環境友好型耐火材料發展探討

潘永忠

（浙江嘉吉石化工程有限公司，浙江 湖州 313100）

0 引言

現階段，綠色發展理念的提出使大眾環保意識大幅增強，各行各業也在用實際行動踐行著綠色發展理念，因此，如何利用環境友好型耐火材料逐漸取代傳統耐火材料是值得研究的重要問題。

1 環境友好型耐火材料的基本內涵

環境友好型耐火材料是針對傳統耐火材料提出的新型概念，具體而言，此類材料使用的原材料在被使用過程中不會再生成對環境和人體有毒有害的物質，在施工過程中粉塵的數量大大減少，使用后期的殘留材料可以被再次利用，具有一定的再生價值，而不是直接變成工業垃圾。通過分析環境友好型耐火材料的基本內涵可以得知，對其內涵的理解是圍繞傳統耐火材料使用前、使用中、使用后三個環節展開的探討，以傳統耐火材料在使用過程中產生的危害為基本對象。

2 環境友好型耐火材料的種類劃分

2.1 新型無氟耐酸料

相比于新型無氟耐酸料，以往使用的耐酸料在一般情況下是利用耐酸粉料作為原材料，以硅酸鈉為結合劑，硅酸鈉物質可以使耐酸料硬化。為了更好地減少以往使用耐酸料存在的各種弊端，新型無氟耐酸料選擇四種原料，分別是石英砂、黏土、鋁礬土以及硅微粉，仍然利用碳酸鈉作為結合劑，將水泥作為促凝劑，大大地增強了碳酸鈉的硬化性能。

2.2 新型生物可溶性耐火纖維

新型生物可溶性耐火纖維很好地減小了使用傳統耐火材料帶來的不良影響，具有可降解、無害、綠色的重要特點。圖1 和圖2 是將硅酸鋁纖維和可溶性耐火纖維進行對比研究的結果，在操作過程中，將硅酸鋁纖維和可溶性耐火纖維分別放進相同的模擬人體肺液內，溶解時間設置為72h。從圖1 可以看出，可溶性耐火纖維在溶解過程中呈現一層均勻的水化層，但圖2 中的硅酸鋁纖維在溶解之后沒有形成這種水化層。由此可見，可溶性耐火纖維能夠與人體肺液進行相互溶解，這種無損于人體健康的產品屬于環境友好型耐火材料之一。

圖1 生物可溶性耐火纖維溶解

2.3 低溫碳素搗打料

低溫碳素搗打料是一種結合劑，具有結焦值偏低的特點，為了更好地應對此種結合劑存在的結焦值偏低的問題，可以在結合劑中分別加入兩種不同類型的添加劑，這兩種添加劑是化學純的硝基苯芳烴化合物、硝基甲苯芳烴化合物，添加劑的加入可以有效提升結合劑的性能。圖3 為隨著添加劑含量的增加結合劑的結焦值出現不同程度的變化情況，使兩者之間的關系更加清晰地呈現出來。從圖3 可以看出，當添加劑的加量達到5%時，結合劑的結焦值達到最高，接近44.5%。

圖2 硅酸鋁纖維溶解

圖3 添加劑含量變化對結合劑結焦值的影響情況

當煤焦油添加量達到60%時，結合劑的軟化點溫度有所下降，甚至出現低于室內溫度的情況，在圖4 中可以明顯看到，這與低溫碳素搗打料結合劑的軟化點要求具有較高的契合度。就混合型結合劑而言，添加劑在催化焦化縮聚方面發揮著突出作用，將添加劑加入單一型的煤焦油中，對煤焦油有著這方面的重要作用。添加劑的使用有效提高了結合劑的結焦值，進而提升了低溫碳素搗打料的使用性能。

圖4 結合劑軟化點與煤焦油含量變化

3 環境友好型耐火材料的發展趨勢

3.1 確保生產過程實現無害化

就生產過程而言，耐火材料的處理需要經過很多道工序，在破粉碎、混煉以及成型等環節會出現很多粉塵、噪聲?？刂品蹓m產生量是耐火材料發展需要面對和解決的重要問題，也是改善生產環境的重要內容，可以采用濕式作業的方式，加強對粉塵源頭的控制，打造控制粉塵源頭的密閉空間，也可以加強外部防護。與此同時，對生產過程中存在的余熱問題要加以重視，可以借鑒國外比較前沿和先進的處理技術，例如，負壓作業、隔離作業等。耐火材料在煅燒過程中會產生很多煙氣余熱，如果對此不加以控制，煙氣余熱帶走的熱量將會達到35%左右，這樣造成熱量浪費，直接排出煙氣余熱還會對環境造成不良影響。

3.2 確保原材料實現無害化

加強耐火原料控制是提高耐火材料使用性能的基礎環節，實現耐火原料無害化非常重要，只有確保耐火原料具有較高的質量、較好的環保性能，才能更好地滿足各領域行業的發展要求。含有ZrO2的耐火材料在應用過程中越來越表現出比較優異的使用性能，而且在各行業內得到普遍應用，但此類材料的放射性問題備受大眾關注，同時也引發了很多爭議。除此之外，結合劑瀝青和樹脂等在應用過程中會出現污染環境、損害人體健康的現象，而且硫酸鹽和氯化物被加熱后會產生很多有害氣體，這些問題是實現原材料無害化需要解決的重要內容，研發上述原材料替代物的問題值得高度關注。

3.3 確保用中、用后實現無害化

含鉻的耐火材料在使用中和使用后會對環境和人體造成不良影響，此類材料被廣泛應用于工業高溫窯爐內襯中，但在堿性和氧化環境下會生成有害物質。工業高溫行業充分利用生物可溶性耐火纖維，此種耐火纖維在人體肺液中可以溶解，并且具有較好的抗高溫性能，相比硅酸鋁耐火纖維，其溶解性能更強，給人體帶來的損害更小，基本上不會影響人體的健康。

4 結論

綠色發展理念已經深入各行各業，大眾的環保意識不斷增強，傳統耐火材料在發展過程中越來越暴露出不同程度的問題和產生了很多不良影響，已然無法滿足綠色發展理念的基本要求。隨著環境友好型耐火材料發展理念的提出，對環境友好型耐火材料的研究日益增多。關于環境友好型耐火材料的探討應堅持全方位的視角，對耐火材料使用的全過程進行監督和改善，這樣才能真正提高環保型耐火材料的使用性能。