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镁质耐火材料最常用的三种原材料

发布时间:2019-09-18 10:19 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:天阳耐火材料/耐火
    镁砂是镁质耐火材料的主要原料,主要化学成分是MgO,矿物为方镁石。方镁石属等轴晶系,密度大小为3.56-3.67g/cm3,硬度为5.5,线膨胀系数高达13.5×10-6K-1,弹性模量大,呈立方体、八面体或不规则粒状,化学性质稳定,晶格能大,熔点高达2800℃。氧化镁主要产自天然的菱镁矿、白云石、水镁石(Mg(OH)2)、蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)、盐湖卤水、海水等。中国的氧化镁耐火原料主要来自天然菱镁矿,中国有丰富的天然菱镁矿,质地优良、其中大石桥-海城镁砂最闻名。在欧洲、美国、日本和其他国家,氧化镁是从海水中提取的,因为菱镁矿资源贫乏或者特殊的需要。

(1) 菱镁矿

    菱镁矿是碳酸镁(MgCO3)的矿物名称,工业矿物和岩石类别中的菱镁矿主要由晶质及非晶质菱镁矿物组成,是能被工业利用的碳酸盐岩石。工业上应用的菱镁矿实际上是加工处理后的菱镁矿,经加工处理的菱镁矿,在原来冶金部部颁的产品标准中被称为菱镁石。菱镁矿有结晶菱镁矿和隐晶形菱镁矿这两大类。它的理论化学组成为:w(MgO)=47.8%,w(CO2)=52.2%。天然菱镁矿是三方晶系或隐晶质的白色碳酸镁岩。晶质菱镁矿的硬度为3.4—5.0,体积密度为2.96-3.12g/cm3。从化学组成看,菱镁矿最常见的杂质是CaO、Fe2O3、SiO2、Al2O3等。菱镁矿中含有的杂质能够促进烧结,但是当杂质含量大时,它的耐火性大大降低,甚至生产过程也很困难。中国有着丰富的天然菱镁矿资源,其中大部分分布在东北辽宁省,少数分布在山东莱州、甘肃、四川、河北、新疆、西藏等省份。世界上菱镁矿主要分布于俄罗斯、希腊、朝鲜、南斯拉夫、奥地利、加拿大、印度、美国等地。


(2) 烧结镁砂

    烧结镁砂通常是使用回转窑和竖窑以菱镁矿、水镁石和由海水或卤水中提取的氢氧化镁经过煅烧所得到的产品。

    轻烧镁砂是菱镁矿在约700~1100℃左右煅烧后获得的氧化镁,也叫轻烧镁砂。轻烧镁粉质轻而松软,拥有多孔结构,密度为3.07-3.22g/cm3,方镁石晶粒很小(<3μm),反应活性较大,易发生固相反应和烧结。由菱镁矿或轻烧镁砂经1450-1900℃充分烧结而得到的体积密度高、气孔率低的产品,称为死烧镁砂,也称烧结镁石、重烧镁砂。死烧镁砂很致密,根据杂质含量、相成分及结构不同,密度在2.95-3.65g/cm3之间波动变化。从海水中得到的氧化镁生产制备的镁砂称为海水镁砂,它是通过在海水中Mg2+沉淀得到的Mg(OH)2或者水氯镁石为原料,经过煅烧分解及高温烧结而制得。海水镁砂的优点是海水取之不尽,得到产品纯度高、MgO含量在95%以上,化学成分易于调节,密度为3.30-3.49g/cm3。

    镁砂烧结程度的判断通常通过体密、水化性能、重烧线收缩来衡量。按照镁砂纯度不同,镁砂可以分为高档(高纯)镁砂MgO含量大于97%、中档镁砂95%~96%、普通镁砂(制砖镁砂)MgO含量小于95%。中档镁砂作为镁制品中必不可少的镁砂品种,应用于中档镁砖、镁复合尖晶石砖、直接结合镁砖以及一些镁质不定形的耐火材料。高纯镁砂中的MgO含量不小于97%,可以用于直接结合镁砖、镁复合尖晶石砖的主要原料。

(3) 电熔镁砂

    优质菱镁矿或轻烧镁粉于电弧炉中经过2800℃以上的高温熔融,冷却后再经破碎得到的产品就是电熔镁砂,电熔镁砂的强度、抗侵蚀性及化学稳定性均比烧结镁砂好,纯度根据原料纯度而异,在镁质或镁碳质耐火材料中,越来越多的电熔镁砂正在取代烧结镁砂。原料在电弧炉中熔融后自然冷却,方镁石从熔体中结晶、长大。冷却后,大块上的欠熔体被去除,欠熔体可以再返回电弧炉进行高温熔融。当用菱镁矿或生镁石生产电熔镁砂时,大量气体排出,导致结晶及致密度受到影响。

    电熔镁砂主要为棕黄色、黑褐色的粒状块体,具有良好的均匀性,主要矿物为方镁石。电熔镁砂的杂质含量很少,硅酸盐含量较低且呈孤岛状分布。方镁石从熔体中结晶出来,结晶粗大,晶粒之间直接接触程度较高,结构很致密,高温体积和化学稳定性好,抗水化性和抗渣性都较好。在氧化气氛中,能在2300℃以下保持稳定性,使方镁石良好性能得以充分发挥。用特殊工艺熔炼可得到无色透明的大晶粒方镁石。大晶粒镁砂具有以下优良的性能和用途:

    ①大结晶镁砂结晶良好,晶格常数稳定,纯度高,缺陷少,可适用于超导体,也可用于强绝缘材料薄膜的印刷板、远红外感应接收器的基片材料等。

    ②采用电熔的大晶体镁砂制成的耐火材料用于金属熔炼炉腐蚀性强的特殊部位,提高了熔炼炉的使用寿命。

    烧结镁砂中方镁石的晶粒尺寸为60-200μm,而电熔镁砂中方镁石晶粒尺寸为200-400μm,大结晶电熔镁砂达700-1500μm,乃至5000μm以上。