【东大马北越课题组】用后含碳耐火材料的再利用研究现状

曹雨桐 马北越 付高峰等

东北大学冶金学院

1 前言

用后耐火材料是冶金、化工、陶瓷、玻璃等工业作为炉衬材料使用后被拆卸的固体废料。随着钢铁工业的蓬勃发展，耐火材料用量也显著增加。因此，便会产生大量的用后耐火材料。然而这些用后耐火材料只有极少数可以再生利用，其余大量的用后耐火材料都被当作工业垃圾掩埋或降级使用。由于用后含碳耐火材料量日益增多，需要购买大量的土地进行堆积或掩埋，浪费资源，所以研究用后含碳耐火材料的回收利用，具有重要经济效益和社会意义。本文总结了近年来用后含碳耐火材料再利用技术取得的新进展，以期为我国用后含碳耐火材料再利用领域的进一步发展提供借鉴。

2 用后含碳耐火材料再利用现状

2.1 用后镁碳耐火材料再利用镁碳耐火材料的主要成分是氧化镁( MgO) 和碳( C) 。其中w( MgO) = 60- 90%，w( C) = 10-40%。镁碳耐火材料的抗热震性、抗渣铁侵蚀性良好，所以被广泛地用在钢包、转炉、电炉、精炼炉等冶金容器中。在炼钢厂淘汰下的耐火材料中，镁碳类耐火材料占六成左右。如果能回收镁碳耐火材料中的有益部分并进行再生利用，那么不仅能减少固废排放量，还能节约镁砂、石墨等矿物资源。需要说明的是，目前新发展起来的低碳镁碳耐火材料中含碳量为5%甚至更低，但其生产量及用量较少，产生的用后低碳镁碳耐火材料也少，故本文没有单独介绍其再利用技术。

用后镁碳耐火材料经过筛选、剔除变质层、水化处理等工艺流程可以制备镁碳再生料。镁碳再生料可以按比例( 5- 20%) 加入到新的镁碳耐火材料中制备出合格的镁碳产品。可将用后镁碳耐火材料直接加到溅渣护炉料中，也可以作为镁碳类耐火泥或镁碳耐火材料的生产原料。在一定程度上实现了用后耐火材料的回收再利用，提高了经济效益。

2. 2 用后铝镁碳耐火材料再利用

铝镁碳耐火材料的主要成分是氧化铝( Al2O3) 、氧化镁( MgO)和碳( C) 。其中，w( Al2O3) = 60-69%，w( MgO) = 7-14%，w( C) = 5- 12%。铝镁碳耐火材料具有优良的抗渣铁侵蚀性、抗热震性及导热性。为提高铝镁碳耐火材料的抗氧化性能，在生产配料时需要加入适当添加剂，如铝粉、硅粉、硅铁粉、碳化硅粉等。铝镁碳耐火材料广泛应用于转炉炉衬、超高功率电炉炉衬、钢包衬和炉外精炼炉衬，因此会产生大量的用后铝镁碳耐火材料。如果这些用后的铝镁碳耐火材料能有效的利用，可以解决环境污染问题，节约生产相关耐火材料的成本，提高企业经济效益。

在生产铝镁碳砖时，可向其中加入适量的用后铝镁碳砖粉末，也可将用后铝镁碳耐火材料破碎成细粉，制备同材质的耐火泥，用于砌筑铝镁碳耐火材料; 将用后钢包拆下的废弃铝镁碳耐火材料去除残渣及废钢，经过破碎和筛分等处理工艺，制成再生料，并将其作为原料添加到高炉泡泥中; 可用铝镁碳再生料制备铁水罐浇注料等。添加一定量的用后耐火材料的铝镁质自流浇注料的性能达到甚至超过了由纯原料制备的耐火材料的性能。

2.3 用后铝碳耐火材料再利用

铝碳耐火材料是以 Al2O3和C 为主要成分的含碳耐火材料。其中，w(Al2O3) = 88-97%，w( C) =3-12%。铝碳耐火材料可分为不烧铝碳耐火材料和烧成铝碳耐火材料，前者具有良好的抗氧化性和抗氧化钠基渣的侵蚀性能，被广泛用于高炉和铁水包等铁水预处理设备中; 后者具有高强度及优异的抗侵蚀和抗热震性能，在连铸滑板砖、长水口、浸入式水口和整体塞棒等得以大量应用。

将炼钢厂用后的塞棒、座砖、滑板、水口等铝碳质耐火材料回收，用于制备高炉铁沟捣打料，将这些用后废料替代高铝钒土，在钢铁生产过程中取得了较为理想的效果，改善了铁沟料的使用性能，延长了铁渣沟的使用寿命，降低了铁沟料维修次数和工人的施工强度。

2. 4 用后铝碳化硅碳耐火材料再利用

铝碳化硅碳耐火材料是以Al2O3、SiC 和C 为主要成分的含碳耐火材料。其中，w( Al2O3)≥65%，w(Al2O3) ≥6.5%，w( C) = 3-6%。铝碳化硅碳耐火材料具有优异的耐蚀性、抗冲击性。因此，常常作为铁水预处理用耐火材料，被用在混铁罐、混铁车上等。

用后铝碳化硅碳耐火材料，通过拣选、破碎、粉磨和除铁等生产工艺后，可作为铝碳砖原料、冶金辅料的原材料以及浇注料的颗粒原料使用。破碎后的颗粒料经过筛选也可用于生产Al2O3-SiC-C 不定形耐火材料，如: 高炉炉前渣沟浇注料、渣铁沟沟盖和渣沟捣打料等。

3 结语

含碳耐火材料以其优异的耐高温、抗侵蚀性和抗热震性，广泛地应用在钢铁冶金等行业中，将产生大量的用后含碳耐火材料。用后含碳耐火材料作为一种工业固体废弃物，严重危害自然环境，但其也是可再利用的二次资源，应使其得到高效利用。未来耐火材料工业生产必将朝着低成本、低能耗和低污染的方向发展。用后含碳耐火材料的有效处理与利用，既可以实现耐火材料行业的绿色发展，也能实现二次资源的循环利用，符合现代工业发展理念。如上所述，用后含碳耐火材料通过粉碎、拣选、分类、除铁等工艺处理后，制备再生料，进而生产出使用性能优良的定型耐火材料和不定形耐火材料。对用后含碳耐火材料再利用可以有效降低企业的生产成本，给企业带来可观的经济效益。并可节约国家稀缺的矿产资源，减少环境污染，也会减少堆放用地，具有一定的社会效益。用后含碳耐火材料的再利用虽然已经取得了一定的进展，但再生利用率不高。如何更加高效、更加合理的使用这些用后耐火材料是我们必须要考虑的问题。需要科研工作者与企业进一步加强合作，深入研究，通过对用后含碳耐火材料的高效资源化利用，实现废料零排放的目标。