报废汽车拆解处理及资源回收技术研究进展

一、报废汽车资源回收利用技术发展现状和趋势

报废汽车资源回收利用需要经过从废旧产品的回收、拆解到使其转化为新的产品或者材料的复杂过程，这一过程需要采用各种高新技术，涉及到众多学科。目前，汽车产品回收利用应用的关键技术可分为共性技术、再制造技术、再利用技术等。 共性技术包括基于结构改进和材料替代的回收利用设计技术(可拆解性设计DFD、可回收性设计DFR)、高效拆解技术等。再制造涉及面向废旧汽车零部件失效分析、检测诊断、寿命评估、质量控制等多种学科，具体包括微纳米表面工程技术、再制造信息化升级技术、质量控制技术、先进材料成形与制备一体化技术、虚拟再制造技术、先进无损检测与评价技术、再制造快速成型技术等。再利用技术包括材料分类检测技术、资源化预处理技术、产品粉碎及粒化技术、材料物理及化学分选技术、产品循环利用技术等。在美、日、欧等发达国家，都在积极研究汽车产品回收利用的高新技术，汽车产品回收利用率已基本达到85%的水平。国外汽车产品回收利用技术的发展趋势是：尽可能提高回收利用率；开发利用快速装配系统和重复使用的紧固系统及其他能使拆卸更为便利的技术及装置；开展可拆解性、可回收性设计；开发由可循环使用的材料制作的零部件及工艺；开发易于循环利用的材料；减少车辆使用中所用材料的种类；开发有效的清洁能源回收技术；开发高效拆解技术，普遍采用先破碎后分选的技术。

随着我国汽车报废量的速增，回收利用问题也得到了更多的关注，我国报废汽

车回收拆解企业一直是作为劳动密集型产业存在的，整体水平低，拆解企业和再利用企业的技术和设备相当落后，报废汽车回收处理的流程还很简单，分捡水平和再利用水平落后，绝大部分企业没有专用的拆解设备，拆解手段原始，对报废汽车的拆解基本采用简单的手工作业，回收利用率低，直接后果是对资源、能源的严重浪费和环境的严重破坏。

二、报废汽车中有色金属的回收利用

现今，全世界汽车工业界已清楚地认识到，节省资源和减少对环境的污染是其迫切需要解决的两大问题。要使汽车更省油，一个重要措施就是减轻自身质量，广泛和更多地使用轻质材料。汽车重量对燃料经济性起着决定性的作用，车重每降低100kg，油耗可减少0.7L/100km。目前，在汽车上普遍使用的轻质材料主要有超轻高强度钢板、铝、镁、塑料等。在报废汽车中尽管有色金属所占比例不大，但利用价值却很高。

铝合金是最佳的汽车轻量化用材，汽车用铝主要是铝合金，从铝合金零件来看，以铸件为主（约占70%），变形加工件为辅（约占30%），主要用于活塞、气缸体、气缸盖、燃油管、燃油箱、风扇、离合器壳体等。镁是一种最轻的结构材料，镁合金的强度不高但是比强度很高，因此加工性能非常好，目前镁合金零件主要用于小汽车或赛车中的变速器、离合器壳体、操纵杆托架、大梁等，虽然镁合金在汽车上的比例远远低于铝合金，但由于其重量上的优势，将来在汽车材料上的应用一定会越来越广。另外，汽车上使用的有色金属还有纯铜、黄铜等，纯铜用来制造制动管、散热管等，铜合金则广泛用于其他零部件，如水箱本体、水箱盖、制动阀阀座、化油器通气阀本体、转向节衬套、活塞销衬套等。但是由于铜及铜合金的比重较大，不符合汽车轻量化的发展方向，因此已经开始逐步被铝合金取代，欧洲铝化率已达90%以上，美国60%~70%，日本也已达到25%~35%。

对于有色金属的回收，一般认为，最理想的回收方法是原零件的重用，这种回收方法以人工为主，手工分解汽车，精心拆解、挑选，然后将各种材料和零部件分类放置，这样，铝、镁、铜等合金零部件可按变形或铸造合金，或者按不同合金系进行回收再生。然而目前，发达国家在回收报废汽车中有色金属时，已经从回收零部件的旧模式向回收原材料的新模式，通过机械化、半自动化的方法去杂、分离，回收原材料，已较多采用切碎机切碎报废汽车车体后再分别回收不同的原材料，主要流程如下：

1.排尽所有液态物质后用水冲洗干净；

2.拆卸易分离的大件，如车身板、车轮、底盘等；

3.将拆卸下的大件和未拆卸的报废汽车车体，分别进入切碎机系统流水线，先压扁，然后在多刃旋转切碎装置上切成碎块；

4.流水线对碎块进一步处理，其顺序是：全部碎块通过空气吸道，利用空气吸力吸走轻质塑料碎片；通过磁选机，吸走钢和铁碎块；通过悬浮装置，利用不同浓度的浮选介质分别选走密度不同的镁合金和铝合金；由于铅、锌和铜密度大，浮选方法不太适用，利用熔点不同分别熔化分离出铅和锌，最终余下来的是高熔点铜。 这种回收方法流程合理，成本相对不高，但对回收铝、镁合金来说仍有欠缺，主要是由于轿车上用的铝、镁合金属于不同的合金系，既有变形合金又有铸造合金，经破碎和浮选后，不能再进一步分离，成为不同合金的混合物，就会给接下来的重熔再生合金的化学成分和杂质元素控制带来非常大的困难，因此大多数情况下仅能作为重熔铸造合金使用，降低了使用价值和广泛性。为了解决铝、镁合金重熔回收后成分混杂、使用价值低的问题，在汽车设计时，对材料的选择与开发进行很多的研究，同时，新的分离方法也在不断被开发出来，如铝废料激光分离法、液化分离法等。

三、废旧部件再使用、再制造

通过旧汽车零部件的再使用，可以延长零部件的使用寿命，从而节省能源。由于汽车零部件产品不可能达到等寿命设计，因此当产品报废时总有一部分零部件性能完好。这部分零部件经过检测合格后可直接使用。再使用又可分为直接、翻新和修复使用等3种方式。通过再使用使旧零部件得到重新利用，基本上不会消耗额外的能源和产生额外的污染，是最为理想的回收利用方式。

再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。它是通过采用包括先进表面工程技术在内的各种新技术、新工艺，将废旧产品零部件作为毛坯，在基本不改变零部件的形状和材质的情况下，对废旧汽车零部件产品实施再加工，充分挖掘废旧产品中蕴含的原材料、能源、劳动付出等附加值，生成性能等同或者高于原产品的再制造产品的资源再利用方式，节能减排效果显著。汽车零部件再制造无论从技术成熟性、经济合理性，还是产业规模都具发展优势。例如，汽车发动机再制造与新品相比，降低成本50％左右，节约能源60％、节约原材料70％。据美国Argonne国家实验室统计：新制造1台汽车的能耗是再制造的6倍；新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍；新制造汽车发动机中关键零部件的能耗是再制造的2倍。

四、废汽车轮胎的综合利用

废旧轮胎被称为“黑色污染”，其回收和处理技术一直是世界性难题，也是环境保护的难题。据统计，目前全世界每年有15亿条轮胎报废，其中北美大约4亿条，西欧近2亿条，日本1亿条。在上世纪90年代，世界各国最普遍的做法是把废旧轮胎掩埋或堆放。以美国为例，1992年废旧轮胎掩埋、堆放率达63%。但随着地价上涨，征用土地作轮胎的掩埋、堆放场地越来越困难。另一方面，废旧轮胎大量堆积，极易引起火灾，造成第二次公害。

中国现有利用废旧轮胎生产胶粉的企业仅60家，年产胶粉不足5万吨，每年仍有2 000多万条废旧轮胎无人问津。如何利用废旧橡胶制品和废旧轮胎，是搞好资源综合利用的重要课题，也是合理利用资源、保护环境、促进国民经济增长方式转变和可持续发展的重要措施。 1.废旧轮胎翻新

处理和利用废旧轮胎，主要有两大途径：一是旧轮胎翻新，二是废轮胎的综合利用，包括生产胶粉、再生胶等。翻新是利用废旧轮胎的主要和最佳方式，就是将己经磨损的、废旧轮胎的外层削去，粘贴上胶料，再进行硫化，重新使用。 目前翻新是发达国家处理废旧轮胎的主要方式，目前世界翻新轮胎(翻胎)年产量约8 000多万条，为新胎产量的7%。美国年产轮胎2.8亿条，居世界之冠，年翻修轮胎约3 000万条，是新胎产量的10%左右，其中，翻新轿车轮胎200万条、轻型卡车轮胎680万条、载重车轮胎2 000万条，飞机、工程车等其他翻新轮胎约70万条。美国现拥有轮胎翻修企业1100多家，90%属中小企业，设备先进，全部生产过程实行计算机联网、自动化操作，年产值400亿美元。翻新轮胎业在美国的发展得益于政府的鼓励与提倡。为了鼓励企业利用废旧轮胎资源，美国规定：回收商收购一条轿车废旧轮胎补助1.9美元，收购一条载重车废旧轮胎补助2.3美元。欧共体规定2000年产生的废旧轮胎中必须有25%得到翻新。

传统的轮胎翻新方式是将混合胶粘在经磨锉的轮胎胎体上，然后放入固定尺寸的钢质模型内，经过温度高达150℃以上硫化的加工方法，俗称“热翻新”，或热硫化法。该法目前仍是中国翻胎业的主导工艺，但在美国、法国、日本等发达国家己逐渐被淘汰。

随着高科技工艺的发展以及新一代轮胎的面世，人们对翻新轮胎的要求提高，一种新型的、被称为“预硫化翻新”，俗称“冷翻新”的轮胎翻新技术己经在发达国家成功应用，且被带入中国。它由意大利马朗贡尼(Marangonp)集团研发并于1973年投放市场。

“预硫化翻新”技术则是将预先经过高温硫化而成的花纹胎面胶粘在经过磨锉

的轮胎胎体上，然后安装在充气轮辆；套上具有伸缩性的耐热胶套，置入温度在100℃以上的硫化室内进一步硫化翻新，这项技术可确保轮胎更耐用，提高每条轮胎的翻新次数，使轮胎的行驶里程更长，平衡性更好，使用也更加安全。 2.废车胎制胶粉

通过机械方式将废旧轮胎粉碎后得到的粉末状物质就是胶粉，其生产工艺有常温粉碎法、低温冷冻粉碎法、水冲击法等。与再生胶相比，胶粉无须脱硫，所以生产过程耗费能源较少，工艺较再生胶简单得多，减低污染环境，而且胶粉性能优异，用途极其广泛。通过生产胶粉来回收废旧轮胎是集环保与资源再利用于一体的很有前途的方式，这也是发达国家摒弃再生胶生产，将废旧轮胎利用重点由再生胶转向胶粉和开辟其它利用领域的根源。

胶粉有许多重要用途，譬如掺入胶料中可代替部分生胶，降低产品成本，活化胶粉或改性胶粉可用来制造各种橡胶制品；与沥青或水泥混合，用于公路建设和房屋建筑；与塑料并用可制作防水卷材、农用节水渗灌管、消音板和地板、水管和油管、包装材料、框架、周转箱、浴缸、水箱；制作涂料、油漆和粘合剂，生产活性炭。 3.热能利用

废旧轮胎是一种高热值材料，每公斤的发热量比木材高69%，比烟煤高10%，比焦炭高4%。以废旧轮胎当作燃料使用，一是直接燃烧回收热能，此法虽然简单，但会造成大气污染，不宜提倡；二是将废旧轮胎破碎，然后按一定比例与各种可燃废旧物混合，配制成固体垃圾燃料(RDF)，供高炉喷吹代替煤、油和焦炭作烧水泥的燃料或代替煤以及火力发电用。同时，该法还有副产品—炭黑生成，经活化后可作为补强剂再次用于橡胶制品生产。在综合利用中，热能利用是目前能够最大量消耗废旧轮胎的唯一途径，不仅方便、简洁、而且设备投资最少。 4.再生胶

通过化学方法，使废旧轮胎橡胶脱硫，得到再生橡胶是综合利用废旧轮胎最古老的方法。目前采用的再生胶生产技术有动态脱硫法(恩格尔科法)、常温再生法、低温再生法(TCR法)、低温相转移催化脱硫法、微波再生法、辐射再生法和压出再生法。由于再生胶的生产严重污染环境，国外己经淘汰，而中国再生胶仍是利用废轮胎的主要方法。不少企业还处于技术水平低、二次污染重的作坊式生产阶段，胶粉产品也未形成规模。 5.热分解

热分解就是用高温加热废旧轮胎，促使其分解成油、可燃气体、碳粉。热分解所得的油与商业燃油特性相近，可用于直接燃烧或与石抽提取的燃油混合后使用，

也可以用作橡胶加工软化剂；所得的可燃气体主要由氢和甲烷等组成，可作燃料使用，也可以就地燃烧供热分解过程的需要；所得的碳粉可代替炭黑使用，或经处理后制成特种吸附剂。这种吸附剂对水中污物，尤其是水银等有毒金属有极强的滤清作用。

五、废汽车玻璃的回收再利用

汽车废玻璃的回收和再利用同汽车上其他非金属材料一样，虽然在技术上是可行的，但实际操作起来却比较困难。这是因为这些材料的回收一般都是采用手工拆卸，因此成本过高；还有因为回收过程中容易混入其他杂质，造成回收材料的纯度不够，不仅增加了回收的难度，而且影响了再利用的效果;再就是现有进行材料回收的基础设施还不够，造成回收工作难以进行。近年来，随着人们日益追求和强调汽车的主动安全性和美观，车用玻璃的材料也在不断地变化。为此，回收的难度也在不断地加大。

六、废汽车塑料的回收再利用

从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的影子。外装饰件的应用特点是以塑料代钢，减轻汽车自重，主要部件有保险杆、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板等；功能与结构件主要有油箱、散热器水室、空气过滤器罩、风扇叶片等。

报废汽车的塑料最理想的出路是再利用，然而其回收处理工艺却十分复杂，即使在一些回收处理技术较先进的国家，对塑料件的回收和再生利用也尚在研究开发之中。目前，国外仍主要是采用燃烧利用热能的方式来处理汽车废旧塑料件，并通过一定的清洁装置，将不能利用的废气和废渣进行清洁处理。但日本及欧洲各国在几年前已分别提出了对汽车废旧塑料的利用要求，并规定了具体的年限。由于汽车工业发达国家政府的高度重视，促进了包括塑料和橡胶在内的废旧材料的回收利用，汽车废塑料制品的实际利用率预计到2015年可达到95%。目前，汽车废旧塑料的回收、再生与利用技术，在国外己成为一个热点并逐步形成为一种新兴的产业。 七、废汽车黑色金属材料的回收再利用

黑色金属材料，按是否含有合金元素来分，钢又可分为碳素钢和优质碳素钢。合金钢有合金结构钢和特殊钢之分。根据钢材在汽车的应用部位和加工成型方法，可把汽车用钢分为特殊钢和钢板两大类。特殊钢是指具有特殊用途的钢，汽车发动机和传动系统的许多零件均使用特殊钢制造，如弹簧钢、齿轮钢、调质钢、非调质

钢、不锈钢、易切削钢、渗碳钢、氮化钢等。钢板在汽车制造中占有很重要的地位，载重汽车钢板用量占钢材消耗量的50%左右，轿车则占70%左右。按加工工艺分，钢板可分为热轧钢板、冷冲压钢板、涂镀层钢板、复合减震钢板等。

从废旧汽车回收金属材料的莱茵哈特法工艺流程如图1，该方法几乎可以将废旧汽车全部有用成分全部回收利用，且效率高达85%~95%。

报废汽车经拆卸、分类后作为材料回收，则必须经过机械处理后，将钢材送钢厂冶炼，铸铁送铸造厂，有色金属送相应的冶炼炉。当前机械处理的方法有剪切、打包、压扁和粉碎等。对于黑色金属材料的机械处理，目前国外最普遍的方法是采用报废汽车整车连续化处理线，即送料—压扁—剪断—小型粉碎机粉碎—风选—磁选—出料或送料—大型粉碎机粉碎—风选或水选—出料。

这种自动化处理方式的特点是可以将整车一次性处理，可将黑色金属和非金属材料分类回收，所回收的黑色金属纯度高，是优质的炼钢原料，适合于大型企业报废大量报废汽车处理使用。英国群鸟集团公司安装的粉碎生产线，小的处理能力可达到250吨，但是它的占地面积也大，功率大(小型粉碎机的功率在1 000kW以上，大型的在4 000kW以上)，需要的投资也较多，适合于大量处理旧车的专用厂，随着我国汽车工业的迅速发展，轿车进入家庭是必然的趋势，每年必然有大量的汽车报废，这样的生产线和设备是必需的。 八、结论与展望

我国报废汽车回收工作目前还处于初级阶段，为了进一步促进汽车制造业的发展，使汽车从设计、生产制造、使用和回收成为一个真正的绿色循环链，作为“汽车链”中的最后一个环节，我们应该给予报废汽车的回收处理特别的重视与关注，特别是科技进步和培养市场这两大要素，规范产业行为，为汽车工业健康发展创造一个良好的外部环境。