我国玻璃熔窑用耐火材料消费及回收再利用分析

耐火材料是高温工业和高温热工装备的基础材料和重要支撑材料，能承受相应的物理化学及机械作用，广泛应用于钢铁、有色金属、建材、化工、电力等行业，是跨行业多领域的共用基础材料。当耐火材料达到使用寿命或烧损严重时，会被替换为新的耐火材料，而废弃的耐火材料可以回收再利用，不仅顺应当前的节能降碳形势，而且对保护自然资源具有重要的现实意义和社会意义。

我国耐火材料行业运行状况

1.1 耐火材料生产运行情况

我国是全球最大的耐火材料生产国和消费国，耐火材料产量占全球总产量的一半以上。近年来，随着我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段，以及节能环保降碳政策的推行和下游高温工业技术的进步，我国耐火材料产业已从“高速发展”向“绿色可持续高质量发展”转变，在总量保持平稳的基础上，加快产业结构优化升级。

2023年耐火材料行业运行情况总体平稳，受下游需求疲软的影响产量略有下滑。全国耐火材料制品产量2292.70万t,同比降低0.36%。其中致密定形耐火制品1204.73万t,同比降低4.47%;保温隔热耐火制品75.35万t,同比增长32.71%;不定形耐火制品1012.62万t,同比增长3.00%。2020—2023年我国耐火材料制品产量见表1。

表1 2020—2023年我国耐火材料制品产量情况

1.2 耐火材料消费情况

1.2.1耐火材料表观消费量

2023年我国耐火材料制品进口量2.25万t,同比减少11.4%;出口量214.71万t,同比减少2.3%;表观消费量2080.24万t,基本与2022年持平，2020—2023年我国耐火材料表观消费量见表2。

表2 2020—2023年我国耐火材料表观消费量

1.2.2下游产业耐火材料消费情况

根据初步测算，2023年耐火材料下游产业消费占比分别为：钢铁行业71.0%、有色金属行业5.5%、玻璃行业3.9%、水泥行业6.1%、化工行业4.0%、其他9.5%。钢铁行业是耐火材料最大的下游产业，资料表明钢铁行业整体承包耐火材料消耗已下降到15千克/吨钢左右，新干法水泥窑用耐火材料消耗已下降至0.5千克/吨熟料以下，玻璃熔窑耐火材料消耗也有所下降。2020—2023年我国耐火材料下游产业消费情况见表3。

表3 2020—2023年我国耐火材料下游产业消费情况

玻璃行业耐火材料消费结构

耐火材料是玻璃熔炉的主要构筑材料，对玻璃的质量、能耗和成本起着决定性的作用，直接影响着玻璃熔炉的寿命。在行业标准JC/T60004—2019《玻璃窑用耐火材料使用规程》的编制说明中，玻璃熔窑主要分为与玻璃液直接接触的熔池部位、熔池上部火焰空间结构、蓄热室及烟道系统等三大部分。各部位工作温度、对耐材侵蚀情况不同，选用耐火材料时需考虑各部位的使用特点和要求，并结合玻璃品种、产品质量定位、燃料种类、窑炉规模、设计窑龄等因素，使各部位材料使用寿命更加均衡，达到经济、合理的目的。表4为700t/d浮法玻璃熔窑约需各类耐火材料情况，其中使用最多的是粘土质耐火材料、镁质耐火材料和硅质砖，分别占熔窑耐火材料所需求量的40.4%、30.3%和11.1%。

表4 700t/d浮法玻璃熔窑耐火材料配置及用量

耐火材料的回收利用状况分析

3.1 耐火材料回收利用的政策和标准要求

3.1.1耐火材料回收利用的政策

废耐火材料属于一般工业固体废物(含铬耐火材料除外)。HJ2305—2018《玻璃制造业污染防治可行技术指南》明确：“玻璃制造企业产生的一般工业固体废物主要包括除尘器收集的颗粒物、脱硫副产物、废耐火材料、废水生化处理污泥、锡渣、碎玻璃和煤气发生炉产生的炉渣等”，并规定：“玻璃成型锡槽中产生的锡渣、废耐火材料、袋式除尘器废滤袋和煤气发生炉炉渣均可根据其成分情况综合利用”、“不宜采用含铬耐火材料”。

2016年9月28日，工业和信息化部印发的《建材工业发展规划(2016—2020年)》(工信部规〔2016〕315号)提出，鼓励合理利用劣质原料和工业固废，推进生产环节固废“近零排放”;推广无铬耐火材料。

2024年1月19日，生态环境部印发的《固体废物分类与代码目录》(生态环境部公告2024年第4号)提出，废耐火材料被列入非特定行业的其他工业固体废物，见表5。

表5 《固体废物分类与代码目录》废耐火材料

3.1.2 耐火材料回收利用的标准

GB51113—2015《光伏压延玻璃工厂设计规范》要求：熔窑冷热修时产生的含铬耐火材料在厂内临时储存时，应单独储存在防雨、防晒、防渗的场所。除可综合利用部分外，其余含铬耐火材料应进行专业化处置。其后的《条文说明》中详细解释：含铬耐火材料在高温下使用以及用后废砖的堆放过程中可能会形成六价铬，污染大气、水源和土壤等，危害人体健康。在储存过程中应防止雨淋，否则会随雨水流入地表水体或渗人地下，对水体造成污染，因此规定储存场所应符合现行国家标准《危险废物贮存污染控制标准》GB18597的有关规定。不能综合利用的部分耐火材料应作为危险废物，按《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中对危险废物污染环境防治的特别规定执行。目前通常的做法是交由具有相应危险废物处理资质的单位进行处置。

GB50435—2016《平板玻璃工厂设计规范》要求：“含铬耐火砖在厂内临时储存时，应符合现行国家标准《危险废物贮存污染控制标准》GB18597的有关规定”。

GB/T50559—2018《平板玻璃工厂环境保护设施设计标准》也要求：“含铬耐火砖和脱硝过程产生的废催化剂在厂内临时储存时，应符合现行国家标准《危险废物贮存污染控制标准》GB18597的有关规定”。

3.2 废耐火材料回收

我国的耐火材料年消耗量最高时近2800万t,随着下游产业的变化及耐火材料自身耐温技术的提高，年消耗量趋于减少，2023年需求量降为不足2100万t。其中，废旧耐火材料产生量约占耐火材料消耗量的40%,即2023年我国废耐火材料产生量大约为840万t,其中玻璃窑用废耐火材料大约为33.6万t。

3.2.1我国玻璃窑用废耐火材料回收方式

玻璃窑用废耐火材料，指日常生产过程中熔窑热修更换下来的废耐火材料及熔窑冷修时拆除的废耐火砖。

不含铬玻璃熔窑耐火砖的主要材料是二氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化锆，可以作为生产耐火材料的骨料，废弃的耐火材料基本全部回用。通常由产生企业定点存放，供货厂家回收利用。

3.2.2废耐火材料的回收流程

废耐火材料的回收流程一般包括分类、破碎、粉碎、分选、应用等。

分类是优化回收率和获得最佳产品质量的一个关键步骤。氧化铝、氧化锆和二氧化硅均为白色/米色。因此，需要通过专业技术来识别分选。

耐火材料种类繁多，通常为特定工业应用而设计，这意味着回收过程也必须同样多样化。此外，金属和其他材料的污染会使回收过程复杂化，需要更先进的分离和加工技术。分离技术可以从混合废料中提取更纯净的耐火材料。

通过专用设备对废弃耐火砖进行破碎或粉碎，将其分解成较小的颗粒或粉末，利用筛选、气流分离等方法对颗粒进行分选，分离出不同尺寸的材料，对于含有有害物质的废弃耐火砖，还需要进行特殊处理，如化学清洗、热处理等，以确保处理后的材料达到安全环保的要求。

3.2.3可借鉴的废耐火材料回收案例

(1)废电熔AZS砖回收

AZS(氧化铝锆硅)是玻璃熔窑中使用的主要结构耐火材料，因为它不易被熔融玻璃液润湿，与熔融玻璃液的反应性较低。用于玻璃熔窑的池壁时，一般上部的电熔AZS砖侵蚀较为严重，下部的则具有再利用价值。

某玻璃公司将熔化部池壁进行整体切割，再次利用在池壁有效部位并取得了成功，并将用后的AZS砖表面附着的玻璃除去，用淬冷的方法使砖产生裂纹，经破碎、粉磨、筛选后得到不同粒级的骨料和细粉，用以生产廉价高性能浇注料和铁沟料。

(2)废氧化铬耐火材料回收

在日本，玻璃熔窑产生的废镁铬耐火材料已成功回收用作炼钢炉喷补料。废耐火材料被粉碎、筛分、磁选以将镁铬材料与其他辅助氧化物分离，并清洗以去除硫酸钠(玻璃制造中的常见污染物)。处理后的材料作为耐火骨料出售。在另外的案例中，废镁铬耐火材料被粉碎并以小比例与原始材料混合作为玻璃生产的原料，加人入废耐火材料可消除与填埋相关的成本，同时不会对玻璃质量产生不利影响。

玻璃工业中产生的废氧化铬耐火材料也被成功用做铬金属冶炼的原料。在此过程中，废耐火材料被粉碎并用作进料材料，以替代铬矿石。废耐火材料被直接装人电炉中，在1600℃的温度下用焦炭或煤还原氧化铬，从而绕过了昂贵的制粒和预还原工艺。产生的炉渣被冷却、粉碎和筛分，以产生无害的负产品，用作建筑填料或骨料。

(3)废硅砖的回收

窑期结束后拆下的硅砖，有30%～35%可重新利用，制成另外两种硅砖，其中包括工作池或蓄热室顶使用的硅质楔砖和轻质隔热硅砖。

玻璃工业的硅砖主要是应用在熔窑大碹、蓄热室碹等部位，需要硅砖具有较高的耐火度、荷重软化温度、机械强度和抗烟气侵蚀等性能，回收后的硅砖一般没有与火焰、烟气接触的部位可以重新应用，剩余部位的材料一般可作为轻质隔热材料或者不定形材料使用。

结 语

耐火材料是国民经济的重要分支和领域，一般用于高温冶炼、熔化等行业，具有高能耗、高温和一定污染的特性。耐火材料的回收利用有助于提高耐火材料的循环使用效率和减少对环境的影响，有助于资源、能源的节约和环境的保护，减少整个行业碳排放，对实现耐火材料行业“碳达峰、碳中和”具有重要的促进作用。