关于废弃CRT 玻璃生产建筑材料若干问题探讨
摘要: 从资源、环境、技术、经济等角度，讨论了废弃阴极射线管( CRT) 玻璃建材资源化利用过程中存在的若干问题，提出应区别对待含铅玻璃与无铅玻璃、尽可能提高产品附加价值、加强与现行技术标准的衔接等论点。关键词: 电子废弃物; 阴极射线管( CRT) ; 建材资源化; 泡沫玻璃
0 前言
近年来，电子废弃物问题受到我国社会公众的广泛关注。这一问题的妥善解决，涉及政策法规、环境保护、资源利用、工艺技术、工程经济等诸多方面，是一个非常庞大的系统工程。其中，资源化再生利用是解决电子废弃物问题的一个有效途径。将废弃阴极射线管( Cathode Ray Tube，CRT) 玻璃用于生产建筑材料制品，在电子废弃物资源化利用方面具有代表性，因此，引起国内外研究者和工业界的浓厚兴趣。
作者自2003 年以来持续从事电子废弃物方面的理论研究和工程实践［1-4］，2005 年曾撰文论述国内外目前废弃CRT 玻璃建材化处理处置的主要途径［1］，受到研究同行关注［5］。随着研究工作的推进，对此问题的认识也逐渐深化。本文拟综合考虑资源、环境、技术、经济等多方面因素，从含铅玻璃与无铅玻璃的区别对待、提高产品的附加价值、产品与现行技术标准的衔接等方面，对废弃CRT 玻璃建材资源化过程中存在的若干问题展开进一步讨论。
1 废弃CRT 玻璃建材资源化的必要性
以CRT 玻璃的生命周期分析为基准，废弃CRT玻璃的处理处置可分为闭环循环( closed-loop recycling)与开环循环( open-loop recycling) 两类( 图1) 。
所谓“闭环”是指CRT 在废弃后经收集和拆解、清洗等预处理工艺，重新返回原生产流程，以制造新的CRT 玻壳。而“开环”是指废弃的CRT 不再返回原生产流程，而是经过其他的特殊工艺进行处理或处置，应用于冶金工业助熔剂、生产建筑材料、混凝土固化填埋等CRT 玻壳制造业之外的其他领域。显然，利用废弃CRT 玻璃生产各种建材制品属于开环方式的循环。
虽然废弃CRT 玻璃处理处置存在开环、闭环多种备选方案，但在特定条件下优选何种方案，仍应具体分析。例如，在距离CRT 玻壳厂较近的地区，可优先考虑“闭环”方式，用于再制造新玻屏或玻锥。
但随着全球范围内玻壳制造业向少数企业的进一步高度集中，绝大多数地区并不具备这一条件，在考虑回收成本、运距、运输安全性等因素后，“闭环”方式将受到很大限制，必须考虑包括建材资源化在内的其他“开环”途径。2005 年以来，全球范围内传统的CRT 显示器件受到平板显示器件的极大冲击，CRT产品的市场占有率急剧下滑，实际产销量已呈显着下跌之势，CRT 玻壳厂的正常经营甚至企业的生存问题已受到空前的威胁和挑战，相当数量的玻壳厂关闭部分生产线，部分企业甚至已停止CRT 玻壳的生产。在这种背景下，试图主要依靠“闭环”方式来处理处置废弃CRT 玻璃的可能性和可行性急剧降低，加快开发包括建材资源化在内的“开环”处理方式的必要性和迫切性进一步增强。
作为研究者，当前就必须考虑的一个不可回避的前瞻性问题是: 若干年后( 初步推断约5 ～ 10 年，作者注) ，当国内外市场对CRT 玻壳的需求量进一步降低、绝大多数玻壳厂相继关闭后，废弃CRT 玻璃的“闭环”处理势必失去可能，人们将不得不主要采取“开环”方式，那么，在目前已知的几种备选的“开环”工艺中，采取哪种工艺更为合理可行? 建材资源化是否是最佳方案? 此问题值得认真思考。
2 含铅玻璃与无铅玻璃的区别对待问题
区分对待含铅玻璃和无铅玻璃是废弃CRT 玻璃处理处置与资源化利用中的一个非常重要但又极易被忽略的问题。一般地，黑白CRT 玻壳由均质材料组成，均为不含铅的碱性铝硅酸盐，但含有钡、锶、锆等金属以吸收各种射线。彩色CRT 玻壳各部位的材料组成不同，玻璃屏中不含铅，或含铅量很低( 0% ～ 4%) ; 玻璃锥和玻璃管颈含量相当( 约24%) ; 玻璃焊料的含铅量最高( 70% 以上) 。由于废旧黑白电视机的CRT 中不含铅，而且目前黑白电视机的存量较彩色电视机为少，因此，有关铅的各种讨论主要集中在废弃的彩色CRT 玻璃上。
铅对废弃CRT 玻璃处理处置的影响，首先体现在潜在的环境危害方面( 如铅在环境介质作用下的浸出对土壤、水体、大气和生物体的有毒有害作用等) ，同时也体现在有色金属资源的综合利用方面。
以往人们对前者的认识较为深刻，但随着近年来国际有色金属市场上氧化铅价格的飞涨( 从每吨四、五千元上涨到每吨二万元左右，作者注) ，人们越来越认识到废弃CRT 含铅玻璃中铅的重要经济价值，把废弃CRT 玻璃更多当作一种可再生的“资源”，而不仅仅是“废弃物”，并着手开发各种工艺，最大化地提高产出品的附加价值。
文献［5］以废旧CRT 玻璃为主要原料、SiC 为发泡剂、Na2SiF6为助熔剂，采用粉末烧结法制备泡沫玻璃，进行了废弃CRT 玻璃建材资源化的非常有价值的尝试。但是，其试验过程将屏、锥和管颈玻璃混合在一起破碎和研磨，并未区分对待含铅玻璃和无铅玻璃，从环境保护和资源节约的角度看，一方面使制成的泡沫玻璃在实际应用时存在一定的环境威胁，另一方面也造成有色金属资源的浪费。因而，若以产品的安全性和市场推广前景评价，该研究的技术路线似值得进一步调整。而文献［6］则明确提出主要以不含铅的废弃屏玻璃作为原材料研制泡沫玻璃，并且与美国某公司市售的泡沫玻璃的技术性质作对比，测定了样品的相关技术指标，这种市场导向的产品研发思路和应用研究模式值得我国研究人员学习和借鉴。
因此，以废弃CRT 玻璃为主要原料制造建材产品( 如泡沫玻璃、玻璃陶瓷等) ，除工艺技术可行之外，还必须综合考虑环境安全、资源利用和生产成本等因素。“环境安全”主要是考虑原料中的有毒有害物质对产品的潜在影响，这是利用废弃CRT 玻璃生产建材产品必须满足的首要条件，利用以含铅CRT 玻璃制造的产品中铅的浸出率是否控制在相关国家标准限度范围之内，同时，应考虑公众对产品环境友好性的心理接受程度; “资源利用”主要是考虑各种组成材料在综合利用价值方面的优缺点，应扬长避短，如无铅的屏玻璃具有良好的光学性能，可考虑生产高档的玻璃工艺品，而含铅的锥玻璃若仅仅作为普通建筑材料使用，势必造成资源的浪费;“生产成本”主要是在兼顾环境安全和资源利用的基础上，尽量提高制品的附加价值，降低成本以提高市场竞争力。唯有环境安全、技术可行、资源节约、价格合理的产品，才有可能进入市场中参与竞争，唯有在市场竞争中立足才可能使废弃CRT 玻璃的建材资源化途径得以最终成为现实，而不是长期停留在概念和实验室阶段。
3 CRT 玻璃建材制品与现行技术标准的衔接问题
废弃CRT 玻璃作为原料生产建材制品的一个前提，就是必须遵循一定的技术标准。若研制的产品已存在标准，则必须与其衔接，遵照执行; 若研制的产品属外观和功能等方面的创新，无现成标准可循，则应考虑设定新的标准体系( 如企业标准) ，以规范和约束新产品的生产和应用。
仍以泡沫玻璃为例，我国建材行业标准JC /T641 － 2005《泡沫玻璃绝热制品》规定了泡沫玻璃绝热制品的术语和定义、分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等，尤其是规定了泡沫玻璃的体积密度、抗压强度、抗折强度、体积吸水率、透湿系数、导热系数等重要的物理性能指标。这些规定将对以废弃CRT 玻璃为主要原料研制生产泡沫玻璃起到较强的指导性作用，研究者必须以此为导向开展相关研究。同时，具有国内外市场领导地位的公司的产品性能也应作为参考，避免研究工作脱离生产和工程实际。表1 列出了我国行业标准、国内外两家公司和两项研究的部分重要数据。不难看出，研究数据一在体积密度方面严重偏离了现有技术标准，未测定“导热系数”这一泡沫玻璃作为保温绝热材料的重要建筑物理性能指标，与现有技术标准和市售产品性能的差距较大，衔接不佳; 研究数据二则与相关技术标准和商业化产品取得较好的衔接。
含铅CRT 玻璃是否适于生产泡沫玻璃? 引入含铅玻璃，将会对泡沫玻璃的体积密度、导热系数和环境安全性( 氧化铅挥发、铅浸出率) 等方面产生不良影响。屏玻璃( 不含铅或铅含量很低) 密度约2. 7g /cm3，锥颈玻璃( 含铅) 密度约3. 0 g /cm3，在相同的工艺制度下，引入含铅玻璃制成的泡沫玻璃的体积密度肯定高于仅采用无铅的屏玻璃制成的泡沫玻璃，从而影响泡沫玻璃的体积密度指标。研究数据一的体积密度偏大，除发泡程度不够外，也可能是含铅玻璃较重的原因。另外，铅的引入也会增大泡沫玻璃的导热性能，会使生产过程中产生氧化铅挥发，危害工人的职业健康，并使泡沫玻璃在使用中出现重金属浸出问题［10］，危害产品的环境安全性。因此，是否适宜采用含铅玻璃生产泡沫玻璃和其他建材制品，值得慎重对待。如采用，则必须对制品的安全性和环境友好性进行综合的科学评价，并制订针对性的技术规范和标准加以约束和限定，这将是建材领域研究者面临的一个新课题。综合来看，作者不倾向于采用含铅玻璃生产建材制品。
4 CRT 玻璃建材资源化方法与其他处理处置方法的比较
从处理玻璃类型、操作安全、环境影响、技术复杂性、处理成本、产出品附加价值及参与者积极性等方面对废弃CRT 玻璃几种主要的处理处置方法进行了比较。建材资源化途径虽然在处理玻璃类型方面存在一定局限性，但由于操作安全、处理成本低、产出品附加价值较高等优势，是所有方法中前景较为明朗的一种，值得进一步深入研究。作者在此方面也开展了探索，相关成果将另文发表。
5 结语
废弃CRT 玻璃的建材资源化虽然发展前景良好，但仍存在许多问题，如废玻璃的规模化回收和稳定供应、相关处理工艺的深度开发、建材产品的市场推广等，唯有较好满足资源、环境、技术、经济、法律和社会等多方面要求而生产的建材制品，才有可能真正实现产业化。在资源和环境问题日益突出的时代背景下，我国在此领域有望取得大的进步和发展。
致谢: 感谢河南安彩高科股份有限公司曹国喜博士为本文提供的支持和帮助。
参考文献:
［1］ 阎利，史抗洪，刘应宗. 废弃CRT 玻璃的建材化处理处置与再生利用［J］. 安阳工学院学报，2005， 18( 6) : 4-9.
［2］ 阎利，刘应宗，王靖. 我国电子废弃物处理处置技术路线选择研究［J］. 中国工程科学，2006，8( 5) : 79-83.
［3］ 阎利. 废旧电器再生利用技术管理研究［D］. 天津: 天津大学，2006.
［4］ 阎利. 废旧电器再生利用项目可行性研究方法与实务［M］.北京: 化学工业出版社， 2008.
［5］ 高淑雅，郭宏伟，董晓锋，等. 利用废阴极射线管制备泡沫玻璃及其性能研究［J］. 新型建筑材料，2007，( 9) : 44-46.
［6］ Enrico Bernardo，Francesca Albertini. Glass foams from dismantledcathode ray tubes［J］. Ceramics International，2006，32: 603-608.
［7］ JC /T 641 － 2005 泡沫玻璃绝热制品［S］.
［8］ 浙江振申绝热科技有限公司［EB /OL］. ［2008 － 02 － 28］.
［9］ Pittsburgh Corning Foamglas Insulation［EB /OL］. ［2008 － 02 － 28］.
［10］GB 5085. 3 － 2007 危险废物鉴别标准———浸出毒性鉴别［S］