前,国内类 似材料年产量总和约1万m ,大部分还需要花费大量的 外汇到国外购买,与年需求量10万m3相比,存在较大 的市场空间。尤其是石油化工企业,每年都要进口数 万立方米轻质材料用于化工设备及管道的保温或保冷。 随着我国基础设施建设、建筑维修、石油化工及地下 工程的发展,对这种材料的需求量将会越来越大。 3.4 金属基废弃物复合材料市场的可行性分析 对于牌号混杂的铝铸件废料和浇冒口,如果重熔 制成再生铝锭,成分不易控制,质量较差;但若制成玻 璃颗粒增强复合材料,就能使原来的这两种废弃物扬 长避短,既保留了铝韧性好的优点,又克服了铝硬度 低的缺点;既保留了玻璃硬度高的优点,又克服了玻 璃脆性的缺点。由于这两类废弃物优点的叠加,则能 扬长避短。又由于两种再生工艺的简化合一,使这两 种再生资源增值,不仅使再生产品上了一个档次,而 且还提高了经济效益。由于这种材料具有热态可塑性 和冷态可加工性,所以铸成毛坯后可用二次挤拔或直 接切削加工成各种产品。例如可制成大量使用在矿山 和工厂的皮带运输机上的消耗性托辊。目前国内常用 的是用无缝钢管制造的皮带运输机托辊,钢材的消耗 量极大。又由于钢制托辊重量大,电机消耗电能相当 大。资料表明,我国皮带运输机每吨公里消耗电能是 德国、英国的1.7 .9倍。而用玻璃/铝基废弃物复合材 料做的托辊,不仅可节省大量钢材,还可使皮带运输 机的运行功率减少,从而可大幅度节约能耗。 另外,国内也有用橡胶或塑料制造的托辊,由于 这些材料是绝缘的,输送带和托辊长期摩擦而产生的 静电荷不能导人大地、电荷积累到一定程度时会产生 火花.甚至发生爆炸。而玻璃/铝基废弃物复合材料做成 皮带运输机的托辊能导电,可避免上述事故的发生。 又据现场调查,橡胶或塑料托辊很易损坏、而价格与 钢的差不多,而玻璃/铝基废弃物复合材料托辊,其强 度和刚度比橡胶、塑料强,耐磨性良好。 据介绍,每生产100万吨煤,消耗托辊5 000套。按 我国煤产量114L吨计算,仅采煤这个行业,每年就需要 更换托辊55o~ i-。又有资料表明,皮带运输机的量在我 国的运输机械中占第一位,全国有50~60家皮带运输机 专业生产厂家,每年每个厂约配套生产40万个托辊,全 国每年总共需要为皮带运输机配套托辊500万个。所以, 仅这两个行业的托辊需求量,每年就超过了1 000万个。 4 用高科技手段完善铸造废弃物资源化 4.1 废弃物资源化系统工程中的现代科学理论和方法 常用系统工程方法,由系统工程创始人之一霍尔 创立,称为三维结构图: (1)时间维。对一个具体的 资源化工程,从规划起一直到更新为止.全部程序可 维普资讯 http://www.cqvip.com 学兔兔 www.xuetutu.com · 96 · FOUNDRY Jan.2008 VOI.57 N0.1 分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运转和更 新七个阶段。 (2)逻辑维。对一个资源化项目可分为 明确目的、指标设计、系统方案组合、系统分析、最 优化、决定和制定方案七个步骤。 (3)知识维。废弃 物资源化系统工程需用各种专业知识,如材料、化工、 冶金、机械、建筑、商业、法津、管理、社科等等。 固体废弃物的最大特点是来自不同的污染源,它 是在不同的生产工艺下或使用条件下产生的,所以其 化学成分和化学结构千变万化,物理性能和形态大小 各不一样,很难用严格的绝对的工艺参数和配方来进 行再生或复合,为此,有必要把最新的模糊数学和运 筹学理论等现代科学原理引进废弃物资源化的领域, 在工程化研究中大量采用。具体地说,就是用数学模 型和逻辑模型来描述废弃物资源化系统,通过模拟反 映系统的运行、综合分析影响技术和经济指标的各种 因素,求得系统的最优组合方案和最优运行方案。 在废弃物资源化系统工程中,信息管理系统是重 要的技术手段。必须具有一个准确、高效、快捷的工 程信息记录、输人、储存、输出系统,即工程信息管 理系统,使其能如实反映各生产部门产出的废弃物总 量及各类别分量,运输作业量,各类废弃物复合材料 生产线的作业情况,内部再生利用率等,为动态计划 系统和领导决策层提供决策依据,为工程费用结算提 供依据,为“废弃物资源化”总目标提供直接的数据 支持。要集中建立一个工程信息中心,汇总各个部分 信息,建立信息数据库。在产生废弃物的每个生产部 门和消化废弃物的每个处理部门都要设立一个信息录 人点, 日常信息的采集汇总,采用网上填写、网上审 核、即时输人的方式,把数据存人数据库后就可以被 调用,但只能被专人修改。 4.2 废弃物资源化系统工程中的评价技术 对固体废弃物的表面进行各种分析是至关重要的 一项测试技术,因为废弃物受污或老化的表面信息, 将决定废弃物资源化的工艺流程和工艺参数。如用x一 射线光电子谱仪,不仅能测定表面的组成元素,而且 能确定各元素的化学状态;用电子衍射仪,可获得表 面结构的信息,以判断其表面的活性;用先进的图象 分析仪,可快速从大量的测试数据中,获得废弃物的 大小、形状、剖面上各种参量的统计数据;用扫描电 子显微镜,可获得表面的形貌等等。 对固体废弃物另一项必须进行的检测分析是测定 其有害有毒成份及其可浸出性,以及放射性的强度等, 这将决定资源化产品的用途。尤其是用于建筑材料的 废弃物复合材料产品,需要评价其长年使用后强度是 否会降低,降低的百分比是多少,以及用在建筑物中, 是否会有有毒物质或放射性物质的释放及释放强度是 否超过国家标准等。 由于作为原材料的废弃物是被使用过和有不同程 度老化的特点,所以有必要把南方和北方的气候,四 季的气候集中在短时间内反复出现,用人工加速老化 的办法,来考核所制成产品的耐候性和使用寿命。 在所制成的废弃物复合材料中,会不可避免地隐 藏一些材质缺陷,在微观结构上会存在不少细微裂纹 或类裂纹缺陷,而这些材料往往被用于许多不同的领 域,所以,有必要把各种恶劣的工作条件集中在一起, 让材料在短时间内被加速疲劳破坏,从而推算出使用 寿命或确定材料的使用范围。 4.3 废弃物资源化系统工程中的先进制造技术 由于废弃物中许多都是高硬度的物质,如废旧石英 砂、碎玻璃、尾矿、废旧硬质合金等,所以废弃物资源 化工程的成套设备,都必须重点考虑耐磨问题,如搅拌 推进螺杆、破碎刀片、模具表面等等。金属表面陶瓷覆 层、喷涂硬质合金、激光强化等新技术都可考虑采用。 废弃物资源化的特点之一是处理大量的废弃物才 能体现社会效益;特点之二是廉价的废弃物只有薄利 多再生或多复合才能体现经济效益,所以设计制造适 应规模生产的、处理量大的、生产率高的大型专用设 备是必要的。废弃物资源化是个新兴产业,成熟的大 型专用设备并不多,为了能在短时间以内为废弃物资 源化系统工程配备成套设备,可借助计算机辅助设计 (CAD)和计算机辅助制造(CAM)。 由于固体废弃物很脏,工作环境极差;又由于废 弃物的性状变化很大,建议采用机电光一体化新技术, 尽可能使废弃物资源化工程实现机械化和自动化,以 改善作业环境,减少人为因素对再生材料或废弃物复 合材料造成的质量影响。 5 依靠国家政策支撑铸造废弃物资源化 1995年国务院批准的《社会发展科技计划》中的 餐源综合利用科技专项行动》指出: “废弃物复合材 料是我国独创的一项技术,⋯⋯不仅可以大幅度地消 耗不同类型废弃物,而且还有很强的市场竞争力。” 该计划提出的重点领域和关键技术之一是: “废弃物 复合材料系列产品。” 早在1999年国家计委和国家科技部联合发布的 《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》第55项 中就指出: “近期产业化的重点是:选择废弃物复合 材料⋯⋯”。在2007年国家发改委和科技部联合发布的 《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南》第 1 19项中仍指出: “利用工业固体废弃物生产复合材料 ⋯ ⋯ ” 。由此可见,以废弃物复合材料作为铸造废弃物 资源化系统工程的技术支撑符合国家的发展战略。 (田世江编辑)
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