本文摘要：摘要高摻率廢玻璃熔化及成分補償技術針對浮法玻璃中高比例摻入外購廢玻璃，通過燃燒技術、成分補償及馬蹄焰窯爐結構的創新等技術措施，解決由此引起的成分波動、澄清困難、結石增多等技術質量問題，并有效節約原礦資源和化工材料，實現清潔生產，降低污染物
摘要高摻率廢玻璃熔化及成分補償技術針對浮法玻璃中高比例摻入外購廢玻璃，通過燃燒技術、成分補償及馬蹄焰窯爐結構的創新等技術措施，解決由此引起的成分波動、澄清困難、結石增多等技術質量問題，并有效節約原礦資源和化工材料，實現清潔生產，降低污染物的排放，減少土地和人畜危害。
關鍵詞：高摻率,廢玻璃,熔化,成分補償,熔窯結構,節能降耗
0引言
隨著城市化的飛速發展以及城市人口膨脹帶來城市垃圾的逐年增加，我國許多城市出現了“垃圾圍城”的現象，不僅占用大量土地，而且造成城市環境污染，嚴重影響了居民生產生活。垃圾又被認為是最具開發潛力的、永不枯竭的“城市礦藏”，是“放錯地方的資源”。這既是對垃圾認識的深化，也是城市發展的必然要求。保證垃圾無害化處理，實現垃圾資源化是社會和政府面臨的重要任務。
城市垃圾資源化有助于緩解城市垃圾不斷增加所帶來的環境問題，并且通過分類回收處理技術還能獲取新的資源，因此，城市垃圾資源化迫在眉睫，是一項任重而道遠的任務，是走可持續發展之路的必然選擇，而廢碎玻璃作為垃圾中一種，具有高危害、難降解、回收難等特點，一直是垃圾固廢領域的一大痛點，將廢碎玻璃回收再利用，是對廢碎玻璃最好的處理方式，是一項功在當代，利在千秋的利國利民的事業，亟待處理和利用。
1我國廢玻璃產出及回收情況
《中國再生資源回收行業發展報告(2018)》顯示：2017年我國廢玻璃產出量約為2000萬t，其中廢平板玻璃產出量約為850萬t，占總產出量的42.5%;廢日用玻璃產出量1000萬t，占總產出量的50%;其他廢玻璃產出量為150萬t，占總產出量的7.5%。2017年我國廢玻璃回收量為1070萬t，同比增長24.4%。其中廢平板玻璃回收量為600萬t，占總回收量的56.1%;廢日用玻璃回收量335萬t，占總回收量的31.3%;其他廢玻璃回收量為135萬t，占總回收量的12.6%。
2廢玻璃回收利用的主要途徑
2.1主要途徑
廢玻璃主要用作玻璃原料。將廢玻璃經過收集、分選、清洗、除雜處理，將其作為生產玻璃的原料，成為廢玻璃回收利用的主要途徑。廢玻璃可用于對化學成分、顏色、雜質要求較低的玻璃制品的生產，如有色瓶罐玻璃、玻璃絕緣子、空心玻璃磚、槽形玻璃、壓花玻璃和彩色玻璃球等玻璃制品。這些產品的廢玻璃摻入量一般在30%(質量分數)以上，綠色瓶罐制品的廢玻璃摻入量可達80%以上，但是浮法玻璃企業一般不使用外購廢玻璃。
2.2其它途徑
廢玻璃還可用作涂料原料、微晶玻璃原料、玻璃瀝青、建筑面磚、玻璃馬賽克、人造大理石、玻璃瓷磚、陶瓷釉料添加物及生產保溫隔熱、隔音材料等。
3使用外購廢玻璃對浮法玻璃生產的影響
在浮法玻璃生產中，如果摻入的外購廢玻璃顏色品種較雜、成分差異較大，含有較多的泥砂雜質、金屬物和其他難熔物等，都會對玻璃質量造成不同程度的影響。
3.1造成玻璃成分波動
因生產玻璃的工藝條件不同，玻璃的成分各異，同樣是浮法玻璃其成分也不盡相同。生產玻璃的配合料經過高溫熔制后，除化合物分解外，還包括氧化物組分不同程度的揮發，當廢玻璃重新熔化后，Na2O等易揮發的組分將進行第二次揮發，組成中B2O3、PbO則揮發更明顯，因此該組分在玻璃中含量將明顯減少。廢玻璃的表面有吸附水氣和大氣作用的傾向，使其表面形成膠態，玻璃內部的組成也發生差異。
熱分解過程放出的氧，容易擴散到周圍的氣泡中去，與之一起逸出玻璃液外，導致玻璃缺氧，呈還原性熔制氣氛，玻璃熔化時會促使Fe2O3轉變為FeO，提高了玻璃著色能力，降低了玻璃的光學透過性。由于玻璃液對耐火材料的侵蝕作用，使廢玻璃組成Al2O3、SiO2、Fe2O3含量相對增加，使用外來廢玻璃量比較大或反復使用時，易出現條紋和雜層，容易產生析晶和使玻璃發脆，同時使玻璃制品存在較大的內應力，會造成性能下降�？傊褂幂^多廢玻璃易造成玻璃成分波動。
3.2產生大量的二次氣泡
廢玻璃塊間所含的氣體以及廢玻璃中含有少量的化學結合氣都會隨著配合料進入玻璃液中，在重熔時易產生相當于二次氣泡那樣的微小氣泡。由于小氣泡浮力小，難以逸出，會存留在玻璃制品中，影響制品質量，特別是當廢玻璃加入量比較多時，會引起配合料氣體比率降低，給玻璃澄清均化帶來困難。
不同成分的廢玻璃混合時，由于相互間的作用而產生氣泡。在同一時間及溫度下，熔體中SiO2含量增加1%時，分離出來的SO3含量約為0.03%。因此，當含SiO2較多的玻璃液與含SiO2較少的玻璃液接觸時，由于成分的波動，其氧化還原平衡被破壞，殘余氣體被排出而形成氣泡。
3.3混入的雜質易造成結石缺陷
外來廢玻璃來源復雜，雜質較多，常帶有一些難熔物和金屬物等。廢玻璃一般都露天堆放，易混入雜物，這些混入雜質的外來廢玻璃被使用后易造成玻璃質量下降，影響企業的經濟效益。混入的雜質種類不一樣，所造成的質量缺陷也是多種多樣的，有些缺陷比較好鑒別，能夠及時采取措施，但有些結石缺陷不是很常見，造成影響的連續性不強，鑒別起來難度較大。
4高摻率廢玻璃技術應用創新
為解決高摻率廢玻璃應用中存在的問題，從工藝流程、高摻技術、窯爐結構等方面作了以下改造和創新。
4.1工藝流程創新
高摻率廢玻璃技術主要應用于在浮法玻璃生產中，利用經清洗和處理的90%廢玻璃和10%的生料混合料，添加復合玻璃澄清劑，充分混合后通過原熔皮帶送至窯頭料倉，由全封閉式振動給料機將混合料投入馬蹄焰池窯進行熔化，熔窯采用目前較先進的德國霍恩公司的低氮燃燒技術，對熔窯進行特殊的水冷式鼓泡裝置，經高溫熔化、均化、澄清、冷卻后形成合格的玻璃液，并用流液道調節閘板控制進入錫槽的玻璃液量，隨即在錫液面上攤平、展開，再經機械拉引、擋邊和拉邊機控制，經過渡輥臺進入退火窯進行退火冷卻后，經在線檢測儀檢測、縱切、橫切、橫掰、加速分離、掰邊、縱掰縱分和吹風清掃后，進入堆垛區，堆垛后的玻璃轉入成品庫儲存。
4.2廢玻璃高摻技術創新
通過選料配料與成分補償研究，開發了成分調節技術和復合澄清劑應用，在平板玻璃生產線上實施利用廢碎玻璃高摻技術有重大突破，解決和實現了廢碎玻璃高摻的關鍵問題，廢碎玻璃摻入率達到90%。
(1)選料配料技術廢碎玻璃可以選擇一個批次或多個批次，但必須保證廢碎玻璃次要成分的含量不能超過成品玻璃設計成分的含量。經預處理得到不含難熔雜質的玻璃塊料和玻璃粉，待成分化驗后分別進入碎玻璃倉和配料倉。將石英砂、長石、白云石、石灰石、純堿、芒硝、碳粉按配方比例分別稱量，加入混合機與玻璃粉混合均勻。制備的廢玻璃和配合料投入熔化池，經高溫熔化、均化、澄清，形成組成穩定、質地均勻的玻璃液。(2)成分補償技術成分補償是經預處理得到不含難熔雜質的玻璃粉經成分化驗，與成品玻璃的設計成分相對照，成分不足部分添加固體混合物進行成分補償。
(3)玻璃液均化技術碎玻璃和配合料均勻投入熔窯，經高溫熔化后進入熱點區，在窯爐熱點位置的池底打孔，安裝鼓泡裝置，通入氣體進行鼓泡，氣泡上升過程中對玻璃熔液進行翻騰攪拌，實現成分二次均化。(4)復合澄清添加劑為實現玻璃的隔熱性能和減少二次氣泡，采用適合廢玻璃熟料的復合澄清劑配制在玻璃混合物中，突破了現有隔熱玻璃的局限，并合理控制原料化學氧需求量，控制氧化還原性，對紫外線、紅外線和總能量進行有效阻隔，同時提高可見光的透過率，獲得能強烈吸收紫外線和近紅外線的隔熱玻璃。
4.3馬蹄焰熔窯技術創新
(1)窯爐結構設計創新
采用增加高溫澄清和均化面積，首先，一改以往國內設計的傳統經驗，即熔化區與澄清區池深一致的設計觀點，改為更有效地加深澄清均化區，并在熔池內采用高窯坎技術。在熔化部池底設置多道高窯坎，通過窯坎穩定窯池中投料回流和成型回流，避免因熔化溫度的波動而造成玻璃液的質量不均，提高玻璃的澄清效果和均化質量，減少熔化池底層往回流動的玻璃液量，降低能耗，該結構可提高熔化率8%、節能5%。其次，加寬窯爐的寬度，大的火焰空間適合燃油火焰的剛性好、不發飄的特點，能穩定火焰，有利于燃料完全燃燒，在窯體保溫的情況下擴大火焰空間對該部位的散熱損失影響極小，相反，由于燃料完全燃燒，使得燃料在窯池空間內的燃燒效率提高，也即有更多的熱量用于加熱熔池和玻璃液，保證在高熔化率的同時降低熔化部的熱負荷，玻璃液也得到充分熔化和澄清。
(2)窄長卡脖技術
窄長卡脖技術可減弱對流，減少加熱回流玻璃液的熱量和減輕冷卻部的熱負荷。同時也極大促進均化和澄清的作用，達到節能降耗的目的。(3)大蓄熔比技術研制了新型蓄熱裝置，由結構相同的第一蓄熱體和第二蓄熱體對稱式排列組成，第一蓄熱體和第二蓄熱體均由低溫蓄熱室和高溫蓄熱室一體化組成，支撐體包括支腿、爐條和找平磚，兩個呈圓弧形的爐條的其中一端通過連接塊固定連接，另一端分別連接支腿，找平磚的下表面扣合在爐條的外弧面上。帶有蓄熱裝置的熔爐通過循環交替吸收利用熔爐本體內部產生的高溫氣體中的余熱，而且降低新鮮空氣與熔爐本體內部的溫差，因此有助于保證熔爐本體內部穩定的溫度環境，既能節省能耗又能提高產品質量。
(4)勻連續電磁振動給料技術馬蹄焰熔窯進料系統實現自動送料，效率高無需人工值守，故障率低。進料口采用預熔池結構，加強預熔效果。此外，采用密封式投料技術，更有利于節能。(5)鼓泡均化技術采用新型的水冷式鼓泡系統，提高了玻璃熔液的溶解度，產品質量得到80%的提升。水冷式鼓泡系統中鼓泡裝置包括鼓泡槍、供氣系統和供水系統。
鼓泡槍成排安裝在泡界線附近合適位置，氣泡上升過程中對玻璃液具有翻騰攪拌作用，強化投料回流和成型回流，使得鼓泡具有以下作用：①助熔作用。強化對流加快玻璃液與配合料之間的熱交換，提高配合料熔化效率，提高熔化能力;②均化作用。攪拌均化，可以減少條紋疵點，減輕炸板傾向;③阻擋浮渣。壩狀條帶可以阻擋未熔浮渣，減少進入成型區域;④改善窯溫。對流加強可以提高底層玻璃液溫度10～20℃，同時因玻璃液熱交換加強，液面反射熱減少可使大碹溫度降低15～25℃。
(6)低氮節能燃燒技術熔窯以天然氣作為主要常用燃料，采用底燒式噴槍，兩對小爐每個小爐采用5支噴槍，每只噴槍天然氣流量自動控制，助燃風機采用交流變頻調節技術，助燃風換向方式為總管換向、支風管進風。每對小爐助燃風量通過手動蝶閥調節，通過煙氣分析儀測定廢氣含氧量調整蝶閥開度，以保證燃燒充分和建立窯內氧化還原氣氛;廢氣采用支煙道換向。每個分支煙道設調節閘板，以控制廢氣流量，總煙道設等雙翼調節閘板自動控制窯壓。從源頭上使炭及碳氫化合物完全燃燒，有效控制氮氧化物生成，起到節約能源，顯著降低氮氧化物的作用。
4.4效果分析
高摻率廢玻璃技術2018年在湖南巨強再生資源科技發展公司2條馬蹄焰熔窯協同處置固體廢物浮法玻璃生產線(一條為350t/d，一條為550t/d，使用燃料主要為天然氣，煤焦油備用)實際應用，取得了比較明顯的成效。
(1)有利于節約原礦資源和化工材料有資料顯示，如果按照當前的玻璃行業資源消耗量計算，我國玻璃用硅質原料資源儲量只能使用80～85年。加上耐火材料、冶金熔劑、硅酸鈉等行業的消耗量，預計我國玻璃硅質原料資源儲量只能使用55年左右。2018年2座熔窯使用廢碎玻璃近30萬t，從而節約原礦資源合格粉料近30萬t，其中石英砂20.4萬t，白云石4.9萬t。一般而言，若生產1t合格粉料，考慮到運輸損耗和加工、選礦廢棄率等因素，需開采原礦1.4～1.5t，按此計算，節約原礦資源近45萬t，其中石英砂30萬t，白云石7萬t。同時節約化工原料6.3萬t，其中純堿6.1萬t。
(2)有利于實現清潔生產高摻率廢玻璃技術單位產品綜合能耗、單位產品純堿消耗和單位產品電耗分別為11.56kg/重量箱、3.24kg/重量箱和6.87kWh/重量箱，均低于或接近HJ/T361—2007《清潔生產標準平板玻璃行業》的資源能源利用指標中的最低值。
(3)有利于降低污染物排放該技術使熔窯煙氣大氣污染物排放量分別為顆粒物小于3330mg/m、二氧化硫小于200mg/m、氮氧化物小于3500mg/m，分別比GB26453—2011《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》的標準限值減少40%、50%和28%。
(4)有利于減少土地及人畜危害作為垃圾，廢玻璃是一種無法焚燒、無法在填埋中自然降解、且無法通過一般的物理化學方法加以分解和處理的廢棄物。資料表明，玻璃及其制品的自然降解時間高達4000年，這種降解速度或許對考古研究非常有價值，可通過對數百年或數千年前在巖漿中的天然玻璃研究，了解玻璃形成的機理，但對現實來說是極其有害的。
另外，由于玻璃制造和加工等原因，廢玻璃中含有鋅、銅等重金屬，對土壤和地下水造成污染。另一個問題是玻璃容易破碎，一旦有生物試圖吞下或舔食玻璃碎片上剩下的食物或飲料，就有可能遭受到嚴重的傷害。
5結語
高摻率廢玻璃熔化及成分補償技術生產浮法玻璃的技術是完全可行的，通過工藝流程、燃燒技術、成分補償、窯爐結構的改造創新，不僅減少礦產資源的開采，節約能耗，符合我國綠色發展理念和循環行動要求，還能提升產品質量，降低生產成本等，是一項有助于實現垃圾資源化和可持續發展模式并能推動行業技術進步的重要創新技術。
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