[科普中國]-鎂砂

鎂砂又稱燒結(jié)鎂砂，由菱鎂礦、水鎂礦或以海水與石灰乳反應(yīng)制得的氫氧化鎂，經(jīng)高溫煅燒而成，水化能力強(qiáng)。主要用于制堿性耐火材料，如鎂磚、鎂鋁磚，含雜質(zhì)多的用于鋪煉鋼鋼爐底。1

鎂砂通識鎂砂可分為天然鎂砂和海水鎂砂或稱合成鎂砂兩大類。天然鎂砂主要 來自天然菱鎂礦，但因原礦質(zhì)量制約，難以獲得高純優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，至今海水鎂砂 已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家所用鎂砂的主要來源。菱鎂礦中MgO的理論含量是 47.3%，其余的雜質(zhì)有CaO、SiO2、鐵分等，菱鎂礦在空氣中加熱到700℃~ 800℃分解，稱為“輕燒氧化鎂”，進(jìn)一步加熱到1530℃以上則變成非活性方鎂石成為硬燒氧化鎂，稱為“死燒鎂砂”。工業(yè)生產(chǎn)用的合成海水鎂砂是由海水和消化白云石制成的。將沉淀下來的Mg(OH)2煅燒，得到MgO，用于不燒成磚 的合成鎂砂中鈣硅比為0.3~0.5，高純海水鎂砂的鈣硅比在1.7以上，其高溫強(qiáng)度最高。2

鎂砂性質(zhì)主要化學(xué)成分為MgO，礦物成分為方鎂石等軸晶系，密度3.56～3.65g/cm，莫氏硬度為5.5，熔點(diǎn)2800℃，在1800～2400℃顯著揮發(fā)。純方鎂石無色，隨著Fe2O3、CaO含量的增加色澤由淺變深，呈黃色、褐色、黑褐色。方鎂石晶粒尺寸隨煅燒溫度的提高和保溫時間的延長而相應(yīng)地增大，其抗水化性和抗渣侵蝕性也相應(yīng)增強(qiáng)。

鎂砂中的雜質(zhì)來源于菱鎂礦中的白云石、滑石、透閃石、石英等，使鎂砂含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等雜質(zhì)成分(海水鎂砂中還有B2O3)。這些雜質(zhì)使鎂砂的高溫強(qiáng)度降低，其影響程度若以Fe2O3為1計(jì)并與Cr2O3、Al2O3、B2O3相比，依次為1∶3∶11∶70。鎂砂中的礦物相除方鎂石之外，按CaO/SiO2比值的不同可以形成多種硅酸鹽礦物，它們對鎂砂制品的性能有不同的影響 (表1)。

按照鎂砂的化學(xué)組分可預(yù)測鎂砂制品的質(zhì)量和相組成，在計(jì)算其相組成時，只有當(dāng)鎂砂原料的均勻性和物料煅燒溫度足以使相組成達(dá)到平衡時，這時計(jì)算得到的相組成才會與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，而且物料的純度愈高則愈相符合。

菱鎂礦煅燒至700℃分解排出CO2，至1000℃左右煅燒成輕燒鎂石(苛性氧化鎂)，俗稱苦土粉，其質(zhì)地疏松、化學(xué)活性大。繼續(xù)升高溫度至1700～1800℃以上，方鎂石晶粒逐漸長大，體積收縮，密度增大，化學(xué)活性大為降低，即煅燒成為燒結(jié)鎂砂。

|| || 表1 鎂砂中基質(zhì)組成不同對制品性能的影響

鎂砂中的方鎂石晶粒之間的結(jié)構(gòu)形式有兩種：(1)硅酸鹽結(jié)合(陶瓷結(jié)合)：主晶相之間由低熔點(diǎn)的晶質(zhì)或非晶質(zhì)的硅酸鹽聯(lián)結(jié)在一起，是在液相參與下完成燒結(jié)的;(2)直接結(jié)合;高熔點(diǎn)晶粒相互直接接觸所形成的一種結(jié)合，屬于固態(tài)燒結(jié)，一般無液相參與燒結(jié)。直接結(jié)合的鎂質(zhì)制品具有高的高溫機(jī)械強(qiáng)度、抗渣性及體積穩(wěn)定性。

鎂砂中的鎂鐵礦(MgO·Fe2O3，MF)可與方鎂石形成固溶體，在1000℃時MF溶于方鎂石不到1%，在1800℃時溶解度無限增大。進(jìn)入方鎂石晶格中的MF破壞晶格組織并增加內(nèi)能，促使方鎂石的結(jié)晶長大而提高鎂砂的燒結(jié)性能。一些國家的鎂砂性能見表3

|| || 表2 一些國家的鎂砂性能(實(shí)例)