“绿色耐材”在水泥行业崛起

水泥工业作为我国主要的高耗能、高排放产业，是工业领域节能减排的重点和难点，其节能减排效果对完成我国能源消耗目标、工业可持续发展起着举足轻重的作用。水泥窑通过使用隔热耐火材料节能减排的途径主要有两个方面。其一，在窑尾预热系统、三次风管、冷却机使用高效能、长寿命隔热耐火材料；其二，在回转窑使用高强隔热烧结耐火材料。窑尾预热系统等部位的高效能、长寿命耐火材料主要是解决高效能隔热功能和长时间使用寿命的矛盾。回转窑使用高强隔热烧结耐火材料主要隔热功能和机械强度以及碱侵蚀的问题。

水泥窑用耐火材料作为水泥窑内衬是水泥回转窑的关键材料，起着维持烧成水泥熟料所需的高温，同时保护窑炉设备并减少窑炉散热损失的作用。耐火材料质量优劣、配套的正误、施工水平的差异、使用及维护的好坏，对水泥生产的产量高低、质量好坏、能耗大小和设备寿命都有重要的影响。

耐材“铬公害”问题凸显

铬是一种银白色金属，在自然界中主要形成铬铁矿，化合价有+2、+3、+6三种。其中六价铬更易被人体吸收，通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体，而且可在人体内蓄积，有致癌作用。

在水泥中，铬元素的存在状态不同，其中Cr⁶⁺逐渐向外浸出时会对水质产生影响。曾经有学者指出，随着pH值的变化，水泥中Cr⁶⁺的溶出量是不同的。Cr⁶⁺在碱性条件下溶出量较小，pH值降低到6～8时，溶出量骤然增加，达到2.0～2.5mg/L，而正常的饮用水中六价铬含量小于0.05mg/L。德国的研究表明，尽管前7天内的溶出较快、溶出量大，后期溶出量较少，但是持续溶出时间还是很长的，据统计，六价铬在水泥中的溶出时间高达7个月。

除此之外，铬在耐材中的应用更为广泛，镁铬砖就是其中之一。镁铬砖是方镁石和尖晶石为主要矿物组分的耐火材料制品，其中含有10%~20%的铬矿石，因其具有抗热震性好，挂窑皮性俱佳，导热率低等优点，深受水泥企业喜欢。然而就是如此优质的耐火材料，由于铬的存在成为了环境污染的又一源头。

研究表明，在水泥回转窑使用后的镁铬砖残砖中，Cr⁶⁺含量约为0.1%～0.5%，平均为0.3%，其主要有害物质为K₂CrO₄。一般认为重铬酸根（Cr₂O₇）^2-（橙红色）比铬酸根（CrO₄）^2-（黄色）有更大的危害性。

针对镁铬砖中铬的危害，中国建筑材料科学研究总院袁林教授举了个例子：“我国一条4000t/d水泥窑年拆卸镁铬残砖180t，向环境排放Cr⁶⁺共180kg。为使环境水达到IV级标准（Cr⁶⁺＜0.05mg/L），年需净水180kg/（0.05×10^-6）/1000=360万吨净水稀释。如达到I级标准（Cr⁶⁺<0.01mg/L），则年需1800万吨净水稀释。其中，残砖最高的Cr6+含量高达2577mg/kg。该砖可以污染约相当于自身重量25万倍的纯净水，危害可见一斑。”

目前，“铬公害”已经成为了引起国际关注的重大问题。为了限制、禁止六价铬产品的生产和使用，各个国家相继制定了相关的法规，其中欧盟发布了WEEE和ROHS两项指令，禁止六价铬的产品和工艺美国在全境取消六价铬的工艺，日本的UE委员会表示采用欧盟两项指令，全面废除六价铬的使用。中国对六价铬产品的限制更为严格，分别在《中国人共和国环境保护法》，《中国人共和国清洁生产促进法》，《关于加强含铬危险废物污染防护的通知》，《重金属污染综合防治“十二五”规划》，以及工信部编制并印发了《水泥行业清洁生产技术推行方案》、《关于促进耐火材料产业健康可持续发展的若干意见》等文件中对六价铬制品有明确的限制和制裁措施。其中，我国国家标准GB-3838-88，在地面水环境质量标准中对Cr⁶⁺的含量有明确规定。

耐材减量节能化趋势明显

根据工信部《关于水泥工业节能减排的指导意见》的要求，到“十二五”末，全国水泥生产平均可比熟料综合能耗小于114千克标准煤/吨，水泥综合能耗小于93千克标准煤/吨。水泥颗粒物排放在2009年基础上降低50%，氮氧化物在2009年基础上降低25%，二氧化碳排放强度进一步下降，由此可见，节能已经成为水泥行业的关注的又一热点。

据业内专家介绍，新型干法水泥窑的庞大的预热系统因为有隔热效果极佳的硅酸钙板作为隔热材料，只要整体结构不发生变化，不会有明显的节能效果。国内外的水泥回转窑内一般都根据各个区间温度的差异和耐火材料的主要消耗原理严格的分为上过渡带、烧成带、下过渡带、分解带、预热带，并根据各个带的不同选择不同性能的耐火材料。

据资料显示，在1998年华新水泥厂5#窑（5000TPD）的砖的配置情况和上面基本雷同，可见在国外回转窑的耐火材料配置情况这些年来基本没有发生根本性的变化。

相比之下，国内大多数水泥回转窑在耐火材料的选择一般只分为碱性砖和硅莫砖两种。据专家介绍，碱性砖和硅莫砖的导热系数都较高，其中碱性砖在1000℃时的导热系数要达到3.0w/m.k左右，硅莫砖在1000℃时的导热系数也要达到2.0~2.2w/m.k左右，这与国际上的回转窑耐火材料选择有较大差距。

基于以上因素，瑞泰科技研发了水泥回转窑用低导砖，主要应用与水泥回转窑的预热分解带，起到了极好的使用效果。平均筒体的温度下降60℃~70℃左右。并在南方水泥等企业的应用收到广泛好评。

通过研究，低导砖在满足工艺使用条件的基础上，与硅莫砖相比较具有如下特点：

1.导热系数低，隔热性好，减少窑体的散热损失，直接节能。配合其他耐火材料技术可以获得节省标煤1kg/t熟料的效果。

2.稳定性好，较强的耐磨性和抗侵蚀能力，使用寿命能够满足回转窑检修的同步性。

3.体积密度小，降低水泥窑的负载，间接节能。

此外，在保证水泥窑正常运转的情况下，尽量减少耐火材料的使用量，从而达到间接节能的目的。

耐火材料在水泥窑整体设备成本中所占比例较低，但在影响水泥窑设备运转成本中却非常高--某耐火材料一旦出现出问题就可能导致整窑停止运转，导致水泥窑上百万的损失。因此在每年的检修中，耐火材料是其重要一部分。

据业内专家介绍，就目前的国内耐火材料生产水平以及水泥企业对窑炉的操控水平来说，达到水泥窑3年2修这个目标是完全可行的，但要基于一下几点：

1.对窑炉耐火材料的配置和使用情况的了解。每个窑炉都有其不同的特点，原材料的差异化、窑炉运行特性的差异化、耐火材料配套使用的差异化、窑炉用耐火材料砌筑和使用的差异化等，这些都会导致耐火材料使用结果的差异化。

2.耐火材料损毁机理的研究。对耐火材料损毁机理的研究是项基础工作，对提高和改进耐火材料现有性能做个理论支撑，同时也对未来耐火材料的发展指明方向。

3.最合理耐火材料配置方案的确定。最合理的耐火材料配置，并不是水泥窑的每个部位都用最好的材料，而是将最适用的符合最佳部位使用性能的耐火材料加以应用。

4.提供优质优价的耐火材料。

5.可信赖的耐火材料施工队伍和质量。耐火材料施工的好坏是决定耐火材料使用性能的主要因素之一，对施工水平的重视程度应该和对耐火材料本身质量的重视程度同等重要。

6.耐火材料全生命周期跟踪服务和持续改进。

耐火材料是传统产业但却是水泥窑炉必不可少的关键材料之一，目前中国水泥工业的现状赋予了耐火材料产业更多的发展机遇，同时也提出了新的问题和挑战。中国水泥窑用耐火材料无铬化进程经历了相当漫长的阶段，对于这样一个必然的趋势，一些耐火材料生产企业已经走在了前面，成功研制和生产了无铬化产品并应用到市场中。水泥企业节能减排的发展目标使得水泥窑用耐火材料节能保温要求日益突出，耐火材料的应用技术是个系统工程，它以科技研发为依托才会得以更好的发挥应有作用。综合、专业、配套服务的体现必将引领耐火材料供应商成为水泥生产商的战略合作伙伴，通过互动服务，达到双赢，从而整体提高我国水泥工业耐火材料应用水平。