我國目前耐火材料的年總消耗量超過900萬噸,廢舊耐火材料達到400萬噸,廢舊耐火材料占耐火材料總消耗量的45%.然而這些廢舊耐火材料的處理方式大多卻是被當成工業(yè)垃圾填埋,僅有少量被粗糙利用,這不僅浪費了資源,也污染了環(huán)境。如果將這些廢舊耐火材料進行處理,能夠生產優(yōu)質的定型、不定形耐火材料,不僅節(jié)約了國家的礦物資源和能源,還減少了環(huán)境污染。在廢舊耐火材料的再利用方面國外起步較早,歐洲、日本和我國臺灣省等有關企業(yè),耐火材料的再利用率達到80%以上,并正在向耐火材料零排放方向發(fā)展。而我國,耐火材料的再利用工作起步晚,利用率仍然很低。
1.耐火資源的綜合利用從耐火材料的資源來看,我國耐火原料礦藏儲量非常豐富,尤其是鋁礬土原料、鎂質原料和石墨方面,具有得天獨厚的優(yōu)勢。但近20年變化很大,鋁礬土礦儲量達1.2億噸的山西陽泉經過近百年的開采,品位較好的鋁礬土礦藏瀕臨枯竭。當年聞名于世的山東省焦寶石,由于開采量大及年代久遠,已有如博山鋁土礦、洪山鋁土礦,相繼于上世紀90年代閉坑轉產和破產重組。還有如鎂質耐火原料礦藏經過長期的開采,主礦和精礦區(qū)域均逐步減少,有的現(xiàn)已從露天開采轉入地下開采。另外,每年因不規(guī)范開采所浪費的小礦、邊角礦在大量增加,使資源嚴重浪費。面對礦藏資源逐年減少,資源嚴重浪費的現(xiàn)象,節(jié)約資源、綜合利用資源已是當務之急。耐火資源的綜合利用,是社會發(fā)展的需要,是一種必然。必須引導原料礦山組織科學開采,對資源進行優(yōu)化綜合利用,特別是不同品位礦藏的均化處理,杜絕濫采亂挖,逐步促進資源的更合理利用,使有限的資源發(fā)揮最大限度的作用,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時,耐火材料行業(yè)的技術人員也要進一步提高思想認識,重視對一些低品位、邊角礦的使用力度。
2.廢舊耐火材料的再生利用大量廢舊耐火材料的填埋不僅占用了土地,經風化和雨淋的廢棄耐火材料,易造成土壤土質的破壞,而且有些廢舊耐火材料可以致癌(如含鉻耐火材料)、具有放射性(如含鋯耐火材料)。隨著我國對循環(huán)經濟、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進,對使用后廢舊耐火材料的研發(fā)再利用力度也需逐漸增大,并向高技術、高技術附加值方向發(fā)展。
(1)冶金工業(yè)用廢棄耐火材料的再利用。眾所周知,冶金行業(yè)用耐火材料的總消耗量占到各行業(yè)耐火材料總消耗量的70%,處理好冶金行業(yè)用廢舊耐火材料,是做好廢舊耐火材料再利用的重中之重。寶鋼每年約有6萬~7萬噸廢舊耐火材料,約占耐火材料年總消耗量的50%,這些廢舊耐火材料主要來源于鋼包磚、轉爐磚、連鑄三大件、魚雷罐車料、高爐出鐵口料及精煉爐用耐火材料等。廢舊耐火材料再利用的工藝流程如下:廢棄耐火材料→分類堆放→分揀→除去渣層→破碎、粉碎→篩選→規(guī)格→按比例摻入到新產品中→配料、混煉→困料成型→熱處理→制品。據(jù)有關資料顯示:寶鋼在廢舊鎂碳磚的回收利用方面做了大量工作,并取得了很好的成效。要用再生原料生產出優(yōu)質的鎂碳磚,必須保證再生原料的均勻性和穩(wěn)定性。因此,必須解決不同級別廢舊鎂碳磚的混雜問題,要求拆爐時將用后鎂碳磚小心分類,把不同級別的鎂碳磚分揀開、分類堆放。另外,若把用后鎂碳磚作為有用的再生鎂碳磚原料,就必須除去鎂碳磚內的碳化鋁(Al4C3),因為鎂碳磚在高溫環(huán)境下使用,金屬鋁粉會與碳發(fā)生氧化還原反應,生成碳化鋁,而碳化鋁極易發(fā)生水化反應,導致再生制品性能下降。用處理后的再生原料做主要原料制備的鎂碳磚制品(80%再生顆粒料,20%的新原料),其外觀良好無裂紋,切磚檢查內部密實無裂紋、無顆粒分布不均現(xiàn)象,指標完全超過同類產品的國家行業(yè)標準。再生鎂碳磚在寶鋼300噸鋼包上渣線部位批量試用,使用壽命和用后殘厚,與非再生鎂碳磚無差別,其使用性能達到正常使用的鎂碳磚水平,能夠滿足多種精煉工況條件的要求。山西新臨鋼鋼鐵公司選擇鋁鎂尖晶石質廢鋼包澆注料在炮泥中再利用,使用效果不錯。從鋼包拆包現(xiàn)場揀選出粒度大于20毫米的廢棄鋁鎂尖晶石質鋼包澆注料,除去表面黏附的廢鋼和殘渣等雜質,再經人工破碎、顎破、錘破及球磨機破碎成粒度為1~5毫米的再生顆粒料和小于0.088毫米的再生細粉。將這些再生料用在中小型高爐炮泥中,完全可以滿足高爐出鐵口的要求。再生料的摻入比例在無水炮泥中達到40%~60%,在有水炮泥中達到30%~40%.濟南鋼鐵總公司將煉鋼廠廢棄的滑板、座磚、水口、塞棒等鋁碳質耐火材料回收用于高爐鐵溝搗打料部分替代高鋁釩土,在實際應用中取得較為理想的效果,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。廢棄的煉鋼廠含碳耐火材料在再生鐵溝搗打料中的摻入比例達到40%以上。對于一些功能性耐火材料可以經過簡單加工后直接再利用(如滑板修復技術)。即使那些分揀出的無法用作再生材料的廢舊耐火材料,也可被加工用作濺渣護路料、造渣劑等冶金輔料及建筑材料、水泥原料和回填用料等。
(2)其他工業(yè)用廢棄耐火材料的再利用。陶瓷工業(yè)中大量廢棄的匣缽和硼板經揀選、破碎后,可以按一定比例的再生原料用于生產瓷磚、西式琉璃瓦、墻地磚和滲水磚。以50%~70%的莫來石-剛玉質輥道窯陶瓷輥棒廢料為原料,再添加高嶺石、滑石、碳酸鈣和碳酸鋇等粉料,可生產鋁含量為50%~60%的高檔耐磨研磨介質。
在玻璃工業(yè)中,停窯檢修拆下的廢硅磚,有30%~35%可重新利用,制作成工作池和蓄熱室屋頂用硅質磚和輕質隔熱硅磚。寶鋼根據(jù)硅質耐火材料在玻璃工業(yè)使用過程中完全轉化為方石英,提出可將廢棄硅質耐火材料用于玻璃生產的原材料。
在水泥工業(yè)中,根據(jù)水泥工業(yè)的自身特點,采用相應的技術對耐火材料廢棄物進行處理替代水泥生產原料,降低生產成本,實現(xiàn)“變廢為寶”。國內有人曾對水泥回轉窯廢棄的鎂鉻磚再利用做了大量研究工作,將鎂鉻磚中的Cr6+還原成Cr3+,可降低危害,再經揀選加工成再生料,用于生產回轉窯低溫帶部位使用的鎂鉻磚。經使用證明:這種磚具有優(yōu)良的抗堿性和低熱導率等特性,使用效果很好。
3.據(jù)國內外多項試驗研究表明,以高比例的廢舊耐火材料制成的各種再生耐火材料,其性能完全可以接近、達到,甚至超過原耐火產品水平。廢舊耐火材料是廉價的再生資源,用好了這些再生資源,可以為企業(yè)帶來一定的經濟效益和良好的社會效益。