耐火材料是高溫工業(yè)和高溫?zé)峁ぱb備的基礎(chǔ)材料和重要支撐材料，能承受相應(yīng)的物理化學(xué)及機(jī)械作用，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色金屬、建材、化工、電力等行業(yè)，是跨行業(yè)多領(lǐng)域的共用基礎(chǔ)材料。當(dāng)耐火材料達(dá)到使用壽命或燒損嚴(yán)重時(shí)，會(huì)被替換為新的耐火材料，而廢棄的耐火材料可以回收再利用，不僅順應(yīng)當(dāng)前的節(jié)能降碳形勢，而且對(duì)保護(hù)自然資源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)意義。

我國耐火材料行業(yè)運(yùn)行狀況

1.1 耐火材料生產(chǎn)運(yùn)行情況

我國是全球最大的耐火材料生產(chǎn)國和消費(fèi)國，耐火材料產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的一半以上。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，以及節(jié)能環(huán)保降碳政策的推行和下游高溫工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，我國耐火材料產(chǎn)業(yè)已從“高速發(fā)展”向“綠色可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展”轉(zhuǎn)變，在總量保持平穩(wěn)的基礎(chǔ)上，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)。

2023年耐火材料行業(yè)運(yùn)行情況總體平穩(wěn)，受下游需求疲軟的影響產(chǎn)量略有下滑。全國耐火材料制品產(chǎn)量2292.70萬t,同比降低0.36%。其中致密定形耐火制品1204.73萬t,同比降低4.47%;保溫隔熱耐火制品75.35萬t,同比增長32.71%;不定形耐火制品1012.62萬t,同比增長3.00%。2020—2023年我國耐火材料制品產(chǎn)量見表1。

表1 2020—2023年我國耐火材料制品產(chǎn)量情況

1.2 耐火材料消費(fèi)情況

1.2.1耐火材料表觀消費(fèi)量

2023年我國耐火材料制品進(jìn)口量2.25萬t,同比減少11.4%;出口量214.71萬t,同比減少2.3%;表觀消費(fèi)量2080.24萬t,基本與2022年持平，2020—2023年我國耐火材料表觀消費(fèi)量見表2。

表2 2020—2023年我國耐火材料表觀消費(fèi)量

1.2.2下游產(chǎn)業(yè)耐火材料消費(fèi)情況

根據(jù)初步測算，2023年耐火材料下游產(chǎn)業(yè)消費(fèi)占比分別為：鋼鐵行業(yè)71.0%、有色金屬行業(yè)5.5%、玻璃行業(yè)3.9%、水泥行業(yè)6.1%、化工行業(yè)4.0%、其他9.5%。鋼鐵行業(yè)是耐火材料最大的下游產(chǎn)業(yè)，資料表明鋼鐵行業(yè)整體承包耐火材料消耗已下降到15千克/噸鋼左右，新干法水泥窯用耐火材料消耗已下降至0.5千克/噸熟料以下，玻璃熔窯耐火材料消耗也有所下降。2020—2023年我國耐火材料下游產(chǎn)業(yè)消費(fèi)情況見表3。

表3 2020—2023年我國耐火材料下游產(chǎn)業(yè)消費(fèi)情況

玻璃行業(yè)耐火材料消費(fèi)結(jié)構(gòu)

耐火材料是玻璃熔爐的主要構(gòu)筑材料，對(duì)玻璃的質(zhì)量、能耗和成本起著決定性的作用，直接影響著玻璃熔爐的壽命。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T60004—2019《玻璃窯用耐火材料使用規(guī)程》的編制說明中，玻璃熔窯主要分為與玻璃液直接接觸的熔池部位、熔池上部火焰空間結(jié)構(gòu)、蓄熱室及煙道系統(tǒng)等三大部分。各部位工作溫度、對(duì)耐材侵蝕情況不同，選用耐火材料時(shí)需考慮各部位的使用特點(diǎn)和要求，并結(jié)合玻璃品種、產(chǎn)品質(zhì)量定位、燃料種類、窯爐規(guī)模、設(shè)計(jì)窯齡等因素，使各部位材料使用壽命更加均衡，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的目的。表4為700t/d浮法玻璃熔窯約需各類耐火材料情況，其中使用最多的是粘土質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)耐火材料和硅質(zhì)磚，分別占熔窯耐火材料所需求量的40.4%、30.3%和11.1%。

表4 700t/d浮法玻璃熔窯耐火材料配置及用量

耐火材料的回收利用狀況分析

3.1 耐火材料回收利用的政策和標(biāo)準(zhǔn)要求

3.1.1耐火材料回收利用的政策

廢耐火材料屬于一般工業(yè)固體廢物(含鉻耐火材料除外)。HJ2305—2018《玻璃制造業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》明確：“玻璃制造企業(yè)產(chǎn)生的一般工業(yè)固體廢物主要包括除塵器收集的顆粒物、脫硫副產(chǎn)物、廢耐火材料、廢水生化處理污泥、錫渣、碎玻璃和煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的爐渣等”，并規(guī)定：“玻璃成型錫槽中產(chǎn)生的錫渣、廢耐火材料、袋式除塵器廢濾袋和煤氣發(fā)生爐爐渣均可根據(jù)其成分情況綜合利用”、“不宜采用含鉻耐火材料”。

2016年9月28日，工業(yè)和信息化部印發(fā)的《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》(工信部規(guī)〔2016〕315號(hào))提出，鼓勵(lì)合理利用劣質(zhì)原料和工業(yè)固廢，推進(jìn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)固廢“近零排放”;推廣無鉻耐火材料。

2024年1月19日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《固體廢物分類與代碼目錄》(生態(tài)環(huán)境部公告2024年第4號(hào))提出，廢耐火材料被列入非特定行業(yè)的其他工業(yè)固體廢物，見表5。

表5 《固體廢物分類與代碼目錄》廢耐火材料

3.1.2 耐火材料回收利用的標(biāo)準(zhǔn)

GB51113—2015《光伏壓延玻璃工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：熔窯冷熱修時(shí)產(chǎn)生的含鉻耐火材料在廠內(nèi)臨時(shí)儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)單獨(dú)儲(chǔ)存在防雨、防曬、防滲的場所。除可綜合利用部分外，其余含鉻耐火材料應(yīng)進(jìn)行專業(yè)化處置。其后的《條文說明》中詳細(xì)解釋：含鉻耐火材料在高溫下使用以及用后廢磚的堆放過程中可能會(huì)形成六價(jià)鉻，污染大氣、水源和土壤等，危害人體健康。在儲(chǔ)存過程中應(yīng)防止雨淋，否則會(huì)隨雨水流入地表水體或滲人地下，對(duì)水體造成污染，因此規(guī)定儲(chǔ)存場所應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18597的有關(guān)規(guī)定。不能綜合利用的部分耐火材料應(yīng)作為危險(xiǎn)廢物，按《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》中對(duì)危險(xiǎn)廢物污染環(huán)境防治的特別規(guī)定執(zhí)行。目前通常的做法是交由具有相應(yīng)危險(xiǎn)廢物處理資質(zhì)的單位進(jìn)行處置。

GB50435—2016《平板玻璃工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：“含鉻耐火磚在廠內(nèi)臨時(shí)儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18597的有關(guān)規(guī)定”。

GB/T50559—2018《平板玻璃工廠環(huán)境保護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》也要求：“含鉻耐火磚和脫硝過程產(chǎn)生的廢催化劑在廠內(nèi)臨時(shí)儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18597的有關(guān)規(guī)定”。

3.2 廢耐火材料回收

我國的耐火材料年消耗量最高時(shí)近2800萬t,隨著下游產(chǎn)業(yè)的變化及耐火材料自身耐溫技術(shù)的提高，年消耗量趨于減少，2023年需求量降為不足2100萬t。其中，廢舊耐火材料產(chǎn)生量約占耐火材料消耗量的40%,即2023年我國廢耐火材料產(chǎn)生量大約為840萬t,其中玻璃窯用廢耐火材料大約為33.6萬t。

3.2.1我國玻璃窯用廢耐火材料回收方式

玻璃窯用廢耐火材料，指日常生產(chǎn)過程中熔窯熱修更換下來的廢耐火材料及熔窯冷修時(shí)拆除的廢耐火磚。

不含鉻玻璃熔窯耐火磚的主要材料是二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂和氧化鋯，可以作為生產(chǎn)耐火材料的骨料，廢棄的耐火材料基本全部回用。通常由產(chǎn)生企業(yè)定點(diǎn)存放，供貨廠家回收利用。

3.2.2廢耐火材料的回收流程

廢耐火材料的回收流程一般包括分類、破碎、粉碎、分選、應(yīng)用等。

分類是優(yōu)化回收率和獲得最佳產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵步驟。氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅均為白色/米色。因此，需要通過專業(yè)技術(shù)來識(shí)別分選。

耐火材料種類繁多，通常為特定工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，這意味著回收過程也必須同樣多樣化。此外，金屬和其他材料的污染會(huì)使回收過程復(fù)雜化，需要更先進(jìn)的分離和加工技術(shù)。分離技術(shù)可以從混合廢料中提取更純凈的耐火材料。

通過專用設(shè)備對(duì)廢棄耐火磚進(jìn)行破碎或粉碎，將其分解成較小的顆?；蚍勰?，利用篩選、氣流分離等方法對(duì)顆粒進(jìn)行分選，分離出不同尺寸的材料，對(duì)于含有有害物質(zhì)的廢棄耐火磚，還需要進(jìn)行特殊處理，如化學(xué)清洗、熱處理等，以確保處理后的材料達(dá)到安全環(huán)保的要求。

3.2.3可借鑒的廢耐火材料回收案例

(1)廢電熔AZS磚回收

AZS(氧化鋁鋯硅)是玻璃熔窯中使用的主要結(jié)構(gòu)耐火材料，因?yàn)樗灰妆蝗廴诓Ａб簼櫇?，與熔融玻璃液的反應(yīng)性較低。用于玻璃熔窯的池壁時(shí)，一般上部的電熔AZS磚侵蝕較為嚴(yán)重，下部的則具有再利用價(jià)值。

某玻璃公司將熔化部池壁進(jìn)行整體切割，再次利用在池壁有效部位并取得了成功，并將用后的AZS磚表面附著的玻璃除去，用淬冷的方法使磚產(chǎn)生裂紋，經(jīng)破碎、粉磨、篩選后得到不同粒級(jí)的骨料和細(xì)粉，用以生產(chǎn)廉價(jià)高性能澆注料和鐵溝料。

(2)廢氧化鉻耐火材料回收

在日本，玻璃熔窯產(chǎn)生的廢鎂鉻耐火材料已成功回收用作煉鋼爐噴補(bǔ)料。廢耐火材料被粉碎、篩分、磁選以將鎂鉻材料與其他輔助氧化物分離，并清洗以去除硫酸鈉(玻璃制造中的常見污染物)。處理后的材料作為耐火骨料出售。在另外的案例中，廢鎂鉻耐火材料被粉碎并以小比例與原始材料混合作為玻璃生產(chǎn)的原料，加人入廢耐火材料可消除與填埋相關(guān)的成本，同時(shí)不會(huì)對(duì)玻璃質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

玻璃工業(yè)中產(chǎn)生的廢氧化鉻耐火材料也被成功用做鉻金屬冶煉的原料。在此過程中，廢耐火材料被粉碎并用作進(jìn)料材料，以替代鉻礦石。廢耐火材料被直接裝人電爐中，在1600℃的溫度下用焦炭或煤還原氧化鉻，從而繞過了昂貴的制粒和預(yù)還原工藝。產(chǎn)生的爐渣被冷卻、粉碎和篩分，以產(chǎn)生無害的負(fù)產(chǎn)品，用作建筑填料或骨料。

(3)廢硅磚的回收

窯期結(jié)束后拆下的硅磚，有30%～35%可重新利用，制成另外兩種硅磚，其中包括工作池或蓄熱室頂使用的硅質(zhì)楔磚和輕質(zhì)隔熱硅磚。

玻璃工業(yè)的硅磚主要是應(yīng)用在熔窯大碹、蓄熱室碹等部位，需要硅磚具有較高的耐火度、荷重軟化溫度、機(jī)械強(qiáng)度和抗煙氣侵蝕等性能，回收后的硅磚一般沒有與火焰、煙氣接觸的部位可以重新應(yīng)用，剩余部位的材料一般可作為輕質(zhì)隔熱材料或者不定形材料使用。

結(jié) 語

耐火材料是國民經(jīng)濟(jì)的重要分支和領(lǐng)域，一般用于高溫冶煉、熔化等行業(yè)，具有高能耗、高溫和一定污染的特性。耐火材料的回收利用有助于提高耐火材料的循環(huán)使用效率和減少對(duì)環(huán)境的影響，有助于資源、能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)，減少整個(gè)行業(yè)碳排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)耐火材料行業(yè)“碳達(dá)峰、碳中和”具有重要的促進(jìn)作用。