范軍紅：金屬包裝廢棄物綜合治理研究
文/范軍紅
范軍紅（資料照片）
金屬包裝容器具有很好的機械性能, 它比紙和紙板、塑料、木材、玻璃等容器的抗沖擊能力都強, 而且不容易碎裂破損, 且有良好的加工性能和美麗的光澤, 因而廣泛地應用于食品、醫藥、化工、輕工和燃料等行業中。金屬包裝容器常用材料主要是薄鋼板(黑鐵皮)、鍍錫薄鋼板(馬口鐵)、鍍鋅薄鋼板(白鐵皮)、鋁及鋁合金皮等。常見的金屬包裝容器有金屬桶、金屬罐、金屬盒、金屬瓶、金屬管和軟性飲料鋁箔罐、超薄型罐和無縫罐等。
金屬包裝廢棄物是指失去或完成保持內裝物原有價值和使用價值的功能, 成為固體廢物丟棄的金屬包裝容器及材料;金屬包裝廢棄物的綜合治理是指對金屬包裝廢棄物進行處理(即減少已產生的金屬包裝廢棄物的數量, 減少金屬包裝廢棄物的體積等)和利用(即通過回收、加工等方式, 從金屬包裝廢棄物中提取或者使其轉化為可以利用的資源和其他原材料的活動)。
一、金屬包裝廢棄物在城市生活垃圾中的含量
金屬包裝材料是傳統包裝材料之一。我國是最早發明鐵器和銅器的國家, 在金屬包裝方面居開天辟地之地位。早在春秋戰國時期, 我國就采用了青銅制作各種容器。在南北朝時期有用銀作為酒類包裝容器的記載。金屬包裝發展到現代, 其速度之快、品種之多, 已經發展到了以鋼和鋁合金為主要材料,廣泛用于銷售包裝和運輸包裝容器的時代。金屬包裝在包裝材料中所占的位置是:目前日本和歐洲各國包裝材料中金屬約占14 %, 僅次于紙和塑料, 占第一位;美國生產的金屬容器占整個包裝材料的28 %, 僅次于紙和紙板, 占第二位;我國進入八十年代以來, 發展較快, 現有大、中型金屬包裝制造廠300 多個, 有金屬容器自動生產線100 多條, 1999 年金屬包裝容器已達到220 萬噸。
當金屬包裝容器失去或完成保護內裝物原有價值和使用價值的功能之后, 它也和其他包裝廢棄物一樣, 成為固體廢棄物而加入垃圾的行列。有資料顯示, 美國每年產生城市生活垃圾1.5 億噸;我國城市人均垃圾年產量達到440 公斤, 1996 年城市生活垃圾已達1 億噸, 而且每年以8 %至10 %的速度增長, 近年我國城市生活垃圾量已達1 .5 億噸。以上海市和廣州市為例, 上海市已日產城市生活垃圾約1 萬噸;廣州市已日產城市生活垃圾約5 千噸以上(詳見表1 和表2)。而這些城市生活垃圾中大約有1/3 至1/2 是包裝廢棄物, 而金屬包裝廢棄物約占9 %。例如, 美國的包裝廢棄物約占城市生活垃圾的33 %, 日本約占40 %, 歐盟各國約占30 %至50 % , 我國約占30 %至40 %(詳見表3 、表4和表5）。
二、金屬包裝廢棄物回收利用的意義
地球上金屬材料資源是有限的, 人們不能將礦山開采作為原料的基本來源, 而應視為現有原料的補充。生產原金屬不僅消耗有限的礦產資源和消耗大量能源, 而且會產生大量礦山廢料, 破壞植被和浪費土地資源;再生金屬可以節省能源, 減少環境污染, 使有限的礦產資源耗盡的時間得以延長。提取每噸原生金屬和再生金屬能量詳見表7 ;西方發達國家再生金屬占總金屬量的比較詳見表8;回收廢鋁罐和廢鐵罐加工成原材料節能和環境影響情況詳見表9 ;廣州市近幾年回收廢金屬的情況詳見表10 。
三、金屬包裝廢棄物的分選技術
金屬包裝廢棄物經常與其他包裝廢棄物以及其他城市生活垃圾混雜在一起, 除了傳統的人工分選外, 還可以采用現代技術進行分選。
1、利用磁性進行分選
鋼鐵具有磁性, 不少國家在處理大量城市生活垃圾時, 將各式各樣的工業磁鐵裝在運輸和專送設備上, 以便分選出大大小小的鋼鐵廢棄物。
2、利用重力進行分選
首先利用物質的不同密度, 通過空氣分離設備,將密度小的物質和密度大的物質材料初步分離, 然后將掉落在容器底部的密度大的物質進一步分選。例如密度大的金屬和玻璃就常用振動篩進行再次分選。
除上述之外, 也可以采用慣性方法進行分選, 常用設備有彈道分選機、反彈道分選機和斜板運輸分選機等;還可以采用離心分選法從大量密度較小的材料中分選出密度較大的金屬。其設備可使用環形篩或滾圈, 依靠旋轉離心力作用使金屬移向外面, 密度較小的物質移向里面。
3、利用回轉爐熔化分選
因為不同的金屬有不同的熔點, 所以可以利用金屬的這一特性進行分選。其方法是:將金屬混合料投入形狀象回轉窯那樣的回轉爐內, 嚴格控制爐溫使低熔點的金屬從靠近窯爐底處流出回收, 而熔點較高的金屬則從端部流出。該方法可將熔點差別較大的金屬進行分離。
4、有色金屬的分選
金屬包裝廢棄物中主要是鋼鐵和鋁及其合金。鋼鐵利用磁選法很容易從其他物質中分離, 而鋁及其合金的分離就困難得多。鋁及其合金包裝廢棄物的分離分選方法主要有重力分離、靜電分離和熱分離三種方法。重力分離方法是利用壓縮空氣在曲曲折折的分離器中把鋁從其他密度較大的物資中分離出來;靜電分離法是給物質施加靜電荷后, 導體很快失去電荷而非導體卻保持著它的電荷, 帶有相反電荷的轉鼓將吸住非導體, 而導體會很快落下去被分離;熱分離是利用各種金屬的不同熔點將鋁和鋅分離出來。
四、金屬包裝廢棄物的回收利用
金屬包裝廢棄物有黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬主要是鍍錫鋼板(馬口鐵)、鍍鋅鋼板(白鐵皮)等鋼鐵材料。有色金屬主要是鋁及其合金和錫等材料。
1、鋼鐵桶的回收和利用
鋼鐵桶回收后首先要按用途和規格進行分類,然后進行清洗, 可以重新包裝產品。至于污染嚴重、變形顯著的桶還應進行翻新、洗凈、烘干和噴漆后再使用。
回收的廢鋼鐵桶如生銹嚴重, 可采用少量的稀酸液擦除, 然后用堿水和清水立即進行清洗。有條件或專業性的企業可以采用“磷酸緩蝕除銹劑”來除銹。其配方為每升含磷酸(密度1.66)110-180克,烷基苯磺酸鈉20～40克, 硝酸鋅150～170克, 氯化鎂15～30克, 酒石酸5～10克, 重鉻酸鉀0.2～0.4克, 鉬酸胺0.8～1.2克, 配制溶液PH 值在2～3之間。
2、鋼鐵包裝廢棄物的回爐冶煉
對不能修復再用的鋼鐵包裝廢棄物可以回爐冶煉。廢鋼鐵回爐冶煉經濟簡便、時間短、見效快, 減少了采礦、造礦、煉鐵等環節, 還可以節省設備投資,可降低1/3 的成本。
鋼鐵容易識別, 并具有磁性, 所以用人工或磁選設備將其分離。廢鋼鐵的回爐冶煉, 平爐可用20～60%廢鋼;電弧爐可用100%廢鋼;氧氣轉爐可用15～25%。但實際操作時要特別慎重, 因為包裝廢鋼鐵桶和罐中的鉛、錫、鋁等熔點低, 易與煉鋼爐壁的耐火材料反應, 造成爐壁損傷, 有的還會降低鋼鐵質量。例如爐內含有0.01%錫就會使鋼鐵硬化, 造成軋鋼困難, 混入鋼材中還會導致鋼錠開裂和熱加工時產生裂紋等。
3、鋁及其合金包裝廢棄物的回收利用
鋁的產量僅次于鋼鐵, 鋁在包裝中的地位也僅次于鋼鐵。鋁呈銀白色, 質地輕, 延展性好, 拉伸強度低于鋼, 但具有較高的比強度(拉伸強度與密度的比值)。其缺點是疲勞極限不高, 熔點低(660℃), 高溫強度差, 硬度低, 耐磨性差。鋁作為包裝材料, 一般使用鋁板、鋁塊和鋁箔以及鍍鋁薄膜。鋁板通常作為制罐材料或作為制蓋材料;鋁塊用來制造擠壓成型和減薄拉伸成型的罐;鋁箔一般用來做防潮內包裝或制作復合材料以及軟包裝等。鋁板多為鋁合金, 即在純鋁中加入少量的錳、鎂、鈦等元素以改變純鋁的物理性能, 厚度一般為0.2～0.4 毫米;鋁塊主要是純度為99.3～99.7 的商業純鋁;鋁箔也是純鋁, 一般純度為99.3～99.5%, 用于復合材料的鋁箔厚度為7～30微米, 用于制作鋁容器的厚度常為30～130 微米。
鋁及其合金包裝廢棄物的回收具有良好的社會效益和經濟效益。每回收1 噸廢鋁, 可煉電解鋁0.9噸。可節約鋁礬土0.42 噸、純堿0.08 噸, 電極材料0.06噸, 每小時可節省電能2 萬度, 還可以減少環境污染。但由于我國鋁包裝材料沒有相應的回收法規和措施, 所以回收量較低, 僅牙膏皮一年就要白白扔掉萬噸以上。
(1)鋁及其合金包裝廢棄物的回爐再生
廢鋁在逆流兩室反射爐、外敞口熔煉室反射爐或其他形式爐中熔煉, 可以得到含有某種成份的合金, 其關鍵技術是加熔劑吸收阻礙鋁滴聚集的氧化鋁膜。加入的熔劑氯化鈉與氯化鉀按1比1, 再加冰晶石10%或營石1.25%。熔劑加入后要加強攪拌,促進鋁滴的聚集。鋁合金也常采用通入含15%的氯氣和85%的惰性氣體的方法或真空精煉的方法去除二氧化鋁夾渣和熔解的氫氣。一般而言, 廢鋁可以熔煉成可鍛鋁合金、鑄造鋁合金和供冶煉鋼、鐵合金用的脫氧劑。除上述之外, 廢鋁還可以用浸出法和干法從浮渣和溶渣中回收小鋁粒。干法其工藝過程是先將廢鋁破碎, 再進行篩分和磁選等。廢鋁回爐再生時, 為了熔煉一致, 有時加一些同種鋁錠一起冶煉。冶煉時還需用氯化鋁或者氯化鉀和氯化鈉作熔劑進行脫鎂。廢鋁回爐再生時, 必須清除干凈廢鋁罐上的涂層和其他污染物, 以免造成熔體損失。清除的方法:其一是用有機溶劑, 如用丙酮將漆類、油類和其他表面污染物清除;其二是用脫漆爐清除廢鋁上的涂層。即將廢鋁料由運輸帶連續流經高溫控制區, 逐漸加熱至538℃左右脫漆。但要嚴格控制溫度, 因為鋁的熔化溫度是660℃。
(2)利用鋁制品包裝廢棄物開發新產品
其一, 鋁制品包裝廢棄物多為純鋁, 如牙膏皮之類可以不必回爐冶煉, 只需通過專用的擠壓設備就可以制成價值很高的鋁粒。但在擠壓之前, 必須將塑料蓋分離出來;其二, 鋁制品包裝廢棄物, 如復合鋁紙, 防潮鍍鋁, 廢牙膏皮等都可以生產鋁粉。鋁粉俗稱銀粉, 質量輕, 穩定性好, 反射光和熱性能良好,再加上遮蓋能力強, 所以可以用于制造油漆和油墨等產品。其加工方法是:將回收的廢鋁去除污物, 涼干后與潤滑劑混合(每100公斤鋁中加入石蠟1～2公斤), 然后用搗碎機搗碎或在槽中碾碎。在破碎過程中要不斷地攪拌(每10～15分鐘翻動一次), 直至將搗碎的料碾成硬餅狀為止。而后將硬餅狀的料加入磨粉機中磨, 用10～20目的籮篩篩過后再磨,磨至可通過120～150目的籮篩為止。這時用石油醚洗滌或拋光, 達到要求的光澤, 涼干后即成鋁粉。鋁粉是易燃易爆品, 小包裝后要放入鐵皮桶內,而且要通風干燥保存;其三, 鋁制品包裝廢棄物還可以用來開發新產品聚合氯化鋁。該產品為無色樹脂狀物, 其密度隨聚合度而經常變化, 而且易溶于水、酸和堿。溶于水后, 水解生成膠體溶液。主要用途是作生活用水和工業用水的凈水劑, 也可以用于凈化工業廢水。其生產方法是:將廢鋁材放入水池中浸泡2～3天, 用人工或其他方法將一切可溶物清除, 再涼干放入坩堝內熔化(熔化溫度約710℃),然后在溶液中加入少量氟硼酸鈉或硼鋁合金塊, 不斷攪拌使渣浮出。清除上述溶渣后, 再將鋁液鑄成塊狀或條狀, 加工成鋁屑后再制取聚合氯化鋁。制取聚合氯化鋁的工藝流程是:酸溶、水解、過濾、聚合。
4、錫制品包裝廢棄物的回收利用
錫在包裝制品中主要是用來生產馬口鐵(即鋼板表層鍍錫), 其次是生產錫箔。純錫是銀白色略帶藍色光澤的金屬, 硬度比鋁大, 延展性很好, 具有良好的抗腐蝕性能, 不易氧化, 一般錫及其化合物對人體無害。錫還具有兩種別的金屬不具有的特性:其一是液化與汽化溫度間距大(溶點為231.96℃, 沸點為2227℃);其二是堅固的錫器彎曲時會發出沙沙的錫鳴聲。
錫制品包裝廢棄物的回收利用可采取下述三種方法:其一, 一般馬口鐵包裝廢棄物只要銹蝕不嚴重, 完全可以改制小的馬口鐵罐或者罐蓋、圖釘等小五金制品, 做到材盡其用。其二, 我國馬口鐵消耗量還是較大的(60萬噸/年), 而125噸罐頭盒或馬口鐵飲料罐可提取1噸錫, 所以馬口鐵上的錫回收是有經濟效益的。由于馬口鐵具有磁性, 較鋁罐易回收。馬口鐵中錫的回收方法有兩種, 一是在有氧化劑存在的條件下先將廢料用熱的苛性堿液進行化學處理, 錫參加反應(鋼未參加反應) 生成錫酸鈉(Na2SnO2), 再用電解法從所生成的錫鹽溶液中回收錫;二是將廢馬口鐵罐用干燥的氯氣處理, 錫生成氯化錫(SnCl4), 而鋼未被浸蝕, 從而將錫和鋼分離開來;其三, 廢馬口鐵作為廢鋼鐵回爐, 使鋼鐵中含有少量的錫(低于0.1 %), 可以改善鑄鐵的性能。
五、金屬包裝廢棄物綜合治理措施
建國以來, 我國很重視廢金屬的回收再生工作,但是缺乏環保意識和科學管理。為了減少金屬包裝廢棄物, 開發第二資源, 有關部門需要制訂法規計劃, 改革管理機制, 建立監管執法, 抓好宣傳教育等方面通盤考慮綜合治理。出發點是減廢, 立足點是資源化和無害化。
1、廣泛宣傳, 加強環境保護意識教育
人類創造文明時, 由于忽略了與大自然的協調,使其賴以生存的生態平衡遭到了日益嚴重的破壞。在我國, 大氣、水源、土壤都已受到了不容忽視的污染, 其中包裝廢棄物占了一定的比例。環境惡化已成為世界性的難題, 成為直接影響人類生存質量, 制約可持續發展的主要因素。因此, 加強社會主義精神文明建設, 加強人們對環保問題的認識, 是一項長期反復、廣泛深入的工作。這項工作要利用各種媒體廣泛宣傳, 發動全民參與, 群策群力。通過舉辦研討會、講座、展覽、咨詢、演唱會、有獎知識競賽以及積極開展“環保”和“廢物回收” 的活動, 大造輿論, 以提高全民環保意識, 人人重視環保工作, 將我國建成一個高度文明的社會主義強國。
2、健全法制, 制定處置有關包裝廢棄物的法規
發達國家為了改善自己國家的生存環境, 提高環境質量, 制訂了一系列有關環境保護和包裝廢棄物排放的法規。例如, 美國于1956年就頒布了《團體廢棄物處置法》, 1970年又頒布了《資源回收法》;法國規定了將垃圾廢棄物拋到公共場所, 罰款250至600法郎;韓國1995年規定了生活垃圾必須使用政府提供的垃圾袋, 而且要將垃圾分為可回收的物質和不可回收的物質兩大類, 并根據垃圾量收費。對于違反者最高可罰款40萬韓元(折合人民幣1萬元)。從而使得廢棄物管理有法)可依, 有章可循, 違法必究。
我國借鑒了發達國家的經驗, 對防治團體廢棄物的污染, 已于1989年頒布了《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》和《國務院關于環境保護若干問題的決定》。這些法規都作出了具體的防治規定及應采取的相應措施, 但缺乏具體可操作的法規, 也缺乏強有力的執法手段和監督機制, 違法也無人追究責任。
3、科學管理, 建立和健全金屬包裝廢棄物回收網絡系統
改革開放前, 我國廢棄物的回收工作主要是靠各個城鎮的“廢品收購站”。改革開放后, 異軍突起, 出現了很多個體的“廢品收購點”。但這些收購點缺乏科學管理, 更未形成網絡系統。尤其是外來“拾荒”民工人員復雜, 良莠不齊, 無證經營, 缺乏價值觀念和道德觀念,對包裝廢棄物的回收帶來了負面影響。包裝廢棄物的污染是由千家萬戶造成的, 所以回收包裝廢棄物也要靠千家萬戶配合。我國臺灣城市垃圾箱就由兩個連體的圓筒組成:藍色的為不可燃垃圾, 紅色為可燃的垃圾, 市民自覺分類投放。在一些專門機構還用四色垃圾箱:藍色為廢紙箱, 紅色為廢塑料箱, 綠色為廢玻璃箱,黃色為廢金屬箱。這樣做的結果為包裝廢棄物的回收提供了方便, 降低了成本, 減少了自身污染。
對于包裝廢棄物的回收工作, 各級政府、物資管理部門、環保部門和工商管理部門應予高度重視。要科學管理, 充分地利用我國剩余勞動力, 并努力提高回收人員的素質, 把包裝廢棄物的回收網絡系統建立和健全起來, 并實現良性運作。同時, 政策上應給予傾斜, 并利用經濟杠桿, 使“第二資源” 得到充分再利用和再生循環。這樣不僅物質得到了充分利用, 而且減少了環境污染, 安排了勞動力。
4、綜合利用, 將金屬包裝廢棄物“變廢為寶” 和開發新產品
前面已經論述過, 金屬包裝廢棄物主要是鋼鐵、鋁及其合金。同時也在第四大問題中重點論述了鋼鐵、鋁及其合金的回爐再生與新產品開發, 因此不再重復。在此只強調一點, 金屬包裝廢棄物的綜合利用, “變廢為寶” 和新產品開發是金屬包裝廢棄物綜合治理的關鍵,應引起高度重視, 并組織有關專家和技術人員進行專題研究。
（來源：中國包裝工業，作者：趙延偉、范軍紅）
