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国产镁砂厚积薄发

2020-07-21 16:40:47

镁砂是碱性耐火材料的主要原料,被广泛应用于制造炼钢炉衬、耐火砖以及不定形耐火材料。近年来,随着钢铁冶金行业的快速发展,冶炼技术的进步对镁砂质量提出了更高的要求,尤其是对高纯度(MgO≥99%)、高体积密度(≥3.40克/立方厘米)和大晶体烧结镁砂的需求量越来越大。 98电熔镁砂

我国是镁砂生产和出口大国,但是产品以中低档烧结镁砂为主,造成矿产资源的严重浪费。因此,开发高纯度、高体积密度、高附加值的菱镁矿烧结镁砂产品是国内相关科研人员的一项重要课题。 

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为替代进口开展对比研究 

目前,我国企业对于进口海水镁砂的应用较为广泛,进口量也相对较高。而我国的川藏菱镁矿为微晶质菱镁矿,具有纯度高、杂质少的优点,使用二次烧结法可制得高品质的烧结镁砂。基于此,笔者所在的课题组对荷兰NEDMAG卤水镁砂、日本UBE海水镁砂以及国产微晶菱镁矿烧结镁砂这三种烧结镁砂的显微结构进行了对比研究,以期为国产镁砂在某些耐火材料领域替代进口海水镁砂找到依据。 

课题组在研究中选取的荷兰NEDMAG卤水镁砂、日本UBE海水镁砂和国产微晶菱镁矿烧结镁砂都具有很高的纯度,氧化镁含量大于98.5%。卤水镁砂呈棕褐色,海水镁砂和烧结镁砂颜色相仿,呈乳白色。 

在研究方法上,课题组制备光片的步骤是切割好的试样经5微米SiC微粉研磨平滑后,再以0.5微米级金刚石研磨膏抛光10分钟~15分钟,直至呈现完美的镜面,随后,再采用FEI-Nova-400型场发射扫描电镜观察光片和断口。 

经化学分析,荷兰卤水镁砂化学成分为:MgO 98.64%,CaO 0.65%,SiO2 0.069%,Al2O3 0.088%,Fe2O3 0.417%,K2O+Na2O  0.001%,P2O5 0.017%,MnO 0.109%,TiO2 0.009%;日本海水镁砂成分组成为:MgO 98.71%,CaO 1.05%,SiO2 0.143%,Al2O3 0.031%,Fe2O3 0.049%,K2O+Na2O  0.002%,P2O5 0.011%,MnO 0.001%,TiO2 0.003%;微晶菱镁矿烧结镁砂成分组成为:MgO 98.82%,CaO 0.91%,SiO2 0.078%,Al2O3 0.060%,Fe2O3 0.053%,K2O+Na2O  0.006%,P2O5 0.063%,MnO 0.008%,TiO2 0.002%。 

从实验采用的三种烧结镁砂的化学分析结果可以看出,三种镁砂的纯度都很高,氧化镁含量大于98.5%,杂质含量很少,其中烧结镁砂的纯度甚至高于卤水镁砂和海水镁砂。另外,荷兰卤水镁砂、日本海水镁砂和微晶菱镁矿烧结镁砂的体积密度分别为3.41克/立方厘米、3.46克/立方厘米和3.43克/立方厘米。 

衡量镁砂性能优劣的主要指标是纯度、体积密度、CaO/SiO2 比值及显微结构。气孔的数量、形状和尺寸分布是影响致密化烧结的重要因素,海水、卤水镁砂和微晶菱镁矿烧结镁砂多为封闭式气孔。封闭式气孔分为两种类型:其一为晶间气孔,存在于晶体界面,孔间距大者,晶体较大;其二为晶内气孔,是被包裹于方镁石晶体内部的微孔,不易排除。显微结构主要是考核方镁石晶粒大小及结合状态。晶粒小的抗蚀性差,通常要求晶粒在80微米~150微米,晶体的结合状态属于直接结合,如果存在晶间低熔相会降低产品的耐火度。 

从三种烧结镁砂显微结构的低倍照片中可以清晰地观察到许多的晶间气孔。荷兰卤水镁砂和日本海水镁砂的晶间气孔较小且多,气孔分布均匀;微晶菱镁矿烧结镁砂的晶间气孔较大,但分布不均匀;微晶菱镁矿烧结镁砂的晶体尺寸较大,日本海水镁砂的最小。 

从同样放大200倍的显微结构图中,可以清晰地显示出了方镁石晶体的尺寸分布状态,日本海水镁砂的晶体尺寸最小,多在30微米以下,荷兰卤水镁砂的较大晶体可达50微米,而微晶菱镁矿烧结镁砂的较大晶体为100微米~150微米。在2000倍率下拍摄结构细节可以发现沿晶断裂的晶面形貌、晶体尺寸分布、晶间结合状态和晶内气孔的结构。从显微图像中可以看出,三种镁砂都是晶间直接结合;荷兰卤水镁砂和日本海水镁砂比较接近,皆为均匀的、封闭式微孔(小于5微米)结构,日本海水镁砂的气孔率更低些;微晶菱镁矿烧结镁砂的气孔也为封闭式,但孔径较大、不均匀,分布范围多在小于20微米的范围之内,气孔间距较大,数量较少。 

通过研究发现,微晶菱镁矿烧结镁砂与荷兰NEDMAG卤水镁砂和日本UBE海水镁砂具有同等质量,氧化镁含量为98.82%,高于卤水镁砂和海水镁砂,且体积密度较高(3.43克/立方厘米),气孔数量较少,晶体尺寸较大为100微米~150微米,有望在某些耐火材料领域替代进口海水镁砂。 


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