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製得的氢氧化镁，经高温煅烧而成，水化能力强。主要用于制硷性耐火材料，如镁砖、镁铝砖，含杂质多的用于铺炼钢钢炉底。
基本介绍
- 中文名：镁砂
- 外文名：magnesite clinker
- 分类：烧结镁砂，轻烧镁砂，电熔镁砂
- 主要成分：氢氧化镁
- 主要杂质：氧化钙，氧化硅，氧化铁等
- 俗称：方镁石
镁砂通识
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 已成为工业已开发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、SiO2、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製成的。将沉澱下来的Mg(OH)2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。
镁砂性质
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℃显着挥发。纯方镁石无色，随着Fe2O3、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SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等杂质成分(海水镁砂中还有B2O3)。这些杂质使镁砂的高温强度降低，其影响程度若以Fe2O3为1计并与Cr2O3、Al2O3、B2O3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，它们对镁砂製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製品的质量和相组成，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CO2，至1000℃左右煅烧成轻烧镁石(苛性氧化镁)，俗称苦土粉，其质地疏鬆、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。
矿 物 | 熔点或 分解温 度/℃ | 莫氏硬度 | 对镁质製品性能影响 | 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。直接结合的镁质製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·Fe2O3，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
原 料 | 国 别 | 化学成分/% | B2O3/% | CaO/SiO2 | 体积密度/ 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 | |
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 | ||
镁砂製造
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採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(在竖窑或迴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SiO2污染，镁砂中含SiO2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(于迴转窑、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(在竖窑或迴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。
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—迴转窑镁铁砂;a、b—级别;B—竖窑镁铁砂。
镁砂用途
製造各种镁质耐火砖、不定形耐火材料。
镁砂展望
世界镁砂向高质量的高纯度、高密度发展，以提高镁质製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R2O3低，以及儘可能低的含B2O3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/SiO2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。3