论文标题：From Waste to Resource: Circular Economy Approaches to Valorize Fine Glass, Ceramic, and Plastic Residues in a Glass Recycling Plant

论文链接：https://www.mdpi.com/2071-1050/17/17/7966

期刊名：Sustainability

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/sustainability

一、引言

玻璃回收过程会产生细玻璃分拣料、含细玻璃的废弃陶瓷以及废弃聚乙烯塑料等多种废物流，而这些废物流均含有难以去除的有机及无机污染物。来自于波兰琴斯托霍瓦理工大学的Ewa Siedlecka博士及其团队在Sustainability期刊发表了文章。该研究旨在探索实现废玻璃回收循环经济的技术路径：受污染的多色细颗粒玻璃可用于制备泡沫玻璃，该技术能以较低成本实现玻璃废料的高效回收。针对被多色玻璃污染的废弃陶瓷，该研究将其转化为陶瓷-玻璃复合颗粒，并证明了该材料具备用于改良工农业退化地区碱性土壤的潜力。对于废弃聚乙烯塑料，研究采用两段式热处理方法将其转化为聚乙烯蜡，并验证了该材料在塑料和橡胶行业具有应用潜力。通过统筹管理玻璃回收全过程的物料流，该研究构建了面向玻璃回收厂的系统性循环经济模型。

图1 碎玻璃回收的物料流及其转化为有用商业产品的方案

二、研究过程与结果

该研究团队针对玻璃回收厂产生的三种难处理废料流（细玻璃分拣料、含玻璃陶瓷废料、废弃聚乙烯塑料）分别设计了系统的资源化转化路径：①细玻璃分拣料：制备泡沫玻璃。将污染的多色细玻璃（小于4 mm）研磨后，与不同重量比的发泡剂（碳化硅(SiC)和二氧化锰(MnO?)）混合成型，在马弗炉中通过多阶段（干燥、发泡、退火、冷却）处理，从而确定样品的最佳热处理条件及加热曲线。②含玻璃陶瓷废料：制备陶瓷-玻璃颗粒。将含玻璃陶瓷废料研磨，添加粘土、水和氢氧化钙(Ca(OH)?)等添加剂后造粒（5-10 mm），经干燥后在800-900°C范围内烧结，确定最佳烧结曲线。③废弃聚乙烯塑料：制备聚乙烯蜡。运用低温法将低密度聚乙烯+高密度聚乙烯制备成软蜡，在155–175°C下溶解，并使用高温法将高密度聚乙烯构成的瓶塞与瓶盖制备成硬蜡，在375–440°C、5°C/min的升温速率下进行溶解，优化反应时间与温度以获得最大蜡产率。该研究团队还采用了一系列物理化学分析方法对产物进行表征：①形态观察：如使用高分辨率数码相机拍摄泡沫玻璃样品的横截面宏观图像以及陶瓷-玻璃颗粒的照片，用于评估所得材料的孔隙分布、形态和结构均匀性。②物理属性：如使用激光衍射法测定样品粒度，或采用流体静力称重法测定样品吸水率。③：化学属性：如利用傅里叶变换红外光谱特征分析聚乙烯蜡结构，或分析陶瓷-玻璃颗粒的水浸提液金属含量及pH值，以评估它们的环境应用潜力。④统计优化：如运用双因素方差分析碳化硅（SiC）和二氧化锰（MnO?）含量对泡沫玻璃密度产生的影响。

与此同时，该研究探讨了上述玻璃回收方案对实现循环经济的潜在贡献。①泡沫玻璃的总成本与膨胀聚苯乙烯和挤塑聚苯乙烯的成本相当（约27.3-33.3欧元/平方米），但其使用寿命是它们的五倍（约100年）。相比于石油基材料，泡沫玻璃可以完全由原本要填埋的废玻璃生产得到，与循环经济原则吻合。②陶瓷-玻璃颗粒可用作退化酸性土壤的疏松、通气、排水和湿度调节材料，以及混凝土生产中轻质骨料的潜在替代品。从循环经济的角度来看，陶瓷-玻璃颗粒完全由玻璃回收过程中产生的陶瓷废料制造。其水浸提液中未检测到重金属，确保了在农业和园林应用中的安全使用，进一步增强了环境效益。随着生产规模的扩大，其成本可能比传统轻质骨料更具竞争力，从而提高材料的环境和经济可行性。③聚乙烯蜡的原料成本极低，生产工艺能耗适中，是商业原.埋或焚烧中转移出来，同时生产出用于母料、热熔胶和涂料等应用的高价值工业添加剂。

图2 废弃物图示：（a）细颗粒玻璃；（b）陶瓷废弃物；（c）塑料袋——低密度聚乙烯+高密度聚乙烯；（d）瓶塞与瓶盖——高密度聚乙烯

三、研究总结

该研究表明，玻璃、陶瓷及聚乙烯废弃物可遵循循环经济原则，有效转化为具有高应用潜力的材料。利用细颗粒碎玻璃生产泡沫玻璃的技术，能够制造出耐用且安全的绝缘材料，且废碳化硅（SiC）的使用进一步降低了整体环境负荷。由混合陶瓷废料制得的陶瓷-玻璃颗粒，是一种用于退化土壤修复和替代轻质骨料的前景材料，且能消除重金属释放风险。通过热降解聚乙烯废弃物得到的聚乙烯蜡适用于聚合物工业、能源储存及消费品领域，其成本或低于原生蜡。结果证实了该研究提出的技术兼具环境与经济效益，并凸显了在技术及工业规模上开展进一步研究的必要性。

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Steve W. Lyon, Ohio State University, USA

创刊于2009年，作为一个跨学科的国际开放获取期刊，涵盖技术、环境、文化、经济和人类社会的可持续发展研究。期刊聚焦自然科学、工程学、经济学、社会科学与人文领域研究，推动跨学科协同探索，共同助力人类可持续发展及联合国 2030 可持续发展议程。 期刊已被 Scopus、SCIE、SSCI (Web of Science) 等多个权威数据库收录，5-Year Impact Factor 为 4.2。

2025 Impact Factor: 4.1

2025 CiteScore: 8.9

Time to First Decision: 16.9 Days

Acceptance to Publication: 3.8 Days