銅冶煉爐耐火材料綜合利用與綠色化

本文對銅冶煉爐用后耐火材料綜合利用的途徑進行了分析，同時對研究開發的新型無鉻堿性耐火材料和不定形耐火材料性能特點以及應用范圍進行了討論，指出今后耐火材料循環利用以及使用新型環境友好堿性耐火材料將是有色工業冶煉爐用耐火材料的發展方向。

隨著高溫工業的發展，廢舊耐火材料處理量越來越大，也帶來了資源及環境問題，因此,每兩年召開一次的聯合國際耐火材料學術會議自1989年首次召開以來,每次都把耐火材料的回收利用及新進展作為會議的主要議題之一。在2005年耐火材料行業可持續發展戰略研討會上，專家指出:要抓好耐火材料的回收利用,減少與防止對環境的污染。可見，對廢棄耐火材料進行再生利用是一項迫切需要解決的課題。

目前，銅冶煉爐用耐火材料，以堿性耐火材料為主，鎂鉻質耐火材料目前仍然是主流產品。我國鉻資源貧乏，而鉻資源是戰略物資，不利于將大量的鉻礦用于耐火材料生產，現在耐火材料生產依賴于進口鉻礦。

含Cr2O3耐火材料具有很多獨特的優良性質，盡管其三價鉻是無毒的，但含鉻耐火材料在氧化氣氛與強堿物質如Na2O、Ka2O、CaO大量存在條件下，會從三價鉻轉變為六價鉻。六價鉻化合物易溶于水，CrO3可以氣相存在，屬劇毒物質，對人體有害，嚴重污染環境，工信部于2013年初發布了《國家鼓勵有毒有害原料（產品）替代目錄》中明確指出使用無鉻耐火材料替代含鉻耐火材料在水泥、鋼鐵、有色等行業的高溫窯爐使用。因此，研究開發低鉻或者無鉻堿性耐火材料產品是有色冶金行業用耐火材料的發展方向。

銅冶煉爐用后耐火材料綜合利用分析

由于耐火材料專業性很強，很難與大宗原材料應用直接相關聯。對于達到使用壽命之后的耐火材料殘磚廢料是一種數量大、極難處理、對環境也極不友好的工業廢料。事實上，用后耐火材料若經過揀選、分類和特殊的工藝處理，能夠獲得其應有的使用價值。用這些加工處理后的再生料，經過耐火材料工藝特殊處理，不但可以生產優質的不定形耐火材料，而且還能達到再生出優質的定型產品的品質要求，有些可以作為冶金輔料，這不僅節約了國家的礦物資源和能源，而且也減少了環境污染，充分利用耐火材料資源。

目前，鋼鐵行業對于廢舊耐火材料的再生利用研究方面已經積累了很多值得借鑒和學習的經驗，而對于有色工業用后廢舊耐火材料的再生利用很少提及，由于有色工業多采用鎂鉻質材料，尤其用后的Cr6+對環境產生及其大的危害，因此，研究有色工業用后廢舊耐火材料的再生利用技術是屬于功在當代，利在千秋的大事。

研究鎂質、鎂鉻質廢磚回收利用技術是變廢為寶，減少資源消耗的必然要求，它對節省成本和資源、循環利用具有重要的意義。同時，它不僅可以解決利用回收鎂質原料制造不同檔次鎂質耐火材料的問題，而且還為利用其他廢棄耐火材料和低品位原料奠定了良好基礎。這一研究對于高溫工業的可持續發展具有重要的意義。

瑞泰科技與云銅的實踐

云南銅業股份有限公司每年要產生大量的用后耐火材料，其中主要以堿性鎂鉻質耐火材料為主。過去最簡單的處理辦法是作為工業垃圾處理，或者是直接進入工藝流程。隨著企業對成本及效益的逐步重視以及我國對工業垃圾處理法律法規的健全，云銅公司與瑞泰科技共同研究用后耐火材料的處理方法及再利用方案，把用后堿性耐火材料變為可以再利用的耐火材料資源。

各種堿性磚在使用過程中，因發生化學反應、滲透、擴散、溶解，會導致其變質或侵蝕，而且在拆除后堆放過程中，其表面會受到環境雜質的粘附。因此，再生利用前必須進行分類揀選、清洗、去除滲透層、破碎加工、篩分除鐵等處理。研究內容主要包括以下幾個方面：

①研究銅冶煉爐中鎂鉻磚的蝕變機理，找到銅冶煉爐中破壞鎂鉻磚使用性能的關鍵因素，研究相應對抗材料失效的對策；②廢舊堿性耐火磚分類及保管方法；③變質層堿性磚的處理方法；④未變質層堿性磚處理方案。

銅冶煉爐用新型耐火材料

瑞泰科技股份有限公司近年來致力于有色工業用高性能耐火材料研究開發與應用，產品在銅冶煉爐、鉛冶煉爐、鋅揮發窯等關鍵部位取得了良好的使用效果，根據有色冶金節能環保的發展需求，公司開發了無鉻堿性耐火材料在冶金窯爐上進行使用。

1.改性電熔再結合鎂鉻磚

為提高銅轉爐風口區鎂鉻磚的抗熱剝落與結構剝落性，減輕鐵硅渣與锍對其滲透與侵蝕，在適當提高鎂鉻磚中的Cr2O3含量的基礎上，采用高檔用預合成料，鎂鉻磚內化學成分、尖晶石分布比較均勻。通過復合添加Al2O3與ZrO2微粉，增加磚內尖晶石含量，降低氣孔率，提高直接結合程度與磚的高溫強度，從而提高磚的抗鐵硅渣與锍的滲透及抗沖刷侵蝕能力，在云銅轉爐風口區應用，獲得了良好的使用效果，達到200多爐次以上的使用壽命。性能指標見表1。

2.無鉻復合尖晶石磚

無鉻復合尖晶石磚的研發技術是通過加入與熔體能形成高熔點物或高粘滯性物的組元到耐火材料中，以堵塞滲透通道，使耐火材料氣孔微細化等技術可以抑制熔體的滲透，提高抗侵蝕性、抗熱震性。TiO2、ZrO2是一種弱酸性氧化物，抵抗酸性或中性熔渣侵蝕的效果顯著， MgO對堿性熔渣具有很高的抵抗能力，而MgO·Al2O3具有良好的抗侵蝕性，三者復合的鎂鋁鋯磚、鎂鋁鈦磚能夠抵抗堿度變動大的有色冶煉熔渣。新型鎂鋁鋯磚和鎂鋁鈦無鉻堿性復合尖晶石磚性能指標見表2。

3.銅冶煉爐用噴補料

瑞泰科技與云銅共同開發了一種鎂質噴補料，用于有色金屬熔煉爐襯大面積或局部蝕損部位進行噴涂、修補，其原料組成包括電熔鎂砂、預合成鎂鉻尖晶石砂、鎂橄欖石等，采用無機復合結合劑保證施工時間及快速凝固減少回彈量。該種噴補料通過在云銅使用，可延緩冶煉爐的損毀期，提高整體爐襯壽命，降低工人勞動強度，保證生產的連續性，提高有色冶煉生產效益。

表1 瑞泰科技研發生產有色冶金用高性能堿性耐火材料與傳統堿性耐火材料性能對比

表2 不同耐火泥漿的理化性能

4.功能型膠泥

傳統的耐火泥漿常溫及中溫強度較低，不適合用于冶煉溫度偏低且侵蝕性較強的有色冶煉行業，瑞泰科技根據用戶需要開發了施工及使用性能好，適用范圍廣且性價比高的功能型高溫膠泥。

結語

有色金屬工業發展與耐火材料工業的發展息息相關，工信部于2013年3月份發布的《促進耐火材料產業健康可持續發展的若干意見》將促使耐火材料企業加快轉變經濟發展方式，向節能環保型企業轉型，以“品種質量優良化，資源能源節約化，生產過程環保化，使用過程無害化”為原則的“綠色耐材”戰略也將得到進一步推進和實施。耐火材料供應商將堅持需求牽引和創新驅動并重，建立上下游相關單位共同參與、產學研用相結合的共同創新模式，重點研究開發綠色堿性耐火材料，不斷滿足高溫工業的發展需求，耐火材料行業將為有色工業的技術進步與轉型升級提供可靠的材料保障。