镁质原料综述.pdf

镁质原料镁质原料综述综述 1 1 概述 概述 镁质类原料有镁砂 白云石 镁橄榄石和蛇纹石等 均属碱性 故又 称碱性耐火原料 镁砂镁砂分为烧结镁砂和电熔镁砂两大类 又分为普通镁砂和优质镁砂 根据原 料不同 分为镁石镁砂 海水镁砂和盐湖镁砂 我国的菱镁石储量占世界的 90 而辽宁海城 大石桥一带的储量占我 国储量的 96 我国镁砂主要产在辽宁 而海城 大石桥一带分华子峪和青 花峪两个矿系 华子峪矿系的特点是硅高钙低 烧成的产品多是发黄 而青花峪 矿系的特点是高钙低硅 产品多是发黑 镁砂由精选后的菱镁石矿物 MgCO3 煅烧来生产 或从海水或卤水中提取 合成 天然存在的菱镁石常常伴有白云石 滑石 氯化物 蛇纹石 云母 黄铁 矿和磁铁矿 从海水和卤水中合成镁砂最重要的过程是在镁盐溶液中添加强碱物 质 烧结石灰石和烧结白云石 从而析出氢氧化镁沉淀 析出的氢氧化镁沉淀再 经水洗 浓缩 过滤和烧结生产出镁砂 在另外一种实用的方法中 将浓缩后的 氯化镁 MgCl2 喷进热反应容器中 在这里热气体将它转化成氧化镁和盐酸 水洗氧化镁形成氢氧化镁泥浆 经过滤和烧结再生产出镁砂 烧结镁砂按煅烧程度分为轻烧镁砂和重烧镁砂 在耐火材料应用领域中 主 要使用重烧镁砂 天然重烧镁砂通常含有较高的二氧化硅和三氧化二铁 但氧化 钙含量对重烧镁砂的使用性能影响非常大 氧化钙含量高在使用过程中和水反应 产生体积膨胀 对不烧制品的影响大 而合成镁砂可通过化学反应控制二氧化硅 和氧化钙的含量 并可获得较高致密度 2 2 重烧镁砂 重烧镁砂 国标对烧结镁砂的规定 国标对烧结镁砂的规定 定义定义 欠烧品 烧结程度不够 颗粒疏松 结晶不明显 如白块 软硬黄灰以及 白色面子 杂质 非镁石煅烧形成的产物 如黑块 熔瘤以及残存焦粒 颗粒组成为 0 30mm 其中小于 1mm 者不大于 5 颗粒组成为 0 90mm 其中小于 1mm 者不大于 8 颗粒组成为 0 120mm 其中大于 120mm 者不大于 10 小于 1mm 者不大于 15 烧结镁砂的外观质量 MS93 MS90 MS87 和 MS84 牌号的烧结镁砂 粒度大于 30mm 者 含欠烧品 熔 瘤和黑块的表面积分别不得超过该镁砂块表面积的 1 3 1 3 和 1 4 镁砂粒度 为 5 30mm 者 含欠烧品 熔瘤和黑块的表面积均不得超过该镁砂块表面积的 1 2 欠烧品和杂质的限制含量 在 MS98 MS97 和 MS96 牌号中不准有欠烧品和杂质 MS95 牌号中欠烧品和杂质 含量不大于每批量的 1 在 MS93 MS90 MS87 和 MS84 牌号中不大于每批量的 2 其余牌号不大于每批量的 3 欠烧品和杂质中焦炭含量 以大于 5mm 者计 我厂进的烧结镁砂以不大于我厂进的烧结镁砂以不大于 2 2 控制 控制 MS95 MS93 MS90 MS87 和 MS84 牌号中不大于每批量的 0 03 其余牌号不大 于每批量的 0 04 烧结镁砂外观质量以目视检测 烧结镁砂外观欠烧品和杂质百分率按下式计算 烧结镁砂外观欠烧品和杂质百分率按下式计算 欠烧品和杂质百分率 欠 在超限制值的镁砂块质量 欠烧品和杂质百分率 欠 在超限制值的镁砂块质量 试样总量 试样总量 100100 重烧镁砂的生产工艺线路 矿石 45 Al2O3 SiO246 中档镁砂生产工艺路线 中档镁砂生产工艺路线 矿石 入轻烧窑 1100 烧出粉料 加水 搅拌 一次压球 体密 二次压球成型 自然干燥 2 3 天 过筛 入窑 烧成 1600 筛分 拣选 一次压体密也是重要工艺 没有这道工序产品的体密将无法保证 二次压球成型后采用自然干燥 但在冬天需要生火烘干 中档镁砂烧成温度为 1600 1650 中档镁砂的判别 好中档镁砂整体上看没有结构疏松的欠烧块 球的表面基本上 都发光 将球砸开看 结晶良好 球致密均匀 中档镁砂的挑选 1 黑块 主要是因为煤矸石在400 500 时溶化将料污染 其主要成分是CaO 2 欠烧白块 是风洞掉下来的 5 5 合成镁砂 合成镁砂 合成镁砂的生产工艺 合成镁砂与中档镁砂的生产工艺差不多 轻烧粉 铁屑 白云石粉 球磨 湿碾 一次压球 两次压球 自然干燥 烧成 拣选 成品 或破碎颗粒料 合成镁砂的 CaO 含量是通过白云石的加入量来调节 Fe2O3含量通过铁屑的加入 量来调节 烧出来的合成镁砂块一般为 50 300mm 合成镁砂也是采用竖窑烧成 的 6 6 普通电熔镁砂 普通电熔镁砂 电熔镁砂电熔镁砂是在电弧炉中于 2750 以上的温度下熔融镁砂而生成 与烧结镁砂相 比 主晶相为方镁石 晶粒粗大且直接接触 纯度高 结构致密 抗渣性强 热 震稳定性好 是高级含碳不烧砖和不定形耐火材料的良好原料 使用镁砂最多的不定形耐火材料是用于碱氧转炉和电炉的喷补料 近年来 中间 包工作衬 主要是中间包涂料 使用镁砂越来越普遍 但它不需要使用高档镁砂 因为镁砂是与硅酸盐和粘土矿物混合来获得所需性能 并且它相对于其它应用场 合可容许有较高含量杂质 普通电熔镁砂的生产工艺普通电熔镁砂的生产工艺 利用高电流产生的热量将镁石烧结熔融而成 采用三 根石墨电极 再生或非再生 加料 点火 提升电极 逐步加料 熔炼完毕 自然冷却 砸开 分级拣选 入库 基本情况 基本情况 1 冶炼电熔镁砂的炉很小 1 2 2 5 3 0m 左右 一般每炉约 3 5T 冶炼需要 10 12 小时 耗电 2700 3100 度 T 砂 2 电极周围有一小部分料是不透明的白色发亮晶体 结构致密 气孔较少 MgO 含量高 杂质含量少 这一部分料是最好的 3 三根电极中心的镁砂 结晶较好 气孔多 体密较小 4 皮砂 土黄色 无明显结晶 结构疏松 强度低 影响产品质量的因素 影响产品质量的因素 1 矿石的质量对产品质量有重要影响 2 电极 再生电极是用 3 1 的 C 颗粒 这种电极的耗电少 发热量小 冶 炼温度低 矿石熔融结晶不彻底并污染产品 产品质量不好 非再生石墨 电极发热量大 耗电多 但其冶炼温度高 产品质量好 3 冶炼时间 4 冶炼温度 5 非常重要的拣选工艺 98 5 白块 98 块 97 块 96 块 皮砂 杂质等挑 选细致 分区堆放 表层的皮砂质量不好 即使回炉重新冶炼 二次结 晶也较差 体密只有 3 3 左右 达不到国标要求 但耗电量小成本低 外观区分 外观区分 1 98 5 白块 呈白色 结晶良好 气孔少 2 98 电熔镁砂呈金黄色 有少量气孔 结晶良好 没有炉皮 98 5 白块与 98 块成分比较 白块 灼减 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 0 16 0 37 0 10 0 26 0 67 98 44 98 块 0 13 0 49 0 10 0 44 0 84 98 00 3 97 镁砂没有窑皮 有结晶良好的结晶块 但气孔较多或是裂缝砂 三个 电极中间区域的镁砂砂 4 96 砂结晶小 气孔多 有部分带窑皮 1 3 皮砂基本无结晶 结构疏松 强度低 5 皮砂土黄色 结构疏松 强度低 MgO 含量 92 93 最高电熔温度为 2700 实际上电熔镁砂的含量很多情况下达不到所说的含量 如 98 砂可能含量为 97 8 多 这种现象是经常的 因为他们判断和挑选大多依据经验 7 7 大结晶电熔镁砂 大结晶电熔镁砂 大结晶电熔镁砂的生产工艺与普通电熔镁砂基本相同 只是大结晶电熔镁砂 的原料是轻烧粉 而普通电熔镁砂的原料是生矿石 1 96 97 黄皮砂块 呈黄色 兼有黑青色 颗粒小 结构疏松 强度低 体密小 2 96 97 白皮砂块 呈白色 颗粒细小 如 1 0 白刚玉颗粒大小 结构疏松 强度低 体密小 2 97 5 暗青色 结晶颗粒较小 部分带有皮砂 1 3 3 97 8 白色泛青 结晶较大 气孔较多 4 98 0 白色纯结晶块 结晶粒度不大 气孔少 体密好 无皮砂 无杂质 5 98 2 白色 结晶较大 断面呈鱼鳞状 6 98 5 呈白色 透明度较好 有长结晶 鱼鳞片状晶粒 7 99 0 基本上全是柱状的结晶块 透明度好 8 8 镁橄榄石 镁橄榄石依其颜色为橄榄绿而得名 它的最终矿物为镁橄榄石 2MgO SiO2 和铁橄榄石 2FeO SiO2 蛇纹石 3MgO 2SiO2 2H2O 是橄榄石不同含量的 变体 橄榄石的天然特性使它可用于不同场合 其熔点为 1800 热导率低 隔热性良好 比菱镁石低 60 80 耐火度高 1760 不水化 使用 前不需烧结 无反应性 莫氏硬度 6 5 7 0 比重为 3 27 3 37 和体积密度 为 1 5 2 0g cm 3 并且它有利于保护环境 不含游离硅 高的化学和矿物学稳 定性 由于镁橄榄石矿物结合强 和良好的抗金属溶液渗透性 碱性和酸性的富 氧化铁渣 碱性氧化物 硫酸盐 碳酸盐和氯化物 橄榄石价格便宜 它可与化学组成类似的高价格原料竞争 橄榄石和镁砂 竞争作为浇注料和中间包内衬用耐火原料 作为焚烧炉用耐火材料 橄榄石在技 术性能方面比其它耐火材料更具有优势 包括抗渣 温度和剥落对耐火材料的作 用 9 9 尖晶石 尖晶石 尖晶石指所有属于尖晶石族的矿物 分为铝尖晶石 铁尖晶石和铬尖晶石系 列 狭义的尖晶石指镁铝尖晶石 镁铝尖晶石的化学式为 MgO Al2O3 其中 MgO 为 28 2 Al2O3为 71 8 过去 10 年中 铝 镁尖晶石主要用于高温耐火材料 定形和不定形耐火材料用铝 镁尖晶石的技术优势为 抗热应力 机械应力性高 热膨胀率低 在环境中抗变化性高 次要的氧化物相含量低 从而具有高的耐火度 材料纯度高 可生成无杂质的耐火材料 表 2 7 铝 镁尖晶石的性能 性 能 1 2 3 4 5 化学成分 Al2O3 66 0 70 4 74 3 23 0 90 0 MgO 33 0 28 5 25 0 76 0 9 0 Fe2O3 0 1 0 23 0 1 0 1 0 1 CaO 0 4 0 1 0 28 0 3 0 25 SiO2 0 09 0 22 0 25 0 06 0 05 体积密度 g cm 3 3 270 3 400 3 300 3 250 3 300 显气孔率 2 0 3 9 7 5 2 0 2 5 存在相 XRD 主矿相 尖晶石 尖晶石 尖晶石 尖晶石 尖晶石 次矿相 方镁石 方镁石 刚玉 无 刚玉 铝 镁尖晶石中氧化镁含量千差万别 低于或高于理论化学组成 MgO28 2 MgO 含量高于理论化学组成的尖晶石通常用于制造耐火砖 但是这种尖晶石不被 推荐用于不定形耐火材料配方中 因为它可能产生两个问题 首先 过量 MgO 在加热期间有可能水化 带来体积膨胀 从而产生裂纹 其次 过量 MgO 在高温 下也可生成尖晶石 将产生不需要的体积膨胀 目前 市场上销售的尖晶石含 MgO10 33 表 2 7 给出了常用铝 镁尖晶石的性能 铝 镁尖晶石是在电弧炉中通过烧结或熔融拜耳氧化铝和氧化镁而生成的 这些尖晶石纯度极高 不含二氧化硅 但通常成本较高 尖晶石也可通过熔融或 烧结铝矾土和镁砂生成 它含少量二氧化硅 我厂使用的高档尖晶石是采用熔融 法生产的 低档尖晶石是采用烧结法生产的 尖晶石的成分主要取决于铝矾土中 的二氧化硅含量 所以尖晶石的二氧化硅的含量是个重要控制参数 9 19 1 电熔尖晶石 电熔尖晶石 倾倒炉冶炼电熔尖晶石粉的生产工艺 工业氧化铝粉 轻烧镁粉 电熔 倾倒炉 倒包 自然冷却 砸开 破碎 磨粉 9 29