分享丨废玻璃资源化再利用技术与研究

自古埃及人开始尝试制造使用玻璃，至今已有超过四千年的历史。从 美索不达米亚 和 古埃及 遗迹 里出土的小玻璃珠，到现代大都市高耸楼宇使用的玻璃幕墙，无不贯穿着这种神奇物质的发展足迹。

随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的日益提高，玻璃不但广泛应用于房屋建设和日常生活中，且已发展成为科研生产及尖端技术不可或缺的新材料。与此同时，不可避免地产生出了玻璃废弃物，形成大量废玻璃。废玻璃依据来源，可分为 日用废玻璃（器皿玻璃、灯泡玻璃等） 和 工业废玻璃（平板玻璃、玻璃纤维等） 。

在“双碳目标”和“十四五规划”的双重历史背景下， “绿色制造”是我国实现碳中和目标的关键一步。 利用好废旧玻璃，实现其资源化再生的应用，可有效降低高耗能制造业的碳排放量。 目前， 我国急需配备先进的废玻璃回收利用加工技术装备 ，以使各种废玻璃得到有效回收利用，同时还可提高回收利用加工企业的收益，使生活垃圾中的废玻璃在无害化、减量化处理的基础上，实现 真正 资源化价值。

     

国内外废玻璃处理及利用现状

     

废玻璃的存在既绐人们的生产和生活造成伤害与不便，又占用宝贵的土地资源，增加环境负荷，产生一定污染。据统计，我国每年产生的废玻璃超300万吨。此类垃圾 降解性差、热值低，采用直接填埋或焚烧处理均无法达到理想的减量化处理效果，且忽略了其隐藏的资源价值。

1. 国外废玻璃处理概况

发达国家对废玻璃的回收利用技术研究起步较早，尤以日本、美国、法国、瑞士、芬兰、澳大利亚等国发展最好。其废玻璃的主要应用领域如下：

（1）利用废玻璃替代岩石骨料

（2）废玻璃应用于混凝土

（3）用碎玻璃制造玻璃塑料污水管

（4）用废玻璃和石料制造“玻璃沥青”

（5）用碎玻璃生产贴面材料

（6）利用废玻璃生产泡沫玻璃、玻璃微珠和玻璃棉绝缘材料

2. 国内废玻璃处理概况

在废玻璃的回收及利用方面，我国和世界玻璃工业发达国家相比，起步较晚。以往废玻璃大多由一些“小平拉”玻璃厂进行回收利用，但 “小平拉”是一种设备简陋、污染严重、能耗较高的落后生产工艺，生产出的平板玻璃透光率低，存在大量的渡筋、气泡、麻点、划伤等缺陷，且玻璃质脆，极易破损。 目前，我国平板玻璃已供过于求，为了改变这一局面，国家已下文限期淘汰这些“小平拉”再生玻璃生产线。

目前，国内已有不少厂家利用回收的碎玻璃料，生产玻璃微珠、玻璃马赛克、彩色玻璃球、玻璃面、玻璃砖、人造玻璃大理石等，相关科研机构也在进行相关工艺的深入研究。

     

废玻璃资源化处理方案分析

     

结合国内外废玻璃回收及资源化利用的情况，将废玻璃定向加工为某种成品产品，如：玻璃骨料、玻璃污水管、玻璃贴面、玻璃沥青等， 在生产和回收应用技术上仍存在较多问题。 不同的技术应用对废玻璃原料的选择很苛刻，产品应用领域较窄，很难形成产业化。且工艺流程链较长、产品单一，易受市场需求波动影响。

生产泡沫玻璃及环保轻石已逐渐成为发达国家废玻璃处理、再生、资源化利用的主流。 泡沫玻璃和环保轻石均有广泛的应用市场，如：化工企业防腐管道、工业烟囱、民用隔热保温及吸音建材等诸多建筑领域材料。考虑到国内建筑节能要求的不断提升，及国外废玻璃再生为建筑保温板材的成功案例，加之目前国内保温板材少有既保温隔热、又防火阻燃的量产线，且存在价格昂贵等因素， 以建筑保温板材作为废玻璃再生利用的方向之一，不失为良策。

近 几年， 国际上的环保轻石生产线逐渐攀升， 仅日本就有数十条生产线全面实现规模生产，但产品主要为单一的碎石，并没有生产为成型的保温板材。 碎石仅是半成品商品，国内并未存在对其后续加工的产业链，商品销路存在较大的风险性。

而目前国外， 已有将 泡沫玻璃直接生产加工成建筑保温板材的经验。 泡沫玻璃是以玻璃为主要原料，掺入适量发泡剂，通过高温隧道窑炉加热焙烧和退火冷却加工处理后制得，是一种具有均匀独立密闭气隙结构的新型无机绝热材料。由于其完全保留了无机玻璃的化学稳定性，具有容重低、导热系数小、不透湿、不吸水、不燃烧、不霉变、不受鼠啮、机械强度高却又易加工、能耐除氟化氢外的所有化学侵蚀的特点，故被誉为“节能黑珍珠”。 作为一种新型建筑保温材料，泡沫玻璃克服了有机类材料存在的老化、变形、时效等问题， 可实现与建筑物同寿命； 是众多隔热保温材料中，适用于未来建筑的最理想的节能环保型保温材料之一。

     

废玻璃资源化处理生产线介绍

     

本文介绍的废玻璃资源化处理生产线日处理规模可达25t/h，三班工作制，单班8h。接收原料可为生活垃圾中回收的日用废玻璃或工业废平板玻璃。

其工艺流程图见下图1

1. 称重计量系统

装满废玻璃的收集车驶进处理厂区后，需经过地磅称重计量后，才可驶向原料堆放间。

称重计量系统由计算机管理，检测内容为每辆收集车的总质量。自动输入数据为：该车的车号、车型。显示器上显示的数据是：该车检测时间、车号、车型、总质量、载质量及日累计值。

2. 给料及破碎

堆放的废玻璃原料经由装载机运输，进入废玻璃处理主厂房，送至板式给料机上料，原料废玻璃通过运输皮带送至人工检查工位。

生产线设置的人工检查工位为辅助分选设施 ，当批量板材产品对原料玻璃颜色差异要求较高时，可在此工段将废玻璃分离为深色系原料、浅色系原料和无色玻璃原料，分选后的不同色系废玻璃各自进入后续预处理生产线。如该批量产品板材对原料要求不高或来料玻璃本身属同色系玻璃时，则无需对其进行人工选别。同样，当来料玻璃为外购平板玻璃时，原料可直接进入后续破碎环节。

废玻璃预处理线共设置两道破碎环节，均采用锤式破碎机。 第一道初步破碎可将来料玻璃破碎为50mm以下的粗料，其后设置磁选环节，回收原料玻璃中掺杂的金属物质，再经清洗、沥水、筛选、烘干后，进入第二道的细破碎环节，可将废玻璃粒径控制在7mm以下。

3. 清洗及烘干

原料废玻璃经初步破碎、回收金属后，需对混杂的沙土、纸张、塑料等轻质物和玻璃瓶残留液体、有机质等杂质进行清洗和去除。

生产线选用的清洗设备为螺旋分级机，其借助固体颗粒不同比重在液体中沉淀的速度不同的原理，进行清洗，同时实现机械分级。螺旋分级机能把磨机内磨出的料粉级于过滤，然后将粗料利用螺旋片旋入磨机进料口，把过滤出的细料（轻质杂质、沙土等）从溢流管子排出。

4. 研磨系统

经细破碎处理后的7mm以下玻璃原料进入研磨环节，本生产线选用陶瓷球磨机对细料进行研磨处理，制成粒径30μm以下的玻璃粉末。

陶瓷球磨机通体由陶瓷制成，是国内选矿机械专家结合国内最新型的球磨技术研制开发的又一新型节能球磨设备。该设备不仅提高了生产能力和破碎效率，还扩大了应用范围。从石灰石到玄武岩，从石料生产到各种矿石破碎，都可以在中碎、细碎、超细碎作业中实现完美的破碎、研磨。该系统完全适用于本生产线的物料要求。

5. 混合系统

经前端预处理的玻璃粉末，由输送装置送进混合搅拌机，将玻璃粉与发泡剂混合搅拌，形成混合粉末体。

玻璃粉末在真空环境下输送到混合搅拌机中。由于粉末输送装置为真空状态，降低了静电的发生率，形成无粉尘的清洁安全作业环境。

6. 烧结系统

玻璃和添加发泡剂的混合粉末分批进入烧结系统。本生产线烧结系统由发泡窑、退火窑和切割包装系统组成。

生产线的烧结系统可连续进行冷却和切割，从而不必进行费时费力的装模、卸模及对单独块的切割。一切在连续过程中完成，实现高效处理。同时，对于发泡玻璃坯，只在长度或输送方向上调节温度、梯度，但在发泡玻璃带的宽度和厚度上，温度是恒定的，因此在横向上不会出现应力，并且通过输送方向上的缓慢冷却，可以保证一个相对的应力补偿。

根据烧结工艺流程，混合玻璃粉末在发泡窑反应区控制温度可达600℃以上，经预退火至540℃左右后，进行发泡玻璃带的预切割操作，为后续退火及成型环节提供基础。经预切割后的泡沫玻璃带进入退火窑，经历退火、后退火区后，温度由480℃降至60℃以下。中间产品板材在退火窑的出口可转至自动切割和打包系统，根据销售订单的尺寸，进行泡沫玻璃板材最终的切割和打磨，并包装成成品，由叉车送至成品仓库区储存。

图2  发泡窑及退火窑装置设备实景图

     

废玻璃资源化处理生产成本说明

     

本生产线日处理原料废垃圾25t/d（年处理0.9万t），年产出泡沫玻璃建筑保温板材产品约3.15万m ³ ，市场售价可达1500元/m ³ 以上。

参照生产线处理规模、生产工艺、装备水平、劳动生产率及管理水平相类似的国外废玻璃资源化生产线的实际成本，再结合国内及本生产线的实际情况，分析估算废玻璃资源化处理生产线成本如下：

1. 外购原材料费

（1）回收废玻璃，生产每立方泡沫玻璃板需要原料废玻璃约286kg（废玻璃在生产过程中损耗量约30%），按照国内目前废玻璃回收价格为100元/吨，则生产每立方泡沫玻璃板需要的 原料费用为286/1000*100=28.6元/m ³ ；

（2）催化剂，根据国外其他类似项目实际生产情况类比，生产每立方泡沫玻璃板需要的 催化剂费用为39.94元/m ³ ；

2. 外购燃料及动力费

（1）天然气，生产每立方泡沫玻璃板需要天然气3.2m ³ ，天然气售价按3.0元/m ³ 计算，则生产每立方泡沫玻璃板需要的 天然气费用为9.6元/m ³ ；

（2）电，按照国内工业用电单价（0.97元/kwh），结合本生产线实际生产的电耗估算，本项目生产每立方泡沫玻璃板需要的电量为5.04kwh/m ³ ，则每立方产品的 耗电费用为4.89元/m ³ ；

（3）水，根据国内工业用水单价（6.21元/t），结合本项目生产用水及劳动定员的生活用水计算，本生产线生产每立方泡沫玻璃板需要的水量为1.97t/m ³ ，则每立方产品的 耗水费用为12.23元/m ³ ；

3. 工资及福利费

根据本生产线的生产规模，需要实际生产操作人员80人，年均工资及福利费10.0万元，年费用800.0万元；折算到每立方泡沫玻璃板的 生产费用为800.0/3.15=253.97元/m ³ ；

4. 修理费

项目生产过程中，需定期对生产线设备进行日常维修及大修，根据类似项目实际生产情况，年维修费约为320万元，折算到每立方泡沫玻璃板的 维修费用为320/3.15=101.59元/m ³ ；

5. 其他费用

其他费用指企业为管理和组织生产经营活动所发生的各项费用，包括公司经费、职工教育经费、劳动保险费、咨询费、业务招待费、房产税、车船使用税、土地使用税、印花税、无形咨询与其他资产的摊销、计提的坏账准备和存货跌价准备等。

根据《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）中的规定，按工资及福利费的一定比例计取，本项目按工资及福利费的75%计算，则年均其他费用为600.0万元，折算到每立方泡沫玻璃板的 生产费用为600.0/3.15=190.48元/m ³ 。

生产线单位成本为上述项目费用之和28.6+39.94+9.6+4.89+12.23+253.97+101.59+190.48= 641.3元/m ³

     

利用生活垃圾废玻璃制备泡沫玻璃产品的应用前景      

     

利用废玻璃制备的泡沫玻璃是经高温发泡成型的多孔无机非金属材料，具有防火、防水、无毒、耐腐蚀、防蛀、不老化、无放射性、绝缘、防磁波、防静电、机械强度高、与各类泥浆粘结性好的特性，是最佳的保温材料。

泡沫玻璃可以广泛用于工业保温隔热、船舶、制冷业、冷库、地铁及恒温恒湿工程和一般工业与民用建筑的屋面、外墙的保温和隔热工程上。 因为轻质、高强、稳定等特性而大量用于 寒冷地区的冻土工程、高速公路及市政工程， 是 地下工程、景观工程 的最佳回填材料。

1. 民用建筑保温隔热

泡沫玻璃性能绝佳，但传统的生产工艺使得产品成本高昂，因此极少被民用建筑所用。近几年，因国家倡导建筑节能减排，且发生因使用有机保温材料，而导致建筑火灾事故，泡沫玻璃开始进入民用建筑市场。

与目前在建筑工程中使用的保温材料相比较，泡沫玻璃具有其独特的特点。用于屋面，能形成永久性的保温隔热层，且由于其优良的耐候性，尤其适合于倒置式屋面的保温隔热层。采用聚合物水泥砂浆粘结并勾缝后，还可形成一道完整的防水层，起到防水作用。用于外墙时，可直接采用聚合物水泥砂浆粘贴，施工方便，如采用彩色泡沫玻璃，既起到保温隔热作用，又可做为装饰材料，是一举多得的好选择。

而今，泡沫玻璃以世界先进生产技术为依托，采用废旧玻璃为原料，在产品产能和成本控制上实现革命性突破，探索出更为广阔的民用建筑保温领域进行应用。与此同时，绿色建筑认证盛行，泡沫玻璃产品将进而拥有巨大的 建筑保温 市场 。

泡沫玻璃在建筑保温领域尚处于起步阶段，由于具有 较低成本和较佳品质， 产品供不应求，有极好的销售前景。

2. 石油化工乙烯工程等工业保温领域

泡沫玻璃的产生、发展在很大程度上得益于石油化工行业的巨大发展。 由于需要大量具有高保温效率、耐高温、耐低温、耐强酸碱、稳定、耐候性强、同时轻质高强等特性的保温材料，来保证生产的正常运行，而泡沫玻璃是满足该类性能要求的唯一材料。且因 泡沫玻璃 传统生产技术价格昂贵，故仅工业保温可大量使用。

3. 轻质回填

我国 每年 都有大量基建工程，高速公路、地铁、轨道交通、桥梁、隧道涵洞等等，此类项目需要大量的轻质回填材料，而泡沫玻璃超级碎石产品由于超轻、稳定，且来自废玻璃，相较于目前大量使用的EPS填料、陶粒、泡沫水泥， 泡沫玻璃产品有着无比优越的性能，是最佳的轻质回填产品。

在欧洲，超级碎石是解决冻土路基的最佳方案，每年应用约200万立方米。在日本，每年也有约100万立方米的用量。但我国目前尚无生产，具备巨大市场前景。目前， 国内公路桥梁领域已开展相关研究工作，仅北方冻土路基单一领域就有巨量产品需求。

4. 土壤改良及保水及蓄水领域

我国还存在较多干旱及半干旱地区、盐碱土地、沙漠及半沙漠地区，大量的土地因不能有效保水而不具生产能力。

开孔和半开孔的泡沫玻璃产品不仅可用于水质净化过滤，同时还具备较强的保水特性，蓄水达70%。利用该特性， 泡沫玻璃可广泛用于水处理领域，探索全新水处理技术将对我国基本农业带来远大影响。

5. 其他产业的原材料

泡沫玻璃具备优异的性能，但因产量稀少及原有运用领域较窄，更多用途有待开发，如：和石材及人造建筑瓷砖结合为符合材料，用在建筑外墙装饰上，可大大减轻自重、降低成本，同时还兼具保温及装饰作用。

泡沫玻璃 也是较好的吸音材料，可运用于大型公共建筑的内部吸音工程，还可应用于园林绿化、消防工程、家庭楼顶花园建设、甚至按摩产品及猫砂等。 泡沫玻璃作为其他行业的原材料，存在较大的开发空间。

     

结论

     

我国建筑业规模位居世界第一，现有城镇总建筑存量约650亿平方米，这些建筑在使用过程中排放了约21亿吨二氧化碳，约占中国碳排放总量的20%。我国建设活动每年产生的碳排放约占全球总排放量的11%，主要来源于钢铁、水泥、玻璃等建筑材料的生产运输及现场施工。 建筑业建造方式、原材料供应来源的革新是实现“碳中和”目标的根本所在。

在“十四五”及“双碳”目标背景下，只有找准发展突破口、顺应城市发展规律，才能深度挖掘行业内潜力增长点，达到产业优化升级的最终目标。 以废玻璃制备“绿色建材”为代表的“绿色制造业”，在未来一段时间将成为令人瞩目的环保产业增长点。