烧结镁砂的等级分类、生产工艺方法及性能

在耐火材料行业,将菱镁矿轻烧的氧化镁或海水、卤水法以化学法生产的轻质氧化镁在回转窑或竖窑中,于15002000℃温度范围内煅烧,使氧化镁通过晶粒长大和致密化,转变成几乎为惰性的镁砂称为烧结镁砂或重烧镁砂。

重烧镁砂

(1)生产工艺

根据原料的烧结特性和镁砂产品技术要求不同,在镁砂生产工艺上可采用一步煅烧或是二步煅烧工艺。镁砂的质量优劣主要是以氧化镁的含量、体积密度,CaO/SiO2比值和结晶大小来评价。当前国际市场上销售的镁砂分为六个等级,详见表1。

表1国际市场上镁砂等级划分

为了生产优质镁砂,一般采用提纯后的菱镁石精矿,送入轻烧炉中轻烧(10001100℃),得轻烧(又称轻质)氧化镁,然后经过压球机压球,再在重烧窑中烧结的二步煅烧方法。二步煅烧常用如下三种方法。

烧结 镁砂

①多层炉——回转窑或竖窑法。

这是一种在多层炉中对菱镁石精矿[MgO或Mg(OH)2]进行轻烧,再在回转窑或竖窑中进行重烧,生产优质镁砂的方法。如比利时NESA公司采用浮选方法制得菱镁矿精矿(MgCO3),由螺旋运输机把干燥后的菱镁矿精矿送入多层炉中,经过预热、轻烧和冷却,生产轻烧氧化镁。

多层炉由环形炉膛和竖式柱体所构成,炉子外径7850mm,共有12层,30个烧嘴,以重油为原料,轻烧温度为900℃。各层炉床具有交替或周边和中心漏料孔,物料利用安装在耙臂上的耙齿通过漏料孔从一层耙落到下一层。烧好的轻烧氧化镁用螺旋运输机供给双辊压球机,进料温度约为700℃,压球机辊约为750mm,辊宽约为320mm,辊额定转速为10.7r/min,调节范围为516r/min,总压力为3520kN,压球机转速在16r/min时,需要电动机功率为168kW,冷却水需要量为9m3/h,球呈杏核状,体积约710cm3,成品率为65%左右。压制出的球料送入竖窑中重烧,烧成温度为2000℃,烧好的料球从竖窑中排出,经过冷却器冷却到90℃左右便可运出。

朝鲜镁矿公司利用清津港附近的大型露天菱镁矿,采用浮选法制得菱镁石精矿后,用泵把矿浆送入9台盘式离心机脱水,脱水后的精矿由运输机送入8个中间料槽,供给4座多层炉轻烧,制得的轻烧氧化镁粉加入10%左右的水润湿,在不加结合剂的情况下采用4台压球机进行两段压球,先预压后再压死,为了增加强度,料球在移动式炉箅机上用来自回转窑中的废气进行预热和干燥,最后送入两条110m长的回转窑中重烧,烧成温度为1900℃。该公司每年可浮选菱镁精矿50×104t,生产优质镁砂20×104t。

②悬浮焙烧炉——回转窑或竖窑法。

国外采用普雷波尔型悬浮焙烧炉——回转窑或竖窑生产镁砂时,一般采用三级热交换器,将浮选精矿加热到接近轻烧温度后,送入悬浮焙烧炉中轻烧。制得轻烧镁粉后以700900℃的温度进入压球机,以15t/cm2的压力压成料球,由提升机将料球送到振动筛上。筛除粉料后,再把介于500750℃的料球装入回转窑或竖窑中重烧结,烧成温度18002000℃。出窑的烧结镁砂用移动式炉箅冷却器或圆筒冷却器,冷却到6080℃。

③回转窑——回转窑法。

这是一种在回转窑中轻烧,经过压球机压球,再在另一种回转窑中重烧的方法。希腊斯卡利斯梯里财团菲南夏尔矿业航运公司采用的回转窑,以1000℃轻烧菱镁精矿,制得轻烧氧化粉经过压球后,再在回转窑内以2000℃重烧,制得的烧结镁砂性能为MgO95%,体积密度3.43.5g/cm3。

(2)烧结镁砂性能

烧结镁砂的性能优劣,主要以MgO含量、颗粒体积密度和CaO/SiO2的比值来评价。一般要求镁砂中的MgO含量要高,杂质组分SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3要低。这样镁砂的主品相以方镁石为主、胶结物少、形成较好的方镁石直接结合结构。CaO/说SiO2比值决定镁砂中基质的相组成,理论上希望其质量的比值小于0.93或大于1.86。以便得到高熔点的矿物。

此外,CaO/SiO2低时,硅酸盐成为包围氧化镁晶体的膜或外壳;当CaO/SiO2高时,硅酸盐的成膜效应就不那么显著,硅酸盐成孤立状出现,而方镁石晶体则彼此直接结合,这对镁砂的高温性能有利。耐火材料行业普遍认为CaO:SiO2比小于3:1的镁砂不是上等质量的产品,CaO:SiO2=(3:1)(8:1)的镁砂才是市场上最受欢迎的产品,但也不能超出这一范围的极限值,因为它会带来副作用。烧结镁砂MgO含量越高,CaO、SiO2含量越低,CaO:SiO2比值越大,则烧结镁砂的高温强度,抗渣性及体积稳定性越好。一些国家的镁砂性能见表2所示。

表2—些国家的镁砂性能(实例)

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