水射流工艺与机械法回收废旧轮胎胶粉的清洁度对比研究

水射流工艺与机械法回收废旧轮胎胶粉的清洁度对比研究

关键词

废旧轮胎；水射流工艺；机械法；胶粉；清洁度；回收利用

一、引言

随着汽车工业的快速发展，废旧轮胎产生量逐年递增，其无害化处理与资源化回收已成为全球环保领域的重要课题。橡胶粉作为废旧轮胎回收的核心产品，广泛应用于改性沥青、橡胶制品、建材等领域，其清洁度直接影响再生产品的性能与应用范围。传统机械法回收工艺因技术局限，存在杂质分离不彻底、表面污染严重等问题，制约了胶粉的高价值利用。水射流工艺作为新型回收技术，凭借超高压水流的动能冲击与冷态加工特性，在胶粉清洁度提升方面展现出独特优势。本文通过系统对比两种工艺的技术原理与产品指标，揭示水射流工艺在清洁度提升上的核心价值。

二、两种回收工艺的技术原理

（一）机械法回收工艺

机械法是目前应用最广泛的废旧轮胎回收技术，其核心流程为：废旧轮胎经切圈、切条、切块后，通过双轴撕碎机、破胶机、磨粉机等设备逐级破碎，利用磁选、风选、筛选等辅助手段分离金属丝与纤维杂质。该工艺依赖机械剪切与研磨作用实现橡胶粉碎，加工过程中高速旋转的刀具与磨盘会产生大量摩擦热，导致橡胶局部温度升至120℃以上。

（二）水射流工艺回收技术

水射流工艺以超高压水为能量载体，通过增压器将水压提升至200-600MPa，经0.1-0.5mm直径的宝石喷嘴形成3倍音速的高速水箭，结合天然磨料的动能冲击实现橡胶粉碎与组分分离。该工艺采用冷态加工模式，加工温度始终低于60℃，通过废旧轮胎与旋转水刀喷头的复合运动，实现橡胶与钢丝、纤维的精准剥离，后续经沉淀、过滤、干燥等工序获得成品胶粉。整套设备采用全封闭作业设计，水资源可循环利用，无废水、废气排放。

三、清洁度指标对比分析

（一）杂质含量对比

杂质含量是衡量胶粉清洁度的核心指标，主要包括金属碎屑、纤维残渣等。机械法因破碎过程粗放，橡胶与金属丝、纤维的分离依赖后续分选工序，难以彻底去除嵌入橡胶内部的细小杂质。数据显示，机械法生产的60目胶粉中，金属杂质含量通常在0.8%-1.5%之间，纤维杂质含量约为0.5%-0.9%，即使经过多道磁选与风选处理，仍存在明显的交叉污染现象。

水射流工艺通过“精准分离”技术，在粉碎过程中直接实现橡胶与金属、纤维的同步分离。超高压水箭可像外科手术刀一样逐层剥离橡胶层，完整保留钢丝与帘线纤维的原有形态，避免杂质嵌入橡胶内部。检测数据表明，水射流工艺生产的80目胶粉金属杂质含量≤0.1%，纤维杂质含量≤0.2%，杂质总含量较机械法降低85%以上，完全满足《硫化橡胶粉》GB/T19208-2020一级品标准。对于200目超细胶粉，水射流工艺的杂质控制优势更为显著，金属杂质含量可降至0.05%以下，而机械法因细粉团聚与杂质包裹效应，难以生产杂质达标 的60目以上胶粉。

（二）表面污染程度对比

机械法的摩擦生热会导致橡胶表面发生氧化、老化与碳化现象，产生粘性污染物，同时加工过程中产生的大量粉尘会附着在胶粉表面，形成二次污染。检测显示，机械法胶粉表面碳化物含量约为1.2%-1.8%，粉尘附着量达0.3%-0.6%，不仅降低了胶粉的表面活性，还影响其与其他材料的相容性。

水射流工艺的冷态加工特性从根本上避免了热氧化污染，加工过程在水浴环境中进行，水流可实时冲洗胶粉表面，带走微小碎屑与残留杂质。水射流胶粉表面呈多孔蜂窝状，无碳化层与粉尘附着，活化能指标高达5388KJ/mol，较机械法胶粉提升40%以上。扫描电镜观察显示，水射流胶粉表面新鲜洁净，无明显污染物覆盖，而机械法胶粉表面存在明显的熔融粘结痕迹与粉尘吸附层。

（三）组分分离效果对比

废旧轮胎作为复合材料，橡胶、钢丝、纤维的高效分离是提升胶粉清洁度的关键。机械法的破碎方式为“混杂破碎”，不同组分的分离效率较低，回收的钢丝表面通常粘连10%-15%的橡胶，纤维中橡胶残留量达8%-12%，导致胶粉中杂质溯源难以彻底消除。

水射流工艺可实现轮胎组分的定向分离，通过调整水压与喷头轨迹，可分别切割胎侧与胎冠部分，针对性回收不同性能的橡胶，同时获得洁净完整的钢丝与纤维。数据显示，水射流工艺的橡胶回收率达90%以上，钢丝表面橡胶残留量≤2%，纤维回收纯度达95%以上，组分分离效果远超机械法的70%-80%橡胶回收率。这种精准分离能力不仅提升了胶粉清洁度，还提高了副产品的回收价值，清洁钢丝可直接作为优质废钢回炉，纤维可用于建材增强等高端领域。

（四）环保性能对比

生产过程的环保性是清洁回收的重要延伸指标。机械法加工过程中产生的粉尘浓度达50-80mg/m³，远超《大气污染物综合排放标准》的10mg/m³限值，同时设备运行噪音达85-95dB，对操作人员健康与环境造成双重危害。

水射流工艺采用全封闭水浴加工，无粉尘与废气排放，噪音控制在60dB以下，符合绿色生产要求。加工用水经过滤沉淀后可循环利用，水资源消耗仅为0.5m³/吨轮胎，无废水排放，而机械法需配套复杂的除尘与污水处理系统，且难以完全消除污染隐患。

四、结论与展望

（一）研究结论

1. 水射流工艺在胶粉清洁度提升方面具有显著优势，其胶粉杂质总含量较机械法降低85%以上，金属杂质含量可控制在0.1%以下，表面无热氧化与粉尘污染，清洁度指标全面优于机械法。

2. 水射流工艺的冷态精准分离技术，不仅实现了橡胶与杂质的高效分离，还保留了橡胶的原生性能，活化能与相容性显著提升，为胶粉高价值应用奠定了基础。

3. 水射流工艺兼具环保优势，解决了机械法的粉尘、噪音污染问题，实现了废旧轮胎的绿色回收。

（二）展望

随着超高压水射流技术的不断成熟与成本优化，其在废旧轮胎回收领域的应用前景广阔。未来可通过优化喷嘴设计、提升水压控制精度等方式，进一步提高细粉生产效率与杂质分离效果；同时加强水射流胶粉与下游应用领域的适配性研究，拓展其在高端橡胶制品、军用设施等领域的应用，推动废旧轮胎回收产业向高清洁度、高附加值方向转型升级。