國產(chǎn)鎂砂厚積薄發(fā)-鎂火泥

鎂砂是堿性耐火材料的主要原料，被廣泛應(yīng)用于制造煉鋼爐襯、耐火磚以及不定形耐火材料。近年來，隨著鋼鐵冶金行業(yè)的快速發(fā)展，冶煉技術(shù)的進(jìn)步對鎂砂質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是對高純度（MgO≥99%）、高體積密度（≥3.40克/立方厘米）和大晶體燒結(jié)鎂砂的需求量越來越大。 

　　我國是鎂砂生產(chǎn)和出口大國，但是產(chǎn)品以中低檔燒結(jié)鎂砂為主，造成礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，開發(fā)高純度、高體積密度、高附加值的菱鎂礦燒結(jié)鎂砂產(chǎn)品是國內(nèi)相關(guān)科研人員的一項(xiàng)重要課題。 

　　為替代進(jìn)口開展對比研究 

　　目前，我國企業(yè)對于進(jìn)口海水鎂砂的應(yīng)用較為廣泛，進(jìn)口量也相對較高。而我國的川藏菱鎂礦為微晶質(zhì)菱鎂礦，具有純度高、雜質(zhì)少的優(yōu)點(diǎn)，使用二次燒結(jié)法可制得高品質(zhì)的燒結(jié)鎂砂。基于此，筆者所在的課題組對荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂、日本UBE海水鎂砂以及國產(chǎn)微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂這三種燒結(jié)鎂砂的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比研究，以期為國產(chǎn)鎂砂在某些耐火材料領(lǐng)域替代進(jìn)口海水鎂砂找到依據(jù)。 

　　課題組在研究中選取的荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂、日本UBE海水鎂砂和國產(chǎn)微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂都具有很高的純度，氧化鎂含量大于98.5%。鹵水鎂砂呈棕褐色，海水鎂砂和燒結(jié)鎂砂顏色相仿，呈乳白色。 

　　在研究方法上，課題組制備光片的步驟是切割好的試樣經(jīng)5微米SiC微粉研磨平滑后，再以0.5微米級金剛石研磨膏拋光10分鐘~15分鐘，直至呈現(xiàn)完美的鏡面，隨后，再采用FEI-Nova-400型場發(fā)射掃描電鏡觀察光片和斷口。 

　　三種鎂砂結(jié)構(gòu)相似點(diǎn)眾多 

　　經(jīng)化學(xué)分析，荷蘭鹵水鎂砂化學(xué)成分為：MgO 98.64%，CaO 0.65%，SiO2 0.069%，Al2O3 0.088%，F(xiàn)e2O3 0.417%，K2O+Na2O  0.001%，P2O5 0.017%，MnO 0.109%，TiO2 0.009%；日本海水鎂砂成分組成為：MgO 98.71%，CaO 1.05%，SiO2 0.143%，Al2O3 0.031%，F(xiàn)e2O3 0.049%，K2O+Na2O  0.002%，P2O5 0.011%，MnO 0.001%，TiO2 0.003%；微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂成分組成為：MgO 98.82%，CaO 0.91%，SiO2 0.078%，Al2O3 0.060%，F(xiàn)e2O3 0.053%，K2O+Na2O  0.006%，P2O5 0.063%，MnO 0.008%，TiO2 0.002%。 

　　從實(shí)驗(yàn)采用的三種燒結(jié)鎂砂的化學(xué)分析結(jié)果可以看出，三種鎂砂的純度都很高，氧化鎂含量大于98.5%，雜質(zhì)含量很少，其中燒結(jié)鎂砂的純度甚至高于鹵水鎂砂和海水鎂砂。另外，荷蘭鹵水鎂砂、日本海水鎂砂和微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂的體積密度分別為3.41克/立方厘米、3.46克/立方厘米和3.43克/立方厘米。 

　　衡量鎂砂性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)是純度、體積密度、CaO/SiO2 比值及顯微結(jié)構(gòu)。氣孔的數(shù)量、形狀和尺寸分布是影響致密化燒結(jié)的重要因素，海水、鹵水鎂砂和微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂多為封閉式氣孔。封閉式氣孔分為兩種類型：其一為晶間氣孔，存在于晶體界面，孔間距大者，晶體較大；其二為晶內(nèi)氣孔，是被包裹于方鎂石晶體內(nèi)部的微孔，不易排除。顯微結(jié)構(gòu)主要是考核方鎂石晶粒大小及結(jié)合狀態(tài)。晶粒小的抗蝕性差，通常要求晶粒在80微米~150微米，晶體的結(jié)合狀態(tài)最好屬于直接結(jié)合，如果存在晶間低熔相會降低產(chǎn)品的耐火度。 

　　從三種燒結(jié)鎂砂顯微結(jié)構(gòu)的低倍照片中可以清晰地觀察到許多的晶間氣孔。荷蘭鹵水鎂砂和日本海水鎂砂的晶間氣孔較小且多，氣孔分布均勻；微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂的晶間氣孔較大，但分布不均勻；微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂的晶體尺寸最大，日本海水鎂砂的最小。 

　　從同樣放大200倍的顯微結(jié)構(gòu)圖中，可以清晰地顯示出了方鎂石晶體的尺寸分布狀態(tài)，日本海水鎂砂的晶體尺寸最小，多在30微米以下，荷蘭鹵水鎂砂的較大晶體可達(dá)50微米，而微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂的較大晶體為100微米～150微米。在2000倍率下拍攝結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)可以發(fā)現(xiàn)沿晶斷裂的晶面形貌、晶體尺寸分布、晶間結(jié)合狀態(tài)和晶內(nèi)氣孔的結(jié)構(gòu)。從顯微圖像中可以看出，三種鎂砂都是晶間直接結(jié)合；荷蘭鹵水鎂砂和日本海水鎂砂比較接近，皆為均勻的、封閉式微孔（小于5微米）結(jié)構(gòu)，日本海水鎂砂的氣孔率更低些；微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂的氣孔也為封閉式，但孔徑較大、不均勻，分布范圍多在小于20微米的范圍之內(nèi)，氣孔間距較大，數(shù)量較少。 

　　通過研究發(fā)現(xiàn)，微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂與荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂和日本UBE海水鎂砂具有同等質(zhì)量，氧化鎂含量為98.82%，高于鹵水鎂砂和海水鎂砂，且體積密度較高（3.43克/立方厘米），氣孔數(shù)量較少，晶體尺寸較大為100微米~150微米，有望在某些耐火材料領(lǐng)域替代進(jìn)口海水鎂砂。