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环境材料(第四章再生循环)

▪ 再生循环对于像铝、铜、钛、镍等合金体系更为
紧迫,也期望能发展类似的材料预测技术。
▪ 材料的性能可通过化学成分的选择以及由控制加
工、热处理等制造工艺而确定的微观组织来决定。
▪ 采用以基础理论为指导的材料预测技术来控制生
产、使用、废弃、回收的循环,这是“金属材料 环境材料化”的重要课题。
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等微观组织的控制等,以谋求合金的高性能。然 而,在再生循环时,组成一复杂,分选与分离就 困难了。此外,存在不能分离的合金元素时,有 可能使原来各合金元素的功能不能充分发挥出来。
▪ 因此,以废金属作原料的金属再生循环,实际上
倒不如说仍是以“逐次降级使用”为主,既一级 一级地向低级别产品再生的过程。
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(4)简单合金的可再生循环设计
▪ 简单合金:就是组元组成简单的合金。简单合金
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例:Ti合金的基本组成与组织设计
▪ Ti在882℃的相变温度以上是β相,以下是α相。依 合金元素的种类与添加量不同,可分类为α、α+β 以及β合金。
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•4.2.3 日本再生循环法规的实施
2)指定产品 易再生产品的制造:要求在产品的设计阶段要进行 事前论证并作好记录,要求在材质及结构、分类、 信息提供、提高技术等方面下工夫。 3)指定副产品 促进副产品的利用。要求厂家做出促进利用再生资 源的计划,务必按规格、型号要求进行加工、生产; 配备必要的设备,提高技术等。
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4.1.3再生循环的问题
(1) 消费者首先必须参与利用废弃物资源的行动: a)分类回收;b)购买再生原料制品。
(2) 通过再生循环获得廉价的原材料 在相同的经济利润前提下,存在着最经济的再生循环率。 影响再生循环率的手段:可通过技术的开发,社会体制的
• 1992年8月提出了“限制废车条例”的提案。其最重要的
议题就是汽车制造商有义务回收废旧车。并要求就以下内 容制定相应的措施:
(1)追求在设计及制造中的可分解性;
(2)促进贴商标及再生循环的程序;
(3)制造过程中的再利用与再生循环等。
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4.2.1 欧洲的环保政策
支持和提高原材料的价格(在金融、税率上采取措施)予以 干预。 (3) 再生循环面临的困难。
再生材料品质和数量上的不稳定。 分选分离都很费事,导致处理费用的提高,增加能耗及回 收过程使用化学药品带来的环境负荷方面的影响。
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4.1.3再生循环的问题
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4.3.7 金属合金的设计--超级通用合金
▪ 现在针对不同的用途开发了不同的材料,材料的
种类一直在增加。这么多不同种类组成的材料混 杂在一起,使废料的再生循环很困难。
▪ 超级通用合金即是合金种类最少,而且能满足多
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•本讲内容
•4.1 再生循环-可持续发展的途径 •4.2 面对再生循环的环境保护政策 •4.3 材料的再生循环设计 •4.4 金属材料再生循环的现状 •4.5 塑料的再生技术 •4.6 建筑材料的再生循环 •4.7 干电池的综合回收与利用
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•4.3.4 复合材料与环境材料
▪ 把塑料+玻璃纤维、碳纤维制成复合材料,作为
一种环境材料而引人注目。
▪ 有机材料和无机材料复合的典型代表是玻璃纤维
强化塑料(FRP),它作为轻质和强度兼备的材 料有多种用途,而要使这种复合材料成为有利于 地球环境的环境材料,就必须作到容易再生循环 才行。
•(4)再生循环的发展方向 •A.杂质无害化技术。 •B.通用性材料。 •C.长寿命材料:延长材料的使用寿命,减少 废弃。
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4.2 面对再生循环的环境保护政策 4.2.1 欧洲的环保政策
• 欧洲各国对环境保护持积极态度 。德国1972年制定了 “废弃物处理法”。为了与这个政令配合,成立了DSD (Duel System Deutschlaud)公司。
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4.3 材料的再生循环设计
材料的可循环再生设计是在设计阶段就充分考虑材料的循 环再生性,不仅比后期处理难度小,而且效益高。
8.3.1 考虑再生循环的材料设计
如何建立和发展社会性再生循环体系;极力减少资源采掘 量并持续不断地提供高质量的材料。
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再生循环的形态
(1) 单纯再利用(reuse) 将不同的东西可以直接提供给其他消费者利用。 (2)部件的回收再利用 将废弃物中一部分零部件取出,可将这类部件用在别的系统 上继续发挥其结构和功能的作用。 (3)作为原材料再利用(recycle) 将一定组成的物质直接利用还是通过“分解、分离”成与原 材料更接近的物质,这在工艺的概念上是完全不同的。 (4)能源回收(reclaim) 有机物燃烧会放出能量,金属则有时被称作是通过还原等过 程而聚集在一起的能量块。
液晶聚合物经加热后变成兼有固体和液体两者特征的液晶状态, 它是一种流动性很强的热塑性材料。在高温下融化形成均匀层,当 成型后使温度下降时,液晶聚合物便分散在聚合物基体当中。由于 形成原纤维(微小纤维),所以它可以发挥与玻璃纤维同样的增强 效应。
这种材料粉碎时,即使原纤维被破坏了,再成形时原纤维又能形 成,因此再生循环后性能变化不大,可大体保持原始的机械强度。
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•4.1.1 再生循环的背 景
建立符合自然规律的物质循环系统的战略方
针应遵循如下两条原则:
(1)尽可能使用在自然界中可循环的材料,
并将自然的循环应用到其废弃和生产过程中。
(2)尽可能少使用在自然界中不可循环的材
料。对那些非用不可的材料,应事先先设计一个再
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最近,关于Ti合金也有了基于热力学数据的相 平衡计算。根据正则熔体模型的热力学计算,可以 相当精确地计算多元素Ti合金中的相平衡。此外, 利用亚晶格模型可以处理Ti3Al等化合物,也可以计 算Ti-Al-Sn-Zr系的α/Ti3Al相平衡问题。这样,通过 计算来预测结构的组织正在成为可能。
4.1 再生循环-可持续发展的途径
•4.1.1 再生循环的背景
▪ 对于某种生物来说没有用途的东西,在某些场合
可能是其他生物的资源,自然界中将所有的生物 有机地联系起来,就形成一个循环系统(生物 圈)。
▪ 如何减少废弃物是迫切需要解决的课题。 ▪ 除了能源以外,许多矿产资源如锌、镉、锡等也
面临枯竭。
• 在1993年3月,德国联邦议会通过了新的废弃物
处理法。被称作“循环型经济废弃物法”,主张 “生产者和消费者共同对产品的全过程负责”, “用再资源化代替简单的废弃物处理”,使生产 过程开始就明确提倡制订“循环型经济”、“再 生义务”和“回收义务”,为工业垃圾的再资源 化奠定了基础。
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将一些理论上不能解释的现象方便地数值化了, 并成功的制造出高性能的机械。
然而到目前为止,类似的情况在材料的设计中还 十分罕见。一些数值化后而又含义模糊的部分还期 望将来基础理论发展后再给予替换或修正。
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4.3.3 应用材料预测技术使材料环 境材料化
生循环系统。
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4.1.2 再生循环的形态
▪将废弃物作为资源再生利用,其利用方式
随制造过程的阶段不同而有很大差异,不 同阶段进行再生利用时,所要解决的问题 的意义及重点也不相同。
▪在进行再生循环时,要根据解决的问题来
选择具体实施的阶段。
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▪ 与此相反,固溶强化与合金组成的关系是比较平
缓而连续的,再生循环造成的杂质及合金元素量 的变动对性质的影响较小。因此,固溶合金可以 作为有前途的再生循环候选材料。
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(3)金属再生循环的逐次降级使用情况
▪ 在合金学中,通过添加合金元素的配比,晶粒度
迄今为止,材料研究者一直在致力于研究和开发更强、更 韧,能在更严酷的环境下使用的具有更高性能的材料。结果 是各种各样化学组成的材料被开发出来,但在以往的材料开 发过程中关于如何节约能源及如何作到易于循环的观念是很 淡薄的。
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4.3.2 计算机辅助材料预测技术
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4.3.5 塑料合金的研究
将二种以上的聚合物复合,作为具有新功能的材料即所谓塑料合金。
例如:将液晶聚合物(LCP)和工程塑料复合,做成轻质和机械 强度兼备且容易再生循环的材料。这种材料作为取代上述有机/无 机复合材料的新材料而被普遍关注。
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