廢舊鎂碳磚再利用-耐火材料行業知識-耐火磚高鋁磚剛玉磚澆注料河南耐火材料廠-宏泰耐材

　　含碳耐火材料具有優良的抗侵蝕、抗剝落和凈化鋼水等高溫性能，如鎂碳質、鋁鎂碳質、鋁-碳化硅-碳質、鎂鈣碳質等，廣泛應用于高溫工業中。近年來，隨著冶金工業的發展，含碳耐火材料產量和技術不斷提高，保障了冶金工業高效、安全的生產。由于耐火材料使用量大，使用周期較短，因此產生較多的廢棄耐火材料。我國按年消耗800萬t耐火材料計算，每年產生的廢棄耐火材料約400萬t，造成嚴重的環境污染和資源浪費。1989年首次召開國際耐火材料學術會議直到2012年《關于促進耐火材料產業健康發展的若干意見》的出臺，業界多次提出加強耐火材料回收利用的研究。在發展循環經濟的指導下，經過多年研發，全球廢棄耐火材料再生利用技術快速發展，再生耐火材料種類不斷豐富，如再生鎂碳磚、再生鎂碳質澆注料、再生鎂鉻磚、再生鎂鋁質耐火材料和再生中間包沖擊板等。

　　再生耐火材料產品的質量問題會引發高溫工業安全事故，造成了嚴重的生命和財產損失。目前，國內外對再生耐火材料制品的顯微結構和成分分析研究甚少。本文主要探討了利用用后鎂碳磚制備再生原料，并研究了含有再生原料的再生鎂碳磚顯微結構。

　　試樣制備

　　采用太原鋼鐵有限公司鋼包用碳含量10%的再生鎂碳磚，其中用后鎂碳磚含量20%。從再生鎂碳磚內部切割3組30mm×30mm×20mm的立方體，以環氧樹脂固化，然后將試樣觀察面進行研磨和拋光，清洗后烘干備用。采用Axioskop40型偏光顯微鏡進行試樣顯微結構分析，采用型號為XL30TMP的掃描電子顯微鏡(SEM)觀察顆粒形貌，并用PHOENIX能譜儀(EDS)分析微區的成分變化。

　　結果與討論

　　鎂碳磚是由高熔點堿性氧化物氧化鎂和難以被爐渣浸潤的高熔點炭素材料為原料，添加各種非氧化物添加劑，用碳質結合劑結合而成的不燒碳復合耐火材料。鎂碳磚在鋼鐵工業中使用溫度達1600℃以上，使用過程中經過高溫作用，其原料自身或彼此之間發生物理和化學變化。

　　3.1鎂砂顆粒破裂、溶蝕現象

　　再生鎂碳磚中有鎂砂顆粒出現橫向貫穿裂紋。如圖1中M處，此類鎂砂顆粒主要為用后鎂碳磚經破碎制得的原料。鎂碳磚在高溫環境下使用后，鎂砂顆粒易產生裂紋，主要因為鎂砂主晶相為方鎂石，方鎂石屬等軸晶系，呈立方體、八面體或不規則粒狀，密度(3.56～3.67)g/cm3，硬度5.5，熔點2800℃，彈性模量大，晶格能大，化學性質穩定，熱膨脹系數大。經過高溫作用，鎂砂顆粒體積發生膨脹，且當溫度降低后，顆粒內部產生收縮內應力，因此顆粒的壓力和內應力作用易產生裂紋或導致顆粒破碎。

　　鎂碳磚中規則的鎂砂顆粒結構變成了棱角模糊、形狀不規則的顆粒，且鎂砂顆粒表面顏色較淺，內部顏色較深。

　　通過能譜分析可知，圖2中a點成分為MgO，b點成分為MgO、SiO2、CaO。以上現象主要因為再生鎂碳磚中添加的用后鎂碳磚骨料，在高溫下鎂砂顆粒邊緣與基質或熔渣滲透的SiO2、CaO低熔相接觸，形成鈣鎂橄欖石或鎂薔薇輝石等低熔物，導致鎂砂顆粒邊緣因形成低熔物后逐漸熔解，失去規則形貌。

　　3.2假顆粒現象

　　將用后鎂碳磚作為原料加入再生鎂碳磚中，觀察再生鎂碳磚顯微結構。

　　鎂砂骨料和細粉堆積緊密的團簇，彼此間存在少量氣孔及石墨，屬于假顆粒。圖5b中顆粒結構緊密，輪廓整齊，晶界清晰，為鎂砂顆粒。鎂碳磚成型時骨料、細粉、石墨、樹脂混合均勻且結構致密，且使用過程中，經高溫作用后，部分顆粒膨脹開裂，因此，顆粒間及晶界間存在石墨及樹脂。使用后的鎂碳磚被破碎成不同粒度的顆粒及細粉，沒有明顯的形貌，以原料形式再次加入制品中。

　　3.3抗氧化劑氧化現象

　　對再生鎂碳磚試樣的抗氧化劑顯微結構進行觀察，結果如圖6所示。對圖6中抗氧化劑進行能譜分析，結果如圖7、圖8所示。

　　鎂碳磚在高溫環境下使用，由于鎂碳磚及鋼液中的氧濃度較低，抗氧化劑與氧氣接觸后從外到內發生氧化，結果如圖6所示。從圖6中可以看出，抗氧化劑有明、暗兩種色調，結合EDS圖譜分析可知，顏色較亮的為未氧化的金屬顆粒，顏色較暗的為抗氧化劑氧化后的氧化物。再生鎂碳磚中添加用后鎂碳磚必然摻入氧化的抗氧化劑，由于色差明顯，因此可準確判定。

　　(1)鎂碳磚經高溫作用后，鎂砂顆粒與低熔相或顆粒中雜質接觸，顆粒邊緣逐漸被熔蝕。

　　(2)鎂碳磚在高溫環境下使用，抗氧化劑被鋼液或鎂碳磚中的氧氣氧化，氧化部分與未氧化部分形成明顯的色差。

　　(3)用后鎂碳磚破碎形成的骨料及細粉，由于自身的結合作用，在骨料和細粉中易形成假顆粒現象。