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鑄造廢棄物資源化系統(tǒng)工程

文檔作者：孫可偉李如燕文檔來源：廢棄物資源化國家工程研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月07日
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鑄造廢棄物資源化系統(tǒng)工程
孫可偉，李如燕
(廢棄物資源化國家工程研究中心，云南昆明650033)
摘要：從系統(tǒng)工程和仿生群樂體的基本概念出發(fā)，提出了將鑄造廢棄物作為某種全新產(chǎn)品的原材料進行處理的系統(tǒng)工
程規(guī)劃理論和實施方案；通過人為設(shè)計和調(diào)整廢棄物原材料的適當搭配，并經(jīng)過必要的物理、化學(xué)方法處理后生產(chǎn)出
諸如聚合物基廢棄物復(fù)合材料、水泥基廢棄物復(fù)合材料、陶瓷基廢棄物復(fù)合材料、金屬基廢棄物復(fù)合材料等具有重要
環(huán)境保護、循環(huán)經(jīng)濟、資源開拓意義的新物質(zhì)；通過市場分析，論證了以市場導(dǎo)向推進鑄造廢棄物資源化的發(fā)展思路
和實踐的正確性；介紹了新產(chǎn)品的先進制造技術(shù)和產(chǎn)品性能的檢測、評價等若干用于廢棄物資源化系統(tǒng)工程中的現(xiàn)代
科學(xué)理論和方法。
關(guān)鍵詞：鑄造廢棄物；資源化；系統(tǒng)工程
中圖分類號：X37；X38；TG2 文獻標識碼：A 文章編號：1001—4977(2008)01—0092—05
Systems Engineering of Foundry W aste Resource Recovery
SUN Ke—wei，LI Ru·yan
(National Engineering Research Center of Waste Resource Recovery，Kunming 650033，
Yunnan，China)
Abstract：The programming theory and implementing scheme of the sys；tems engineering that is to
take the foundry waste as the raw materiaI of some new products to process．were put forward
according to the basic principle of systems engineering and bionic group production system．Many
new materials，such as polymer-，cement一，ceramic—and metal—based composites，have been
produced through designing and adjusting the proportion of the waste，and adopting proper physical
and chemicaI treatment．These new materials have important meaning on environment protection．
cycle economy and resource exploit．Through market analysis．the developing plan and its
correctness for the resource recovery of foundry waste were expounded．Furthermore the advanced
manufacturing technology for some new products and some modern scientific theories and methods
used in the systems engineering of waste resource recovery were presented such as performance
inspection and evaluation of the products．
Key words：foundry waste；resource recovery；systems engineering
1 用系統(tǒng)工程規(guī)劃鑄造廢棄物資源化
1．1 系統(tǒng)工程概念
大約120多年前，世界爆發(fā)了一場大變革，把千百
年來人類改造自然的手藝上升到科學(xué)，從而創(chuàng)立了科
學(xué)的工程技術(shù)?，F(xiàn)在人類面臨的是一個認識上的飛躍，
即認知系統(tǒng)工程。在現(xiàn)代社會里，復(fù)雜的系統(tǒng)幾乎無
處不在，任何一種社會活動都會形成一個系統(tǒng)，某個
系統(tǒng)的建立及有效運轉(zhuǎn)便成為一項系統(tǒng)工程。
自然生態(tài)系統(tǒng)是自然界與生俱來的系統(tǒng)，改造自
然界的系統(tǒng)或創(chuàng)造出人類所要的系統(tǒng)則稱為系統(tǒng)工程。
所以系統(tǒng)和系統(tǒng)工程實際上普遍存在，只是近30年來，
特別是近10年，發(fā)展系統(tǒng)工程被大力強調(diào)。當今事物
的規(guī)模和復(fù)雜程度都大大超過以往，用在協(xié)調(diào)上的工
作量很大；而發(fā)展系統(tǒng)工程所必須的理論工具——運
籌學(xué)和計算工具— — 電子計算機已逐步成熟，所以現(xiàn)
代科學(xué)技術(shù)把系統(tǒng)工程這一概念具體化了。
系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)、制約的各個部分所組成的整
體，系統(tǒng)的基本概念是強調(diào)整體。系統(tǒng)工程是包括許
多工程技術(shù)門類的一個大工程，可涉及到整個社會，
可解決的問題涉及改造自然、社會活動、國家行政和
法治等等?？商岣呱鐣a(chǎn)力、增強國家實力、使整
個社會面貌發(fā)生改變。各種系統(tǒng)工程橫跨自然科學(xué)、
社會科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和工程技術(shù)等領(lǐng)域，發(fā)展系統(tǒng)工
程需要各方面人員的通盤合作和大力協(xié)同。
鑄造廢棄物資源化系統(tǒng)工程就是從系統(tǒng)的識別出
發(fā)，設(shè)計和實施的一個整體，通過具體、可行的措施，
達到人們所期盼的效果。
基金項目：國家自然科學(xué)基金項目《鑄造廢棄物資源化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究》 (批準號：59965002)。收稿日期：2007—12—14：
作者簡介：孫可偉(1945一)，男，上海人，教授，搏導(dǎo)，廢棄物資源化國家工程研究中心主任，中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會固體廢物處理利用專業(yè)委員會
副主任。
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鑄造 孫可偉等：鑄造廢棄物資源化系統(tǒng)工程
1．2 仿生群樂體概念
在自然界，植物、動物、微生物等組成了生物群
落，和諧共存。其依靠自凈和內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，不但沒有造
成環(huán)境惡化，而且對地球生態(tài)環(huán)境的改善做出了建設(shè)性
貢獻。如牛羊的糞便通過土壤微生物的生化作用變成了
土壤中的肥料，草吸收這些養(yǎng)份獲得生長，牛羊吃草獲
得生存必需的能量。各行各業(yè)都有廢棄物的產(chǎn)生，如果
各自分散處理，在技術(shù)和經(jīng)濟上不一定可行。在理論上
建立單個無廢生產(chǎn)過程是可行的，但傳統(tǒng)的“三廢”治
理措施，由于治理范圍的局限性和經(jīng)濟效益不明顯，制
約了無廢生產(chǎn)的實施，所以無廢生產(chǎn)在現(xiàn)實中很少見。
可一些企業(yè)產(chǎn)生的廢物，能作為其他企業(yè)的二次原料，
在一定配對組合的工藝條件下，廢棄物可變成商品。所
以，從戰(zhàn)略上考慮，有選擇地將某一地區(qū)的多種固體廢
棄物就近集中，如同生物群落那樣把各種廢棄物的處理
過程結(jié)合成一個系統(tǒng)。從這個理念出發(fā)，在一個區(qū)域的
范圍內(nèi)或在生產(chǎn)綜合體系中組織無廢生產(chǎn)，便容易實
現(xiàn)。這種新組織模式可稱作“仿生群樂體”。
迫于環(huán)保等壓力，固體廢棄物的一般處理，是一
種不得以的或過渡的措施，而建立仿生群樂體才能使
人情愿在不投入、少投入的前提下，兌現(xiàn)資源綜合利
用的循環(huán)經(jīng)濟理念。它是一種模仿生物群落組織的新
經(jīng)濟增長點，其組建過程就是“廢棄物資源化系統(tǒng)工
程”。鑄造車間產(chǎn)生的廢砂、爐渣、除塵器粉塵等廢棄
物，與其他領(lǐng)域產(chǎn)生的廢塑料、污泥、廢雜有色金屬
等廢棄物，根據(jù)廢棄物復(fù)合材料的原理，變成種種新
資源、新材料，使鑄造廢棄物綜合利用的價值更高。
當前的社會熱點問題，如企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、股份制合
作等，與另一個社會熱點，如環(huán)境保護、節(jié)約資源等，
都將在建立仿生群樂體的過程中得以協(xié)調(diào)解決。我國當
前需要調(diào)整、改造、發(fā)展和遷、停、并、轉(zhuǎn)的經(jīng)濟實體
不少，這正是經(jīng)濟、高效地建立仿生群樂體的好機遇。
所以，在鑄造生產(chǎn)綠色工程中建立仿生群樂體，改變了
過去只在鑄造本行業(yè)范圍內(nèi)采取環(huán)保措施的格局，打破
了行業(yè)界限、學(xué)科界限。既涉及了材料工程和環(huán)境工程
兩個學(xué)科交叉的前沿技術(shù)問題，又涉及了當前社會發(fā)展
中經(jīng)濟體制改革的重要問題，具有十分深遠的意義。
成功的例子之一是，由鑄造廠、蔬菜基地、研究
機構(gòu)、制造廠和市政工程部門組成的仿生群樂體。鑄
造廠的廢砂和蔬菜基地的廢農(nóng)膜曾被當作廢物而丟棄，
但這兩種廢棄物通過仿生群體的形式，用聚合物基廢
棄物復(fù)合材料技術(shù)，可制成市政工程部門用于馬路上
的窨井蓋、落水箅子、樹池護板等產(chǎn)品。為此，把產(chǎn)
生廢砂的鑄造廠，產(chǎn)生廢舊農(nóng)膜的蔬菜基地，有富余
廠房和相關(guān)設(shè)備的企業(yè)，使用窨井蓋的排水公司，或
自來水公司，或電信部門，或煤氣公司組建起一個廢
棄物資源、生產(chǎn)廢棄物復(fù)合材料企業(yè)及用戶系統(tǒng)。
2 用復(fù)合材料實現(xiàn)鑄造廢棄物資源化
根據(jù)目前技術(shù)條件，單種廢棄物的再生處理和利
用，不但在技術(shù)上不能滿足需要，且再生物品質(zhì)低下、
檔次不高，在經(jīng)濟上也不合算。可作為各種再生資源
的廢棄物，其化學(xué)成分、物理形態(tài)、力學(xué)性能等極其
不同。即使同一種再生資源，其化學(xué)、物理性能也變
化多端，這是再生資源的顯著特征之一。欲把幾種廢
棄物用化學(xué)的方法合成一種化合物，不僅難度大，且
局限性也大。如果用物理方法，結(jié)合表面化學(xué)處理，
制成復(fù)合材料的話，則方便、靈活得多。
鑄造廢棄物復(fù)合材料的制備技術(shù)是鑄造廢棄物資
源化系統(tǒng)工程中重要的配對接口技術(shù)。廢棄物復(fù)合材
料是由兩種或兩種以上具有不同性能的廢棄物，通過
一定的工藝復(fù)合而成的新型材料。這種復(fù)合材料可分
為聚合物基、水泥基、陶瓷基、金屬基等，這類材料
一般由連續(xù)相(基體)和分散相(填料)兩部分組成。
復(fù)合材料既保留了每一種原材料的性能，又具備原材
料中所不具備的新性能。由于可根據(jù)需要控制各種組
分的粒度、粒形、百分比及分布等，所以人為設(shè)計和
調(diào)整復(fù)合材料的性能成為可能。
2．1 聚合物基廢棄物復(fù)合材料
聚合物基廢棄物復(fù)合材料是把廢砂、爐渣等，經(jīng)
一定粒度、粒形和表面活化處理后，作為增強材料，
把廢舊熱塑性材料(如廢舊農(nóng)膜、食品袋、編織袋、
舊輪胎再生膠等)，經(jīng)過一定工藝處理后，作為基體材
料；再配以適當?shù)奶砑觿ㄟ^特殊的界面處理和復(fù)
合工藝，形成的以球．球、球一纖維堆砌體系為基礎(chǔ)的
復(fù)合材料。不同的廢棄物，采用不同的配方和工藝，
能開發(fā)出具有不同性能的復(fù)合材料。
聚合物基廢棄物復(fù)合材料密度1．3～1．7 g／cm ，抗彎強
度>125MPa，沖擊強度≥1．0J／cm ，抗壓強度>130MPa,
抗拉強度≥15 MPa，彈性模量≥1 000 MPa，人工加速
老化年限≥15年，凍融交替循環(huán)試驗后強度損失率≤
10％，濕熱交替循環(huán)強度試驗后強度損失率≤10％，干
濕交替循環(huán)試驗后強度損失率≤10％，在20％硫酸溶液
中浸泡48 h質(zhì)量損失小于1％；，在20％氫氧化鈉溶液中
浸泡48 h質(zhì)量損失小于1％。
制備聚合物基廢棄物復(fù)合材料有閉式和開式塑煉兩
種工藝方法。關(guān)鍵問題是廢塑料的分揀、填料表面的活
化、添加劑的應(yīng)用、復(fù)合的比例等等。制備中較難適應(yīng)
規(guī)模生產(chǎn)的問題是廢塑料的分揀。雖然廢舊聚氯乙烯材
料可單獨回用，但若與聚乙烯等聚烯烴材料混用，當聚
氯乙烯達到熱分解溫度時，其它塑料還未完全塑化，而
聚氯乙烯的熱降解又是連鎖反應(yīng)，這不僅破壞基體的塑
性，且會放出有毒的氯氣污染環(huán)境。此外，填料表面的
活化和添加劑的應(yīng)用是提高無機填料和有機基體界面結(jié)
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· 94 · FOUNDRY
Jan．2OO8
VOI．57 NO．1
合力的關(guān)鍵問題，對于規(guī)模生產(chǎn)來說，這些也都是需從
技術(shù)上和經(jīng)濟上綜合考慮的重要問題。
2．2 水泥基廢棄物復(fù)合材料
水泥基廢棄物復(fù)合材料是利用水泥或石灰以及廢
棄物表面的活性SiO 、活性Al20 ，在激發(fā)劑的作用下
發(fā)生水化反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物或類陶瓷
產(chǎn)物呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為基體，把原來處于分離狀態(tài)的廢
渣顆粒包裹在其間，成為一種復(fù)合材料。
水泥基廢棄物復(fù)合材料的制品可達到同類產(chǎn)品的
標準，如透水路面磚的抗壓強度≥30 MPa，邊長／厚
度>15時抗折破壞載荷I>6 000 N，透水系數(shù)(15℃)
≥1．0~10五cm／s，保水性I>0．6 g／cm ，磨坑長度≤35 mm，
凍融循環(huán)試驗后強度損失率≤20％~25％；蒸壓灰砂磚
抗壓強度≥15 MPa，抗折強度≥3_3 MPa，凍融循環(huán)試
驗后強度損失率≤20％。
制備水泥基廢棄物復(fù)合材料有免蒸、免燒和蒸壓
兩種工藝。廢渣是這類復(fù)合材料的主要原料，但即使
含有所要求的化學(xué)成分，如二氧化硅和三氧化二鋁，
也并不能保證一定能成材，因為其活性才是真正所要
求的。所以，制備這種復(fù)合材料的關(guān)鍵問題是活性二
氧化硅和活性三氧化二鋁的含量、激發(fā)劑的選擇和用
量等。另外，作為增強材料的級配，即粒度分布，也
是一個成敗與否的重要因素。此外，必須注意水泥基
廢棄物復(fù)合材料的界面，它是與聚合物基廢棄物復(fù)合
材料的界面截然不同的二種界面體系。如果用石灰作
為基體材料，則應(yīng)保持對其新鮮度和細度的高要求。
2．3 陶瓷基廢棄物復(fù)合材料
陶瓷基廢棄物復(fù)合材料是以碎玻璃和廢砂或工業(yè)
廢渣為主要原料，使幾種廢棄物混合料中的一些氧化
物成分，在高溫下熔融燒結(jié)成陶瓷質(zhì)玻璃體，成為連
續(xù)的基體相；而另一些尚未熔融的硬質(zhì)廢棄物及氣泡，
則分散在基體中成為兩種分散相。
輕質(zhì)玻璃基復(fù)合材料密度≤0．27～0．35 g／cm ，抗
壓強度≥0．5 MPa， 抗折強度≥0．5 MPa， 導(dǎo)熱系
數(shù)≤0．048 W／m·K (平均32℃)，吸聲系數(shù)≥0．1～0．35
(125～2 000 Hz)，使用溫度~<400℃ ，吸水率≤0．7％。
制備輕質(zhì)陶瓷基廢棄物復(fù)合材料時，發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑等
添加劑選擇和用量及燒結(jié)制度是關(guān)鍵技術(shù)。溫度過低、
時間過短則發(fā)生不起泡；溫度過高、時間過長則氣泡過
大。在制備仿石材陶瓷基廢棄物復(fù)合材料時，廢棄物原
料的細度和級配不當，會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。無論是輕質(zhì)的
或是密實的陶瓷基廢棄物復(fù)合材料，冷卻速度過快，都
會產(chǎn)生廢品；冷卻速度過慢，便會影響產(chǎn)量。
2．4 金屬基廢棄物復(fù)合材料
金屬基廢棄物復(fù)合材料以廢舊鋁料為基體(如廢
舊鋁合金鑄件、澆冒口、廢舊鋁合金型材、廢舊易拉
罐等)，以硬質(zhì)廢棄物(如碎玻璃、磨削料等)為增強
材料，用特殊的處理方法和制造工藝制成的新型材料。
玻璃／鋁基廢棄物復(fù)合材料的抗壓強度I>250 MPa，彈
性模量>145 GPa，布氏硬度~>HB80，耐磨系數(shù)I>2．5
(標樣鋁合金)。
制備金屬基廢棄物復(fù)合材料有真空攪拌、熱態(tài)擠
壓、粉末冶金三種工藝。用攪拌工藝制備玻璃／鋁廢棄
物復(fù)合材料時，玻璃顆粒在鋁液的速度場和溫度場中的
分散、碰撞和凝聚問題值得研究。用熱態(tài)擠壓工藝制備
玻璃／鋁廢棄物復(fù)合材料時，多孑L玻璃坯體的制作技術(shù)
是關(guān)鍵。用粉末冶金工藝制備玻璃／鋁廢棄物復(fù)合材料
時，混合料坯體的燒結(jié)制度是關(guān)鍵。為使增強顆粒能被
金屬液體浸潤，須對金屬液進行改性處理，以降低其表
面張力；同時還有必要對非金屬顆粒進行表面處理，以
提高其被浸潤能力。防止鋁氧化是另一須注意的問題。
3 以市場導(dǎo)向推進鑄造廢棄物資源化
3．1 聚合物基廢棄物復(fù)合材料市場需求分析
到目前為止，用聚合物基廢棄物復(fù)合材料已經(jīng)開發(fā)
出多種產(chǎn)品，如用于道路工程的窨井蓋、落水箅子、樹
池護板，替代目前用鑄鐵、混凝土、熱固性樹脂等材料
制造的產(chǎn)品；用于滑坡治理工程的隔離架，替代目前的
精密鑄件或焊接件；用于連接火車車廂和輪軸的芯盤墊
板，替代目前用木材、橡膠、鋼材等做的墊板；用于索
道摩擦傳動上的摩擦襯墊，替代目前用鋅基合金、塑
料、橡膠等做的襯墊；用于混凝土工程的建筑模板，替
代目前的鋼模板或木模板；此外還可做成各種制品，如
接膠杯、花盆底座、飼料槽、地磚、裝飾磚等等。
由于這種材料具有熱態(tài)可塑性和冷態(tài)可加工性，故
只須調(diào)整配方，更換模具，或進行二次加工，就可生產(chǎn)
各種各樣產(chǎn)品，在廣泛領(lǐng)域中生產(chǎn)代木、代鋼、代塑和
代瓷制品，并不局限于某一種產(chǎn)品，適應(yīng)千變?nèi)f化的市
場能力極強。又由于這種材料的原料95％以上都是最普
通的廢棄物，所以價格比同類產(chǎn)品要低得多。
目前，窨井蓋主要有鑄鐵井蓋(耗用鐵金屬，價
格高，易被盜)、水泥井蓋(耗用鋼筋，抗震性差，比
鑄鐵井蓋重，不便開啟維修)、玻璃鋼井蓋(耗用環(huán)氧
樹脂和玻璃纖維，價格高， 自重過輕易彈起)等。用
聚合物基廢棄物復(fù)合材料制造的井蓋不僅承載性能可
滿足使用要求，而且防銹、防腐蝕，價格便宜。與其
他使用一次資源的產(chǎn)品相比，由于它的原材料95％以
上都是廢棄物，所以既保護了環(huán)境，又節(jié)約了原料資
源，還從根本上杜絕了因被偷盜而造成的各種傷亡事
故和財產(chǎn)損失，具有很強的應(yīng)用競爭力。
當前，在全國每一個城市的市政建設(shè)中，排水系統(tǒng)
都大量需要窨井蓋和落水篦子。此外，在自來水、煤氣、
電訊等不同的系統(tǒng)和部門，也都需要用各種規(guī)格的窨井
蓋。僅排水部門，每20米道路上就要設(shè)置1個下水窨井蓋
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鑄造 孫可偉等：鑄造廢棄物資源化系統(tǒng)工程 · 95 ·
和1．5個落水篦子。按全國每個省每年需要上述四個部門
用的窨井蓋1．5~2萬套計算，預(yù)測全國每年需求量約
40～50萬套。以上海地區(qū)每套qb700 nlin的鑄鐵窨井蓋重
180kg，廢棄物復(fù)合材料窨井蓋重130kg的標準計算，每
年可節(jié)約90 000鑰鐵資源，可利用65 000 t固體廢棄物。
3．2 水泥基廢棄物復(fù)合材料市場需求分析
水泥基廢棄物復(fù)合材料能制成許多產(chǎn)品，如承重
磚、地磚等等。其中透水路面磚不僅便于行走，而且
可以收集雨水回歸自然或再利用，可減輕污水處理廠
的負擔。再如用廢砂、鍋爐渣等為主要原材料制成的
承重磚，可替代粘土燒結(jié)磚，既節(jié)約了土地資源，又
利用了廢棄物，還減少環(huán)境污染。
據(jù)資料介紹，每建造1萬平方米多層住宅，需用
200萬塊粘土磚，生產(chǎn)這些粘土磚將耗用土地3-3畝；
建造1棟18層的高層建筑(建筑面積約1．5萬平方米)，
需要230萬塊粘土磚，耗用土地3．8畝。僅以上海為例，
如按上海年均住宅竣工面積1 100萬平方米計算，則每
年用粘土磚而耗用的土地就達3 200余畝。我國有磚瓦
企業(yè)12萬個，占地500多萬畝，每年燒磚毀田數(shù)十萬
畝，每年實心粘土磚產(chǎn)量約6 000億塊標磚，生產(chǎn)能耗
高達6 000萬噸標煤。與國外同體積材料相比，單位生
產(chǎn)能耗平均高一倍以上，但外墻保溫隔熱性能卻相差
4~5倍。根據(jù)國家政策，我國已全面禁止使用實心粘土
磚，所以用廢棄物復(fù)合材料生產(chǎn)的實心磚或多孔磚便
有很大的市場空間。
3．3 輕質(zhì)陶瓷基廢棄物復(fù)合材料市場需求分析
輕質(zhì)陶瓷基復(fù)合材料是一種保溫、隔熱材料，具
有密度小、強度高、導(dǎo)熱系數(shù)小、不吸濕、不燃燒、
防嚙防蛀、耐酸(氫氟酸除外)耐堿、無毒、無放射
性、化學(xué)性能穩(wěn)定，易加工且不變形等特點。因此這
種新型材料可以替代傳統(tǒng)的防腐、保溫、隔熱材料，
在建筑、化工、交通、電力、冷藏等領(lǐng)域用于低溫管
道的保溫，液化氣、天然氣儲罐及原油輸油管道的保
溫，冷庫的絕熱保溫以及建筑業(yè)的絕熱保溫(如：墻
體、屋面、地坪等的隔熱和防潮)等等。此外，這種
材料還是一種很優(yōu)良的隔音材料，可用于影劇院、音
樂廳、會場、演播廳等建筑物墻面、頂棚以及砌筑式
大截面消聲器內(nèi)；隨著城市的不斷發(fā)展和人們對城市
噪音治理的要求，它還可能安裝在地鐵、車站、隧道、
地下人防工程以及穿越城市的高速公路、鐵路，用于
治理和防止城市噪音污染。
在陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝中，所制備的配合料
是放入燒結(jié)模具中，所以只要更換燒結(jié)模具，或根據(jù)需
求進行切割和打磨，就能制成不同規(guī)格的產(chǎn)品。由此可
見，這種生產(chǎn)線不僅每年可處理大量的廢舊玻璃和鑄造
廢砂粉塵，而且適應(yīng)市場千變?nèi)f化的能力極強。
僅把類似的輕質(zhì)材料用作防腐、保溫、隔熱材料
一項，我國年需求量就在10萬m 以上。目前，國內(nèi)類
似材料年產(chǎn)量總和約1萬m ，大部分還需要花費大量的
外匯到國外購買，與年需求量10萬m3相比，存在較大
的市場空間。尤其是石油化工企業(yè)，每年都要進口數(shù)
萬立方米輕質(zhì)材料用于化工設(shè)備及管道的保溫或保冷。
隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、建筑維修、石油化工及地下
工程的發(fā)展，對這種材料的需求量將會越來越大。
3．4 金屬基廢棄物復(fù)合材料市場的可行性分析
對于牌號混雜的鋁鑄件廢料和澆冒口，如果重熔
制成再生鋁錠，成分不易控制，質(zhì)量較差；但若制成玻
璃顆粒增強復(fù)合材料，就能使原來的這兩種廢棄物揚
長避短，既保留了鋁韌性好的優(yōu)點，又克服了鋁硬度
低的缺點；既保留了玻璃硬度高的優(yōu)點，又克服了玻
璃脆性的缺點。由于這兩類廢棄物優(yōu)點的疊加，則能
揚長避短。又由于兩種再生工藝的簡化合一，使這兩
種再生資源增值，不僅使再生產(chǎn)品上了一個檔次，而
且還提高了經(jīng)濟效益。由于這種材料具有熱態(tài)可塑性
和冷態(tài)可加工性，所以鑄成毛坯后可用二次擠拔或直
接切削加工成各種產(chǎn)品。例如可制成大量使用在礦山
和工廠的皮帶運輸機上的消耗性托輥。目前國內(nèi)常用
的是用無縫鋼管制造的皮帶運輸機托輥，鋼材的消耗
量極大。又由于鋼制托輥重量大，電機消耗電能相當
大。資料表明，我國皮帶運輸機每噸公里消耗電能是
德國、英國的1．7 ．9倍。而用玻璃／鋁基廢棄物復(fù)合材
料做的托輥，不僅可節(jié)省大量鋼材，還可使皮帶運輸
機的運行功率減少，從而可大幅度節(jié)約能耗。
另外，國內(nèi)也有用橡膠或塑料制造的托輥，由于
這些材料是絕緣的，輸送帶和托輥長期摩擦而產(chǎn)生的
靜電荷不能導(dǎo)人大地、電荷積累到一定程度時會產(chǎn)生
火花．甚至發(fā)生爆炸。而玻璃／鋁基廢棄物復(fù)合材料做成
皮帶運輸機的托輥能導(dǎo)電，可避免上述事故的發(fā)生。
又據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，橡膠或塑料托輥很易損壞、而價格與
鋼的差不多，而玻璃／鋁基廢棄物復(fù)合材料托輥，其強
度和剛度比橡膠、塑料強，耐磨性良好。
據(jù)介紹，每生產(chǎn)100萬噸煤，消耗托輥5 000套。按
我國煤產(chǎn)量114L噸計算，僅采煤這個行業(yè)，每年就需要
更換托輥55o~ i-。又有資料表明，皮帶運輸機的量在我
國的運輸機械中占第一位，全國有50～60家皮帶運輸機
專業(yè)生產(chǎn)廠家，每年每個廠約配套生產(chǎn)40萬個托輥，全
國每年總共需要為皮帶運輸機配套托輥500萬個。所以，
僅這兩個行業(yè)的托輥需求量，每年就超過了1 000萬個。
4 用高科技手段完善鑄造廢棄物資源化
4．1 廢棄物資源化系統(tǒng)工程中的現(xiàn)代科學(xué)理論和方法
常用系統(tǒng)工程方法，由系統(tǒng)工程創(chuàng)始人之一霍爾
創(chuàng)立，稱為三維結(jié)構(gòu)圖： (1)時間維。對一個具體的
資源化工程，從規(guī)劃起一直到更新為止．全部程序可
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· 96 · FOUNDRY
Jan．2008
VOI．57 N0．1
分為規(guī)劃、擬定方案、研制、生產(chǎn)、安裝、運轉(zhuǎn)和更
新七個階段。 (2)邏輯維。對一個資源化項目可分為
明確目的、指標設(shè)計、系統(tǒng)方案組合、系統(tǒng)分析、最
優(yōu)化、決定和制定方案七個步驟。 (3)知識維。廢棄
物資源化系統(tǒng)工程需用各種專業(yè)知識，如材料、化工、
冶金、機械、建筑、商業(yè)、法津、管理、社科等等。
固體廢棄物的最大特點是來自不同的污染源，它
是在不同的生產(chǎn)工藝下或使用條件下產(chǎn)生的，所以其
化學(xué)成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，物理性能和形態(tài)大小
各不一樣，很難用嚴格的絕對的工藝參數(shù)和配方來進
行再生或復(fù)合，為此，有必要把最新的模糊數(shù)學(xué)和運
籌學(xué)理論等現(xiàn)代科學(xué)原理引進廢棄物資源化的領(lǐng)域，
在工程化研究中大量采用。具體地說，就是用數(shù)學(xué)模
型和邏輯模型來描述廢棄物資源化系統(tǒng)，通過模擬反
映系統(tǒng)的運行、綜合分析影響技術(shù)和經(jīng)濟指標的各種
因素，求得系統(tǒng)的最優(yōu)組合方案和最優(yōu)運行方案。
在廢棄物資源化系統(tǒng)工程中，信息管理系統(tǒng)是重
要的技術(shù)手段。必須具有一個準確、高效、快捷的工
程信息記錄、輸人、儲存、輸出系統(tǒng)，即工程信息管
理系統(tǒng)，使其能如實反映各生產(chǎn)部門產(chǎn)出的廢棄物總
量及各類別分量，運輸作業(yè)量，各類廢棄物復(fù)合材料
生產(chǎn)線的作業(yè)情況，內(nèi)部再生利用率等，為動態(tài)計劃
系統(tǒng)和領(lǐng)導(dǎo)決策層提供決策依據(jù)，為工程費用結(jié)算提
供依據(jù)，為“廢棄物資源化”總目標提供直接的數(shù)據(jù)
支持。要集中建立一個工程信息中心，匯總各個部分
信息，建立信息數(shù)據(jù)庫。在產(chǎn)生廢棄物的每個生產(chǎn)部
門和消化廢棄物的每個處理部門都要設(shè)立一個信息錄
人點， 日常信息的采集匯總，采用網(wǎng)上填寫、網(wǎng)上審
核、即時輸人的方式，把數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫后就可以被
調(diào)用，但只能被專人修改。
4．2 廢棄物資源化系統(tǒng)工程中的評價技術(shù)
對固體廢棄物的表面進行各種分析是至關(guān)重要的
一項測試技術(shù)，因為廢棄物受污或老化的表面信息，
將決定廢棄物資源化的工藝流程和工藝參數(shù)。如用x一
射線光電子譜儀，不僅能測定表面的組成元素，而且
能確定各元素的化學(xué)狀態(tài)；用電子衍射儀，可獲得表
面結(jié)構(gòu)的信息，以判斷其表面的活性；用先進的圖象
分析儀，可快速從大量的測試數(shù)據(jù)中，獲得廢棄物的
大小、形狀、剖面上各種參量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；用掃描電
子顯微鏡，可獲得表面的形貌等等。
對固體廢棄物另一項必須進行的檢測分析是測定
其有害有毒成份及其可浸出性，以及放射性的強度等，
這將決定資源化產(chǎn)品的用途。尤其是用于建筑材料的
廢棄物復(fù)合材料產(chǎn)品，需要評價其長年使用后強度是
否會降低，降低的百分比是多少，以及用在建筑物中，
是否會有有毒物質(zhì)或放射性物質(zhì)的釋放及釋放強度是
否超過國家標準等。
由于作為原材料的廢棄物是被使用過和有不同程
度老化的特點，所以有必要把南方和北方的氣候，四
季的氣候集中在短時間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)，用人工加速老化
的辦法，來考核所制成產(chǎn)品的耐候性和使用壽命。
在所制成的廢棄物復(fù)合材料中，會不可避免地隱
藏一些材質(zhì)缺陷，在微觀結(jié)構(gòu)上會存在不少細微裂紋
或類裂紋缺陷，而這些材料往往被用于許多不同的領(lǐng)
域，所以，有必要把各種惡劣的工作條件集中在一起，
讓材料在短時間內(nèi)被加速疲勞破壞，從而推算出使用
壽命或確定材料的使用范圍。
4．3 廢棄物資源化系統(tǒng)工程中的先進制造技術(shù)
由于廢棄物中許多都是高硬度的物質(zhì)，如廢舊石英
砂、碎玻璃、尾礦、廢舊硬質(zhì)合金等，所以廢棄物資源
化工程的成套設(shè)備，都必須重點考慮耐磨問題，如攪拌
推進螺桿、破碎刀片、模具表面等等。金屬表面陶瓷覆
層、噴涂硬質(zhì)合金、激光強化等新技術(shù)都可考慮采用。
廢棄物資源化的特點之一是處理大量的廢棄物才
能體現(xiàn)社會效益；特點之二是廉價的廢棄物只有薄利
多再生或多復(fù)合才能體現(xiàn)經(jīng)濟效益，所以設(shè)計制造適
應(yīng)規(guī)模生產(chǎn)的、處理量大的、生產(chǎn)率高的大型專用設(shè)
備是必要的。廢棄物資源化是個新興產(chǎn)業(yè)，成熟的大
型專用設(shè)備并不多，為了能在短時間以內(nèi)為廢棄物資
源化系統(tǒng)工程配備成套設(shè)備，可借助計算機輔助設(shè)計
(CAD)和計算機輔助制造(CAM)。
由于固體廢棄物很臟，工作環(huán)境極差；又由于廢
棄物的性狀變化很大，建議采用機電光一體化新技術(shù)，
盡可能使廢棄物資源化工程實現(xiàn)機械化和自動化，以
改善作業(yè)環(huán)境，減少人為因素對再生材料或廢棄物復(fù)
合材料造成的質(zhì)量影響。
5 依靠國家政策支撐鑄造廢棄物資源化
1995年國務(wù)院批準的《社會發(fā)展科技計劃》中的
餐源綜合利用科技專項行動》指出： “廢棄物復(fù)合材
料是我國獨創(chuàng)的一項技術(shù)，??不僅可以大幅度地消
耗不同類型廢棄物，而且還有很強的市場競爭力。”
該計劃提出的重點領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)之一是： “廢棄物
復(fù)合材料系列產(chǎn)品?！?
早在1999年國家計委和國家科技部聯(lián)合發(fā)布的
《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》第55項
中就指出： “近期產(chǎn)業(yè)化的重點是：選擇廢棄物復(fù)合
材料??”。在2007年國家發(fā)改委和科技部聯(lián)合發(fā)布的
《當前優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》第
1 19項中仍指出： “利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)復(fù)合材料
? ?
”
。由此可見，以廢棄物復(fù)合材料作為鑄造廢棄物
資源化系統(tǒng)工程的技術(shù)支撐符合國家的發(fā)展戰(zhàn)略。
(田世江編輯)

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