镁白云石砂

合成镁白云石砂是在充分分析白云石化学组成、CaO-MgO-Fe2O3-Al2O3-SiO2五元系高温下的相关系与熔融关系基础上，针对各矿物相的特点和制造与使用中的作用，以菱镁石、白云石为原料，人工控制其组成与结构而开发的一种镁钙砂。实践表明，合成镁白云石砂与普通白云石砂相比，有许多优越性。

依据相组成特征分析，首先确立合成镁白云石砂w(MgO)/w(CaO)比和杂质总量。针对我国原料资源的情况，一般按w(MgO)/W(CaO)=(75±2)/(20±2)，杂质Fe2O3、Al2O3、SiO2总量低于2.5%(或15%)级别，选取原料，采用二步煅烧工艺制造合成砂。其典型的工艺流程见图1。

在上述工艺流裎中，菱镁石原料是否精选或精选方法(浮选、热选等)，应视原料的纯度和对合成砂的化学成分要求而定。菱镁石、白云石的轻烧温度，应视原料产地不同而异，依据各地实践，有如下经验表达式：

菱镁石轻烧温度=原料分解温度+(250±20)℃

一般菱镁石在900~1000℃轻烧，而白云石在1000~1100℃轻烧，能保持较好的活性，对轻烧粉的消化与陈化，起到了热化学破碎作用，经轻烧后的MgO、CaO晶粒在1〜3μm，遇水消化将进一步细化。再经细磨，将大大提高其分散度。这是二步煅烧活化烧结的关键之一。辽南某企业采用这种工艺制得MgO+CaO含量高于97%，CaO含量在20%~25%的合成砂经防水化处理可以在空气中保存一年不粉化。高压压球(坯)和高温煅烧也很关键，压球(坯)密度一般在1.85-2.10g/cm3之间，最高可达2.35g/cm3。煅烧可以在回转窑、竖窑和隧道窑内进行，目前国内主要釆用竖窑煅烧，锻烧温度波动在1650~1700℃，制得合成砂的颗粒体积密度在3.28〜3.35g/cm3之间。如果釆用回转窑煅烧，还可以进一步提高合成砂的煅烧温度。如果能将煅烧温度提高至1800℃以上，可制得抗水化型的优质合成镁白云石砂。合成镁白云石砂也可以采用一步锻烧工艺，即将高纯镁精矿与白云石进超细磨，-320目含量在90%以上，成型压力达137MPa以上，竖窑煅烧温度为1700〜1800℃。

合成镁白云石砂原料经优化后组成更合理，成分更均匀，制造工艺更科学合理，因此，它的许多性质较传统的烧结白云石砂更优越。首先，合成砂化学纯度高，MgO/CaO比值合理(通常控制在75/25)，矿物组成更加理想。主晶相方镁石、方钙石合量在90%以上，纯度高者达95%甚至97%以上。而基质相以高熔点的硅酸三钙(C3S,2070℃分解)为主，低熔点的C4AF和C2F含量一般均较少。其次，显微结构好。由于合成砂原料经轻烧、充分混合、细磨和高温煅烧，使得方镁石，方钙石结晶发育良好，方镁石晶粒间直接结合程度高，连成网络;方钙石均匀充填在方镁石晶间空隙内，为其所包围。基质相C3S粒状或不规则状晶体多是集聚出现。少量C4AF和C2F分布在上述晶体之间，呈不规则孤立状。表1表明煅烧温度对方镁石、方钙石晶粒大小的影响。

表1中数据表明，合成镁白云石砂中方镁石、方钙石结晶粒度随锻烧温度的提高而增加，但方钙石的增长速率不如方镁石。

图2为合成镁白云石砂显微结构照片。由图可以看出，方镁石与方钙石分布均匀，后者被前者包围;还可以看到方钙石小立方体脱溶相沉积于方镁石晶体之内，说明CaO在高温下固溶于MgO之中，而在冷却过程中沉析出来。

合成镁白云石砂化学矿物组成和显微组织结构的特点，决定了它在性能上耐高温，高温强度高，抗渣侵蚀能力强，抗水化性能好;上晶相MgO(熔点2800℃)、CaO(熔点2570℃)和主要基质相C2S(2070℃分解为CaO和液相)均为高熔点矿物，决定了材料具有较高的耐高温性能。较高的煅烧温度使方镁石晶粒发育成多角形，直接结合程度增强，其高温抗折强度相应提高。

镁白云石砂中易水化的CaO由于均匀充填在MgO晶间的空隙内或被包裹在MgO晶粒内，在一定程度上屏蔽了CaO的水化通道，提高了合成砂的抗水化性能。