基本信息编辑
中文名
镁砂
外文名
magnesite clinker
别名
方镁石
主要成分
氧化镁
化学式
MgO
分类
烧结镁砂，轻烧镁砂，电熔镁砂
主要杂质
氧化钙，氧化硅，氧化铁等
镁砂编辑
用于制碱性耐火的材料
镁砂又称烧结镁砂，由菱镁矿、水镁矿或以海水与石灰乳反应制得的氢氧化镁，经高温煅烧而成，水化能力强。主要用于制碱性耐火材料，如镁砖、镁铝砖，含杂质多的用于铺炼钢钢炉底。
目录
1通识2性质3制造
4用途5展望
通识
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镁砂可分为天然镁砂和海水镁砂或称合成镁砂两大类。天然镁砂主要 来自天然菱镁矿，但因原矿质量制约，难以获得高纯优质产品，至今海水镁砂 已成为工业发达国家所用镁砂的主要来源。菱镁矿中MgO的理论含量是 47.3%，其余的杂质有CaO、SiO、铁分等，菱镁矿在空气中加热到700℃~ 800℃分解，称为“轻烧氧化镁”，进一步加热到1530℃以上则变成非活性方镁石成为硬烧氧化镁，称为“死烧镁砂”。工业生产用的合成海水镁砂是由海水和消化白云石制成的。将沉淀下来的Mg(OH)煅烧，得到MgO，用于不烧成砖 的合成镁砂中钙硅比为0.3~0.5，高纯海水镁砂的钙硅比在1.7以上，其高温强度最高。
性质
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主要化学成分为MgO，矿物成分为方镁石等轴晶系，密度3.56～3.65g/cm，莫氏硬度为5.5，熔点2800℃，在1800～2400℃显著挥发。纯方镁石无色，随着FeO、CaO含量的增加色泽由浅变深，呈黄色、褐色、黑褐色。方镁石晶粒尺寸随煅烧温度的提高和保温时间的延长而相应地增大，其抗水化性和抗渣侵蚀性也相应增强。
镁砂中的杂质来源于菱镁矿中的白云石、滑石、透闪石、石英等，使镁砂含有SiO、AlO、FeO、CaO等杂质成分(海水镁砂中还有BO)。这些杂质使镁砂的高温强度降低，其影响程度若以FeO为1计并与CrO、AlO、BO相比，依次为1∶3∶11∶70。镁砂中的矿物相除方镁石之外，按CaO/SiO2比值的不同可以形成多种硅酸盐矿物，它们对镁砂制品的性能有不同的影响 (表1)。
按照镁砂的化学组分可预测镁砂制品的质量和相组成，在计算其相组成时，只有当镁砂原料的均匀性和物料煅烧温度足以使相组成达到平衡时，这时计算得到的相组成才会与实验结果相符，而且物料的纯度愈高则愈相符合。
菱镁矿煅烧至700℃分解排出CO，至1000℃左右煅烧成轻烧镁石(苛性氧化镁)，俗称苦土粉，其质地疏松、化学活性大。继续升高温度至1700～1800℃以上，方镁石晶粒逐渐长大，体积收缩，密度增大，化学活性大为降低，即煅烧成为烧结镁砂。
表1 镁砂中基质组成不同对制品性能的影响 |
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矿 物 |
熔点或分解温度/℃ |
莫氏硬度 |
对镁质制品性能影响 |
其他 |
||
烧结 |
荷重软化温度 |
耐压强度 |
||||
镁橄榄石 |
1890 |
6.5～7 |
不利 |
提高 |
高 |
|
钙镁橄榄石 |
1498分解 |
5～5.5 |
促进 |
降低 |
||
镁硅钙石 |
1550 |
差 |
降低 |
小 |
||
硅酸二钙 |
2130 |
很差 |
提高 |
小， 尤其当晶型转变时 |
抗渣性好 |
|
硅酸三钙 |
1900分解 |
很差 |
提高 |
|||
镁砂中的方镁石晶粒之间的结构形式有两种：(1)硅酸盐结合(陶瓷结合)：主晶相之间由低熔点的晶质或非晶质的硅酸盐联结在一起，是在液相参与下完成烧结的;(2)直接结合；高熔点晶粒相互直接接触所形成的一种结合，属于固态烧结，一般无液相参与烧结。直接结合的镁质制品具有高的高温机械强度、抗渣性及体积稳定性。
镁砂中的镁铁矿(MgO·FeO，MF)可与方镁石形成固溶体，在1000℃时MF溶于方镁石不到1%，在1800℃时溶解度无限增大。进入方镁石晶格中的MF破坏晶格组织并增加内能，促使方镁石的结晶长大而提高镁砂的烧结性能。一些国家的镁砂性能见表
表2 一些国家的镁砂性能(实例) |
|||||||||
原 料 |
国 别 |
化学成分/% |
B2O3/% |
CaO/SiO2 |
体积密度度/g·cm-3 |
||||
MgO |
CaO |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
|||||
结晶 质菱 镁矿 石 |
中国 |
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 |
|
朝鲜 |
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 奥地利 |
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 |
||
希腊 俄罗斯 |
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3一些国家的镁砂性能(实例) |
|||||||||
原 料 |
国 别 |
化学成分/% |
B2O3/% |
CaO/SiO2 |
体积密度/ g·cm-3 |
||||
MgO |
CaO |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
|||||
隐晶质菱 镁矿石 |
希腊 |
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 |
||
制造
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根据原料的烧结特性和镁砂产品技术要求的不同，在镁砂生产工艺上可采用一步煅烧或是二步煅烧工艺。对于难烧结的原料则用二步煅烧工艺，以生产出高纯度、高密度的镁砂，其主晶相之间可达到直接结合。
一步煅烧工艺流程为：原料(有一定粒度要求的菱镁矿石)→煅烧(在竖窑或回转窑内使用焦炭或无灰燃料，煅烧温度在1600℃以上)→成品检选→烧结镁砂。由于焦炭灰分中的SiO污染，镁砂中含SiO量增加2%左右。
二步煅烧工艺流程为：原料(有一定粒度要求的菱镁矿石或提纯的精矿粉)→轻烧(于回转窑、悬浮焙烧窑、多层炉、沸腾炉或反射炉内，使用无灰燃料经1000℃左右(煅烧))→磨细(细度愈细镁砂的密度愈高)→煅烧(在竖窑或回转窑内用无灰燃料煅烧、温度在1800℃以上)→烧结镁砂。中国镁砂的技术要求见表4。
表4 中国镁砂的技术要求 |
||||||
品 名 |
化学成分/% |
灼减/% 不大于 |
体积/密度 g·cm-3 不小于 |
|||
MgO |
SiO2 不大于 |
Fe2O3 不小于 |
CaO 不大于 |
|||
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 |
|
注：MS—镁砂; MGS—镁硅砂; MTS—镁铁砂; A—回转窑镁铁砂;a、b—级别;B—竖窑镁铁砂。
用途
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制造各种镁质耐火砖、不定形耐火材料。
展望
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世界镁砂向高质量的高纯度、高密度发展，以提高镁质制品的抗渣蚀性和使用经济性。要求镁砂特性为：(1)纯度高，含MgO98%以上。(2)含RO低，以及尽可能低的含BO量，最好是无硼。(3)高的颗粒体积密度，达到3.4g/cm以上。(4)高的CaO/SiO比值，大于2。(5)方镁石晶粒尺寸大，在100～200μm以上。(6)方镁石晶相形成直接结合。