本文對(duì)銅冶煉爐用后耐火材料綜合利用的途徑進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)研究開(kāi)發(fā)的新型無(wú)鉻堿性耐火材料和不定形耐火材料性能特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍進(jìn)行了討論，指出今后耐火材料循環(huán)利用以及使用新型環(huán)境友好堿性耐火材料將是有色工業(yè)冶煉爐用耐火材料的發(fā)展方向。

隨著高溫工業(yè)的發(fā)展，廢舊耐火材料處理量越來(lái)越大，也帶來(lái)了資源及環(huán)境問(wèn)題，因此,每?jī)赡暾匍_(kāi)一次的聯(lián)合國(guó)際耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議自1989年首次召開(kāi)以來(lái),每次都把耐火材料的回收利用及新進(jìn)展作為會(huì)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(huì)上，專(zhuān)家指出:要抓好耐火材料的回收利用,減少與防止對(duì)環(huán)境的污染?？梢?jiàn)，對(duì)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。

目前，銅冶煉爐用耐火材料，以堿性耐火材料為主，鎂鉻質(zhì)耐火材料目前仍然是主流產(chǎn)品。我國(guó)鉻資源貧乏，而鉻資源是戰(zhàn)略物資，不利于將大量的鉻礦用于耐火材料生產(chǎn)，現(xiàn)在耐火材料生產(chǎn)依賴于進(jìn)口鉻礦。

含Cr2O3耐火材料具有很多獨(dú)特的優(yōu)良性質(zhì)，盡管其三價(jià)鉻是無(wú)毒的，但含鉻耐火材料在氧化氣氛與強(qiáng)堿物質(zhì)如Na2O、Ka2O、CaO大量存在條件下，會(huì)從三價(jià)鉻轉(zhuǎn)變?yōu)榱鶅r(jià)鉻。六價(jià)鉻化合物易溶于水，CrO3可以氣相存在，屬劇毒物質(zhì)，對(duì)人體有害，嚴(yán)重污染環(huán)境，工信部于2013年初發(fā)布了《國(guó)家鼓勵(lì)有毒有害原料（產(chǎn)品）替代目錄》中明確指出使用無(wú)鉻耐火材料替代含鉻耐火材料在水泥、鋼鐵、有色等行業(yè)的高溫窯爐使用。因此，研究開(kāi)發(fā)低鉻或者無(wú)鉻堿性耐火材料產(chǎn)品是有色冶金行業(yè)用耐火材料的發(fā)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(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，很難與大宗原材料應(yīng)用直接相關(guān)聯(lián)。對(duì)于達(dá)到使用壽命之后的耐火材料殘磚廢料是一種數(shù)量大、極難處理、對(duì)環(huán)境也極不友好的工業(yè)廢料。事實(shí)上，用后耐火材料若經(jīng)過(guò)揀選、分類(lèi)和特殊的工藝處理，能夠獲得其應(yīng)有的使用價(jià)值。用這些加工處理后的再生料，經(jīng)過(guò)耐火材料工藝特殊處理，不但可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的不定形耐火材料，而且還能達(dá)到再生出優(yōu)質(zhì)的定型產(chǎn)品的品質(zhì)要求，有些可以作為冶金輔料，這不僅節(jié)約了國(guó)家的礦物資源和能源，而且也減少了環(huán)境污染，充分利用耐火材料資源。

目前，鋼鐵行業(yè)對(duì)于廢舊耐火材料的再生利用研究方面已經(jīng)積累了很多值得借鑒和學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)于有色工業(yè)用后廢舊耐火材料的再生利用很少提及，由于有色工業(yè)多采用鎂鉻質(zhì)材料，尤其用后的Cr6+對(duì)環(huán)境產(chǎn)生及其大的危害，因此，研究有色工業(yè)用后廢舊耐火材料的再生利用技術(shù)是屬于功在當(dāng)代，利在千秋的大事。

研究鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)廢磚回收利用技術(shù)是變廢為寶，減少資源消耗的必然要求，它對(duì)節(jié)省成本和資源、循環(huán)利用具有重要的意義。同時(shí)，它不僅可以解決利用回收鎂質(zhì)原料制造不同檔次鎂質(zhì)耐火材料的問(wèn)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(chǔ)。這一研究對(duì)于高溫工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

瑞泰科技與云銅的實(shí)踐

云南銅業(yè)股份有限公司每年要產(chǎn)生大量的用后耐火材料，其中主要以堿性鎂鉻質(zhì)耐火材料為主。過(guò)去最簡(jiǎn)單的處理辦法是作為工業(yè)垃圾處理，或者是直接進(jìn)入工藝流程。隨著企業(yè)對(duì)成本及效益的逐步重視以及我國(guó)對(duì)工業(yè)垃圾處理法律法規(guī)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?yōu)榭梢栽倮玫哪突鸩牧腺Y源。

各種堿性磚在使用過(guò)程中，因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、滲透、擴(kuò)散、溶解，會(huì)導(dǎo)致其變質(zhì)或侵蝕，而且在拆除后堆放過(guò)程中，其表面會(huì)受到環(huán)境雜質(zhì)的粘附。因此，再生利用前必須進(jìn)行分類(lèi)揀選、清洗、去除滲透層、破碎加工、篩分除鐵等處理。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

①研究銅冶煉爐中鎂鉻磚的蝕變機(jī)理，找到銅冶煉爐中破壞鎂鉻磚使用性能的關(guān)鍵因素，研究相應(yīng)對(duì)抗材料失效的對(duì)策；②廢舊堿性耐火磚分類(lèi)及保管方法；③變質(zhì)層堿性磚的處理方法；④未變質(zhì)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(lái)致力于有色工業(yè)用高性能耐火材料研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，產(chǎn)品在銅冶煉爐、鉛冶煉爐、鋅揮發(fā)窯等關(guān)鍵部位取得了良好的使用效果，根據(jù)有色冶金節(jié)能環(huán)保的發(fā)展需求，公司開(kāi)發(fā)了無(wú)鉻堿性耐火材料在冶金窯爐上進(jìn)行使用。

1.改性電熔再結(jié)合鎂鉻磚

為提高銅轉(zhuǎn)爐風(fēng)口區(qū)鎂鉻磚的抗熱剝落與結(jié)構(gòu)剝落性，減輕鐵硅渣與锍對(duì)其滲透與侵蝕，在適當(dāng)提高鎂鉻磚中的Cr2O3含量的基礎(chǔ)上，采用高檔用預(yù)合成料，鎂鉻磚內(nèi)化學(xué)成分、尖晶石分布比較均勻。通過(guò)復(fù)合添加Al2O3與ZrO2微粉，增加磚內(nèi)尖晶石含量，降低氣孔率，提高直接結(jié)合程度與磚的高溫強(qiáng)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(zhuǎn)爐風(fēng)口區(qū)應(yīng)用，獲得了良好的使用效果，達(dá)到200多爐次以上的使用壽命。性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.無(wú)鉻復(fù)合尖晶石磚

無(wú)鉻復(fù)合尖晶石磚的研發(fā)技術(shù)是通過(guò)加入與熔體能形成高熔點(diǎn)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(xì)化等技術(shù)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(duì)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(fù)合的鎂鋁鋯磚、鎂鋁鈦磚能夠抵抗堿度變動(dòng)大的有色冶煉熔渣。新型鎂鋁鋯磚和鎂鋁鈦無(wú)鉻堿性復(fù)合尖晶石磚性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

3.銅冶煉爐用噴補(bǔ)料

瑞泰科技與云銅共同開(kāi)發(fā)了一種鎂質(zhì)噴補(bǔ)料，用于有色金屬熔煉爐襯大面積或局部蝕損部位進(jìn)行噴涂、修補(bǔ)，其原料組成包括電熔鎂砂、預(yù)合成鎂鉻尖晶石砂、鎂橄欖石等，采用無(wú)機(jī)復(fù)合結(jié)合劑保證施工時(shí)間及快速凝固減少回彈量。該種噴補(bǔ)料通過(guò)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(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，提高有色冶煉生產(chǎn)效益。

表1 瑞泰科技研發(fā)生產(chǎn)有色冶金用高性能堿性耐火材料與傳統(tǒng)堿性耐火材料性能對(duì)比

表2 不同耐火泥漿的理化性能

4.功能型膠泥

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

結(jié)語(yǔ)

有色金屬工業(yè)發(fā)展與耐火材料工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，工信部于2013年3月份發(fā)布的《促進(jìn)耐火材料產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的若干意見(jiàn)》將促使耐火材料企業(yè)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，向節(jié)能環(huán)保型企業(yè)轉(zhuǎn)型，以“品種質(zhì)量?jī)?yōu)良化，資源能源節(jié)約化，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)?；?，使用過(guò)程無(wú)害化”為原則的“綠色耐材”戰(zhàn)略也將得到進(jìn)一步推進(jìn)和實(shí)施。耐火材料供應(yīng)商將堅(jiān)持需求牽引和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)并重，建立上下游相關(guān)單位共同參與、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的共同創(chuàng)新模式，重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)綠色堿性耐火材料，不斷滿足高溫工業(yè)的發(fā)展需求，耐火材料行業(yè)將為有色工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與轉(zhuǎn)型升級(jí)提供可靠的材料保障。