范军红：金属包装废弃物综合治理研究
文/范军红
范军红（资料照片）
金属包装容器具有很好的机械性能, 它比纸和纸板、塑料、木材、玻璃等容器的抗冲击能力都强, 而且不容易碎裂破损, 且有良好的加工性能和美丽的光泽, 因而广泛地应用于食品、医药、化工、轻工和燃料等行业中。金属包装容器常用材料主要是薄钢板(黑铁皮)、镀锡薄钢板(马口铁)、镀锌薄钢板(白铁皮)、铝及铝合金皮等。常见的金属包装容器有金属桶、金属罐、金属盒、金属瓶、金属管和软性饮料铝箔罐、超薄型罐和无缝罐等。
金属包装废弃物是指失去或完成保持内装物原有价值和使用价值的功能, 成为固体废物丢弃的金属包装容器及材料;金属包装废弃物的综合治理是指对金属包装废弃物进行处理(即减少已产生的金属包装废弃物的数量, 减少金属包装废弃物的体积等)和利用(即通过回收、加工等方式, 从金属包装废弃物中提取或者使其转化为可以利用的资源和其他原材料的活动)。
一、金属包装废弃物在城市生活垃圾中的含量
金属包装材料是传统包装材料之一。我国是最早发明铁器和铜器的国家, 在金属包装方面居开天辟地之地位。早在春秋战国时期, 我国就采用了青铜制作各种容器。在南北朝时期有用银作为酒类包装容器的记载。金属包装发展到现代, 其速度之快、品种之多, 已经发展到了以钢和铝合金为主要材料,广泛用于销售包装和运输包装容器的时代。金属包装在包装材料中所占的位置是:目前日本和欧洲各国包装材料中金属约占14 %, 仅次于纸和塑料, 占第一位;美国生产的金属容器占整个包装材料的28 %, 仅次于纸和纸板, 占第二位;我国进入八十年代以来, 发展较快, 现有大、中型金属包装制造厂300 多个, 有金属容器自动生产线100 多条, 1999 年金属包装容器已达到220 万吨。
当金属包装容器失去或完成保护内装物原有价值和使用价值的功能之后, 它也和其他包装废弃物一样, 成为固体废弃物而加入垃圾的行列。有资料显示, 美国每年产生城市生活垃圾1.5 亿吨;我国城市人均垃圾年产量达到440 公斤, 1996 年城市生活垃圾已达1 亿吨, 而且每年以8 %至10 %的速度增长, 近年我国城市生活垃圾量已达1 .5 亿吨。以上海市和广州市为例, 上海市已日产城市生活垃圾约1 万吨;广州市已日产城市生活垃圾约5 千吨以上(详见表1 和表2)。而这些城市生活垃圾中大约有1/3 至1/2 是包装废弃物, 而金属包装废弃物约占9 %。例如, 美国的包装废弃物约占城市生活垃圾的33 %, 日本约占40 %, 欧盟各国约占30 %至50 % , 我国约占30 %至40 %(详见表3 、表4和表5）。
二、金属包装废弃物回收利用的意义
地球上金属材料资源是有限的, 人们不能将矿山开采作为原料的基本来源, 而应视为现有原料的补充。生产原金属不仅消耗有限的矿产资源和消耗大量能源, 而且会产生大量矿山废料, 破坏植被和浪费土地资源;再生金属可以节省能源, 减少环境污染, 使有限的矿产资源耗尽的时间得以延长。提取每吨原生金属和再生金属能量详见表7 ;西方发达国家再生金属占总金属量的比较详见表8;回收废铝罐和废铁罐加工成原材料节能和环境影响情况详见表9 ;广州市近几年回收废金属的情况详见表10 。
三、金属包装废弃物的分选技术
金属包装废弃物经常与其他包装废弃物以及其他城市生活垃圾混杂在一起, 除了传统的人工分选外, 还可以采用现代技术进行分选。
1、利用磁性进行分选
钢铁具有磁性, 不少国家在处理大量城市生活垃圾时, 将各式各样的工业磁铁装在运输和专送设备上, 以便分选出大大小小的钢铁废弃物。
2、利用重力进行分选
首先利用物质的不同密度, 通过空气分离设备,将密度小的物质和密度大的物质材料初步分离, 然后将掉落在容器底部的密度大的物质进一步分选。例如密度大的金属和玻璃就常用振动筛进行再次分选。
除上述之外, 也可以采用惯性方法进行分选, 常用设备有弹道分选机、反弹道分选机和斜板运输分选机等;还可以采用离心分选法从大量密度较小的材料中分选出密度较大的金属。其设备可使用环形筛或滚圈, 依靠旋转离心力作用使金属移向外面, 密度较小的物质移向里面。
3、利用回转炉熔化分选
因为不同的金属有不同的熔点, 所以可以利用金属的这一特性进行分选。其方法是:将金属混合料投入形状象回转窑那样的回转炉内, 严格控制炉温使低熔点的金属从靠近窑炉底处流出回收, 而熔点较高的金属则从端部流出。该方法可将熔点差别较大的金属进行分离。
4、有色金属的分选
金属包装废弃物中主要是钢铁和铝及其合金。钢铁利用磁选法很容易从其他物质中分离, 而铝及其合金的分离就困难得多。铝及其合金包装废弃物的分离分选方法主要有重力分离、静电分离和热分离三种方法。重力分离方法是利用压缩空气在曲曲折折的分离器中把铝从其他密度较大的物资中分离出来;静电分离法是给物质施加静电荷后, 导体很快失去电荷而非导体却保持着它的电荷, 带有相反电荷的转鼓将吸住非导体, 而导体会很快落下去被分离;热分离是利用各种金属的不同熔点将铝和锌分离出来。
四、金属包装废弃物的回收利用
金属包装废弃物有黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要是镀锡钢板(马口铁)、镀锌钢板(白铁皮)等钢铁材料。有色金属主要是铝及其合金和锡等材料。
1、钢铁桶的回收和利用
钢铁桶回收后首先要按用途和规格进行分类,然后进行清洗, 可以重新包装产品。至于污染严重、变形显著的桶还应进行翻新、洗净、烘干和喷漆后再使用。
回收的废钢铁桶如生锈严重, 可采用少量的稀酸液擦除, 然后用碱水和清水立即进行清洗。有条件或专业性的企业可以采用“磷酸缓蚀除锈剂”来除锈。其配方为每升含磷酸(密度1.66)110-180克,烷基苯磺酸钠20～40克, 硝酸锌150～170克, 氯化镁15～30克, 酒石酸5～10克, 重铬酸钾0.2～0.4克, 钼酸胺0.8～1.2克, 配制溶液PH 值在2～3之间。
2、钢铁包装废弃物的回炉冶炼
对不能修复再用的钢铁包装废弃物可以回炉冶炼。废钢铁回炉冶炼经济简便、时间短、见效快, 减少了采矿、造矿、炼铁等环节, 还可以节省设备投资,可降低1/3 的成本。
钢铁容易识别, 并具有磁性, 所以用人工或磁选设备将其分离。废钢铁的回炉冶炼, 平炉可用20～60%废钢;电弧炉可用100%废钢;氧气转炉可用15～25%。但实际操作时要特别慎重, 因为包装废钢铁桶和罐中的铅、锡、铝等熔点低, 易与炼钢炉壁的耐火材料反应, 造成炉壁损伤, 有的还会降低钢铁质量。例如炉内含有0.01%锡就会使钢铁硬化, 造成轧钢困难, 混入钢材中还会导致钢锭开裂和热加工时产生裂纹等。
3、铝及其合金包装废弃物的回收利用
铝的产量仅次于钢铁, 铝在包装中的地位也仅次于钢铁。铝呈银白色, 质地轻, 延展性好, 拉伸强度低于钢, 但具有较高的比强度(拉伸强度与密度的比值)。其缺点是疲劳极限不高, 熔点低(660℃), 高温强度差, 硬度低, 耐磨性差。铝作为包装材料, 一般使用铝板、铝块和铝箔以及镀铝薄膜。铝板通常作为制罐材料或作为制盖材料;铝块用来制造挤压成型和减薄拉伸成型的罐;铝箔一般用来做防潮内包装或制作复合材料以及软包装等。铝板多为铝合金, 即在纯铝中加入少量的锰、镁、钛等元素以改变纯铝的物理性能, 厚度一般为0.2～0.4 毫米;铝块主要是纯度为99.3～99.7 的商业纯铝;铝箔也是纯铝, 一般纯度为99.3～99.5%, 用于复合材料的铝箔厚度为7～30微米, 用于制作铝容器的厚度常为30～130 微米。
铝及其合金包装废弃物的回收具有良好的社会效益和经济效益。每回收1 吨废铝, 可炼电解铝0.9吨。可节约铝矾土0.42 吨、纯碱0.08 吨, 电极材料0.06吨, 每小时可节省电能2 万度, 还可以减少环境污染。但由于我国铝包装材料没有相应的回收法规和措施, 所以回收量较低, 仅牙膏皮一年就要白白扔掉万吨以上。
(1)铝及其合金包装废弃物的回炉再生
废铝在逆流两室反射炉、外敞口熔炼室反射炉或其他形式炉中熔炼, 可以得到含有某种成份的合金, 其关键技术是加熔剂吸收阻碍铝滴聚集的氧化铝膜。加入的熔剂氯化钠与氯化钾按1比1, 再加冰晶石10%或营石1.25%。熔剂加入后要加强搅拌,促进铝滴的聚集。铝合金也常采用通入含15%的氯气和85%的惰性气体的方法或真空精炼的方法去除二氧化铝夹渣和熔解的氢气。一般而言, 废铝可以熔炼成可锻铝合金、铸造铝合金和供冶炼钢、铁合金用的脱氧剂。除上述之外, 废铝还可以用浸出法和干法从浮渣和溶渣中回收小铝粒。干法其工艺过程是先将废铝破碎, 再进行筛分和磁选等。废铝回炉再生时, 为了熔炼一致, 有时加一些同种铝锭一起冶炼。冶炼时还需用氯化铝或者氯化钾和氯化钠作熔剂进行脱镁。废铝回炉再生时, 必须清除干净废铝罐上的涂层和其他污染物, 以免造成熔体损失。清除的方法:其一是用有机溶剂, 如用丙酮将漆类、油类和其他表面污染物清除;其二是用脱漆炉清除废铝上的涂层。即将废铝料由运输带连续流经高温控制区, 逐渐加热至538℃左右脱漆。但要严格控制温度, 因为铝的熔化温度是660℃。
(2)利用铝制品包装废弃物开发新产品
其一, 铝制品包装废弃物多为纯铝, 如牙膏皮之类可以不必回炉冶炼, 只需通过专用的挤压设备就可以制成价值很高的铝粒。但在挤压之前, 必须将塑料盖分离出来;其二, 铝制品包装废弃物, 如复合铝纸, 防潮镀铝, 废牙膏皮等都可以生产铝粉。铝粉俗称银粉, 质量轻, 稳定性好, 反射光和热性能良好,再加上遮盖能力强, 所以可以用于制造油漆和油墨等产品。其加工方法是:将回收的废铝去除污物, 凉干后与润滑剂混合(每100公斤铝中加入石蜡1～2公斤), 然后用捣碎机捣碎或在槽中碾碎。在破碎过程中要不断地搅拌(每10～15分钟翻动一次), 直至将捣碎的料碾成硬饼状为止。而后将硬饼状的料加入磨粉机中磨, 用10～20目的箩筛筛过后再磨,磨至可通过120～150目的箩筛为止。这时用石油醚洗涤或抛光, 达到要求的光泽, 凉干后即成铝粉。铝粉是易燃易爆品, 小包装后要放入铁皮桶内,而且要通风干燥保存;其三, 铝制品包装废弃物还可以用来开发新产品聚合氯化铝。该产品为无色树脂状物, 其密度随聚合度而经常变化, 而且易溶于水、酸和碱。溶于水后, 水解生成胶体溶液。主要用途是作生活用水和工业用水的净水剂, 也可以用于净化工业废水。其生产方法是:将废铝材放入水池中浸泡2～3天, 用人工或其他方法将一切可溶物清除, 再凉干放入坩埚内熔化(熔化温度约710℃),然后在溶液中加入少量氟硼酸钠或硼铝合金块, 不断搅拌使渣浮出。清除上述溶渣后, 再将铝液铸成块状或条状, 加工成铝屑后再制取聚合氯化铝。制取聚合氯化铝的工艺流程是:酸溶、水解、过滤、聚合。
4、锡制品包装废弃物的回收利用
锡在包装制品中主要是用来生产马口铁(即钢板表层镀锡), 其次是生产锡箔。纯锡是银白色略带蓝色光泽的金属, 硬度比铝大, 延展性很好, 具有良好的抗腐蚀性能, 不易氧化, 一般锡及其化合物对人体无害。锡还具有两种别的金属不具有的特性:其一是液化与汽化温度间距大(溶点为231.96℃, 沸点为2227℃);其二是坚固的锡器弯曲时会发出沙沙的锡鸣声。
锡制品包装废弃物的回收利用可采取下述三种方法:其一, 一般马口铁包装废弃物只要锈蚀不严重, 完全可以改制小的马口铁罐或者罐盖、图钉等小五金制品, 做到材尽其用。其二, 我国马口铁消耗量还是较大的(60万吨/年), 而125吨罐头盒或马口铁饮料罐可提取1吨锡, 所以马口铁上的锡回收是有经济效益的。由于马口铁具有磁性, 较铝罐易回收。马口铁中锡的回收方法有两种, 一是在有氧化剂存在的条件下先将废料用热的苛性碱液进行化学处理, 锡参加反应(钢未参加反应) 生成锡酸钠(Na2SnO2), 再用电解法从所生成的锡盐溶液中回收锡;二是将废马口铁罐用干燥的氯气处理, 锡生成氯化锡(SnCl4), 而钢未被浸蚀, 从而将锡和钢分离开来;其三, 废马口铁作为废钢铁回炉, 使钢铁中含有少量的锡(低于0.1 %), 可以改善铸铁的性能。
五、金属包装废弃物综合治理措施
建国以来, 我国很重视废金属的回收再生工作,但是缺乏环保意识和科学管理。为了减少金属包装废弃物, 开发第二资源, 有关部门需要制订法规计划, 改革管理机制, 建立监管执法, 抓好宣传教育等方面通盘考虑综合治理。出发点是减废, 立足点是资源化和无害化。
1、广泛宣传, 加强环境保护意识教育
人类创造文明时, 由于忽略了与大自然的协调,使其赖以生存的生态平衡遭到了日益严重的破坏。在我国, 大气、水源、土壤都已受到了不容忽视的污染, 其中包装废弃物占了一定的比例。环境恶化已成为世界性的难题, 成为直接影响人类生存质量, 制约可持续发展的主要因素。因此, 加强社会主义精神文明建设, 加强人们对环保问题的认识, 是一项长期反复、广泛深入的工作。这项工作要利用各种媒体广泛宣传, 发动全民参与, 群策群力。通过举办研讨会、讲座、展览、咨询、演唱会、有奖知识竞赛以及积极开展“环保”和“废物回收” 的活动, 大造舆论, 以提高全民环保意识, 人人重视环保工作, 将我国建成一个高度文明的社会主义强国。
2、健全法制, 制定处置有关包装废弃物的法规
发达国家为了改善自己国家的生存环境, 提高环境质量, 制订了一系列有关环境保护和包装废弃物排放的法规。例如, 美国于1956年就颁布了《团体废弃物处置法》, 1970年又颁布了《资源回收法》;法国规定了将垃圾废弃物抛到公共场所, 罚款250至600法郎;韩国1995年规定了生活垃圾必须使用政府提供的垃圾袋, 而且要将垃圾分为可回收的物质和不可回收的物质两大类, 并根据垃圾量收费。对于违反者最高可罚款40万韩元(折合人民币1万元)。从而使得废弃物管理有法)可依, 有章可循, 违法必究。
我国借鉴了发达国家的经验, 对防治团体废弃物的污染, 已于1989年颁布了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》和《国务院关于环境保护若干问题的决定》。这些法规都作出了具体的防治规定及应采取的相应措施, 但缺乏具体可操作的法规, 也缺乏强有力的执法手段和监督机制, 违法也无人追究责任。
3、科学管理, 建立和健全金属包装废弃物回收网络系统
改革开放前, 我国废弃物的回收工作主要是靠各个城镇的“废品收购站”。改革开放后, 异军突起, 出现了很多个体的“废品收购点”。但这些收购点缺乏科学管理, 更未形成网络系统。尤其是外来“拾荒”民工人员复杂, 良莠不齐, 无证经营, 缺乏价值观念和道德观念,对包装废弃物的回收带来了负面影响。包装废弃物的污染是由千家万户造成的, 所以回收包装废弃物也要靠千家万户配合。我国台湾城市垃圾箱就由两个连体的圆筒组成:蓝色的为不可燃垃圾, 红色为可燃的垃圾, 市民自觉分类投放。在一些专门机构还用四色垃圾箱:蓝色为废纸箱, 红色为废塑料箱, 绿色为废玻璃箱,黄色为废金属箱。这样做的结果为包装废弃物的回收提供了方便, 降低了成本, 减少了自身污染。
对于包装废弃物的回收工作, 各级政府、物资管理部门、环保部门和工商管理部门应予高度重视。要科学管理, 充分地利用我国剩余劳动力, 并努力提高回收人员的素质, 把包装废弃物的回收网络系统建立和健全起来, 并实现良性运作。同时, 政策上应给予倾斜, 并利用经济杠杆, 使“第二资源” 得到充分再利用和再生循环。这样不仅物质得到了充分利用, 而且减少了环境污染, 安排了劳动力。
4、综合利用, 将金属包装废弃物“变废为宝” 和开发新产品
前面已经论述过, 金属包装废弃物主要是钢铁、铝及其合金。同时也在第四大问题中重点论述了钢铁、铝及其合金的回炉再生与新产品开发, 因此不再重复。在此只强调一点, 金属包装废弃物的综合利用, “变废为宝” 和新产品开发是金属包装废弃物综合治理的关键,应引起高度重视, 并组织有关专家和技术人员进行专题研究。
（来源：中国包装工业，作者：赵延伟、范军红）
