中国耐火材料行业的发展与资源、能源和环境

李红霞
中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司

河南省特种耐火材料重点实验室河南洛阳471039

摘 要 耐火材料行业的发展与资源、能源和环境紧密相关。我国部分耐火原料资源呈短缺态势，耐火原料资 源的综合开采和利用势在必行；调整耐火材料产品结构满足高能耗行业的节能要求，同时大力发展节能耐火材 料品种，并降低耐火材料生产过程中的能耗；采用高性能无铬耐火材料和研究控制六价铬形成的技术，以控制 对环境的负面影响；作好用后耐火材料的回收利用，减少矿产资源和能源消耗及固体废弃物排放，以利于耐火 材料行业的可持续发展。 
关键词耐火材料，资源，能源，环境

 

全球的后金融危机时期，世界经济发生了深刻的 变化。各个国家为了保持竞争优势地位，都在加速调 整他们的经济结构，加强研发实力，同时也更加关注 资源、能源和环境。结合目前的经济结构和规划，由 于能源的匮乏和环境的重负，中国经济的发展压力很 大，严重受资源、能源和环境的限制。

　　 耐火材料行业的发展与资源、能源和环境紧密相 关。耐火材料行业的发展更加关系到高温工业的能 效、节能和环保。因此，中国耐火材料行业未来的发 展需要认真和系统地思考。

1、耐火原料资源的现状和发展趋势 
　　中国有大量的天然耐火原料资源，尤其是矾土、 菱镁矿和石墨。中国被探明的矾土总储量约25亿t， 占世界总储量的2．5％；被探明的菱镁矿总储量约34 亿t，占世界总储量的25％。然而，中国的人均矿物储 量比世界的平均水平低。例如，矾土的人均储量仅为 世界平均水平的7．3％。相对于储量来说，中国这些 原料的开采量是非常大的。近年来，中国的矾土开采 量占世界总开采量的8％，菱镁矿开采量占世界的 50％。据介绍欧洲90％的镁砂需要从中国进口[1]。 目前，世界耐火材料行业依赖中国的耐火原料，任何 一家经营耐火原材料的企业无疑都要受到中国耐火 原材料供应的影响。

 

另一方面，随着中国近20年来高温工业，尤其是 钢铁工业的快速发展，中国的耐火材料工业在数量、 技术和质量上都取得了很大进步。然而，随着耐火材 料行业的快速发展，耐火原料资源的短缺就成了行业 发展的瓶颈。而且由于一些耐火原料也是其他行业 的原料，例如，矾土主要用于铝工业，原铝的产量在 2009年是1 300万t，消耗了5700万t矾土，致使矾 土原料的短缺更加严重。 

　　从长远来看，耐火原料的无序滥采、不合理的消 耗已经带来了许多严重的问题，同时快速开采也带来 了很多环境问题。因为许多开采和选矿没有正规的 监管或没有合理的技术支持，许多矿藏不能合理规划 之后再开采，天然耐火原料的综合利用率很低，质量 很难稳定。在大多数情况下，中国的原料很难因具有 某种特殊的物理或化学性质而被认定为世界高品位 的原料，或与世界其他主产国的原料相比具有独特 性，中国的原料只有价格优势。

　　 在中国，耐火原料的选矿被列为高能耗和高排放 的工业，将来开采和选矿要被严格控制。因为矿物资 源的短缺和对环境的严格保护，资源税的改革已被讨 论，不久就会实施。可以预测未来耐火原料的成本将 会有某种程度的增加。

　　 因此，从现在开始，要考虑采取更多的战略性措 施实现中国耐火材料行业的可持续性发展。要为采 矿项目的计划和实施提供先进的技术支持，耐火原料 的综合开采和利用也势在必行。另外，中国耐火原料 的开采和加工过程中要加快使用先进高效设备的步 伐，淘汰落后。低品位耐火原料的合理开采和选矿对 获得稳定高质量的原料也变得更为重要。

　　氧化镁是一种重要的耐火原料，其中烧结镁砂和 轻烧氧化镁是最具商业价值的。烧结镁砂通过煅烧 菱镁矿制得，是耐火材料的一种重要原料。由于环保 以及在钢的二次精炼和水泥生产中表现出的优良的 抗侵蚀性，氧化镁及其化合物如MgO—AI2O3尖晶石 和MgO-FeO尖晶石显得更加重要。此外，先进高科 技领域对高品质MgO材料的需求也逐渐增加。轻烧 氧化镁在环保领域扮演着重要的角色，可以去除工业 废水中的硅土，并沉淀水中的重金属，去除废气中的 SO2，减少空气污染。在环保日益被重视的将来，氧化 镁有很大的潜力和发展空间。

　　 然而，由于低碳经济的发展，CO2排放量在未来 会更加受到限制，煅烧菱镁矿排放其热分解的CO2和 燃料燃烧的CO2，菱镁矿的开采成本也会提高，紧接 着就是氧化镁(重烧氧化镁和轻烧氧化镁)的提价。 另一方面，在中国，许多耐火原料已经开始匮乏，而资 源税的改革也将使氧化镁的供应更加困难。所以，综 合利用低品位菱镁矿，提高利用水平和发展高附加值 的氧化镁系列功能材料是比较重要和急迫的事情。 对使用者来说，未来氧化镁的供应更依赖于其可用性 而并非价格。所以长远看来，对菱镁矿的开发和开采 的保护更加重要。 

2 耐火材料与能源、节能
　　在过去的四年里，中国的GDP单位能耗降低了 14．38％，但仍然比发达国家高出很多。中国经济发 展遭遇了能源不足的考验。中国政府已经制定了节 约能源和淘汰高能耗行业落后产能的基本国策来指 导国内经济未来的发展。该政策给耐火材料行业提 供了巨大的机会和挑战，因为耐火材料制约着高温行 业能效的提高和新技术的执行。耐火材料行业应该 注意以下两点：第一，调整耐火材料产品结构以满足 高能耗行业的节能要求；第二，在耐火材料生产过程 中降低能耗。

 
　　 对于耐火材料行业，从能源的角度看有一对矛 盾。耐火原料和耐火制品的生产，尤其是定形耐火 材料属于高能耗生产。能源供应、能源价格影响着耐 火材料的生产。另一方面，耐火材料有节能的功能， 如隔热保温，热交换和延长高温设备寿命。总而言 之，与耐火材料生产过程中的耗能相比，耐火材料对 高温工业提高能源效率的贡献和能量的节约是主 要的。 

　　调整耐火材料产品结构满足高能耗行业的节能 要求。降低含碳耐火材料的碳含量，由此降低耐火材料热导率，减少高温容器热量损失，推广应用低碳 MgO—C钢包砖、无碳钢包砖等。研发低热导率的工 作衬用耐火材料，如玻璃窑用低导热熔铸砖，通过熔 融工艺控制，减小晶粒尺寸，降低材料的热导率。现 代水泥回转窑的衬体都是单层结构，衬体的高热导率 导致壳体过热变形，能量损失严重；炉衬热膨胀系数 大导致衬体本身和壳体热应力过大，造成耐火材料剥 落和窑体损坏。实践证明，降低耐火材料的热膨胀率 和热导率，有利于改善回转窑内衬的使用性能和延长 使用寿命。与方镁石 —镁铝尖晶石质耐火材料相比， 方镁石—铁铝尖晶石质耐火材料具有相当低的热导率 和热膨胀率，以及高的结构柔韧性，因此蚀损率低，能 延长水泥回转窑的使用寿命。  

　　调整耐火材料产品结构发展节能耐火材料品种。 根据2009年的数据，与日本和西欧相比，我国不定形 耐火材料只占总产量的三分之一，隔热材料的份额也 很低，只有2％。因为不定形材料不需要高温烧成， 所以应该大力发展不定形材料和与其相关的应用技 术和安装设备，例如在线修补技术等。开发新型节能 耐火材料，发展新技术。鉴于隔热材料、陶瓷纤维及 其相应产品，以及微孔或纳米级无机非金属材料表现 了优越的性能，例如低热导率和低的储热性能，它们 能够大大降低能源的消耗，因此我们应致力发展这类 材料。此外，我们还应在高温行业中大力发展并广泛 应用长寿高效热交换器、储热量大的设备、纳米远红 外涂层以及新型节能窑具。这些耐火材料将有极大 的市场需求。

　　 耐火材料工业要降低耐火制品生产过程中的能 耗。对于定形材料，应广泛应用节能和高效的成型设 备、干燥用和烧成用微波炉、陶瓷纤维衬节能炉、先进 控制的窑炉等；在烧成过程中应该采用先进的燃烧技 术如取代空气烧成的全氧烧成技术。

 3 环境因素对耐火材料行业的影响 
　　经济的快速发展加剧了环境问题，与环境相关的 政策法规也日益完善。因此，在耐火材料的化学成分 设计，结合剂选择，烧结时选用的燃料，用后耐火材料 的处理方面应有所改变。我们应研究一些在生产和 应用过程中不会产生有害物质的无毒、环保型结合 剂，以满足无害出铁口炮泥和中间包干式料等材料的 需要。

　　 由于六价铬污染水源，MgO—Cr2O材料被一系列 高性能无铬耐火材料替代。一些耐火度高、强度大、抗热震性好、耐侵蚀的耐火材料，例如含尖晶石(包括 MgO·AI2O3和FeO·AI2O3)的耐火材料被研发并应 用于炼钢和水泥行业以替代，MgO—Cr20，材料[2]。同 时，含尖晶石材料的应用领域不断发展、拓宽，新型的 含尖晶石耐火材料也推陈出新[3]。此外，用以替换含 铬耐火材料的新材料(例如MgO—CaO—ZrO2)的研发 工作持续进行。再者，由于在某些方面采用其他材料 替代含铬耐火材料十分困难，例如，在煤气化炉中，因 此我们应注重发展含铬材料在使用和用后保存时避 免六价铬形成的技术；为使低铬耐火材料具有与高铬 耐火材料同样优异的性能而开展研究。

　　 在中国，用后耐火材料通常被填埋，重新回收利 用的比例仅占30％。由于矿产资源和能源短缺以及 对减少固体废弃物的要求，对用后耐火材料的回收利 用已经成为一种社会责任和耐火材料行业可持续发 展的一项驱动力，同时，对用后耐火材料的回收利用 对耐火材料的生产者和消费者是一种双赢[4]。目前， 除耐火材料生产者，大型综合钢铁制造商也致力于对 用后耐火材料的全面利用。

　　 由于耐火材料生产和使用技术的改进延长了其 使用寿命，致使其与渣或其他环境因素反应引起的耐 火材料损耗掉的部分增加，导致用后耐火材料的剩余 部分较薄。因此，要根据机械性能和化学性能不同的 用后耐火材料采取不同的拣选方法。采用的分离技 术应使原砖层剩余得越多越好，这决定了对用后材料 的利用程度。根据用后耐火材料的使用环境和化学 性能，可采用还原、氧化或惰性气氛下热处理，或采用电熔法获取有用的原料，针对不同的用后耐火材料， 去除杂质的方法均需要仔细和系统地研究。此外，再 生原料的加入量、颗粒尺寸和生产工艺参数对新生产 的耐火材料性能的影响也需要认真研究。   

4 结语
　　中国是世界上最大的耐火材料生产国和消耗国。 同时，中国在耐火材料研发领域的积极作用日益显 现。随着世界范围内对低碳经济和环境保护的关注， 以及面对自然资源有效利用的困难，中国耐火材料行 业必须加强原料和基础研究的创新工作，以调整产品 结构；促进耐火材料产业整合，提升耐火材料行业集 中度，从而提高耐火材料自然资源的能效和使用效率， 实现中国耐火材料行业的可持续发展，以提供具有高 附加值，满足个性化需求的高质量的耐火材料产品。