2019年全國危險廢物排放量達6700萬t，且以每年7.45%的速度增長。危險廢物，特別是高毒、高危險的特殊危險廢物的無害化處置，已成為環(huán)境安全亟待解決的棘手問題。

等離子體氣化爐操作溫度高，有機垃圾迅速脫水、熱解、裂解，再經(jīng)過二次燃燒達到無害化，無機物在高溫作用下熔融成尾渣，高危廢物經(jīng)過處理能夠?qū)崿F(xiàn)無害化。然而等離子體氣化爐工作溫度高，服役條件惡劣，對爐襯耐火材料提出了嚴格的要求。目前等離子體氣化爐襯主要包括含鉻和SiC質(zhì)耐火材料。含鉻材料由于其優(yōu)異的抗渣性能被廣泛用于等離子體氣化爐，然而含鉻材料在生產(chǎn)和使用過程中容易產(chǎn)生Cr??，嚴重污染環(huán)境。等離子體氣化爐炬口附近瞬間產(chǎn)生高溫，會造成嚴重的熱應力損毀，如上海某廠以w(Cr?O?)=41.65%的Al?O?-Cr?O?磚作為等離子體氣化爐襯材料，使用20多天后就產(chǎn)生嚴重損毀[2]。有研究報道，w(Cr?O?)=20%的MgAl?O?-Cr?O?材料與w(Cr?O?)=50%的Al?O?-Cr?O?磚的抗渣侵蝕性接近，且抗熱震性更加優(yōu)良，有利于降低Cr?O?含量[5];SiC質(zhì)耐火材料也因具有優(yōu)異的抗渣性能與力學性能亦被廣泛用于等離子體氣化爐，有利于實現(xiàn)等離子體氣化爐襯材料的無鉻化。

因此，本研究中，首先制備MgAlO-Cr?O?澆注料和SiC澆注料，并與等離子體氣化爐原爐襯材料Al?O?-Cr?O?磚的抗渣性能進行對比。接著研究兩種澆注料不同溫度處理后的力學性能。

試驗原料為：w(Al?O?)=90%的富鋁鎂鋁尖晶石(MA90)，粒度為6～3、3～1和≤1mm;w(Cr?O?)=93%的鋁鉻砂，粒度為10～30μm;w(Cr?O?)=99%的Cr?O?粉，粒度為≤0.045mm;w(Al?O?)=98.3%的α-Al?O?微粉，d50=2μm;w(AlO)=69.3%、w(CaO)=29.6%的純鋁酸鈣水泥Secar71;w(SiC)=98%的SiC顆粒和細粉，粒度為5～3、3～1、≤1、≤0.088和≤0.045mm;w(SiO?)=94%的SiO?微粉，d50=0.78μm;w(Si)=98%的Si粉，粒度為≤0.088mm;w(C)=99%的炭黑，粒度為≤0.045mm以及w(SiO?)=30%的硅溶膠。等離子體氣化爐原爐襯Al?O?-Cr?O?磚的主要成分(w)為：Cr?O? 43.65%，Al?O? 40.67%，SiO?6.09%，ZrO?5.71%。

MgAl?O?-Cr?O?澆注料的配料組成(w)為：鎂鋁尖晶石(MA90)顆粒70%，鋁鉻砂16%，Cr?O?粉6%，α-Al?O?微粉3%，Secar71水泥5%，外加水4.5%。硅溶膠結合SiC澆注料的配料組成(w)為：SiC顆粒70%，SiC細粉25%，SiO2微粉3%，炭黑1%，Si粉1%，外加硅溶膠8%。

按上述配料進行稱料，配好的物料在水泥攪拌機中預混3min，加水混合3min后分別倒入25mm×25mm×140mm的三聯(lián)模和70mm×70mm×70mm(帶有φ20/30mm×40mm的裝渣孔)的坩堝模具。自然條件下養(yǎng)護24h后脫模，將脫模后的試樣經(jīng)110℃保溫24h干燥，干燥后的25mm×25mm×140mm條形試樣再分別經(jīng)過1000、1300、1500和1700℃熱處理3h，然后冷卻至室溫。Al?O?-Cr?O?抗渣樣的制備：從Al?O?-Cr?O?磚上切取70mm×70mm×70mm塊狀樣品，鉆孔，孔尺寸為φ36mm×30mm，作為抗渣坩堝試樣。

按GB/T2999—2002、GB/T5988—2007、GB/T3001—2000、GB/T3997.2—998分別測澆注料試樣的顯氣孔率、線變化率、常溫抗折強度、常溫耐壓強度。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣的顯微結構，并結合能譜儀對試樣微觀區(qū)域進行分析。采用靜態(tài)坩堝法測抗渣性：將20g的等離子體氣化爐爐渣置于烘干后坩堝試樣中，分別經(jīng)過1500和1700℃保溫3h熱處理后自然冷卻至室溫，沿中心線將坩堝切開，觀察試樣的侵蝕情況，按GB/T8931—2007計算侵蝕率(=侵蝕層面積÷剖面積×100%)和滲透率(=滲透面積÷剖面積×100%)?？乖治g后的試樣，切開后，用數(shù)碼相機拍照，采用軟件Image-ProPlus6.0處理試樣，計算侵蝕層、滲透層和剖面面積。等離子體氣化爐爐渣的化學組成(w)為：SiO? 28.07%，Al?O? 25.51%，Cr?O? 19.31%，CaO15.55%，MgO 2.32%，K?O 0.23%，Na?O 1.04%，TiO? 1.66%，ZrO? 1.38%。

2.1 抗渣性能

在1500和1700℃渣蝕3h后3種試樣的剖面照片見圖1，其侵蝕率和滲透率見表1。

從表1可以看出，經(jīng)1500℃渣侵后，Al?O?-Cr?O?磚試樣和SiC澆注料試樣幾乎沒有渣滲透與侵蝕;MgAl?O?-Cr?O?澆注料試樣的滲透面積為8.5%。經(jīng)1700℃渣侵后，Al?O?-Cr?O?磚試樣發(fā)生了嚴重的侵蝕，侵蝕率與滲透率分別達17.5%和39.7%;SiC質(zhì)坩堝中依然含有大量熔渣;而MgAl?O?-Cr?O?質(zhì)坩堝中熔渣較少，說明渣向耐火材料中滲透較為嚴重。總體而言，SiC質(zhì)澆注料在1500和1700℃下具有良好的抗渣侵蝕性。

作者：陳 定1) 顧華志1) 方義能2)

1)武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室

2)浙江自立高溫科技股份有限公司