替代镁铬砖的无铬化碱性耐火材料又有哪些？

含铬耐材

镁铬砖是常见耐火材料，但生产过程中易产生六价铬污染，对人体和环境造成危害。为应对污染，需优化生产工艺、研发替代材料、控制使用条件及妥善处理废弃物。这关乎人体健康、环境安全和工业发展，需共同努力实现绿色发展。

随着行业的不断发展，一些问题也逐渐浮出水面，其中最为突出的问题之一便是镁铬砖在生产和使用过程中产生的六价铬污染。

镁铬砖作为一种常见的耐火材料，广泛应用于水泥、钢铁等行业的生产过程中。然而，镁铬砖在生产和使用过程中，由于其原料中含有铬的化合物，如铬绿(Cr2O3)和电熔镁铬砂，这些化合物在高温下容易氧化形成六价铬。六价铬是一种极为危险的物质，具有强氧化性、高毒性和致癌性。当镁铬砖在生产和使用过程中受到磨损或破损时，其中的六价铬会释放到环境中，造成严重的污染。

01六价铬的危害

六价铬主要来源于：铬矿冶炼、耐火材料、电镀、制革、颜料和化工等工业生产以及燃料燃烧排放出的含铬废气、废水和废渣等。六价铬在自然界不能被分解，会污染土壤和地下水，容易被人体吸收，可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜，在体内蓄积，现已被国际癌症研究机构(IARC)确认为具有强致癌性。因此，六价铬的污染问题引起了全世界范围的重视。

无铬化耐火材料的趋势已经越来越紧，下游行业从环保和绿色考虑，应该优先选用无铬化的环保耐火材料产品，毕竟一旦窑炉的排放上进行限制时，再去寻求环境友好型无铬化产品就有点晚了。

02水泥生产中铬的污染

水泥中六价铬的来源主要有4个：原燃料、破碎粉磨设备、镁铬砖、工业废渣。其中，原料和破碎设备影响相对较低，含铬工业废渣容易控制，因此烧成系统含铬耐火材料成为水泥六价铬主要污染源。

以镁铬砖为例，水泥工业年需镁铬砖40万吨以上，产生含Cr6+0.1%的残砖约20万吨，向环境排放Cr6+约200吨/年。每生产1吨水泥产生镁铬残砖0.1kg，向环境排放Cr6+0.1g。需净水0.1/0.05=2t稀释才能使其达到IV级标准(Cr6+<0.05mg·L-1);更需净水10吨稀释才能使其达到I级标准(Cr6+<0.01mg/L-1)。200吨Cr6+：需要净水40亿吨稀释达到IV级标准。

03常见的无铬化耐火材料

镁铝尖晶石砖：该砖是为了改善镁砖的热震稳定性，在配料中加入镁铝尖晶石制成的以方镁石和镁铝尖晶石为主要矿物的镁质砖。镁铝尖晶石砖热震稳定性较好、抗侵蚀能力强，但其挂窑皮性能较差，主要应用于水泥窑上下过渡带。

铁铝尖晶石砖：是由镁砂和预合成铁铝尖晶石制成。烧成中，Fe从铁铝尖晶石颗粒中扩散出来进入基质，形成方镁石-镁铁尖晶石固溶体，提高了挂窑皮性。同时，Mg扩散进入铁铝尖晶石颗粒，形成围绕铁铝尖晶石的镁铝尖晶石裙边，降低了砖对气氛的敏感性，因此，具有优良的挂窑皮性能和结构柔韧性，主要应用于烧成带。

镁铁尖晶石砖：是通过调整氧化铁或镁铁尖晶石的掺加量和分布来进一步提高挂窑皮性，与铁铝尖晶石砖类似，镁铁砖需要窑皮的保护才能获得较长的使用寿命。

镁锆砖：是使用氧化锆或锆酸钙大量取代镁铝尖晶石，全面提升镁质材料性能的碱性砖，具有优良的高温机械性能和抗侵蚀性能，但是锆质原材料价格较高，限制了其推广应用。

白云石砖：是由单一原料即烧结白云石(MgO?CaO)制成的，最大特点是价格优势及窑皮的粘结性能好，但是易于水化的特性，对于储存、运输、及水泥窑操作的稳定性要求很高，为此给白云石砖的使用带来很大困难。

04各地耐火材料无铬化的应用案例

四川某水泥有限公司，针对大型水泥回转窑烧成带上，以镁铁尖晶石砖取代镁铬砖，应用在4.8*72m回转窑烧成带上，使用结果：镁铁尖晶石使用效果良好，使用寿命超过预期，并且在使用阶段并未出现因耐火材料的失效而引发的停窑故障，因此用镁铁尖晶石砖镁铬砖是可行的。

某耐火材料研究院也论证了无铬耐火材料MgO-CaO-ZrO2与镁质铁铝尖晶石材料用于水泥回转窑烧成带上的可行性。并指出：MgO-CaO-ZrO2材料适宜用作硅酸盐水泥的窑衬。

另外针对RH真空炉无铬耐火材料，宝钢以镁砂、镁锆合成砂、铝镁尖晶石和TiO2为原料，制备了镁锆质、镁尖晶石质、镁尖晶石钛质和镁尖晶石锆质4种高性能无铬耐火材料，对这些无铬耐火材料的抗渣性能进行了研究，并与RH真空炉下部槽现用的镁铬砖进行比对分析，结果表明：4种无铬耐火材料渣侵蚀熔损面积均与镁铬砖大致相同，无铬耐火材料之间变质层总面积和渣渗透最大深度也基本相同，但除了镁锆砖外的其他三种砖均出现熔蚀流失的疏松状变质层面积大于镁铬砖。

以上这些案例都表明，市场上有完全能替代镁铬砖的环保型耐火材料产品。实现无铬化还需要国家相关部门建立完善的无铬化产品强制性法规，以限制镁铬砖的生产和使用，一方面限制耐材企业生产镁铬砖，另一方面加强对水泥、玻璃、钢铁行业污染排放的监管，提高含铬耐材的使用成本，第三还需要对环境友好型无铬耐火材料生产厂家和企业进行政策性的补助或引导。

而耐火材料生产企业也需要加强技术性的革新和研发，加快环保型耐火材料的速度，同时也要考虑降低材料的生成成本，使下游应用行业在使用无铬耐火材料时，其使用性能和使用成本都优于镁铬砖，这样才能更快的在市场进行推广开来。

您如何看待环保无铬化耐火材料呢?您的行业现在还在使用含铬耐火砖吗?