鎂砂

鎂砂

鎂砂又稱燒結鎂砂，由菱鎂礦、水鎂礦或以海水與石灰乳反應製得的氫氧化鎂，經高溫煅燒而成，水化能力強。主要用於制鹼性耐火材料，如鎂磚、鎂鋁磚，含雜質多的用於鋪煉鋼鋼爐底。

基本介紹

  • 中文名：鎂砂
  • 外文名：magnesite clinker
  • 分類：燒結鎂砂，輕燒鎂砂，電熔鎂砂
  • 主要成分：氫氧化鎂
  • 主要雜質：氧化鈣，氧化矽，氧化鐵等
  • 俗稱：方鎂石
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鎂砂通識

鎂砂可分為天然鎂砂和海水鎂砂或稱合成鎂砂兩大類。天然鎂砂主要 來自天然菱鎂礦，但因原礦質量制約，難以獲得高純優質產品，至今海水鎂砂 已成為工業已開發國家所用鎂砂的主要來源。菱鎂礦中MgO的理論含量是 47.3%，其餘的雜質有CaO、SiO2、鐵分等，菱鎂礦在空氣中加熱到700℃~ 800℃分解，稱為“輕燒氧化鎂”，進一步加熱到1530℃以上則變成非活性方鎂石成為硬燒氧化鎂，稱為“死燒鎂砂”。工業生產用的合成海水鎂砂是由海水和消化白雲石製成的。將沉澱下來的Mg(OH)2煅燒，得到MgO，用於不燒成磚 的合成鎂砂中鈣矽比為0.3~0.5，高純海水鎂砂的鈣矽比在1.7以上，其高溫強度最高。

鎂砂性質

主要化學成分為MgO，礦物成分為方鎂石等軸晶系，密度3.56～3.65g/cm，莫氏硬度為5.5，熔點2800℃，在1800～2400℃顯著揮發。純方鎂石無色，隨著Fe2O3、CaO含量的增加色澤由淺變深，呈黃色、褐色、黑褐色。方鎂石晶粒尺寸隨煅燒溫度的提高和保溫時間的延長而相應地增大，其抗水化性和抗渣侵蝕性也相應增強。
鎂砂中的雜質來源於菱鎂礦中的白雲石、滑石、透閃石、石英等，使鎂砂含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等雜質成分(海水鎂砂中還有B2O3)。這些雜質使鎂砂的高溫強度降低，其影響程度若以Fe2O3為1計並與Cr2O3、Al2O3、B2O3相比，依次為1∶3∶11∶70。鎂砂中的礦物相除方鎂石之外，按CaO/SiO2比值的不同可以形成多種矽酸鹽礦物，它們對鎂砂製品的性能有不同的影響 (表1)。
按照鎂砂的化學組分可預測鎂砂製品的質量和相組成，在計算其相組成時，只有當鎂砂原料的均勻性和物料煅燒溫度足以使相組成達到平衡時，這時計算得到的相組成才會與實驗結果相符，而且物料的純度愈高則愈相符合。
菱鎂礦煅燒至700℃分解排出CO2，至1000℃左右煅燒成輕燒鎂石(苛性氧化鎂)，俗稱苦土粉，其質地疏鬆、化學活性大。繼續升高溫度至1700～1800℃以上，方鎂石晶粒逐漸長大，體積收縮，密度增大，化學活性大為降低，即煅燒成為燒結鎂砂。
表1 鎂砂中基質組成不同對製品性能的影響
礦 物
熔點或
分解溫
度/℃
莫氏硬度
對鎂質製品性能影響
其他
燒結
荷重軟化溫度
耐壓強度
鎂橄欖石
1890
6.5～7
不利
提高
高
鈣鎂橄欖石
1498分解
5～5.5
促進
降低
鎂矽鈣石
1550
差
降低
小
矽酸二鈣
2130
很差
提高
小， 尤其當晶型轉變時
抗渣性好
矽酸三鈣
1900分解
很差
提高
鎂砂中的方鎂石晶粒之間的結構形式有兩種：(1)矽酸鹽結合(陶瓷結合)：主晶相之間由低熔點的晶質或非晶質的矽酸鹽聯結在一起，是在液相參與下完成燒結的;(2)直接結合;高熔點晶粒相互直接接觸所形成的一種結合，屬於固態燒結，一般無液相參與燒結。直接結合的鎂質製品具有高的高溫機械強度、抗渣性及體積穩定性。
鎂砂中的鎂鐵礦(MgO·Fe2O3，MF)可與方鎂石形成固溶體，在1000℃時MF溶於方鎂石不到1%，在1800℃時溶解度無限增大。進入方鎂石晶格中的MF破壞晶格組織並增加內能，促使方鎂石的結晶長大而提高鎂砂的燒結性能。一些國家的鎂砂性能見表
表2 一些國家的鎂砂性能(實例)
原 料
國 別
化學成分/%
B2O3/%
CaO/SiO2
體積密度/
g·cm-3
MgO
CaO
SiO2
Fe2O3
Al2O3
結晶
質菱
鎂礦
石
中國
98.03
98.01
95.20
92.4
90.0
0.88
1.02
1.11
1.25
1.3
0.28
0.28
2.02
3.50
5.8
0.70
0.56
0.62
1.0
1.1
0.10
0.12
0.80
1.5
1.6
3.14
3.64
0.5
0.36
0.22
3.33
3.33
3.20
3.20
3.15
朝鮮
95.1
91.9
1.6
1.8
1.2
4.0
1.3
1.1
0.6
0.7
1.3
0.45
3.25
3.15
巴西
奧地利
94.5
90.0
0.8
3.0
1.3
1.0
2.7
5.0
0.8
1.0
0.6
3.0
3.35
3.35
希臘
俄羅斯
91.0
92.0
90.57
2.4
1.6
2.73
0.5
2.15
3.42
5.7
4.1
2.0
0.2
0.86
<0.01
4.8
3.30
表3一些國家的鎂砂性能(實例)
原 料
國 別
化學成分/%
B2O3/%
CaO/SiO2
體積密度/
g·cm-3
MgO
CaO
SiO2
Fe2O3
Al2O3
隱晶質菱
鎂礦石
希臘
97.0
95.7
95.5
91.5
1.85
2.2
1.6
2.0
0.5
1.3
2.6
5.5
0.6
0.64
0.08
0.15
0.03
0.06
0.12
0.25
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
3.7
1.7
0.6
0.36
3.42
3.45
3.35
3.30
土耳其
南斯拉夫
印度
96.6
95.5
92.0
1.5
2.0
2.0
1.25
1.7
5.5
0.35
0.6
0.2
0.04
0.2
0.2
1.2
1.2
0.4
3.40
3.35
3.30

鎂砂製造

根據原料的燒結特性和鎂砂產品技術要求的不同，在鎂砂生產工藝上可採用一步煅燒或是二步煅燒工藝。對於難燒結的原料則用二步煅燒工藝，以生產出高純度、高密度的鎂砂，其主晶相之間可達到直接結合。
一步煅燒工藝流程為：原料(有一定粒度要求的菱鎂礦石)→煅燒(在豎窯或迴轉窯內使用焦炭或無灰燃料，煅燒溫度在1600℃以上)→成品檢選→燒結鎂砂。由於焦炭灰分中的SiO2污染，鎂砂中含SiO2量增加2%左右。
二步煅燒工藝流程為：原料(有一定粒度要求的菱鎂礦石或提純的精礦粉)→輕燒(於迴轉窯、懸浮焙燒窯、多層爐、沸騰爐或反射爐內，使用無灰燃料經1000℃左右(煅燒))→磨細(細度愈細鎂砂的密度愈高)→煅燒(在豎窯或迴轉窯內用無灰燃料煅燒、溫度在1800℃以上)→燒結鎂砂。中國鎂砂的技術要求見表4。
表4 中國鎂砂的技術要求
品 名
化學成分/%
灼減/
%
不大於
體積
密度/
g·cm-3
不小於
MgO
SiO2
不大於
Fe2O3
不小於
CaO
不大於
MS-98
MS-97.a
MS-97.b
MS-96.a
MS-96.b
MS-95.a
MS-95.b
MS-94.a
MS-94.b
MS-93
MS-92
MS-91
MS-90
MS-89
MGS-87
MGS-84
MS-88
MS-83
MS-80
≥98
≥97
≥97
≥96
≥96
≥95
≥95
≥94
≥94
≥93
≥92
≥91
≥90
≥89
≥87
≥84
≥88
≥83
≥80
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
2.2
3.0
3.0
3.5
4.0
4.5
4.8
5.0
7.0
9.0
4.0
5.0
6.0
1.5
1.5
1.5
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
2.0
2.5
2.0
2.5
5.0
8.0
12.0
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.5
0.5
0.5
0.5
0.8
0.8
3.30
3.30
3.25
3.30
3.25
3.25
3.20
3.20
3.15
3.18
3.18
3.20
3.18
3.15
3.15
3.15
MTS-CBA.a
MTS-68A.b
MTS-68B
68-78
68-78
68-78
2.5
3.0
5.0
10.0
10.0
10.0
9.0
0.5
0.5
0.8
註：MS—鎂砂; MGS—鎂矽砂; MTS—鎂鐵砂; A—迴轉窯鎂鐵砂;a、b—級別;B—豎窯鎂鐵砂。

鎂砂用途

製造各種鎂質耐火磚、不定形耐火材料。

鎂砂展望

世界鎂砂向高質量的高純度、高密度發展，以提高鎂質製品的抗渣蝕性和使用經濟性。要求鎂砂特性為：(1)純度高，含MgO98%以上。(2)含R2O3低，以及儘可能低的含B2O3量，最好是無硼。(3)高的顆粒體積密度，達到3.4g/cm以上。(4)高的CaO/SiO2比值，大於2。(5)方鎂石晶粒尺寸大，在100～200μm以上。(6)方鎂石晶相形成直接結合。

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