白云石耐火原料的性能要求及燒結(jié)方式

白云石砂用途的概述

自然界中存在的碳酸鈣(CaCO3)和碳酸鎂(MgCO3)的復(fù)鹽叫天然白云石，其分子式為CaMg(CO3)2，常常因?yàn)楹胁煌碾s質(zhì)而呈乳白色、灰白色、深灰色、淡灰色。燒結(jié)白云石是指將燒結(jié)較充分的白云石熟料經(jīng)破碎篩分后所制成的具有適當(dāng)粒度組成的散粒材料。

白云石耐火原料的性能要求及燒結(jié)方式

白云石的主要產(chǎn)地

白云巖是單礦物巖，主要由白云石組成。生產(chǎn)中習(xí)慣將白云巖稱為白云石。

在我國，白云石礦的分布較廣，且大多數(shù)白云石原料較純，CaO含量不小于30%，MgO含量大于19%，CaO/MgO比值波動在1.40-1.68之間，雜質(zhì)含量低。由于產(chǎn)地不同，白云石的雜質(zhì)含量、分布及結(jié)晶的發(fā)育情況對燒結(jié)有很大的影響。一般純度越高，雜質(zhì)越少，燒結(jié)越困難。

白云石的燒結(jié)作用

由于白云石組成中含有47.72%的CO2,它受熱分解后，能使白云石產(chǎn)生極大的失重或收縮，而且各氧化物之間要發(fā)生一系列反應(yīng)，因此先要把白云石煅燒成性質(zhì)和體積穩(wěn)定，質(zhì)地致密的燒結(jié)白云石熟料，才能用于制磚。

燒結(jié)白云石的分級和分類標(biāo)準(zhǔn)

燒結(jié)白云石按CaO和MgO含量可分為三級。各級又按熔劑化合物總量分為三類，見表2-4。

由于白云石中MgO和雜質(zhì)（SiO2,Al2O3,Fe2O3)對制品的耐火性能有重要影響，故在原料的分級上均為重要指標(biāo)。

特別是作為轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯使用的白云石制品，對原料中的SiO2限制較嚴(yán)，因?yàn)樵现泻^量的SiO2,在高溫下，CaO的量不足以4全部的SiO2化合成硅酸三鈣3CaO?SiO2而形成硅酸二鈣2CaO?SiO2。而冷卻過程中，硅酸二鈣發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，伴隨體積膨脹，使物料粉碎。

什么叫輕燒？

輕燒是指在原料的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)，以較低的溫度焙燒，使原料完成一部分物理化學(xué)反應(yīng)，使礦石活化，增加晶格缺陷，促逬燒結(jié)。輕燒溫度與熟料的性質(zhì)有直接的關(guān)系。

什么叫二步煅燒？

將原料的燒結(jié)過程分兩步進(jìn)行。即首先將原料在較低的溫度下輕燒，然后細(xì)粉碎，制成坯體或團(tuán)塊，再采用高溫使其燒結(jié)，從而制成高密度熟料。

什么叫活化燒結(jié)？它有什么特征？

活化燒結(jié)是指將原料充分細(xì)磨（一般小于10um)后在較低的溫度下燒結(jié)，制備成熟料的方法。用活化燒結(jié)法制備的熟料來生產(chǎn)制品，其產(chǎn)品具有體積密度高，氣孔率低，而且經(jīng)長時間保溫，殘余收縮小等特點(diǎn)，因而，在高溫狀態(tài)下使用，其穩(wěn)定性好。

值得一提的是，采用活化燒結(jié)，其工藝與設(shè)備相對要復(fù)雜些，例如要求有高效率的振動磨，溫差小、溫度高的隧道窯，等靜壓機(jī)等。

輕燒白云石和死燒白云石

白云石原料在低于1000℃反應(yīng)得到的產(chǎn)物為輕燒白云石，也叫苛性白云石。

輕燒白云石密度很低，只有1.45左右，機(jī)械強(qiáng)度很小，氣孔率和化學(xué)活性較高，極易吸水潮解，生成Ca(OH)2和Mg(OH)2,使顆粒粉化，故不能直接用作制磚原料。它主要是在海水鎂砂的生產(chǎn)過程中作為制取海水氫氧化鎂的堿性反應(yīng)劑。

當(dāng)白云石經(jīng)過1700-1800℃鍛燒后，石灰、方鎂石的晶體尺寸達(dá)到較大值，且體積穩(wěn)定，有抗水性，不含或少含游離CaO,體枳密度達(dá)到3.0-3.4g/cm3時，就叫死燒白云石。

燒結(jié)白云石的主晶相是石灰(CaO)和方鎂石(MgO)，它們均句是高熔點(diǎn)礦物的化合物，二者的含量加起來在90-97%之間。其中，石灰約占25-60%，方鎂石約占30-65%或大于65%,低熔點(diǎn)礦物為C4AF和C3A，總量約5-15%,優(yōu)質(zhì)白云石在5%以下。

焦油瀝青結(jié)合劑在焦油白云石磚中的作用

在生產(chǎn)焦油白云石制品時，一般采用焦油瀝青結(jié)合劑。因?yàn)榻?jīng)過加熱脫水的焦油瀝青基本上不水化，同時，由于焦油、瀝青均不透水，其包裹住白云石顆粒后可起到防水保護(hù)膜的作用，此外，由于焦油、瀝青中的大量碳素能滲透到白云石熟料顆粒組織中去，同時其常溫粘性大，有低溫結(jié)合作用，因而采用焦油瀝青結(jié)合劑混合加工時，能防止顆粒偏析，使坯料具有一定的可塑性，有利于制品成型，制品的常溫強(qiáng)度也較高。

合成鎂白云石砂的意義

由于天然白云石往往含有SiO2，Al2O3和Fe2O3等雜質(zhì)，當(dāng)白云石分解后，隨著溫度的提高，將與CaO、MgO反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的化合物，而采用優(yōu)質(zhì)菱鎂礦與石灰石合成鎂質(zhì)白云石砂，就可以避免上述反應(yīng)發(fā)生，制出性能更好的制品。

合成鎂質(zhì)白云石砂一般是分二步煅燒制成的。是將優(yōu)質(zhì)菱鎂礦、石灰石原料在1000℃以下低溫輕燒，經(jīng)輕燒后得到活性的MgO、CaO，然后充分消化CaO，再將石灰和輕燒鎂石按要求的MgO/CaO(—般MgO/CaO=75/20)進(jìn)行配料，共同細(xì)磨，陳化，混合成型，干燥，再經(jīng)高溫鍛燒，即獲得合成鎂質(zhì)白云石孰料。

影響鎂質(zhì)白云石砂顯微結(jié)構(gòu)的因素

影響鎂質(zhì)白云石砂顯微結(jié)構(gòu)的主要因素有雜質(zhì)成分與溫度。雜質(zhì)成分少、純度高，有利于形成MgO-MgO的直接結(jié)合，反之亦然。在各種雜質(zhì)成分中Fe2O3與A12O3能與CaO、MgO形成低熔物或連續(xù)固溶體，能活化晶格，增加晶格缺陷，促進(jìn)方鎂石的結(jié)晶長大和物料的燒結(jié)。所以少量Fe2O3和A12O3的存在是有益的，尤其是少量Fe2O3的存在應(yīng)視為有益組成。至于SiO2在MgO-CaO-SiO2系統(tǒng)中，除生成方鎂石外，由于合成鎂質(zhì)白云石砂中CaO含量很高（約25%左右）CaO/設(shè)SiO2比值必然很高，并且原料粒度細(xì)，均勻度好，反應(yīng)產(chǎn)物主要是C3S，有少量的C2S。雖然C3S熔點(diǎn)高，有利于制品的高溫性能，但SiO2的存在使液相的粘度高，對提高制品的直接結(jié)合程度和改善高溫強(qiáng)度不利。

至于溫度，盡可能高的燒成溫度有利于提高制品的直接結(jié)合程度。同時，為使質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動和質(zhì)點(diǎn)的反應(yīng)完全，還需在高溫階段保溫一段時間。