耐火原材料—镁钙砂的分类及工艺
发布日期： 2020-05-08 08:18:48 阅读量（859） 作者：何龙对于含碳镁钙系耐材而言，主要原料镁钙砂的性质直接影响制品的性能。镁钙砂的分类方式有多种。镁钙砂按照CaO/MgO的比值的不同可分为钙质白云石砂、白云石砂及镁白云石砂，其中镁质白云石砂在工艺上应用较多。如表1为不同CaO/MgO比的镁钙砂，由表可知不同类型的镁钙砂在MgO含量上有着很大的差别，这也直接决定了镁钙砂各种性能之间的关系。MgO含量越高，镁钙砂抗水化能力一定是增强的，但是随之抗渣能力是减弱的。MgO含量越低，抗水化能力便下降、抗渣能力则增强。因此选择合适CaO/MgO比的镁钙砂显得尤为重要，因为直接决定着制品重要性能的优劣与平衡。
表1镁钙砂的分类
按制备方法可分为烧结镁钙砂、合成镁钙砂及电熔镁钙砂。工业上最常使用的是烧结镁钙砂，其特点是生产成本较其他两种而言便宜，并且CaO晶粒被MgO包覆，抗水化性能优良：合成镁钙砂原料各组分分布均匀并且结构致密，因此其抗渣能力、抗水化能力强，但是生产成本高且工艺上难以实现工艺化生产;电熔镁钙砂与烧结镁钙砂相比，其CaO成连续相分布，将MgO晶粒包裹起来，这样的一种结构使得电熔镁钙制品在抗渣能力上有着很大的优势，但是其生产成本、抗水化能力以及工艺上的可实现性均不及烧结镁钙砂。
白云石是生产烧结镁钙砂的主要原料，其主要成分为CaMg[CO3]2。白云石经过煅烧后发生分解，在740-780℃左右白云石相分解为CaCO3、MgO及CO2气体，如(1)式。分解出的CaCO3的在800~900℃左右继续分解为CaO和CO2气体，如(2)式。起初人们制备烧结镁钙砂采用的是将白云石直接升温至一个很高的温度，使其分解为MgO及CaO后烧结成镁钙砂，这种方法便是一步煅烧法。其主要缺点是CO2的逸出带来较大的烧失量，使得体积收缩大;母盐假相的存在使得镁钙砂难以打破原有白云石的晶体结构而难以烧结致密。在一步煅烧法的基础上，人们开发了一种先将白云石在1000℃左右轻烧后，再经水化磨细成球后进行高温烧结的方法，将这种方法命名为二步煅烧法。这种方法在前种方法的基础上，利用了分子量较小的H2O来取代CO2的，轻烧水化后的第二次高温烧结，烧失量减少了约为60%，使得收缩大幅度减小，并且轻烧水化工艺很好的破坏了母盐假相团聚体，使得轻烧白云石颗粒很好的分散与接触充分、气孔大量减少，因此二步煅烧很好的降低了烧成温度。
二步煅烧特有的将天然白云石轻烧，使白云石分解放出CO2，加水后消化后，干燥成型，然后在高温下进行烧结形成致密烧结体的工艺路线稳定性好并且容易实现。所以目前普遍应用于工艺的镁钙砂的制备工艺是天然白云石二步煅烧法
CaMg[CO3]2→MgO+CaCO3+CO2↑(1)
CaCO3→CaO+CO2↑(2)
另外在一部煅烧法的基础上，人们基于该方法下制得的镁钙砂成分不均匀、杂质含量高等缺点，开始了人工合成白云石的路线。人们首先利用菱镁矿以及石灰石，将两者轻烧后得到MgO和CaO，如(3)式、(4)式。然后将得到的MgO及CaO在高温下直接烧成制备镁钙砂，此种方法就是人工合成法。其优点是相对于一步煅烧法，降低了烧成温度，并且镁钙砂的密度、纯度、抗水化能力及高温性能均较好，缺点是成本升高、工艺较复杂。
MgCO3→MgO+CO2↑(3)
CaCO3→CaO+CO2↑(4)
烧结镁钙砂中MgO成连续相分布覆盖在CaO表面，使得镁钙制品具备较好的抗水化性能，但是在熔渣侵蚀方面，由于MgO包覆在外层而MgO恰好是镁钙材料抗渣侵蚀的薄弱环节，因此人们为了提高镁钙制品的抗渣侵蚀能力而开始制备电熔镁砂，电熔镁砂的特点就是CaO成连续相分布包裹MgO，这样的镁钙砂抗渣能力毫无疑问强于前者，但是其抗水化能力随之下降，并且生产成本升高，工艺上难以普及。
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