什么是鎂砂?鎂碳磚批發(fā)

       鎂砂是由菱鎂礦、水鎂礦或從海水中提取的氫氧化鎂經(jīng)高溫煅燒而成。鎂碳磚批發(fā)系菱鎂礦等鎂質(zhì)原料經(jīng)高溫處理達(dá)到燒結(jié)程序的產(chǎn)物的統(tǒng)稱。用豎窯回轉(zhuǎn)窯等高溫設(shè)備一次煅燒或二步煅燒工藝，以天然菱鎂礦為原料燒制的燒制作的鎂砂稱為燒結(jié)鎂砂;以菱鎂礦等為原料經(jīng)電弧爐熔煉達(dá)到熔融狀態(tài)冷卻后形成的稱為從海水中提取氧化鎂制成的稱為海水鎂砂。

       鎂砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各種鎂磚、鎂鋁磚、搗打料、補(bǔ)爐料等，含有雜質(zhì)較多的，用于鋪筑煉鋼爐底等。

       高純鎂砂是選用天然特級(jí)菱鎂礦石浮選提純經(jīng)輕燒細(xì)磨壓球超高溫油豎窯煅燒而成。是制磚不定耐火材料優(yōu)質(zhì)原料。

       中檔鎂砂是以MgO含量為97%的輕燒氧化鎂為原料，經(jīng)壓球、高溫豎窯煅燒等工藝生產(chǎn)而成。產(chǎn)品燒結(jié)程度好，結(jié)晶致密，是生產(chǎn)中檔鎂質(zhì)耐火制品的優(yōu)質(zhì)原料。

       電熔鎂砂是用精選的特A級(jí)天然菱鎂石或高純輕燒鎂顆粒，在電弧爐中熔融制得。該產(chǎn)品具有純度高、結(jié)晶粒大、結(jié)構(gòu)致密、抗渣性強(qiáng)的特點(diǎn)，熱震穩(wěn)定性好，是一種優(yōu)良的高溫電氣絕緣材料，也是制作高檔鎂磚、鎂碳磚及不定形耐火材料的重要原料。

       鎂砂的種類和生產(chǎn)方法

       鎂砂分為燒結(jié)鎂砂和電熔鎂砂兩大品種，又分為普通鎂砂和優(yōu)質(zhì)鎂砂兩大品種;根據(jù)原料的不同又可分為鎂石鎂砂、海水鎂砂和鹽湖鎂砂;根據(jù)用途不同又可分為制磚、不定形耐火材用鎂砂和煉爐底工作層、補(bǔ)爐或搗打爐襯用冶金鎂砂。

       鎂砂的生產(chǎn)方法有燒結(jié)和電熔兩種。

       電熔鎂砂和燒結(jié)鎂砂的不同

       電熔鎂砂是以純凈的天然鎂石或輕燒氧化鎂為原料，經(jīng)過電弧爐的高溫熔融，再經(jīng)自然冷卻得到的原料。在電熔過程中，熔融溫度高、冷卻時(shí)間長，方鎂石晶體有充分時(shí)間發(fā)育。電熔鎂砂與燒結(jié)鎂砂相比，電熔鎂砂具有結(jié)晶完善、晶粒粗大、結(jié)構(gòu)致密的特點(diǎn)。

       例如，燒結(jié)鎂砂中方鎂石晶粒的尺寸為60~200μm，普通電熔鎂砂中方鎂石晶粒的尺寸為200~400μm，大晶粒電熔鎂砂中方鎂石晶體可達(dá)1000~5000μm，甚至10000μm以上，因?yàn)檫@一特征使電熔鎂砂具有比燒結(jié)鎂砂更好的耐高溫、抗侵蝕和抗蠕變性能，從而被廣泛用于制造高中檔堿性耐火材料。

       再生鎂砂

       再生鎂砂，俗稱黑鎂砂，是對(duì)鎂砂使用廢料的回收加工技術(shù)，目的是節(jié)省生產(chǎn)成本，回收資源，充分利用資源。

       利用廢鎂碳回收鎂砂(鎂砂再生)是一項(xiàng)節(jié)能減排、節(jié)省成本的新思路新技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)在生產(chǎn)中成功應(yīng)用，通過特殊工藝方法使鎂碳磚中的碳自燃，這個(gè)過程不需要燃料，燃燒后顆粒自然分解。回收的鎂砂顆粒整體含量通常情況下在92%以上，鎂碳磚一般使用的是電熔鎂砂，雖然鎂砂顆粒含量只達(dá)到了中檔鎂砂的水平，但其他的成分并非完全是雜質(zhì)，而是含有鋁鎂碳中氧化鋁和一部分殘?zhí)?，做中包式振?dòng)料，氧化鋁的存在，在高溫下可以生成尖晶石，因此明顯提高了材料的性能。

       再生鎂砂產(chǎn)品系列一般分為：再生鎂砂，再生鎂砂細(xì)粉，再生鎂砂骨料。在再生鎂砂基礎(chǔ)上提煉出0?3mm、3?5mm、5?8mm電熔鎂砂顆粒，部分加入用于生產(chǎn)鎂碳和鋁鎂碳磚等不燒產(chǎn)品，效果很好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

       燒結(jié)鎂砂

       將天然菱鎂礦石或輕燒氧化鎂粉在回轉(zhuǎn)窯或豎窯中于1500?2000°C溫度范圍內(nèi)鍛燒，使MgO通過晶體長大和致密變化，轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醵栊缘臒Y(jié)鎂砂，亦稱重?zé)V砂。燒結(jié)鎂砂是鎂質(zhì)制品中的重要原料。

       燒結(jié)鎂砂的主要組成位于MgO-CaO-Si02三元系統(tǒng)中。三元系統(tǒng)中與MgO共存的礦物，隨著CaO/Si02&的不同而改變，具體變化見MgO-CaO-Si02三元系統(tǒng)。

       輕燒氧化鎂粉

       輕燒氧化鎂粉又叫苛性苦土、活性鎂砂，常常稱為輕燒鎂粉，是一種天然菱鎂礦石。海水、鹽湖中提取的鎂[Mg(OH)2]，經(jīng)過700?1100°C溫度下煅燒所獲得的活性氧化鎂。輕燒氧化鎂質(zhì)地疏松，具有很高的比表面積，化學(xué)活性很大，常溫下就易與水反應(yīng)。水化物Mg(OH)2在空氣中硬化。

       輕燒氧化鎂粉是一種具有中等堿度及化學(xué)活性的工業(yè)原料，除了用作耐火原料和膠凝材料外，還應(yīng)用于制藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域。另外，隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼濺渣護(hù)爐技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)展了輕燒氧化鎂的應(yīng)用范圍。

       輕燒氧化鎂與苦土粉的區(qū)別

       輕燒氧化鎂，按照中華人民共和國物資管理行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WB/T1019—2002規(guī)定其化學(xué)成分應(yīng)符合下表的要求。

       輕燒氧化鎂主要成分是氧化鎂(MgO)，生產(chǎn)菱鎂制品發(fā)生反應(yīng)的是活性輕燒氧化鎂，輕燒氧化鎂是由礦石碳酸鎂經(jīng)600?900℃溫度煅燒磨細(xì)加工而成。菱鎂粉是菱鎂礦制品的膠凝主要原材料。

       菱鎂粉：俗稱苦土粉、菱苦土、苦土等。20世紀(jì)70?80年代，MgO通常稱為苦土粉，到了90年代為了區(qū)別質(zhì)量，人們開始把MgO含量達(dá)到80%以上者稱為輕燒粉，低于80%或更低的稱為苦土粉。用苦土粉生產(chǎn)的菱鎂制品是低檔產(chǎn)品。凡是要求耐久的和高強(qiáng)度的制品在生產(chǎn)中使用了苦土粉均屬劣質(zhì)產(chǎn)品。

       冶金鎂砂

       冶金鎂砂常用于燒結(jié)和修襯冶金爐爐底。它分為兩種，一種是普通冶金鎂砂，另一種是合成冶金鎂砂(亦稱馬丁砂)。

       普通冶金鎂砂是將燒結(jié)鎂石破碎到一定的顆粒組成得到的。

       合成冶金鎂砂在制備時(shí)預(yù)先加入燒結(jié)促進(jìn)劑。鎂石的熔點(diǎn)很高，燒結(jié)十分困難，因此普通鎂砂在使用時(shí)要加10%?25%的助熔劑，一般是加入平爐渣。平爐渣的礦物組成是鈣的硅酸鹽和尖晶石(MgO?R2O3)，它們共存時(shí)出現(xiàn)液相的溫度很低(低于1400℃),可以作為冶金鎂砂的助熔劑。但是，由于普通冶金鎂砂在使用過程中是將鎂石顆粒與助熔劑機(jī)械攪拌，因此不易均勻。當(dāng)撒入爐內(nèi)時(shí)還會(huì)出現(xiàn)顆粒偏析，破壞了混合時(shí)的均勻程度。在鎂砂多的地方不易燒結(jié)，多孔松散。在助熔劑多的地方，會(huì)出現(xiàn)大量的液相，影響爐底質(zhì)量。鑒于上述情況又發(fā)展了另一種冶金鎂砂，即合成冶金鎂砂，亦稱馬丁砂。將鎂石、白云石(或石灰石)、鐵礦石按一定的比例配料，均勻混合，然后成球、煅燒成熟料，再破碎至一定的顆粒組成而得冶金鎂砂。這種合成冶金鎂砂已含熔劑礦物，使用時(shí)不必外加助熔劑。

       如何衡量鎂砂的性能衡量鎂砂的性能可以從以下幾點(diǎn)著手。

       (1)鎂砂的純度鎂砂的純度越高，性能越好。按照鎂砂的純度，可以將鎂砂分為以下幾大類。

       (2)n(CaO)/n(SiO2)比一般要求n(CaO)/n(SiO2)比1.87，只有在此范圍內(nèi)，鎂砂才具有高熔點(diǎn)結(jié)合相。當(dāng)n(CaO)/n(SiO2)比低時(shí)，硅酸鹽包圍氧化鎂成膜或外殼;當(dāng)n(CaO)/n(SiO2)比高時(shí)，硅酸鹽成膜差，成孤立狀，方鎂石直接結(jié)合。

       (3)體積密度這是評(píng)判鎂砂的燒結(jié)程度和致密度的一個(gè)指標(biāo)。體積密度越高，說明燒結(jié)得越好，抗水化性能也越好。

       (4)方鎂石晶粒的大小方鎂石晶粒的大小主要取決于燒成溫度和加熱時(shí)間。方鎂石晶粒尺寸增大，鎂砂的抗水化性能相應(yīng)提高。

       鎂砂性能對(duì)耐材的影響

       鎂砂性能分為化學(xué)性能與物理性能。鎂砂的化學(xué)性能主要指鎂砂是以方鎂石MgO為主成分，方鎂石是水泥熟料中的常見礦物之一，方鎂石能夠和水泥熟料中四種主要礦物C3S、C2S、C3A、C4AF共存。所以，方鎂石對(duì)于水泥熟料具有極其良好的抗侵蝕性。

       方鎂石是等軸晶系礦物，可以與FeO、NiO及MnO形成完全固溶體。莫氏硬度6,相對(duì)密度3.58,熔點(diǎn)高達(dá)2800℃,0?1000°C熱膨脹系數(shù)為13.5X10-6/K,100?1000℃的熱導(dǎo)率為3.39?4.19W/(m?K)。

       這些物理性質(zhì)使得水泥回轉(zhuǎn)窯中鎂質(zhì)耐火材料常常表現(xiàn)出下列現(xiàn)象：

       方鎂石熔點(diǎn)很高，因此使得許多的鎂質(zhì)耐火材料都具有相當(dāng)好的耐高溫性;

       方鎂石導(dǎo)熱性很好，使用高M(jìn)gO的耐火材料，又掛不上窯皮時(shí)，窯體表面溫度升高，這時(shí)，不僅散熱損失很大，而且還容易燒壞筒體;

       方鎂石熱膨脹系數(shù)高，致使鎂質(zhì)耐火材料的抗熱震性不足，使用中，鎂質(zhì)耐火材料常常發(fā)生剝落。

       生產(chǎn)鎂砂的原料

       生產(chǎn)鎂質(zhì)耐火材料的主要原料是鎂砂，鎂砂是指具有一定顆粒組成的燒結(jié)鎂石。它是由燒結(jié)鎂石破碎而成的。燒結(jié)鎂石可由菱鎂礦煅燒得到。

       此外，燒結(jié)鎂石還可以從海水、鹽湖鹵水、白云石、蛇紋石以及水鎂石中提煉。但是目前為止，我國的燒結(jié)鎂石主要仍然是通過煅燒天然菱鎂礦得到的，鹽湖提鎂工程還在建設(shè)中。

       我國電熔鎂砂的生產(chǎn)，主要集中在遼寧和山東一帶，均以菱鎂礦為主。

       海水鎂砂的生產(chǎn)原理

       海水鎂砂的生產(chǎn)是利用Mg(OH)2的溶解度很小，易在海水中形成過飽和溶液，從而析出Mg(OH)2,析出的Mg(OH)2經(jīng)過高溫煅燒即可得到海水鎂砂。該過程的反應(yīng)方程式如下：

       目前主要采用海水、石灰法生產(chǎn)氫氧化鎂的方法。獲得優(yōu)質(zhì)氫氧化鎂的方法有：取出原料石灰石中的雜質(zhì);去除海水中的雜質(zhì)以及碳酸成分;改善生成氫氧化鎂的沉淀性和過濾性。

       用貝肯巴哈豎窯等燒成的生石灰在旋轉(zhuǎn)消石灰器中熟化成石灰乳。但是這種石灰乳的質(zhì)量對(duì)生成的氫氧化鎂質(zhì)量有很大的影響。因此沒有熱分解而殘留下來的碳酸鈣和粗粒部分的雜質(zhì)用離心式分離機(jī)等去除這種精制的石灰乳。

       去除海水中CO2成分的方法，第一是堿法，即加石灰乳，生產(chǎn)碳酸鈣除去;第二是酸法，即添加酸作為碳酸氣除去。酸性法去除CO2成分的比率高(95%)。堿性法具有的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)海水通過碳酸鈣沉淀槽時(shí)，可同時(shí)降低SiO2和Al2O3等雜質(zhì)成分，CO2含量可降低到10mg/kg以下。

       海水-石灰法所生成的氫氧化鎂是漿液狀，一次顆粒直徑較小，為0.1μm左右，其存在的問題是于濃縮機(jī)中的濃縮性、沉淀性、去除鹽類以及過濾性不好。為此，通過氫氧化鎂的晶種循環(huán)和添加凝結(jié)劑，使二次顆粒直徑為2?3μm，從而問題得到解決。

       鎂砂的燒結(jié)工藝與菱鎂礦的鍛燒工藝相差不大。根據(jù)鎂砂的質(zhì)量可分為一級(jí)燒結(jié)法和二級(jí)燒結(jié)法。從海水鎂砂工業(yè)開發(fā)之初到1955年，一直是將氫氧化鎂塊直接投入燒成爐進(jìn)行燒結(jié)。投入氫氧化鎂塊料，為了提高燒結(jié)性，對(duì)添加礦化劑和高溫?zé)蛇M(jìn)行了研究。1955年開始采用將氫氧化鎂塊料干燥、加壓成型后進(jìn)行燒結(jié)的方法。隨著氧化鎂含量的提高，自1957年開始將氫氧化鎂塊輕燒，將所得氧化鎂進(jìn)行加壓成型、燒結(jié)，以實(shí)現(xiàn)高密度化。輕燒時(shí)使用的高溫窯爐多膛焙燒爐和回轉(zhuǎn)窯;成型機(jī)使用的是壓球機(jī)等高壓成型機(jī);燒成爐使用的是豎窯和回轉(zhuǎn)窯。氧化鎂含量97%以下的鎂砂在1500?1800℃進(jìn)行燒結(jié);98%以上的高純鎂砂在1900~2100℃進(jìn)行燒結(jié)。

       一般而言，每300t海水才能生產(chǎn)1t海水鎂砂。

       海水鎂砂的生產(chǎn)方法與雜質(zhì)控制

       海水鎂砂中的雜質(zhì)除海水本身夾帶的外，主要是由沉淀劑帶入的。海水鎂砂中的雜質(zhì)主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和B2O5。

       海水鎂砂中的SiO2、Al2O3、Fe2O3雜質(zhì)的控制主要靠精選礦石或?qū)⑹夷酀{與海水反應(yīng)前進(jìn)行風(fēng)力分離去掉。至于由海水中帶入的SiO2、Al2O3雜質(zhì)，可以用過濾的方法把沙粒去掉。

       至于B2O5,一是利用它的揮發(fā)性，加入某些物質(zhì)促進(jìn)B2O5在高溫下?lián)]發(fā)，二是在Mg(OH)2沉淀階段，加入過剩的堿，從而減少沉淀物對(duì)B2O5的吸附。

       海水鎂砂的去硼

       1965年以后，鎂砂的B2O3含量、CaO/SiO2比對(duì)鎂砂髙溫強(qiáng)度的影響有過許多報(bào)道。從報(bào)道中可知，B2O3含量越高，高溫強(qiáng)度的降低就越顯著。對(duì)于海水鎂砂而言，調(diào)整CaO/SiO2之比比較容易，但是海水中所含的硼成分被生成的氫氧化鎂所吸附，所有海水鎂砂中混入硼是不可避免的。因此，一般認(rèn)為海水鎂砂的高溫性能不如天然品中純度較高的希臘產(chǎn)天然鎂砂。

       在這種情況下，開始了研究去除或降低B2O3含量的方法，工業(yè)性方法有：原料生成氫氧化鎂時(shí)降低B2O3含量的方法，吸附法(降低海水中的B2O3含量)和利用高pH反應(yīng)法;鎂砂燒結(jié)時(shí)B2O3散逸的方法，添加Na2CO3和降低CaO含量。

       生成低硼氫氧化鎂的方法是：使海水所含的硼吸附在氫氧化鎂和氫氧化鋯上，生成低硼海水，并使這種低硼海水和石灰進(jìn)行反應(yīng);利用海水-石灰反應(yīng)時(shí)的高pH反應(yīng)(堿性過剩反應(yīng))，以此利用氫氧化鎂中硼的分解性。

       鎂砂燒結(jié)時(shí)逸散的方法是，在氫氧化鎂中添加碳酸鈉，通過反應(yīng)，使硼成分散逸，降低B2O3含量。鎂砂中的B2O3含量在降低耐火材料高溫強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)高純度鎂砂的燒結(jié)性也有影響。在海水鎂砂開發(fā)當(dāng)初，MgO含量低、雜質(zhì)多的低純度鎂砂，硼成分生成低熔點(diǎn)化合物，有利于鎂砂的致密性。但是，如果氧化鎂含量高，在燒結(jié)的初期階段，硼成分對(duì)促進(jìn)方鎂石的晶粒成長，有促進(jìn)其后的燒結(jié)效果。上述的高pH反應(yīng)生成的氫氧化鎂，由于氫氧化鈣的固溶和低B2O3含量的效果，有利于提高燒結(jié)性。

       這樣通過多年高純度和高體積密度化的研究，在質(zhì)量方面海水鎂砂要優(yōu)于天然鎂砂。

       什么是水鎂石

       水鎂石又叫氫氧鎂石，化學(xué)式為Mg(OH)2。硬度為2.5，它是單晶體，呈厚板狀，常見者為片狀集合體，有時(shí)成纖維狀集合體，稱為纖水鎂石或水鎂石石棉。

       理論組成(wB%)：MgO 69.12，H2O 30.88。常有Fe、Mn、Zn、Ni等雜質(zhì)以類質(zhì)同像存在。其中MnO可達(dá)18%，F(xiàn)eO可達(dá)10%，ZnO可達(dá)4%;可形成鐵水鎂石(FeO≥10%)、錳水鎂石(MnO≥18%)、鋅水鎂石(ZnO≥4%)、錳鋅水鎂石(MnO 18.11%，ZnO 3.67%)、鎳水鎂石(NiO≥4%)等變種。

       水鎂石的可靠使用溫度為400℃。纖水鎂石的導(dǎo)熱系數(shù)為0.46W/m·K，松散纖維為0.131~0.213W/m·K(體積密度0.47 g/cm3)。纖水鎂石熱膨脹性縱向?yàn)?6.7*10-7/℃，橫向?yàn)?.8*10-7/℃，且熱膨脹行為基本上呈線性。纖水鎂石還具有阻燃、抵抗明火和高溫火焰的性質(zhì)。纖水鎂石分解溫度為450℃。纖水鎂石是天然無機(jī)纖維中抗堿性最優(yōu)者。但在強(qiáng)酸中可全部了溶解，在草酸、檸檬酸、乙酸、混合酸、Al(OH)3溶液中，均可以不同的速度溶解，。在潮濕或多雨下，纖水鎂石易受大氣中的CO2、H2O侵蝕，故水鎂石制品表面需有防水保護(hù)層。

       水鎂石主要應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：

       提取Mg和MgO原料：以水鎂石提取Mg和MgO，礦石中的MgO含量高，雜質(zhì)少;分解溫度低;加熱時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)分無毒無害，因而可從水鎂石中提取Mg和MgO等產(chǎn)品。

       重?zé)V砂：主要用于生產(chǎn)鎂質(zhì)耐火材料。現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)大量需用鎂碳磚、鎂鉻磚等。這類MgO用量已超過其產(chǎn)量的1/2。由水鎂石制得的重?zé)V砂具有高密度(>3.55 g/cm3)、高耐火度(>2800℃)、高化學(xué)惰性和高熱震穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

       輕質(zhì)氧化鎂：美、俄、加、英等國采用化學(xué)方法從低品位的水鎂石巖中提取輕質(zhì)MgO。

       電熔方鎂石：為高技術(shù)電子產(chǎn)品要求的特純品。以水鎂石經(jīng)電熔法煉制的方鎂石集合體，具有高熱導(dǎo)率和良好的電絕緣性，產(chǎn)品壽命提高2~3倍。

       化學(xué)純鎂試劑：采用電熱方法，可提取金屬鎂，制取MgCl2、MgSO4、Mg(NO3)2等化學(xué)純試劑。       

       補(bǔ)強(qiáng)材料：纖水鎂石可在某些領(lǐng)域用作溫石棉的代用品。用于微孔硅酸鈣、硅鈣板等中檔保溫材料中?；九浞绞牵汗柙逋?石灰漿 水玻璃 纖水鎂石。纖維含量為8~10%。產(chǎn)品白度高，外觀美觀，容重低。

       阻燃劑：以聚丙烯為基體制作阻燃劑的試驗(yàn)表明，纖水鎂石具有較好的阻燃效果，是理想的無毒、無煙、無污染、高溫型阻燃劑。同時(shí)可起到填料的增強(qiáng)效果。

       造紙?zhí)盍希核V石白度高，剝片性好，粘著力強(qiáng)，吸水性較差。將其與方解石配合用作造紙?zhí)盍?，可使造紙工藝由酸法改為堿法，并減小漿水的污染。