國產鎂砂厚積薄發-鎂火泥

國產鎂砂厚積薄發-鎂火泥

鎂砂是堿性耐火材料的主要原料，被廣泛應用于制造煉鋼爐襯、耐火磚以及不定形耐火材料。近年來，隨著鋼鐵冶金行業的快速發展，冶煉技術的進步對鎂砂質量提出了更高的要求，尤其是對高純度（MgO≥99%）、高體積密度（≥3.40克/立方厘米）和大晶體燒結鎂砂的需求量越來越大。 

　　我國是鎂砂生產和出口大國，但是產品以中低檔燒結鎂砂為主，造成礦產資源的嚴重浪費。因此，開發高純度、高體積密度、高附加值的菱鎂礦燒結鎂砂產品是國內相關科研人員的一項重要課題。 

　　為替代進口開展對比研究 

　　目前，我國企業對于進口海水鎂砂的應用較為廣泛，進口量也相對較高。而我國的川藏菱鎂礦為微晶質菱鎂礦，具有純度高、雜質少的優點，使用二次燒結法可制得高品質的燒結鎂砂?；诖?，筆者所在的課題組對荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂、日本UBE海水鎂砂以及國產微晶菱鎂礦燒結鎂砂這三種燒結鎂砂的顯微結構進行了對比研究，以期為國產鎂砂在某些耐火材料領域替代進口海水鎂砂找到依據。 

　　課題組在研究中選取的荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂、日本UBE海水鎂砂和國產微晶菱鎂礦燒結鎂砂都具有很高的純度，氧化鎂含量大于98.5%。鹵水鎂砂呈棕褐色，海水鎂砂和燒結鎂砂顏色相仿，呈乳白色。 

　　在研究方法上，課題組制備光片的步驟是切割好的試樣經5微米SiC微粉研磨平滑后，再以0.5微米級金剛石研磨膏拋光10分鐘~15分鐘，直至呈現完美的鏡面，隨后，再采用FEI-Nova-400型場發射掃描電鏡觀察光片和斷口。 

　　三種鎂砂結構相似點眾多 

　　經化學分析，荷蘭鹵水鎂砂化學成分為：MgO 98.64%，CaO 0.65%，SiO2 0.069%，Al2O3 0.088%，Fe2O3 0.417%，K2O+Na2O  0.001%，P2O5 0.017%，MnO 0.109%，TiO2 0.009%；日本海水鎂砂成分組成為：MgO 98.71%，CaO 1.05%，SiO2 0.143%，Al2O3 0.031%，Fe2O3 0.049%，K2O+Na2O  0.002%，P2O5 0.011%，MnO 0.001%，TiO2 0.003%；微晶菱鎂礦燒結鎂砂成分組成為：MgO 98.82%，CaO 0.91%，SiO2 0.078%，Al2O3 0.060%，Fe2O3 0.053%，K2O+Na2O  0.006%，P2O5 0.063%，MnO 0.008%，TiO2 0.002%。 

　　從實驗采用的三種燒結鎂砂的化學分析結果可以看出，三種鎂砂的純度都很高，氧化鎂含量大于98.5%，雜質含量很少，其中燒結鎂砂的純度甚至高于鹵水鎂砂和海水鎂砂。另外，荷蘭鹵水鎂砂、日本海水鎂砂和微晶菱鎂礦燒結鎂砂的體積密度分別為3.41克/立方厘米、3.46克/立方厘米和3.43克/立方厘米。 

　　衡量鎂砂性能優劣的主要指標是純度、體積密度、CaO/SiO2 比值及顯微結構。氣孔的數量、形狀和尺寸分布是影響致密化燒結的重要因素，海水、鹵水鎂砂和微晶菱鎂礦燒結鎂砂多為封閉式氣孔。封閉式氣孔分為兩種類型：其一為晶間氣孔，存在于晶體界面，孔間距大者，晶體較大；其二為晶內氣孔，是被包裹于方鎂石晶體內部的微孔，不易排除。顯微結構主要是考核方鎂石晶粒大小及結合狀態。晶粒小的抗蝕性差，通常要求晶粒在80微米~150微米，晶體的結合狀態最好屬于直接結合，如果存在晶間低熔相會降低產品的耐火度。 

　　從三種燒結鎂砂顯微結構的低倍照片中可以清晰地觀察到許多的晶間氣孔。荷蘭鹵水鎂砂和日本海水鎂砂的晶間氣孔較小且多，氣孔分布均勻；微晶菱鎂礦燒結鎂砂的晶間氣孔較大，但分布不均勻；微晶菱鎂礦燒結鎂砂的晶體尺寸最大，日本海水鎂砂的最小。 

　　從同樣放大200倍的顯微結構圖中，可以清晰地顯示出了方鎂石晶體的尺寸分布狀態，日本海水鎂砂的晶體尺寸最小，多在30微米以下，荷蘭鹵水鎂砂的較大晶體可達50微米，而微晶菱鎂礦燒結鎂砂的較大晶體為100微米～150微米。在2000倍率下拍攝結構細節可以發現沿晶斷裂的晶面形貌、晶體尺寸分布、晶間結合狀態和晶內氣孔的結構。從顯微圖像中可以看出，三種鎂砂都是晶間直接結合；荷蘭鹵水鎂砂和日本海水鎂砂比較接近，皆為均勻的、封閉式微孔（小于5微米）結構，日本海水鎂砂的氣孔率更低些；微晶菱鎂礦燒結鎂砂的氣孔也為封閉式，但孔徑較大、不均勻，分布范圍多在小于20微米的范圍之內，氣孔間距較大，數量較少。 

　　通過研究發現，微晶菱鎂礦燒結鎂砂與荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂和日本UBE海水鎂砂具有同等質量，氧化鎂含量為98.82%，高于鹵水鎂砂和海水鎂砂，且體積密度較高（3.43克/立方厘米），氣孔數量較少，晶體尺寸較大為100微米~150微米，有望在某些耐火材料領域替代進口海水鎂砂。