新疆尖山菱鎂礦一步煅燒制備燒結(jié)鎂砂

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(yùn)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(duì)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(duì)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(jìn)行一些前期研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)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(cè)與表征

按照GB/T 2997—2000檢測(cè)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(chǎng)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(jìn)行EDS微區(qū)成分分析；在掃描電子顯微鏡視域中隨機(jī)抽取100個(gè)方鎂石晶粒，通過Image.J軟件測(cè)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。可以看出：試樣K和KM的化學(xué)組成不符合《GB/T 2273—2007燒結(jié)鎂砂》中MS88牌號(hào)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(hào)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?？梢钥闯觯涸嚇覭的致密度較差，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(shí)，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??；鈣鎂橄欖石（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?？梢钥闯觯涸嚇覭F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(shì)。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(diǎn)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(hào)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(hào)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(hào)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%。