矿产资源具有不可再生性,是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,因此,地球上的矿产资源虽然是丰富的,但相对来说又是十分有限的,随着社会经济的发展,世界人口的增加,对于矿产资源的需求量也越来越大,矿产资源的消耗速度也将越来越快。预计几十年后,有些矿产将变得极为短缺甚至枯竭。我国是世界耐火材料生产大国,年产量近5000万吨,产生废弃耐火材料近1000万吨,废弃耐火材料再利用率只有20%,而国外发达国家废弃耐火材料再利用率达60%。可见,在我国开展这方面工作,具有重要的实际意义。
1.用后耐火材料的回收再利用
资源和环境是困扰全球的大问题,若能有效利用废弃材料,就可以缓解资源危机、节约能源。而企业使用耐火材料是一种消耗性材料,在生产和使用后会产生大量的废料,对它们的处理方法通常是掩埋或降级使用。企业不但需要买地堆积或掩埋这些日益增多的废料,增加生产成本,而且造成了可用资源的极大浪费和环境污染,也给环境保护增加了巨大压力。
目前,对用后耐火材料再利用的研究,主要是将其作为辅助原料降级使用,以很小的比例掺入到耐火制品、水泥、陶瓷或玻璃等产品里,而且是以降低产品质量为代价。因此,对用后耐火材料如何经济有效地再利用,是一个需要尽快研究解决的问题。
2.国外用后耐火材料回收再利用概况
国外的许多国家,尤其是发达国家,对用后耐火材料的再利用非常重视,并且发展也很快,因此耐火材料的再利用率一般都比国内高,国外有的公司再利用率已达到了80%以上;还有的公司达到或者是正在向废弃耐火材料“零排放”的方向发展。
①日本耐火材料生产和使用后产生的大量废料,大多都被及时回收利用,使其成为废弃物逐年降低的国家。如,一家年生产能力168万吨钢的电炉厂,每个月大约就有900吨的用后耐火材料,其中仅有250吨作为废弃物处理,有650吨被回收再利用,回收率约达到60%。
②美国耐火材料每年有3.0×106吨以上的生产量,经使用后的耐火材料,每年产生大约1.0×106吨废弃物,以前几乎全被掩埋,仅有少量回收。1998年,美国能源部、工业技术部与生产企业联合制定了延长使用和回收利用废弃耐火材料的计划。政府的支持、生产企业、用户和研究机构之间的合作,加强了对用后耐火材料再利用的研究力度。
③法国Valoref公司专门从事全球废弃耐火材料生意,处理来源于法国和国外玻璃窑的耐火制品,发明了许多回收利用来自玻璃、钢铁、化工、垃圾焚烧等工业的大多数废弃耐火材料的技术,也开发了一种最佳回收利用拆炉法,目前法国玻璃窑用耐火材料的回收利用率每年达到3.6万吨。
④意大利OfficineMeccanichediPonzanoVenetto公司开发出一种回收和利用钢铁厂用后耐火材料的技术,利用该技术可将回收来的耐火材料破碎后直接喷吹入炉作为护炉材料。
⑤韩国浦项钢铁公司统一把用后耐火材料回收,经过拣选和破碎成40毫米以下颗粒,作为炼钢用原料。
3.国内用后耐火材料回收再利用现状
目前,国内对用后耐火材料的回收再利用大多还处于试验阶段,做的最好的应属上海宝钢。宝钢每年大约有5.5万吨用后耐火材料,按照材质分类堆放,加工成一定粒度的颗粒料或粉料再利用,并取得了较好的使用效果。宝钢还利用废弃镁碳砖生产出了可替代电熔镁砂和石墨的再生复合镁碳颗粒原料,并加工成再生镁碳砖产品,制备的镁碳砖产品指标超过了同类产品的国家行业标准。
江苏淮钢对用后耐火材料的回收利用工作也取得了很好的发展。淮钢与耐火材料生产厂进行合作,对铝镁碳和永久层浇注料等用后耐火材料进行了再生的前期研究,用80%的废砖研制出再生LMT砖。同时,还利用用后黏土砖,加入硫酸铝溶液做胶结剂配制耐火混凝土,用作包盖浇注料,取得了很好的使用效果。
4.用后耐火材料的再利用途径
耐火材料按施工方法、成型方法、颗粒结构、结合机理、或是否定型进行分类可达数千种。因此,成功的回收利用用后耐火材料就必须考虑到一些具体的问题,回收再利用耐火材料虽然可以达到节约能源和环保的目的,但实际上将用过的耐火材料返回生产厂用于再生产,与新开采的原料有以下不利条件:高运费、原料化学性能的改变、底矿物价值及性能不祥等。另外,对用后耐火材料的再利用要考虑以下因素:
①有关健康与污染。耐火材料中含有一些对人体有害的材料,例如六价铬(致癌物)或处理过程发生可呼吸到的二氧化硅(硅肺)。用后耐火材料加工时的污染,也将产生有害健康的问题。耐火材料使用过程中的污染,包括炉渣及金属向耐火材料内部或表面渗透,盐类或蒸汽沉积在耐火材料气孔结构内,以及由于工艺过程中的侵蚀,在耐火材料结构中发生化学变化。
②材料的年代。炼钢厂有两个时期的耐火材料,有旧与新的材料之分。如果对很久以前掩埋的废料进行加工,这种材料就应该为有害的物料,提高了处理费用。新材料定义为,刚从应用部位拆卸下的用后耐火材料,如果可以加以利用,则应根据材料性能做相应的处理。
③材料的价值。用后耐火材料的价值取决于两个因素:即其组成物的价值与处理这些材料所花的费用。例如鳞片石墨或电熔氧化镁具有高的价值,而含致癌物的Cr2O3材料,对于有毒、有害废料必须付处理费用。
④处理的经济效果。处理的经济效果对废料是否值得利用,直到将来也还是一个重要的决定因素,处理的复杂程度及所需费用、加工材料的数量、对所处理材料所要求的均匀性及纯度等均决定最后处理的成本。经过国内外有关试验研究表明,一些用过的耐火材料经过处理后,以高比例的形式加入,可以制成各种优质的再生耐火材料,这些产品的性能能够接近或达到原产品的水平。
5.再生耐火材料的发展前景
对用后耐火材料综合分类研究表明,除耐火纤维等特殊材料外,用后耐火材料基本可以实现全部再利用。随着研究的不断深人,在再生产品中,用后耐火材料的加入比例不断提高,再生产品的价值也在不断提升。
为了增加供给耐火材料产业使用的再循环利用材料,减少耐火材料的废弃量,需要开展以下工作:
①由于耐火砖比不定形耐火材料更能简单地使用,故应增加耐火砖的使用比率。
②为了提高具有高价值的材料纯度,应对用后耐火材料进行分离,加强用后耐火材料分级的监督制度。
③为了提高材料的纯度,应提高渣层和浸润层的分离技术。
④为了从含铬耐火材料的废弃物中回收高附加值的电熔材料,应开发采用新的再生技术。
⑤对于有害材料,在使用之前,应进行玻璃化处理。