环境友好型耐火材料发展探讨

潘永忠

（浙江嘉吉石化工程有限公司，浙江 湖州 313100）

0 引言

现阶段，绿色发展理念的提出使大众环保意识大幅增强，各行各业也在用实际行动践行着绿色发展理念，因此，如何利用环境友好型耐火材料逐渐取代传统耐火材料是值得研究的重要问题。

1 环境友好型耐火材料的基本内涵

环境友好型耐火材料是针对传统耐火材料提出的新型概念，具体而言，此类材料使用的原材料在被使用过程中不会再生成对环境和人体有毒有害的物质，在施工过程中粉尘的数量大大减少，使用后期的残留材料可以被再次利用，具有一定的再生价值，而不是直接变成工业垃圾。通过分析环境友好型耐火材料的基本内涵可以得知，对其内涵的理解是围绕传统耐火材料使用前、使用中、使用后三个环节展开的探讨，以传统耐火材料在使用过程中产生的危害为基本对象。

2 环境友好型耐火材料的种类划分

2.1 新型无氟耐酸料

相比于新型无氟耐酸料，以往使用的耐酸料在一般情况下是利用耐酸粉料作为原材料，以硅酸钠为结合剂，硅酸钠物质可以使耐酸料硬化。为了更好地减少以往使用耐酸料存在的各种弊端，新型无氟耐酸料选择四种原料，分别是石英砂、黏土、铝矾土以及硅微粉，仍然利用碳酸钠作为结合剂，将水泥作为促凝剂，大大地增强了碳酸钠的硬化性能。

2.2 新型生物可溶性耐火纤维

新型生物可溶性耐火纤维很好地减小了使用传统耐火材料带来的不良影响，具有可降解、无害、绿色的重要特点。图1 和图2 是将硅酸铝纤维和可溶性耐火纤维进行对比研究的结果，在操作过程中，将硅酸铝纤维和可溶性耐火纤维分别放进相同的模拟人体肺液内，溶解时间设置为72h。从图1 可以看出，可溶性耐火纤维在溶解过程中呈现一层均匀的水化层，但图2 中的硅酸铝纤维在溶解之后没有形成这种水化层。由此可见，可溶性耐火纤维能够与人体肺液进行相互溶解，这种无损于人体健康的产品属于环境友好型耐火材料之一。

图1 生物可溶性耐火纤维溶解

2.3 低温碳素捣打料

低温碳素捣打料是一种结合剂，具有结焦值偏低的特点，为了更好地应对此种结合剂存在的结焦值偏低的问题，可以在结合剂中分别加入两种不同类型的添加剂，这两种添加剂是化学纯的硝基苯芳烃化合物、硝基甲苯芳烃化合物，添加剂的加入可以有效提升结合剂的性能。图3 为随着添加剂含量的增加结合剂的结焦值出现不同程度的变化情况，使两者之间的关系更加清晰地呈现出来。从图3 可以看出，当添加剂的加量达到5%时，结合剂的结焦值达到最高，接近44.5%。

图2 硅酸铝纤维溶解

图3 添加剂含量变化对结合剂结焦值的影响情况

当煤焦油添加量达到60%时，结合剂的软化点温度有所下降，甚至出现低于室内温度的情况，在图4 中可以明显看到，这与低温碳素捣打料结合剂的软化点要求具有较高的契合度。就混合型结合剂而言，添加剂在催化焦化缩聚方面发挥着突出作用，将添加剂加入单一型的煤焦油中，对煤焦油有着这方面的重要作用。添加剂的使用有效提高了结合剂的结焦值，进而提升了低温碳素捣打料的使用性能。

图4 结合剂软化点与煤焦油含量变化

3 环境友好型耐火材料的发展趋势

3.1 确保生产过程实现无害化

就生产过程而言，耐火材料的处理需要经过很多道工序，在破粉碎、混炼以及成型等环节会出现很多粉尘、噪声。控制粉尘产生量是耐火材料发展需要面对和解决的重要问题，也是改善生产环境的重要内容，可以采用湿式作业的方式，加强对粉尘源头的控制，打造控制粉尘源头的密闭空间，也可以加强外部防护。与此同时，对生产过程中存在的余热问题要加以重视，可以借鉴国外比较前沿和先进的处理技术，例如，负压作业、隔离作业等。耐火材料在煅烧过程中会产生很多烟气余热，如果对此不加以控制，烟气余热带走的热量将会达到35%左右，这样造成热量浪费，直接排出烟气余热还会对环境造成不良影响。

3.2 确保原材料实现无害化

加强耐火原料控制是提高耐火材料使用性能的基础环节，实现耐火原料无害化非常重要，只有确保耐火原料具有较高的质量、较好的环保性能，才能更好地满足各领域行业的发展要求。含有ZrO2的耐火材料在应用过程中越来越表现出比较优异的使用性能，而且在各行业内得到普遍应用，但此类材料的放射性问题备受大众关注，同时也引发了很多争议。除此之外，结合剂沥青和树脂等在应用过程中会出现污染环境、损害人体健康的现象，而且硫酸盐和氯化物被加热后会产生很多有害气体，这些问题是实现原材料无害化需要解决的重要内容，研发上述原材料替代物的问题值得高度关注。

3.3 确保用中、用后实现无害化

含铬的耐火材料在使用中和使用后会对环境和人体造成不良影响，此类材料被广泛应用于工业高温窑炉内衬中，但在碱性和氧化环境下会生成有害物质。工业高温行业充分利用生物可溶性耐火纤维，此种耐火纤维在人体肺液中可以溶解，并且具有较好的抗高温性能，相比硅酸铝耐火纤维，其溶解性能更强，给人体带来的损害更小，基本上不会影响人体的健康。

4 结论

绿色发展理念已经深入各行各业，大众的环保意识不断增强，传统耐火材料在发展过程中越来越暴露出不同程度的问题和产生了很多不良影响，已然无法满足绿色发展理念的基本要求。随着环境友好型耐火材料发展理念的提出，对环境友好型耐火材料的研究日益增多。关于环境友好型耐火材料的探讨应坚持全方位的视角，对耐火材料使用的全过程进行监督和改善，这样才能真正提高环保型耐火材料的使用性能。