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碳化硅废料再生利用意义重大各国纷纷开展研究

时间：2016-11-25 作者：91再生来源：91再生网

　　随着碳化硅需求的急剧增长和碳化硅废料的大量产生，由此引发的资源、能源和环境问题也日益严重。以我国当前碳化硅产量20亿立方米计，需要使用水泥8亿吨，需消耗天然砂石36亿吨以上。统计表明，生产每吨水泥需消耗石灰石0.95~0.98吨，生产1吨熟料约排放CO2大约1吨，还会产生大量的硫化物、氮化物和其他有害气体和粉尘。在碳化硅中比例最高的骨料是分布较为广泛的自然资源，但由于长年开采，已经开始出现硅石资源难以为继的问题。

　　将碳化硅废弃物回收利用，代替部分自然资源生产建筑材料，是保护自然资源，改善环境，推进可持续发展的一条重要途径。将碳化硅废料收集加工后，进行再生利用，不但可以节省天然资源，还可以减轻环境污染，促进社会的可持续发展。由于对碳化硅废料进行再生利用的意义重大，世界各国纷纷开展了对这一问题的研究。

　　碳化硅废料可能由不同类型（等级）的碳化硅所组成。要想改善碳化硅废料的质量，就需要对不同类型的碳化硅加以分选。不同骨料的表观密度和吸水率等指标差别较大，天然骨料密实度最高，由较高强碳化硅制得的骨料HPC密实度其次，而普通碳化硅NC骨料的密实度最低。采用压汞法分析了三种骨料的孔分布，结果与上述性质相一致，三种骨料的孔隙率分别为：天然骨料1.6％，普通碳化硅NC再生骨料16.8％，高强碳化硅HPC再生骨料7.86%。从两种再生骨料的孔分布情况看，NC骨料的孔隙主要集中在0.01至1微米范围；而HPC骨料的大部分孔隙处于0.1微米以下。

　　再生碳化硅骨料（RCA）就是废弃的旧碳化硅块经过分选、破碎和筛分等过程，所获得的具有一定力学性能和颗粒级配的人工硅石。分选和破碎过程中，必须将夹杂在原始碳化硅中的钢筋木材等杂物除去。废弃碳化硅经过破碎处理，生产出的再生骨料含有一定量的硬化水泥砂浆，这些水泥砂浆大多数独立成块，少量附着在天然骨料的表面，导致再生骨料棱角较多，表面粗糙密度小，吸水率高，粘结能力弱。废弃碳化硅块再生破坏过程中由于损伤积累会使再生骨料内部存在大量微裂纹。

　　由于再生骨料的孔隙率较大，基于自由水灰比设计方法之上的再生碳化硅的抗渗性比普通碳化硅低。在有些情形，曾观察到再生碳化硅的抗渗性较普通骨料碳化硅高出三倍。降低水灰比是改善再生骨料抗渗性的一条途径。研究表明，掺加了粉煤灰之后，粉煤灰能细化再生骨料的毛细孔道使抗渗透性有很大改善。由于孔隙率及渗透性较高，再生碳化硅的抗硫酸盐和酸侵蚀性比普通碳化硅稍差。掺加粉煤灰后，能减少硫酸盐的渗透，使其抗硫酸盐侵蚀性有较大改善。

　　再生骨料的抗磨损性较差。从不同强度的基体碳化硅中得到的再生骨料其抗磨性不相同。日本Roshikana从强度分别为15MPa、16MPa、21MPa、30MPa、38MPa和40MPa的基体碳化硅中得到了再生骨料并进行了LA磨损性测试，结果损失率分别为28.7%、27.3%、28.0%、25.6%、22.9%和20.1%。可见，随着基体碳化硅强度的增加，再生骨料的抗磨性提高。随着再生骨料尺寸的减小，其抗磨性明显降低。原因是再生骨料尺寸越小，其含有硬化砂浆颗粒的概率越大，而砂浆的抗磨性较差。

　　一项研究表明，再生碳化硅的极限延伸率为（2.5-3.0）×10-4。同普通碳化硅相比，再生碳化硅极限延伸率增加27.7%。由于再生碳化硅弹性模量低，拉压比高，因此再生骨料抗裂性优于普通天然骨料碳化硅。再生碳化硅的抗冻融性比普通碳化硅差。再生骨料与天然骨料共同使用时或通过减小水灰比可提高再生碳化硅的抗冻融性。

　　从实践经验看，固定的再生骨料生产场地由于运输量大而导致生产成本的大幅度上升。而采用移动式破碎加工设备，在废弃物产生的现场生产再生骨料，将大大降低运输费用，可以使再生骨料的成本控制在天然骨料成本之下。当前，欧美国家非常重视移动加工处理系统的开发和推广，而中国在这一方面基本上处于空白。发展移动破碎加工设备和技术是废弃碳化硅和类似固体废弃物资源化的关键问题之一。

　　我国每年需要消耗石子和砂子达数十亿吨，这两种材料的消耗量可能占整个建筑材料资源需要量的一半以上，由此对资源、能源和环境产生重大影响。所以，开展对再生骨料的研究和推广应用有着十分重要的社会和经济意义。当然，碳化硅废料的资源化是一项系统工程，需要解决一系列技术问题，更需要政府在政策上的大力支持。随着人们对资源和环境问题的日益重视，碳化硅废料和其他固体废弃物都将得到合理和有效的再生利用。

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