30種廢舊耐火材料正確的再生利用方法

一、用后耐火材料再利用發(fā)展及現(xiàn)狀

1.國外情況

國外發(fā)達國家非常重視對用后耐火材料的再利用，從資源、環(huán)保的高度去認識，甚至制定法令法規(guī)，嚴格限制用后耐火材料的排放量。極大促進了對用后耐火材料再利用的研究，用后耐火材料再利用率已達到60%以上。還在不斷提高。

日本有的鋼廠以廢磚為主原料，開發(fā)出了鋼包底周邊搗打料、鋼包澆注料以及定形產(chǎn)品。例如：用85%再生料和15%的新料生產(chǎn)出的電爐熔池部位用不燒鎂磚，以90%的再生料和10%新料生產(chǎn)出的電爐渣線用鎂碳磚，以及全部用再生料生產(chǎn)出的RH底燒成鎂鉻磚等。黑崎公司利用廢舊的剛玉石墨制品作原料開發(fā)了浸入式水口磚;鹿島鋼鐵公司開發(fā)了滑板磚的二次利用工藝，采用表面打磨、澆注料澆注復(fù)原的方法、圓環(huán)鑲嵌法，使修復(fù)后的滑板達到了新滑板相同的使用效果;出鐵溝的廢舊耐火材料均被重復(fù)使用，它主要用作Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料的骨料。大同特鋼公司知多廠針對大量用后耐火磚廢棄占地增大的問題，進行了廢磚循環(huán)使用技術(shù)的開發(fā)，通過將廢磚用作原料的方法和將廢磚分類、粉碎加工后，調(diào)整成分和粒度再作耐火材料，選擇含MgO-C、Al2O3-MgO-C鋼包廢磚替代輕燒白云石作為LF(鋼包爐)造渣料，通過工業(yè)性試驗，在成渣性、脫S速度方面的精煉能力優(yōu)良，且操作過程中鋼液不沸騰，達到了預(yù)期的試驗效果。選擇A0D爐的白云石廢磚替代CaO作電爐不銹鋼冶煉造渣劑，不僅達到了取代的冶煉效果，同時，起到了抑制耐火磚中MgO熔損的作用。選擇MgO-C、MgO廢磚作為主要原材料制備再生耐火磚，以廢磚為主要原材料制備MgO質(zhì)不定形耐火材料和Al2O3質(zhì)搗打料，并成功地應(yīng)用于鋼包熱負荷低的部位和非嚴重侵蝕的部位。新日鐵針對目前作為廢棄處理的用后耐火材料，正準備采取破碎篩分成粉料，在用熔化粉粒爐將其再生為氧化渣，實現(xiàn)用后耐火材料的100%循環(huán)使用。

法國在1987年成立的Valoref公司專門做全球廢棄耐火材料生意。該公司專門處理來源于法國和國外的玻璃窯用耐材。法國壓鑄玻璃窯用耐火材料回收利用率，1993年是24%，1997年是60%。Valoref公司發(fā)明了許多回收再利用的技術(shù)解決辦法，其原料都來自于玻璃工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、化學工業(yè)、焚燒工業(yè)的廢棄耐火材料，還開發(fā)了一種最佳回收利用拆爐法。

意大利OfficineMeccanichediPon-zanoVenettO公司開發(fā)出一種回收用后耐火材料的方法，主要用于回收各種窯爐、中間包、鑄錠模和鋼包內(nèi)襯的耐火材料，并將所回收的耐火材料直接噴吹入爐，以保護爐壁。

美國以前將廢棄耐火材料少量回收，其余幾乎全被掩埋。1998年美國能源部、工業(yè)技術(shù)部和鋼鐵生產(chǎn)者聯(lián)合制定了3年計劃，以延長耐火材料的使用壽命和回收利用廢棄耐火材料。政府支持企業(yè)和研究機構(gòu)合作，加強了對用后耐火材料的研究，可應(yīng)用的范圍是脫硫劑、爐渣改質(zhì)劑(造渣劑)、濺渣護爐添加劑、鋁酸鈣水泥的原料、耐火混凝土骨料、鋪路料、陶瓷原料、玻璃工業(yè)原料、屋頂建筑用粒狀材料、磨料、土壤改質(zhì)劑，耐火廠與用戶合作，使廢棄耐火材料量減至最少。美國還對用后白云石磚作為土壤調(diào)節(jié)劑和造渣劑進行了研究，取得了良好的效果。

印度最早開展廢棄耐火材料的研究工作可以追溯到1978年，首先是在鋼管公司開展的，利用印度鋼管公司(現(xiàn)為TISC0鋼管分公司)加熱爐產(chǎn)生的廢棄高鋁磚(60%-62%氧化鋁)生產(chǎn)可澆注材料(56%氧化鋁)、灰泥(50%氧化鋁)和耐火可塑料。其中所開發(fā)的可澆注材料常用于生產(chǎn)燒嘴磚、阻尼器、瓦片等，并能滿足行業(yè)內(nèi)部要求。

2.國內(nèi)情況

我國對用后耐火材料再利用的研究起步較晚，對用后耐火材料的再利用率還是很低的，據(jù)有關(guān)報道，我國用后耐火材料的再利用率約20%。即使利用的部分，也是以降低產(chǎn)品質(zhì)量為代價的。近年來，國內(nèi)各大鋼廠和大部分耐火材料廠，都十分重視用后耐火材料的回收及再利用，不斷開展各方面研究及應(yīng)用。

寶鋼用后耐火材料再利用工作進行的較好，高爐主溝澆注料已全部回收用作渣溝澆注料的原料，對用后鎂碳磚進行再生處理后制備的再生鎂碳磚具有抗氧化、抗渣性能強、使用壽命長的優(yōu)勢。

武鋼將用后鋁鎂碳殘磚經(jīng)分類、清除雜質(zhì)后，人工將黏渣層和過渡層鏟除并進行磁選和水化處理，用顎式破碎機將物料破碎至25mm以下，最后用錘式破碎機加工成所需要的粒度，制備再生鋁鎂碳磚。

濟鋼用鋁碳質(zhì)耐火材料(廢棄滑板磚、座磚、水口、塞棒)用于鐵溝搗打料來代替其中部分高鋁料。以用后鎂鉻磚為原料并按一定比例加入到RH噴補料里，使用效果良好。同時，制備的再生鎂鉻磚性能較好，在水泥窯和RH的非關(guān)鍵部位有較好的應(yīng)用前景。

重鋼新區(qū)鋼產(chǎn)量達650萬噸/年，用后耐火材料回收量約6萬噸。主要用于生產(chǎn)再生鎂碳磚(以轉(zhuǎn)爐和鋼包渣線用后鎂碳磚為原料，經(jīng)過揀選、除去表面雜質(zhì)、水化等處理后進行鎂碳磚再生)、再生鎂鉻磚(將用后鎂鉻磚按一定比例加入到RH的噴補料里)、鋼包內(nèi)襯廢鎂鋁尖晶石澆注料重新利用(將回收的鋼包內(nèi)襯廢鎂鋁尖晶石澆注料，以一定比例加水玻璃結(jié)合鎂鋁尖晶石澆注料中，取代原澆注料中的部分新料，不影響原澆注料的使用性能)、鋁碳化硅質(zhì)鐵溝料等(利用廢棄鐵溝料生產(chǎn)的鋁碳化硅碳質(zhì)再生料，用于鋁碳化硅碳磚的生產(chǎn))。

鞍鋼采用鋼包內(nèi)襯用后鋁鎂澆注料作為原料，制備混鐵爐水套內(nèi)襯與中間包永久層澆注料，得到應(yīng)用，不僅滿足了使用性能的要求，同時，使中間包永久層使用壽命提高40爐次。

國內(nèi)的耐火材料的再生利用情況見表1。

表1耐材再生利用情況

由于耐火材料品種復(fù)雜，使用的原材料多樣，造成用后耐火材料種類多樣，對于用后耐火材料的處理，應(yīng)從耐火材料的侵蝕情況、使用部位、耐火材料的種類等方面考慮采用不同的處理工藝。目前國內(nèi)的鋼廠往往把用后耐火材料進行統(tǒng)一堆放處理，這就造成不同品種、不同等級的耐火材料混雜在一起，分類揀選較困難，對耐火材料的再生利用不利。對用后耐火材料的處理應(yīng)從以下幾方面考慮。

1.鋼廠應(yīng)對用后耐火材料根據(jù)使用部位和品種的不同進行分類堆放，便于進行揀選，防止混雜和有害物質(zhì)進入。

2.對于分類堆放的用后耐火材料，根據(jù)燒結(jié)程度及侵蝕情況進行分別處理。首先進行人工揀選，去掉耐火材料表面的鐵、鋼、渣等。

3.對于不同耐火材料用后侵蝕情況及結(jié)合強度，采用不同的方法進行分別處理。

4.對于滑板等功能原件，由于少量損壞而廢棄的可將侵蝕部位去除，進行復(fù)合處理，制備出新制品再利用。

下面對不同的侵蝕部位來分別描述：

1.侵蝕嚴重的工作層和過渡層：

將工作層及過渡層按下圖的工藝進行處理制備的再生料用于造渣劑或降檔使用。

圖1工作層及過渡層處理工藝

2.非工作面(原磚層)

根據(jù)非工作面的燒結(jié)程度采用不同的處理工藝。下面以鎂碳磚和澆注料來分別描述。

①鎂碳磚主要依靠樹脂固化形成碳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使制品具有強度，但使用后的鎂碳磚非工作面基本不形成陶瓷結(jié)合，物料顆粒之間結(jié)合強度相對較弱，可采用圖2的處理工藝。

②對于用后澆注料首先進行粗破粉碎，然后將破碎后的顆粒料置入添加劑的水溶液中進行浸泡，以降低顆粒間的結(jié)合強度，浸泡后的顆粒料經(jīng)細破、除鐵、篩分、浮選提純、均化處理后制得合格的再生料，用于耐火材料的生產(chǎn)。工藝流程見圖3。

圖2用后鎂碳磚原磚層處理工藝

圖3澆注料處理工藝流程

③對于己形成陶瓷相結(jié)合的非工作層，由于材料內(nèi)部形成陶瓷相結(jié)合，物料顆粒間結(jié)合強度高，經(jīng)過簡單的破粉碎處理后，再生料中假顆粒含量高、物料體積密度低、物料內(nèi)部氣孔率高，影響再生料的利用，因此對于這類耐火材料的再利用往往細碎過程中延長破粉碎時間，通過反復(fù)研磨，以降低假顆含量，這種處理工藝生產(chǎn)的細粉量較大，細粉中雜質(zhì)含量較高。

綜上所述，為提高用后耐火材料的再利用率，耐火材料的科研人員應(yīng)將研究的重點放于耐火材料的再生處理工藝上及再生處理使用的特制生產(chǎn)設(shè)備，對于不同品種采用不同的處理工藝，對用后耐火材料的非工作層進行加工處理，以制備出高檔的再生耐火材料原料。

1.精料精用

經(jīng)處理后的用后耐火材料顆粒，優(yōu)先考慮再生主要耐火材料制品，細粉考慮其他用途，如冶金輔料或降級使用。

如：用后鎂碳磚→處理→顆?！偕V碳磚

或→細粉→轉(zhuǎn)爐修補料

2.再生原來產(chǎn)品

如：用后鎂鋁磚再生鎂鋁磚，用后鎂鉻磚再生鎂鉻磚。

3.再生其他產(chǎn)品

如：用后滑板再生用于主溝料，用后鎂鉻磚再生用于引流沙。

4.降級使用

如：鋼包工作襯用后鋁鎂澆注料再生用于鋼包永久襯澆注料，用后主溝料再生用于鐵溝料。

5.消除假顆粒技術(shù)

①采用特殊處理設(shè)備，如：處理用后鎂碳磚特制碾壓設(shè)備，消除假顆粒95%以上。

②采用特殊工藝，如：水浸+攪拌+溫度。

6.分離、提純技術(shù)

采用風選分離細粉，如：通過風選將用后鎂碳磚石墨收集。采用選礦技術(shù)，對用后耐火材料進行提純。

7.再生工藝技術(shù)

根據(jù)用后耐火材料再生原料特點，采取相應(yīng)工藝生產(chǎn)再生制品。如：顆粒級配、混練時間、結(jié)合劑種類、用量、成型壓力等都要相應(yīng)加以改變。

1.用后耐火材料來源

要清楚是什么高溫容器、什么部位、什么材質(zhì)、什么化學成分、什么相組成的用后耐火材料。

2.物料成分的均化處理

由于耐火制品等級較多，所使用的原料等級也不同，造成相同的用后耐火材料制備的再生料化學成分具有一定偏差，因此應(yīng)對再生料進行均化處理，降低再生料由于化學成分的不同對再生制品性能的影響。

3.假顆粒的去除

假顆粒的密度較多，氣孔率大，物料的結(jié)合程度相對于新料松散，用于制備再生制品，會嚴重影響制品性能，在生產(chǎn)中應(yīng)嚴格控制工藝，降低假顆粒含量。

4.再生料生產(chǎn)時結(jié)合劑的選擇

由于再生料表面性狀發(fā)生變化，再制備再生磚時，應(yīng)根據(jù)再生料的情況選擇合適的結(jié)合劑及加入量進行生產(chǎn)。

5.無害化再利用

對用后耐火材料中存在有害物質(zhì)的必須無害化后再利用，如：含有Cr6+的用后鎂鉻磚，只有將Cr6+變成Cr3+才能應(yīng)用。

6.形成陶瓷相結(jié)合的用后耐火材料的處理比較難，要采取相應(yīng)特殊工藝進行處理。

7.有些鋼廠用后耐火材料混級堆放，由于成分復(fù)雜，只能降級使用。

8.用后耐火材料組成、礦相、結(jié)構(gòu)肯定發(fā)生變化，對再生耐火材料質(zhì)量有較大影響，必須給予充分注意，要采取相應(yīng)措施，保證再生產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

9.要考慮對用后耐火材料處理的成本問題，采用的方法、工藝要有實際應(yīng)用價值。

10.要考慮再生耐火材料對對鋼水質(zhì)量的影響，加強對有害成分的控制。

1.采用各種技術(shù)對用后耐火材料進行科學處理，有效分離出各級顆粒及細粉，作為再生制品原料用。

2.根據(jù)用后耐火材料種類不同，采取相應(yīng)技術(shù)和設(shè)備，最大限度消除假顆粒，提高再生耐火材料質(zhì)量。

3.為保證再生產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)再生原料特點，采用階梯式模式，按級使用。

4.對用后耐火材料要進行有效利用、綜合利用、全部利用。既要再生各種耐火材料，也要考慮其他領(lǐng)域應(yīng)用。

用后耐火材料是重要的二次資源，國家重視，制定相關(guān)政策，限制用后耐火材料長期堆放，浪費資源，污染環(huán)境，鼓勵鋼廠、耐火材料企業(yè)對用后耐火材料開展各方面研究。相信我國今后對用后耐火材料再生利用率將不斷提高。