盧葦　劉天生　王鳳英

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院　太原030051）

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爆炸法回收廢舊輪胎實(shí)驗(yàn)研究

盧葦劉天生王鳳英

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院太原030051）

摘要利用爆破法處理廢舊輪胎，通過觀察測(cè)量廢舊輪胎爆破后的橡膠碎片量，考察了不同炸藥對(duì)輪胎回收效果的影響。通過測(cè)量加入不同比例消焰劑的TNT爆破回收量，確定了最佳配比范圍。研究表明，在TNT中加入消焰劑可有效提高輪胎爆破回收效果，消焰劑加入量10%～15%時(shí)效果最佳。

關(guān)鍵詞爆破法廢舊輪胎消焰劑

Study on the Recovery of the Obsolete Tires by Blasting Method

LU Wei LIU Tiansheng WANG Fengying
（College of Chemical Engineering and Environment，North University of China Taiyuan 030051）

Abstract The blasting method is used to deal with the obsolete tires and the effects of different explosives on the recovery of tire are investigated by measuring the amount of rubber debris after the explosion．The optimum formula is determined by measuring the recovery effect of TNT with different amount of flame inhibitor．The results show that the addition of flame in-hibitor in TNT can effectively improve the recovery effect of the obsolete tires and the effect is best when 10%～15%of flame inhibitor is added．

Key Words blasting method obsolete tires flame inhibitor

0　引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年國內(nèi)輪胎生產(chǎn)量約5．62億條，其中子午胎產(chǎn)量約5．11億條，子午化率為90%，同比2013年增長2個(gè)百分點(diǎn)［1－2］。2014年國內(nèi)廢舊輪胎產(chǎn)生量約2．99億條，重量達(dá)1 080萬t，并以每年約5%～6%的速度持續(xù)增長。廢舊輪胎屬于不溶或難溶的高分子彈性材料，其分解到不影響土壤中植物生長的程度往往需要數(shù)百年。長期大量堆積的廢舊輪胎，不僅占用土地，更易滋生蚊蟲，傳播疾病，破壞植物植被，給環(huán)境造成了很大的壓力［3］。

我國是一個(gè)橡膠資源相對(duì)匱乏的國家，隨著橡膠需求業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)緊缺的橡膠資源已不足以供給國內(nèi)需求的增長，因此，提高廢舊輪胎的回收利用率，不僅可以緩解國內(nèi)橡膠需求壓力，更能緩解環(huán)境壓力。

廢舊輪胎是高再生價(jià)值的產(chǎn)品類廢棄物，具備環(huán)境污染潛在性和資源性的雙重性質(zhì)。目前國內(nèi)處理廢舊輪胎的方法主要有直接利用、翻新、生產(chǎn)膠粉、生產(chǎn)再生膠、燃燒利用、熱解利用等［4－5］，其中，將廢舊輪胎制成膠粉后直接使用或與其他材料混合使用，被認(rèn)為是廢舊輪胎回收利用的最佳途徑。

2000年9月，解放軍理工大學(xué)與上海市長寧區(qū)工業(yè)投資發(fā)展總公司合作，正式啟動(dòng)“廢舊輪胎爆破回收技術(shù)”研究［6］，運(yùn)用爆炸法對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行解體，達(dá)到以低能耗快速粉碎輪胎并最大程度回收利用的目的。之后，陳曉理等對(duì)廢舊輪胎爆破粉碎動(dòng)力學(xué)模型和近爆區(qū)壓力進(jìn)行了研究［7－8］，為廢舊輪胎爆破粉碎工藝提供了基礎(chǔ)。由于爆炸法處理廢舊輪胎追求低能耗與高程度回收［9］，因此炸藥的使用起著至關(guān)重要的作用。

1實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)及分析

1．1實(shí)驗(yàn)裝置

考慮到炸藥在爆炸倉中爆炸產(chǎn)生的高溫高壓以及強(qiáng)大的沖擊波［10］，將爆炸倉用鋼筋混凝土澆筑在地基下，爆炸倉壁采用16MnR鋼，抗拉強(qiáng)度525 MPa，屈服強(qiáng)度為375 MPa，鋼壁厚度32 mm，爆炸倉內(nèi)徑1 000 mm，寬800 mm，深1 500 mm，頂部使用可活動(dòng)倉蓋，并設(shè)有2個(gè)出氣孔用以卸荷，便于加料和取料。爆炸倉如圖1所示。

1．2實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)炸藥選用膨化硝銨炸藥、乳化炸藥、TNT［11］，炸藥猛度依次增加，以尋求最適用的炸藥。爆炸時(shí)，必須當(dāng)爆炸能量達(dá)到一定數(shù)值才能產(chǎn)生良好的破碎效果［7］，實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一采用1．5 kg炸藥用量。

圖1實(shí)驗(yàn)用爆炸倉

使用195／65R15 91H型號(hào)輪胎，此輪胎為半鋼子午胎，是家用轎車主要型號(hào)輪胎。子午線輪胎由橡膠、鋼絲圈和鋼絲簾布等組成，各組成材料強(qiáng)度差距較大，機(jī)械粉碎方法實(shí)施起來較為困難。

1．3實(shí)驗(yàn)過程

爆炸法處理廢舊輪胎是作為生產(chǎn)膠粉前對(duì)輪胎進(jìn)行的預(yù)處理，屬于粗碎過程［9］。因此，把橡膠與鋼絲圈等的分離是否徹底，以及經(jīng)爆破處理后的輪胎碎塊塊徑在50 mm以下定義為爆破效果良好，輪胎碎塊塊徑在20 mm以下定義為爆破效果好。實(shí)驗(yàn)使用環(huán)形裝藥方式，均勻分布在輪胎內(nèi)環(huán)，將輪胎水平置于爆炸倉底部，關(guān)閉爆炸倉倉蓋后用5號(hào)雷管引爆炸藥。爆炸結(jié)束，待氣體消散完全，進(jìn)入爆炸倉取出輪胎碎塊進(jìn)行測(cè)量和觀察。因?yàn)門NT爆炸后呈負(fù)氧平衡，產(chǎn)生有毒氣體，所以TNT爆炸實(shí)驗(yàn)完成后，進(jìn)入爆炸倉收集輪胎碎塊時(shí)需要裝備防毒面罩與防護(hù)衣。

1．3．1不同炸藥對(duì)爆破回收效果的影響

對(duì)單支輪胎進(jìn)行爆破，通過改變炸藥種類研究其對(duì)爆破廢舊輪胎回收效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1不同炸藥的爆破回收效果

實(shí)驗(yàn)表明，在等量裝藥情況下，TNT所得實(shí)驗(yàn)效果最好，即經(jīng)處理后所得碎塊塊徑小于20 mm的所占比例最大，且與鋼絲圈分離最為徹底。膨化硝銨炸藥與乳化炸藥實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致，幾乎能夠回收到全部的爆炸產(chǎn)物，但效果比TNT相差較多，所回收到的輪胎碎塊塊徑較大。

1．3．2 TNT中混入不同比例消焰劑對(duì)爆炸效果的影響

實(shí)驗(yàn)過程中，在利用TNT爆破時(shí)，輪胎碎塊回收量明顯減少，主要是因?yàn)槭躎NT高爆溫影響，橡膠出現(xiàn)部分碳化現(xiàn)象。橡膠碳化原因主要是高溫，而消焰劑與爆炸火焰接觸時(shí)，在短暫的時(shí)間內(nèi)能起吸熱、隔熱、降低氧氣含量或消除火焰中的活性基團(tuán)等作用［12－13］，所以在另一組實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)炸藥改為混入不同比例消焰劑的TNT（實(shí)驗(yàn)中選用的消焰劑為氯化鈉），使用環(huán)形裝藥方式，對(duì)單支輪胎進(jìn)行爆破，研究消焰劑對(duì)爆破廢舊輪胎回收效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 TNT 中混入不同比例消焰劑的爆破回收效果

實(shí)驗(yàn)表明，TNT中加入消焰劑能有效改善輪胎爆破后的回收量，特別是在加入10%消焰劑以后效果明顯，但是在消焰劑加入量超過15%后，橡膠總回收率變化不大，而塊徑大于50 mm的橡膠塊明顯增加，回收效果明顯降低，因此，消焰劑最佳加入量為10%～15%。炸藥組分中消焰劑含有量與輪胎爆破回收量的關(guān)系如圖2所示。

圖2消焰劑加入量與爆破回收量的關(guān)系

2結(jié)論

（1）輪胎爆破回收效果與爆破使用的炸藥猛度有關(guān)，猛度越高，爆炸回收效果越好。

（2）輪胎爆破回收量與炸藥爆炸能量有關(guān)，當(dāng)爆炸能量過高時(shí)，輪胎橡膠產(chǎn)生碳化，回收率降低。

（3）混入10%～15%消焰劑的TNT能夠達(dá)到相對(duì)較好的輪胎爆破回收效果，能夠?qū)⑤喬ハ鹉z與鋼絲圈基本完全分離，并且粉碎后的輪胎基本不會(huì)發(fā)生碳化現(xiàn)象。

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劉天生，男，1960年生，教授，主要從事現(xiàn)代裝甲防護(hù)技術(shù)、武器系統(tǒng)對(duì)抗與防護(hù)技術(shù)、新型含能材料、現(xiàn)代爆破技術(shù)、安全監(jiān)測(cè)與自控技術(shù)等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作。

收稿日期：（2015－08－19）

作者簡介盧葦，男，1988年生，中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)榘踩茖W(xué)與工程。