遼寧省營口鎂橄欖巖開發(fā)應(yīng)用及國外鎂橄欖巖應(yīng)用概況

董寬志，盧秉龍

1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)， 遼寧 大石橋 115100；2.吉林省安圖縣國土局，吉林 安圖 133600

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外市場的需求，地勘行業(yè)不斷合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源。遼東地區(qū)的硼礦圍巖鎂橄欖巖的理化指標(biāo)與國外同類產(chǎn)品完全可以對比。按《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊》要求，遼東地區(qū)的硼礦圍巖鎂橄欖巖，完全滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

鎂橄欖石耐火材料以高溫熔點(diǎn)（1 910 ℃）的鎂橄欖石（Mg2SiO4）為主要成分，MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%～55%，MgO和SiO2之比為0.94～1.33。其特征是接近中性的弱堿性。因此抗堿性爐渣的性能較強(qiáng)。此外，耐火度高，荷重變形溫度高，約為1 720～1 800 ℃。

自從20世紀(jì)50年代，遼寧省第五地質(zhì)大隊(duì)在后仙峪發(fā)現(xiàn)硼礦以來，針對硼礦地質(zhì)以勘查工作為主，未針對鎂橄欖巖礦種做過專題工作。

1 馮家堡子工作區(qū)地質(zhì)概況

該區(qū)出露地層主要為遼河群里爾峪組變粒巖，并以里爾峪組一段為主。由黑云變粒巖、二云電氣變粒巖、電氣石變粒巖、夾鎂質(zhì)大理巖、鎂橄欖巖及大面積的混合花崗巖。

礦區(qū)地層為走向北西，傾向北東。地層全部倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)地層傾向30°，傾角60°；斷裂以順層為主。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，為遼河期混合花崗巖，分布于礦區(qū)東北部，倒轉(zhuǎn)蓋于地層之上，其次為晚期閃長巖脈。

礦區(qū)內(nèi)鎂橄欖巖為似層狀、層狀，產(chǎn)于里爾峪組變粒巖中，順層產(chǎn)出；鎂橄欖巖真厚度30～50m，走向延長大于1 000m，鉆探控制深度400m，傾向延深大于4 000m。

2 鎂橄欖巖（礦）研究概況

利用硼礦山已有的坑道270中段，進(jìn)行水平坑道鉆探施工，系統(tǒng)采樣分析結(jié)果見表1。工程控制間距50m，走向控制長度300m，鉆孔7個(gè)，鉆探工作量226.5m，化學(xué)樣43個(gè)。

鎂橄欖巖呈深綠-灰黑色，致密塊狀，中細(xì)粒，可見鎂橄欖石板狀晶體。礦物主要為鎂橄欖石、鐵鎂橄欖石、蛇紋石，次為磁鐵礦、云母。

原礦化學(xué)成分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)：SiO2：34.43%;CaO：0.32%;MgO：41.10%;Fe2O3： 4.28%;FeO ：2.52%;Al2O3：2.71%;LOS： 11.72%; MgO/SiO2：1.19。

礦石經(jīng)1 450℃燒結(jié)后化學(xué)成分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)：SiO2：35%～38%；CaO： 0.3%～0.4%；MgO： 44%～46%；Fe2O3： 4%～5%； FeO ：2%～3%；Al2O3：2%～2.5%；LOS：2%～3%；MgO/ SiO2：1.19。

表1 三個(gè)組合樣品分析結(jié)果表Table 1 Analysis results of three composite samples%

3 結(jié)論成果

從對遼寧省大石橋馮家堡子鎂橄欖巖270中段，解剖性的地質(zhì)勘查成果鑒定看，基本確定該區(qū)鎂橄欖巖用作耐火材料的可行性。經(jīng)冶金工業(yè)部鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)研究院，對3個(gè)燒結(jié)樣品耐火度測試，其耐火度均大于1 770 ℃，優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

遼東地區(qū)鎂橄欖巖得以開發(fā)利用，從可用性的提出至今十多年來產(chǎn)品已出口多個(gè)國家，在優(yōu)勢的菱鎂制品、白云石制品基礎(chǔ)上，又增加了鎂橄欖石耐火材料，添補(bǔ)遼寧省該礦種的空白。橄欖砂耐火磚的配方及其生產(chǎn)方法，獲得國家發(fā)明專利，專利號：96115378。

1996年以來，隨著我們對該礦產(chǎn)品的開發(fā)推廣應(yīng)用，已獲得一定的社會效益，主要是在各硼礦山開采硼礦過程中，廢棄的圍巖中，挑選鎂橄欖巖。

結(jié)合以往后仙峪硼礦床等多個(gè)礦山的勘查資料，提出遼寧省大石橋市東部，儲藏有大型鎂橄欖巖礦床，而且是優(yōu)質(zhì)的鎂橄欖巖耐火材料。

遼東地區(qū)鎂橄欖巖分布，受控于早遠(yuǎn)古宙遼東裂谷，西起遼寧省大石橋東部，經(jīng)岫巖、寬甸、吉林的集安，東到朝鮮半島，呈東西方向帶狀分布。呈構(gòu)造塊體順層或小角度斜穿遼河群里爾峪組含硼地層，儲量豐富。

4 國外鎂橄欖巖耐火材料概況

國外鎂橄欖巖耐火材料化學(xué)成分見表2 。

生產(chǎn)鎂橄欖石耐火材料時(shí)向原料加入鎂砂，目的在于使之與原料中的SiO2結(jié)合成Mg2SiO4而與R2O2結(jié)合成尖晶石式的礦物。MgO的理論加入量為14.5%，而實(shí)際上MgO加入量應(yīng)為20%～40%。

4.1 用苦閃橄欖巖生產(chǎn)的鎂橄欖石磚

前蘇聯(lián)潘捷列蒙偌夫卡.馬克思耐火廠用哈包澤爾卡礦的苦閃橄欖巖作原料生產(chǎn)尺寸為370mm×150mm×7 5mm的鎂橄欖石磚。

第一批苦閃橄欖巖粉碎至＜2mm的粒度。第二批原料粒度小于3mm，鎂砂細(xì)粉＜0.088mm。配料中苦閃橄欖巖75%，MgO細(xì)粉25%。物料在混碾機(jī)里混合，并用密度為1.25 g/cm3的亞硫酸紙漿廢液潤濕。泥料的水分為3%。

泥料用180, 250, 400 t摩擦壓磚機(jī)成型。250 t摩擦壓磚機(jī)當(dāng)沖壓5～7次時(shí)，磚坯體積密度為2.089～2.96 g/cm3。制品在隧道窖里于1 580～1 600 ℃燒成，窖車經(jīng)90～100min推車一次。按ЧMTY-5127-55標(biāo)準(zhǔn)檢查，第一批產(chǎn)品合格率達(dá)98.5%，第二批產(chǎn)品合格率達(dá)99.77%。

表2 國外橄欖巖的化學(xué)成分Table 2 Chemical compositions of foreign peridotite w(B)/%

4.2 用純橄欖巖制造的鎂橄欖石磚

西德采用挪威的橄欖巖生產(chǎn)SerpexA和SerpexB兩種制品。SerpexA是含鉻礦的鎂橄欖石磚，配料橄欖石/鎂砂/鉻礦=5/3/2；SerpexB是不含鉻礦的鎂橄欖石磚，配料橄欖石/鎂砂=7/3。磚坯在液壓機(jī)上成型，壓力為100 MPa。磚的尺寸是375mm×125mm×65mm，成型后于室式干燥器中干燥，在隧道窖里燒成，燒成溫度1 550 ℃左右。

美國用北卡羅來納州的橄欖巖為原料生產(chǎn)鎂橄欖石耐火材料。

日本用愛媛縣、茨城縣關(guān)本產(chǎn)的橄欖巖生產(chǎn)鎂橄欖石耐火材料。首先將純橄欖巖粉碎。加15%～20%鎂砂，再加若干粘土或鹵水作結(jié)合劑。

前蘇聯(lián)用烏科圖斯礦、索洛維耶沃戈卡礦的純橄欖巖生產(chǎn)鎂橄欖石耐火材料。新塔吉爾鋼鐵公司耐火材料廠鎂磚車間先將粉碎的索洛維耶沃戈卡礦的純橄欖巖在磚窖里于1 450～1 500 ℃煅燒，塊度為40～50mm，與燒和未燒的廢磚共同在顎式破碎機(jī)及短頭圓錐破碎機(jī)中破碎和粉碎，用ГУП-1型篩子篩分為5～1mm和＜1mm兩種顆粒。5～1mm者占50%～60%，小于1mm者占50%～40%。鎂砂在雙倉筒磨機(jī)中粉碎至小于0.06mm的顆粒達(dá)90%。鎂橄欖石制品的配料組成為：煅燒純橄欖巖5～1mm者40%，小于1mm者43%，鎂砂細(xì)粉17%。物料在CM-842型混碾機(jī)中混合，并加入密度為1.24 g/cm3的亞硫酸紙漿廢液。混合物料的顆粒組成：大于5mm者3.3%，4～3mm者21.6%，1～0.5mm者14.5%，0.5～0.06mm者20.65%，小于0.06mm者27.4%。

長度為300mm和370mm的制品在雙?？讐捍u機(jī)上成型，長度為230mm的制品在四?？讐捍u機(jī)上成型。

制品干燥后在156m的隧道窖里燒成（燒成溫度1 580±20 ℃），窖截面積為3.2m×1.1m，重油作燃燒料，制品堆垛時(shí)要松散一些，間隔80～72min推車一次，堆垛時(shí)要考慮制品超成的均勻性。燒成制品中廢品率為1.5%～2%。新塔吉爾鋼鐵公司耐火材料廠還試制了用低溫煅燒的下塔吉爾礦床的純橄欖巖生產(chǎn)鎂橄欖石耐火材料。

在1 200 ℃煅燒的純橄欖巖制成的制品的性能與1 500 ℃煅燒者幾乎一樣。熱膨脹率和導(dǎo)熱系數(shù)均較低。熱穩(wěn)定性比較高（比一般燒成的高2.5倍）且強(qiáng)度也較大。

純橄欖巖是在1 200～1 300 ℃于回轉(zhuǎn)窖煅燒的，粒度為0～60mm。其氣孔率不超過18%。煅燒的純橄欖巖篩分成6～1和1～0mm的顆粒，其配比為70：30。

物料的配比如下：6～1mm純橄欖巖32%，1～0mm的純橄欖巖40%，混合細(xì)粉28%（由72%鎂砂和28%純橄欖巖共同細(xì)粉碎的混合物）。

物料用90 MPa成型壓力壓成尺寸為380mm×150mm×70mm的制品。

燒成制度和通常的一樣，制品符合ЧMTY-8-20-67標(biāo)準(zhǔn)對鎂橄欖石制品的技術(shù)要求。制品在燒成之后的收縮率不超過1%。

潘捷列蒙偌夫卡耐火材料廠用索洛維耶沃戈卡純橄欖巖生產(chǎn)煤橄欖石制品。配料由75%的3mm的粗純橄欖巖和25%小于0.088mm的燒結(jié)鎂砂細(xì)粉組成。

物料用密度為1.22～1.24 g/cm3的亞硫酸紙漿廢液潤濕，并在碾機(jī)中再一次混合均勻。物料的平均水分為3.35。

制品用400 t摩擦壓磚機(jī)經(jīng)5～7次沖壓而成。平均體積密度為0.65 g/cm3。制品在1 550～1 580℃燒成。

前蘇聯(lián)還用磷酸鎂為結(jié)合劑來生產(chǎn)不燒的鎂橄欖石耐火材料。原料在顎式和輥式破碎機(jī)里破碎，再在球磨機(jī)里磨細(xì)。配料組成為：3～0.5mm者50%；0.5～0.088mm者10%；小于0.088mm者40%。

物料加入結(jié)合劑后，通過孔為3mm的篩網(wǎng)擦碎。在1 000 kg/cm2的壓力下用雙面加壓的壓磚機(jī)生產(chǎn)高50mm，直徑36mm的試樣。

對用合成砂制造的鎂橄欖石耐火材料來說，采用磷酸鹽作結(jié)合劑時(shí)可使其在500～700 ℃的強(qiáng)度提高，甚至900 ℃時(shí)仍能保持。這種耐火材料的耐壓強(qiáng)度比用紙漿廢液作結(jié)合劑制造的類似的鎂橄欖石耐火材料高7～14倍。

4.3 用蛇紋巖制造的鎂橄欖石磚

前蘇聯(lián)先將80%～85%生蛇紋巖與15%～20%的輕燒鎂砂細(xì)粉的混合物壓成粗坯，干燥后煅燒。再進(jìn)行粉碎，其粒度小于3mm。

泥料是由粗坯粉與蛇紋巖-鎂砂混合物（次混合物作結(jié)合劑用）間的比例如下：75%～80%粗坯粉及20～25結(jié)合劑。

其它工序與上述苦閃橄欖巖和春橄欖巖幾乎相似，不再贅述。

西德用在1 350 ℃下煅燒的蛇紋巖制成SerpexA和SerpexB兩種制品，生產(chǎn)工藝過程如前所述。

日本用福岡縣的蛇紋巖生產(chǎn)鎂橄欖石磚，其工藝與用純橄欖巖一樣。

前蘇聯(lián)為了提高鎂橄欖石轉(zhuǎn)的熱穩(wěn)定性，該想純橄欖巖中加入5%～29% MgO（標(biāo)號“MK”）或者加入0.5%～4%工業(yè)TiO2。用亞硫酸鹽紙漿廢液混合泥料制成試樣，尺寸為230mm×115mm×65mm，在隧道干燥器中于125 ℃。研究證明，含少量方鎂石MgO（5%～7%）和TiO2（1%～2%）的鎂橄欖石耐火材料，具有較高密度及熱穩(wěn)定性。

鎂橄欖石耐火材料荷重變形溫度高，抗堿性爐渣性能強(qiáng)，耐火度比較高，可作鎂質(zhì)耐火材料的代用品。

前蘇聯(lián)將鎂橄欖石耐火制品主要用于平爐，如下塔吉爾鋼鐵公司和基洛夫鋼鐵廠用于平爐蓄熱室和沉渣市也試用了鎂橄欖石轉(zhuǎn)。

前蘇聯(lián)還將鎂橄欖石轉(zhuǎn)用于水泥回轉(zhuǎn)窖的煅燒帶窖襯，工作初期就在襯形成了均勻的涂層，對襯里起保護(hù)作用，提高了使用壽命。

前蘇聯(lián)潘捷列蒙偌夫卡耐火材料廠將鎂橄欖石轉(zhuǎn)用于隧道窖的窖墻和預(yù)熱帶，燒成帶和冷卻帶的窖頂，其中有的車位的磚已使用9年多，使用溫度高達(dá)1 600～1 620 ℃。

日本將鎂橄欖石制品應(yīng)用在石灰窖的高溫部位和各種有色金屬冶金爐爐頂。

美國將鎂橄欖石轉(zhuǎn)應(yīng)用在生產(chǎn)銅、鋁等反射爐爐頂、玻璃窖熔池、低周波感應(yīng)電爐、水泥和白云石回轉(zhuǎn)窖、堿性平爐等。

西德將SerpexA和SerpexB制品應(yīng)用于品路蓄熱室、平爐爐頂和后墻，平爐渣線、水泥窖、銅反射爐、玻璃窖熔池等。

[1] 董寬志.遼東早元古宙裂谷及其蛇綠巖[J].吉林地質(zhì)，2010,29（1）.

[2] 鞍山焦耐設(shè)計(jì)研究院.國外耐火材料概況[M].1993.