廢棄耐火材料再生利用研究進(jìn)展

口西安建筑科技大學(xué) 黃世謀 楊源 薛群虎

摘要：對褒棄耐火材料的來源及其對環(huán)境的危害等進(jìn)行了分析．通過螢內(nèi)外大量文獻(xiàn)的對比研究．并結(jié)合我國實(shí)際對放棄耐火村料的再生利用方向進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：疲棄耐火材； 環(huán)境保護(hù)； 再生利用

鋼鐵、水泥、玻璃等高溫產(chǎn)業(yè)及各類冶金和非冶金工業(yè)窯爐都毫不例外地要消耗大量的耐火材料，這勢必會產(chǎn)生大量廢棄耐火材料；另外，耐火材料生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)耐火材料制品的過程中也會產(chǎn)生大量廢品和耐火材料廢料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅我國年廢棄耐火材料就在30萬t以上。這些被作為垃圾的廢棄耐火材料不但數(shù)量巨大，而且極難處理，除了極少數(shù)可以返回生產(chǎn)線再利用外，大部分廢棄耐火材料的典型處理方式就是掩埋或降級使用。這樣，不但企業(yè)需要買地堆積或掩埋這些日益增多的廢料，增加了生產(chǎn)成本，也造成了可用資源的極大浪費(fèi)和環(huán)境的嚴(yán)重污染。具體來講，廢棄耐火材料的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)占用大量土地。面對數(shù)量巨大的廢棄耐火材料，目前尚無很好的解決方法，廢棄耐火材料大多堆積于廠區(qū)內(nèi)外、城市郊區(qū)公路、河流附近，占用了大量的空地存放，浪費(fèi)耕地，成為城市的一大公害。

2)污染生態(tài)環(huán)境。大量的廢棄耐火材料如果不能得到回收利用，將成為新的垃圾源，對城郊造成二次污染。廢棄耐火材料中的一些物質(zhì)在空氣中暴露后會產(chǎn)生一些有害的物質(zhì)并污染生態(tài)環(huán)境；這些廢棄耐火材料有的填塘填湖，造成蓄水排澇能力下降，引發(fā)新的環(huán)境公害。

3)危害人類健康。有些廢棄耐火材料中存在著有損人類健康的元素，例如Cr⁶ (致癌物)和耐火陶瓷纖維(可導(dǎo)致肺癌、皮膚病)等；有些在處理過程中會產(chǎn)生可呼吸到的SiO₂(會導(dǎo)致矽肺病)；拆卸使用過的含碳制品可能產(chǎn)生較大的灰塵，這都不利于人的健康。

4)造成資源浪費(fèi)。除了處理這些廢棄耐火材料需要耗費(fèi)巨大的人力物力外，廢棄耐火材料如果得不到回收利用，許多可回收有用成分將白白丟棄，造成了大量寶貴原材料的浪費(fèi)。

隨著高溫工業(yè)的發(fā)展，廢棄耐火材料的危害愈來愈嚴(yán)重，因此，每兩年召開一次的聯(lián)合國際耐火材料學(xué)術(shù)會議自1989年首次召開以來，每次都把“耐火材料的回收利用及新進(jìn)展”作為會議的主要議題之一。在2005年耐火材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研討會上，李楠教授亦指出：要確立我國耐火材料強(qiáng)國的地位以及技術(shù)上的領(lǐng)先水平，必須在今后的耐火材料科研工作中實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)資源與能源的最有效利用，抓好耐火材料的回收利用，減少與防止對環(huán)境的污染。可見，對廢棄耐火材料進(jìn)行再生利用是一項(xiàng)迫切需要解決的課題。這里通過國內(nèi)外大量文獻(xiàn)的對比分析，結(jié)合我國實(shí)際對廢棄耐火材料再生利用的方向等進(jìn)行了探討。

1 鋼鐵工業(yè)廢棄耐火材料的再生利用

1．1 國外鋼鐵工業(yè)廢棄耐火材料的再生利用

國外許多國家，尤其是發(fā)達(dá)國家，對廢棄耐火材料的再生利用非常重視并且發(fā)展很快，耐火材料的再利用率一般都比較高，如有的鋼廠已達(dá)到了80％以上。美國的鋼廠每年產(chǎn)生約100萬t廢棄耐火材料，以前幾乎全部被填埋，僅少量回收。隨著1998年美國能源部、工業(yè)技術(shù)部和鋼鐵生產(chǎn)者延長耐火材料的使用壽命和回收利用廢棄耐火材料計(jì)劃的制定，后耐火材料的利用率顯著升高，其應(yīng)用范圍主要是脫硫劑、爐渣改質(zhì)劑、耐火澆注料骨料等。美國密西里州還開發(fā)了將二次使用過的白云石耐火材料作為土壤調(diào)節(jié)劑廢高鋁料用作耐火澆注料骨料等新技術(shù)，并通過采用這些技術(shù)，大幅度減少了掩埋廢棄耐火材料的數(shù)量。

日本廢棄耐火材料再生利用率比較高，已達(dá)91．4％。鹿島鋼鐵廠每月約產(chǎn)生900t廢舊耐火材料，其中60％被成功回收利用。回收的耐火材料可用作鋼包和電爐的助爐劑、滑板的修補(bǔ)料、澆注料和搗打料，其中使用澆注料復(fù)原法和圓環(huán)鑲嵌法可使修復(fù)后的滑板的使用壽命和新滑板一樣；出鐵溝澆注料已有50％得到回收，主要用作出鐵溝不定形耐火材料的骨料；用后鎂鉻磚可作偏心底出鋼口的填料，其開澆率大于98％。另一家鋼廠在MgO一C磚中加入超過30％的廢MgO—C磚，在A1₂O₃一尖晶石澆注料中添加超過20％，的回收A1₂O₃一尖晶石骨料，其抗侵蝕性和原產(chǎn)品非常接近；連鑄水口也可回收，利用一種特殊的水泥結(jié)合劑將2個(gè)廢水口重新制造一個(gè)新水口，它的強(qiáng)度甚至比原來的產(chǎn)品更高。

意大利某公司開發(fā)出一種回收利用各式爐子、中間包、鑄錠模以及鋼包內(nèi)襯耐火材料的方法，將所回收的耐火材料直接噴吹入爐膛以保護(hù)爐壁。德國成功地將轉(zhuǎn)爐用后MgO一C磚內(nèi)襯用于生產(chǎn)鋼包和轉(zhuǎn)爐永久襯。韓國浦項(xiàng)鋼鐵公司統(tǒng)一把用后耐火材料進(jìn)行回收，經(jīng)挑選和破碎后用作耐火材料原料、濺渣護(hù)爐料等冶金輔料和鋪路料等，雖然沒有提升附加值，但是絕大部分得到了回收利用。伊朗利用廢棄鎂鉻磚作骨料，制備了用作澆鑄輪生產(chǎn)和出鋼槽用耐火材料，減少了環(huán)境污染且獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2國內(nèi)鋼鐵工業(yè)廢棄耐火材料的再生利用

國內(nèi)對廢棄耐火材料的再生利用大多都處于試驗(yàn)階段，再生利用率較低。作為我國鋼鐵界的龍頭，上海寶鋼在廢棄耐火材料再生利用方面走在前列，該公司每年約產(chǎn)生廢棄耐火材料100萬t，其中相當(dāng)一部分得到再生利用，如用后滑板作為中間包沖擊板使用，有些爐襯磚在拆除后用作新爐子的永久襯磚使用，將用后硅質(zhì)耐火材料用作玻璃生產(chǎn)的原料等。該公司的田守信利用廢棄耐火材料研制了再生鎂碳磚、再生鎂碳質(zhì)澆注料、再生鎂鉻磚和再生ASC質(zhì)耐火材料等再生耐火材料。經(jīng)檢測，這些產(chǎn)品的性能能夠接近甚至超過原產(chǎn)品的水平。其中利用80％以上的用后鎂碳磚料生產(chǎn)出來的再生鎂碳磚，其性能接近于鎂碳磚黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的A級水平，顯著優(yōu)于日本再生鎂碳磚的水平。

濟(jì)鋼將廢棄耐火材料破碎后用于鐵溝搗打料來部分代替其中的高鋁礬土，取得了較為理想的效果，提高了鐵溝料的使用性能，增加了通鐵量，降低了鐵溝料的成本，實(shí)現(xiàn)了煉鋼用含碳耐火材料的回收利用，每年回收鋁碳質(zhì)耐火材料約734t。安鋼將鋼包用后鋁鎂澆注料f每年約3 000t)加工成顆粒料，按20％，的比例添人制成新澆注料進(jìn)行實(shí)際使用，全年平均使用壽命為97.3爐，比原來的還高出3爐。臺灣某鋼廠的廢棄耐火材料（每年約4萬t)經(jīng)揀選、分類、加工或其他特別處理后可以成為有價(jià)值的耐火材料原料，部分可成為冶金輔料如造渣劑、助熔劑等，因收利用率已達(dá)40％。

鄭海忠等對廢棄耐火材料再生利用的工藝流程進(jìn)行了探討，并介紹了廢棄

耐火材料處理的一般流程以及Valoref公司的廢棄耐火材料回收加工處理流程圖。可見，圖1所列是對某一種耐火材料的回收處理的一般流程圖，而圖2所列則可大規(guī)模地處理廢棄耐火材料。在實(shí)際生產(chǎn)中還需視具體情況采取相應(yīng)的方案，如處理流程中不同工序的取舍，取決于原料條件及對成品料純度和粒度的要求。如果廢料中存在有害廢料，處理過程中必須將其富集，以減少所處理材料的數(shù)量，降低處理費(fèi)用。此外，處理前必須始終保持廢棄耐火材料在拆卸及運(yùn)輸過程中的干凈。