儀桂蘭，史永林

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心，太原 030003）

鎂鈣磚是一種優(yōu)質(zhì)的耐火材料，具有耐火度高、凈化鋼液、抗熱震性好、抗渣性好、資源豐富和價格低廉等特點，被廣泛應用在冶金工業(yè)的精煉設備中，如V0D 爐、AOD 爐、LF 爐等。但是，大量的用后鎂鈣磚不但對可用資源造成了極大的浪費，而且對環(huán)境產(chǎn)生了污染，用后鎂鈣磚的處理利用成為一大問題。本文主要研究用后鎂鈣磚的基本特性及其在粉煤灰標磚和加氣混凝土板材中的利用。

1 用后鎂鈣磚的基本特性

1.1 分層化學組成

從AOD 爐渣線部位取下一塊殘磚，觀察其宏觀特征，筆者發(fā)現(xiàn)：沒有明顯的渣層，殘磚由工作面到原磚面呈現(xiàn)明顯梯度分層，顏色由深到淺，依次為重度變質(zhì)層、輕度變質(zhì)層、滲透層和原磚層。對殘磚進行分層制樣，測定殘磚不同厚度層的化學組成，筆者確認了其組分的漸變趨勢，結(jié)果如表1所示。

表1 鎂鈣磚分層化學組成

由表1可知，用后鎂鈣磚原磚層成分與原磚十分接近，變質(zhì)層和滲透層MgO 含量降低，CaO 含量增加，并引入了較多的Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，且從變質(zhì)層、滲透層到原磚層，Al2O3、SiO2、Fe2O3含量依次減少。

1.2 用后鎂鈣磚分層物相組成

利用XRD 對AOD 爐鎂鈣磚進行了分層物相組成分析，如圖1～圖5所示。

圖1 重度變質(zhì)層（距工作面0 mm）

圖2 重度變質(zhì)層（距工作面70 mm）

圖3 輕度變質(zhì)層（距工作面110 mm）

圖4 滲透層（距工作面160 mm）

圖5 原磚層（距工作面230 mm）

由圖1、圖2可知，用后鎂鈣磚重度變質(zhì)層（距工作面0 mm）和鎂鈣磚重度變質(zhì)層（距工作面70 mm）的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2和3CaO·SiO2（硅酸三鈣），Ca（OH）2是CaO 發(fā)生水化生成的。3CaO·SiO2可能是還原期或冶煉前期爐渣堿度低，SiO2與CaO 反應生成的。

由圖3～圖5可知，鎂鈣磚輕度變質(zhì)層（距工作面110 mm）、滲透層（距工作面160 mm）、原磚層（距工作面230 mm）的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2，Ca（OH）2是CaO 發(fā)生水化生成的。物相組成表明SiO2沒有侵蝕到這些部分。

1.3 用后鎂鈣磚熔化特性

通過對用后鎂鈣磚進行差熱分析，筆者觀察了用后鎂鈣磚的熔化情況，如圖6所示。

由圖6可知，用后鎂鈣磚400℃有氫氧化鎂的分解吸熱峰，同時失重4.84%；CaO 發(fā)生水化生成Ca（OH）2，Ca（OH）2與粉煤灰中的SiO2與Al2O3已發(fā)生了反應，因此差熱分析曲線上無Ca（OH）2分解吸熱峰；當溫度低于1 500℃時，用后鎂鈣磚顆粒料不能熔化。

圖6 廢舊鎂鈣磚

2 用后鎂鈣磚破碎顆粒配加在粉煤灰標磚中的試驗

2.1 用后鎂鈣磚破碎顆粒用于粉煤灰標磚的試驗情況

筆者共制定了3 個試驗方案，具體情況如表2所示。方案1 為現(xiàn)場標磚方案，方案2 用0～1 mm 鎂鈣磚破碎顆粒代替石灰除塵灰，方案3 用0～3 mm鎂鈣磚破碎顆粒代替骨料水渣。

表2 試驗方案及結(jié)果

試驗時物料按配比稱量后，攪拌6 min，密封裝入塑料袋中，放入烘箱50℃，消解2 h，然后壓制標磚，壓制好的標磚放入蒸壓釜，蒸10 h，其中用2 h 升壓至1.1 MPa，恒壓6 h，降壓2 h，溫度為174～190℃。之后從蒸壓釜中取出晾至常溫，檢測標磚抗折抗壓強度。

試驗結(jié)果如表2所示，方案1 標磚抗壓強度為10.93 MPa，方案2 和方案3 所壓標磚全部粉化。試驗結(jié)果表明，用后鎂鈣磚破碎顆粒不能用于制備粉煤灰標磚，標磚全部粉化可能是由于用后鎂鈣磚中CaO、MgO 活性不好，前期在烘箱中不易完全消解，在蒸壓釜中發(fā)生消解，生成Ca（OH）2、Mg（OH）2，發(fā)生體積膨脹造成磚體粉化。

2.2 磨細后（200 目）的用后鎂鈣粉用于粉煤灰標磚試驗

由于利用用后鎂鈣磚（0～1 mm、0～3 mm）制備的粉煤灰標磚全部粉化，因此，把0～1 mm 的鎂鈣磚顆粒磨細，有利于鎂鈣磚中CaO、MgO 消解，然后配加在標磚中進行試驗。鎂鈣磚粉細度：過200目篩子，篩余40%。

其間共制定了2 個試驗方案，如表3所示。方案1 為目前現(xiàn)場標磚方案，方案2 用磨細的鎂鈣磚粉代替石灰除塵灰。

試驗時物料按配比稱量后，攪拌6 min，裝入塑料袋中密封，放入烘箱，50℃消解2 h，然后壓制標磚，壓制好的標磚放入蒸壓釜，蒸10 h，其中2 h 升壓至1.1 MPa，恒壓6 h，降壓2 h，溫度174～190℃。之后從蒸壓釜中取出晾至常溫，測磚抗折抗壓強度。

試驗結(jié)果如表3所示，方案1 標磚抗壓強度為10.85 MPa，方案2 所壓標磚粉化。粉化原因也可能是鎂鈣粉過燒，CaO、MgO 活性不好，壓磚前不易消解，在磚蒸壓過程中氧化鈣消解生成Ca（OH）2、Mg（OH）2，體積膨脹，造成標磚粉化。試驗表明，鎂鈣粉也不能用于粉煤灰標磚。

表3 試驗方案和試驗結(jié)果

3 磨細的鎂鈣粉（200 目）用于粉煤灰加氣混凝土砌塊的試驗

3.1 實驗室試驗

3.1.1 實驗室試驗

由標磚試驗可知，鎂鈣粉過燒，不易消解，在蒸壓過程中消解造成體積膨脹。在加熱過程中，粉煤灰加氣混凝土板材的鋼筋會出現(xiàn)膨脹，要求坯體也有一定程度的膨脹，才能使板材不裂，保證板材質(zhì)量。由于鎂鈣粉在蒸壓過程中具有膨脹特性，人們可以將鎂鈣粉用于粉煤灰加氣混凝土板材中。先在粉煤灰加氣混凝土砌塊中進行試驗，共制定了4 個試驗方案，如表4所示。方案1 為現(xiàn)場生產(chǎn)方案，用于對比；方案2、方案3、方案4 為配加鎂鈣粉試驗方案，方案2 配加鎂鈣粉4.22%，方案3 配加鎂鈣粉2.12%，方案4 配加鎂鈣粉1.11%。

表4 試驗方案和試驗結(jié)果

試驗時粉煤灰取自生產(chǎn)線上的粉煤灰漿，加生石灰、鎂鈣粉攪拌4 min，加鋁粉再攪拌30 s，然后澆注至模具中，放入烘箱，50℃靜養(yǎng)1.5 h，然后放入蒸壓釜，蒸10 h，其中2 h 升壓至1.1 MPa，恒壓6 h，降壓2 h，溫度174～190℃。觀察加氣混凝土砌塊是否發(fā)生粉化。

由表4可知，方案2 的加氣混凝土砌塊粉化，方案3 和方案4 的加氣混凝土砌塊未粉化，可見，鎂鈣粉在加氣混凝土砌塊中配比4.22%時，砌塊發(fā)生粉化；配比2.12%和1.11%時，砌塊體積發(fā)生一定的膨脹，但未粉化。

3.1.2 差熱分析

筆者對加氣砼砌塊試樣進行了差熱分析，具體情況如圖7、圖8所示。

圖7 配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊試樣

圖8 未配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊試樣

由圖7和圖8可知，對于配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊，400℃為氫氧化鎂的分解吸熱峰，700℃左右為C-S-H 的脫水吸熱峰，950℃左右出現(xiàn)的放熱峰，可能是脫水后的無定形硅酸鈣結(jié)晶產(chǎn)生的放熱峰；未配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊未產(chǎn)生400℃氫氧化鎂的分解吸熱峰。配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊發(fā)生膨脹的原因可能是CaO、MgO 在蒸壓過程中水解生成Ca（OH）2、Mg（OH）2，造成體積膨脹，Ca（OH）2與粉煤灰中的SiO2與Al2O3已發(fā)生了反應，因此差熱分析曲線上無Ca（OH）2分解吸熱峰。

3.2 工業(yè)化試驗

工業(yè)化試驗方案和試驗結(jié)果如表5所示。

表5 試驗方案和試驗結(jié)果

由表5可知，鎂鈣粉配比為1.54%時，粉煤灰加氣混凝土板材抗壓強度為6.8 MPa，達到標準要求。鎂鈣粉配比為3.63%（大于2.12%）時，粉煤灰加氣混凝土板材開裂。工業(yè)化試驗表明，鎂鈣粉配比小于2.12%，用于粉煤灰加氣混凝土板材工藝可行。

4 結(jié)論

研究表明，用后鎂鈣磚原磚層成分與原磚十分接近，變質(zhì)層和滲透層MgO 含量降低，CaO 含量增加，并引入了較多的Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，且從變質(zhì)層、滲透層到原磚層，Al2O3、SiO2、Fe2O3含量依次減少；用后鎂鈣磚重度變質(zhì)層的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2和3CaO·SiO2（硅酸三鈣），輕度變質(zhì)層、滲透層、原磚層的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2；用后鎂鈣磚不能用于粉煤在標磚中；用后鎂鈣磚粉可用于粉煤灰加氣混凝土板材中，用后鎂鈣磚粉細度40%（過200 目篩子，篩余量40%），配比2.12%，生產(chǎn)的加氣混凝土板材質(zhì)量達標。