利用废显象管研制泡沫玻璃

一　概述

　　2002年，受国家科技部委托，中国家用电器研究院承担“废旧家用电器回收与再生利用技术研究”课题。在近两年的时间内，我院通过与北京工业大学材料科学与工程学院合作，对废显象管（CRT）进行分类统计，进行大量的实验研究，积累了第一手资料，为实现废显象管制作泡沫玻璃做了较为充分的调查研究和技术准备。
1.1 家电和电脑更新产生大量废旧显像管
中国是家电生产、消费大国。据国家统计局统计，目前，我国电视机社会保有量超过4亿台。这些电视机大多是在80年代中后期进入中国家庭的，按正常的使用寿命10～15年计算，到2003年将迎来一个家电更新换代的高峰。进入更新期的电视机平均每年约500万台，另外，每年还有50万台电脑报废。每台电视机和显示器中均有一个显像管。八十年代进入我国家庭的电视机，几乎均为小尺寸的，平均每支显像管的重量在8Kg左右，这样我国每年至少产生4.4万吨废显像管玻璃。

1.2 废显像管的危害性

　　废电视机和废显示器属于固体废弃物，其中废显象管占电视机及显示器重量的50%以上。废显像管属于危险固体废弃物，随着使用时间的延长，显像管的玻璃机械强度下降，有爆炸性危险。近年，报纸及电视常有废旧电视显像管爆炸伤人事件报道。显像管有部分玻璃属含铅玻璃，尽管其在内部属稳定态硅酸铅（PbSiO3）,但是遇酸会游离出氧化铅（PbO）,一旦氧化铅进入人类的生活环境中，将破坏人的神经、血液系统以及肾脏。另外，荧光涂层材料也有一定危害性。总之，废显象管如不妥善处理而直接填埋、烧掉，必将造成对空气、土壤和水体的严重污染。
1.3 废显像管回收利用的价值

　　目前，利用固体废物的主要途径是：利用其作为建筑材料、填垫材料，作冶金、化工、轻工等工业原料；发展物质循环再利用工艺，使前一产品的废物成为下一种产品的原料。
废显像管属于玻璃制品，对其回收再利用可节约大量自然资源，减少大约32%的能量消耗，减少20%的空气污染和50%的水污染。 1吨废玻璃回收再利用，将节省原料生产成本20%。回收1吨废玻璃可以节约石英砂720公斤、纯碱250公斤、长石粉60公斤、煤炭1吨、电400KWH。

1.4 国外通过立法研究CRT解决方案

　　目前，一些发达国家对废家用电器处理比较重视，他们建立专门的回收处理机构，将废电器拆解成电路板、电缆电线、金属、塑料、玻璃等部分，根据各自组成特点分别进行处理，每种原料转化成相应产品，保障其生产和使用过程中不会造成二次污染。
国外发达国家的废家电立法工作起步较早。日本于2001年4月1日实施《家用电器商品化法》，该法规定销售商或地方自治团体负责产品回收，制造商负责产品的再利用，回收再利用费用由消费者废弃时承担。按该法的规定，2001年废电冰箱、洗衣机铁、铜、铝的再商品化率为50%以上，房间空调器铁、铜、铝的再商品化率为60%以上，阴极射线管电视机CRT玻璃的再商品化率为55%以上。欧洲早在1993年就提出了“制造商责任制”，由制造商负责废旧家电回收处理。欧盟于2003年2月13日公布了《电子电气设备废弃物（WEEE）指令》和《限制某些有害物质在电子电气设备中使用的（ROHS）指令》，它涵盖了十大类电子电器设备，内容涉及电子电气设备的设计、制造、用料、材料标识、有害材料的禁用期限、分类回收体系的建立、收集方法、每年每人平均收集的最小重量、处理体系建立、处理要求、回收率、再生材料的使用等，以及在电子电气设备中禁止使用6种有害物质的时限。
我国正在着手制定《废旧家用电器回收利用管理办法》，旨在通过规范相关各方的行为，做到资源循环利用，保护环境。目前，我国沿海及内地一些地区出现的家电拆解市场，主要是通过手工拆解获取一些原材料，如塑料、金属、贵金属等，对于显像管一般采取抛弃的办法，因为没有直接处理渠道，所以没有回收处理。

二　利用废旧显象管研制泡沫玻璃

2.1 废旧显象管的结构和成分
　　显像管是由三部分组成的，它们是管屏、管锥和管颈，如图1所示。

2.2 泡沫玻璃及其生产工艺
　　泡沫玻璃（foam glass）是以废玻璃为主要原料，在其中添加发泡剂、改性剂和促进剂等物质，经过破粉碎，均匀混和，形成配合料，将其放到耐热的模具中，再经过预热、熔融、发泡、退火等工艺制成的多孔玻璃材料。泡沫玻璃是由大量的直径在0.1～5mm的均匀气泡结构组成，气泡的体积占总体积的80～95%。泡沫玻璃具有防火、防水、耐腐蚀、不燃、防啮、防蛀、无毒、不老化、无放射性、机械强度好、尺寸稳定性好等特点，它是环保型绝热保温材料。

　　　　　　　　　　　图2　泡沫玻璃烧成曲线


　　　　　　　　　　　表1 泡沫玻璃的主要技术指标

图3 以废显像管为原料研制的泡沫玻璃制品

2.3 泡沫玻璃与其他保温绝热材料的性能对比
　　目前，我国应用的建筑保温材料主要有岩棉板、膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品、泡沫塑料。尽管这些保温材料的热工性能较好，但也存在一些弊病。如岩棉板吸水率很大，不吸水时，其导热系数较小，而一旦吸水后，其导热系数会急剧增大，且由于岩棉内部吸水，长时期不易蒸发，对建筑物的保温、隔热起负面作用。膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品的吸水率也很大。通常，一个绝热材料吸收4wt％的潮气或水分，它将失去70％的绝热效果。泡沫塑料的品种很多，主要有聚苯板、聚氨酯板、聚乙烯板等。泡沫塑料导热系数很低，但是吸水率较高，聚苯板大于6%，聚氨酯板大于4%。泡沫塑料膨胀系数比水泥或钢铁大得多，尺寸稳定性较差，聚苯板和聚氨酯板为5%，用于建筑保温容易冷缩热胀而开裂。泡沫塑料防火性能较差，不能用于防火要求较高部位(如外墙内保温)。泡沫塑料作为有机材料存在老化和失效问题。泡沫玻璃是不存在上述问题的保温材料，可恒久保持隔热性能，用于屋面保温还可以起第二道防水作用。泡沫玻璃与其它保温材料的性能对比见表5，表6 为理想绝热保温材料性能对比。

　　　　　　　　　　　　表2 泡沫玻璃与其它保温材料的性能比较

表3 理想绝热保温材料性能对比

2.4 利用废显象管研制泡沫玻璃的应用前景
泡沫玻璃作为新型的建筑材料主要有以下用途：

1. 建筑物外墙外保温、围护墙、内隔墙、屋顶；
2. 深冷和低温管道、设备、容器与储罐的外表保冷；
3. 中温和高温管道、设备的外保温；
4. 热油和热沥青储罐的外保温；
5. 流体换热系统的保温；
6. 石油化工、硫化生产过程的保温；
7. 压缩机、风机房的隔音和吸音墙；
8. 在特殊条件下工作的复合隔热系统；
9. 已渗水高温管道隔热系统，恢复并提高其隔热性能；
10. 用于隧道工程的疏水隔潮。

　　目前，泡沫玻璃作为保温隔热材料已在石油化工行业成功地得到应用；如大庆、燕山石化、齐鲁石化、扬子石化、辽河油田、锦西石化等；在热电厂的烟囱内壁保温和建筑屋顶的保温隔热、外墙保温及防水等也有成功应用的事例。吸音泡沫玻璃在发达国家已广泛用于地铁、地下军事设施、隧道、工厂车间、音乐厅、剧场和大会堂等建筑中，以及飞机场周围建筑物外表，以降低噪音。九十年代中国陆续将泡沫玻璃用于上海地铁、广州地铁、人民大会堂空调机房和风道的降噪吸声材料。近年又用于上海市内高架路两旁的吸音墙。随着我国人民生活水平的提高，对减少环境噪声污染和对公共场所听音效果要求的不断提高，国家对公共设施防火安全提出更高的要求，吸声泡沫玻璃必将得到更广泛的使用。