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        新疆尖山菱鎂礦一步煅燒制備燒結(jié)鎂砂

        2022-04-21 01:13:10魯志燕康冬冬羅旭東
        耐火材料 2022年2期

        魯志燕 韓 露 吳 鋒 崔 娟 康冬冬 馮 雨 羅旭東

        1)云南濮耐昆鋼高溫材料有限公司 云南昆明650000

        2)遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 遼寧鞍山114051

        菱鎂礦是耐火材料主要的天然礦物原料[1-3],經(jīng)煅燒處理后制成的鎂砂被廣泛應(yīng)用于冶金、石化等高溫行業(yè)[4-5]。我國菱鎂礦礦脈以及產(chǎn)品主要集中在東北的遼南地區(qū),中西部地區(qū)所用的菱鎂礦原料基本上依靠遠(yuǎn)距離運輸來滿足需求,提高了企業(yè)的生產(chǎn)成本。鄯善縣地處新疆吐魯番盆地東部,尖山地區(qū)礦產(chǎn)資源尤為富集[6-8],菱鎂礦為其中礦種之一。若能利用新疆尖山菱鎂礦制備燒結(jié)鎂砂,即可在很大程度上解決中西部地區(qū)對鎂質(zhì)耐火原料的需求。

        本工作中,以新疆尖山菱鎂礦作為研究對象,分別采用塊狀原礦、粉狀原礦和浮選提純精礦為原料,采用一步煅燒法制備燒結(jié)鎂砂,然后分析燒結(jié)鎂砂的理化性能、物相組成、顯微結(jié)構(gòu),為利用新疆尖山菱鎂礦制備燒結(jié)鎂砂進行一些前期研究。

        1 試驗

        1.1 試驗原料

        試驗采用三種不同的新疆尖山菱鎂礦:塊狀原礦,原礦經(jīng)破粉碎制成的粒度≤0.5 mm的粉狀原礦,原礦經(jīng)破粉碎及一粗二精反浮選脫硅[9-10]和一粗二精正浮選提鎂后的精礦粉。三種菱鎂礦原料的化學(xué)組成見表1。

        表1 三種菱鎂礦原料的化學(xué)組成

        1.2 試樣制備

        將塊狀菱鎂礦加工成φ50 mm×30 mm的坯體,在110℃烘干24 h后,在高溫電爐內(nèi)于1 750℃保溫6 h煅燒,所得燒結(jié)鎂砂試樣標(biāo)記為K。

        分別將粉狀原料和浮選精礦粉以紙漿廢料為結(jié)合劑壓制成φ50 mm×30 mm的坯體,在110℃烘干24 h后,在高溫電爐內(nèi)于1 750℃保溫6 h煅燒,所得燒結(jié)鎂砂試樣分別標(biāo)記為KM和KF。

        1.3 檢測與表征

        按照GB/T 2997—2000檢測燒結(jié)鎂砂試樣的體積密度和顯氣孔率;采用X′PertPowder型X射線衍射儀分析燒結(jié)鎂砂試樣的物相組成;采用∑HD型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察燒結(jié)鎂砂試樣光面和斷口的顯微結(jié)構(gòu),并進行EDS微區(qū)成分分析;在掃描電子顯微鏡視域中隨機抽取100個方鎂石晶粒,通過Image.J軟件測量其晶粒尺寸,繪制晶粒尺寸分布圖。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 理化性能

        燒結(jié)鎂砂試樣的理化性能見表2??梢钥闯觯涸嚇覭和KM的化學(xué)組成不符合《GB/T 2273—2007燒結(jié)鎂砂》中MS88牌號燒結(jié)鎂砂的要求(w(MgO)≥88.0%,w(CaO)≤5.0%,w(SiO2)≤4.0%),試樣KF符合《GB/T 2273—2007燒結(jié)鎂砂》中MS94牌號燒結(jié)鎂砂的要求(w(MgO)≥94.0%,w(CaO)≤1.8%,w(SiO2)≤3.0%,體積密度≥3.2 g·cm-3)。

        表2 燒結(jié)鎂砂試樣的理化性能

        2.2 物相組成

        燒結(jié)鎂砂試樣的XRD圖譜見圖1??梢钥闯觯?)各試樣的主物相均為方鎂石;經(jīng)半定量分析,試樣K、KM、KF的方鎂石含量(w)分別為86%、88%、96%。2)試樣K及試樣KM的雜質(zhì)相主要為鎂橄欖石和鎂鈣橄欖石,試樣K的半定量分析結(jié)果(w)分別為8%和6%,試樣KM的半定量分析結(jié)果(w)分別為7%和5%;試樣KF的雜質(zhì)相主要為鎂薔薇輝石,半定量分析結(jié)果為4%(w)。

        圖1 燒結(jié)鎂砂試樣的XRD圖譜

        2.3 顯微結(jié)構(gòu)

        燒結(jié)鎂砂試樣K的SEM 照片及EDS圖譜見圖2。可以看出:試樣K的致密度較差,氣孔較大;鎂橄欖石(微區(qū)1)和鈣鎂橄欖石(微區(qū)2)較多,均分布在方鎂石晶粒之間;方鎂石晶粒以半自形晶為主,棱角分明。分析認(rèn)為:以塊狀原礦一次煅燒制備燒結(jié)鎂砂時,菱鎂礦分解形成的方鎂石具有較嚴(yán)重的母鹽假象,很難燒結(jié)致密化;但其疏松多孔的結(jié)構(gòu)也為方鎂石晶粒的自由生長提供了較多的空間,容易形成自形晶[11-12]。

        圖2 燒結(jié)鎂砂試樣K的SEM照片及EDS圖譜

        燒結(jié)鎂砂試樣KM 的SEM 照片及EDS圖譜見圖3??梢钥闯觯涸嚇覭M致密度較高,氣孔較?。烩}鎂橄欖石(微區(qū)1)和鎂橄欖石(微區(qū)2)均勻分布在方鎂石晶粒之間;方鎂石晶粒呈渾圓狀。菱鎂礦經(jīng)過破粉碎后,母鹽假象較輕微,燒結(jié)致密化程度提高,但方鎂石難以形成自形晶[11-13]。

        圖3 燒結(jié)鎂砂試樣KM的SEM照片及EDS圖譜

        燒結(jié)鎂砂試樣KF的SEM 照片及EDS圖譜見圖4。可以看出:試樣KF致密度較高;鎂薔薇輝石(微區(qū)1)較均勻地分布在方鎂石晶粒之間;方鎂石晶粒呈渾圓狀,其原因同試樣KM。

        圖4 燒結(jié)鎂砂試樣KF的SEM照片及EDS圖譜

        燒結(jié)鎂砂試樣K、KM、KF中方鎂石晶粒的尺寸分布見圖5,其方鎂石平均晶粒尺寸分別為39、54、62μm,呈逐漸增大之勢。試樣KM、KF中,菱鎂礦粒度減小,顆粒表面缺陷增多,母鹽假象輕微,菱鎂礦分解及方鎂石晶粒長大的速度均比試樣K的大;此外,試樣K中高熔點的鎂橄欖石作為第二相存在于晶界處,也是抑制其方鎂石晶粒生長的原因[14]。

        圖5 燒結(jié)鎂砂試樣中方鎂石晶粒的尺寸分布圖

        3 結(jié)論

        (1)塊狀原礦直接煅燒制成的燒結(jié)鎂砂的MgO、CaO、SiO2含量(w)分別為88.66%、2.88%、5.13%,不符合《GB/T 2273—2007燒結(jié)鎂砂》中MS88牌號燒結(jié)鎂砂的要求;其主晶相方鎂石為半自形晶,平均晶粒尺寸為39μm;其雜質(zhì)相為鎂橄欖石和鎂鈣橄欖石,含量(w)分別為8%和6%。

        (2)粉狀原礦壓塊后煅燒制成的燒結(jié)鎂砂的MgO、CaO、SiO2含量(w)分別為89.15%、2.32%、4.22%,不符合《GB/T 2273—2007燒結(jié)鎂砂》中MS88牌號燒結(jié)鎂砂的要求;其主晶相方鎂石為渾圓狀,平均晶粒尺寸為54μm;其雜質(zhì)相為鎂橄欖石和鎂鈣橄欖石,含量(w)分別為7%和5%。

        (3)精礦壓塊后煅燒制成的燒結(jié)鎂砂的MgO、CaO、SiO2含量(w)分別為94.18%、1.43%、1.21%,體積密度為3.25 g·cm-3,符合《GB/T 2273—2007燒結(jié)鎂砂》中MS94牌號燒結(jié)鎂砂的要求;其主晶相方鎂石為渾圓狀,平均晶粒尺寸為62μm;其雜質(zhì)相為鎂薔薇輝石,含量(w)為4%。

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