[科普中國]-白云石質(zhì)耐火材料

白云石是以白云石為主要原料，氧化鈣和氧化鎂為主要成分的堿性耐火材料。 氧化鈣含量40%～60%，氧化鎂含量 30%～40%。按化學礦物組成分兩大類：含游離石灰的白云石質(zhì)耐火材料與不含游離石灰的白云石質(zhì)耐火材料。

白云石質(zhì)耐火材料概述白云石質(zhì)耐火材料是以白云石為主要原料，氧化鈣和 氧化鎂為主要成分的堿性耐火材料。 其中氧化鈣含量40%～60%，氧化鎂含量 30%～40%。按化學礦物組成分兩大類：①含游離石灰的白云石質(zhì)耐火材料。組成中含有難于燒結(jié)的活性氧化鈣，極易吸潮粉化，又稱不穩(wěn)定或不抗 水白云石質(zhì)耐火材料。包括冶金白云石砂、焦油瀝青白云石磚、輕燒油浸白云石磚、燒成油浸白云石磚、半穩(wěn)定性白云石磚等。在煉鋼中可作堿性氧化轉(zhuǎn)爐爐襯、盛鋼桶內(nèi)襯等；②不含游離石灰的白云石質(zhì)耐火材料。組成中氧化鈣全部呈結(jié)合態(tài)，不會因水化而粉散，也稱穩(wěn)定性或抗水性白云石質(zhì)耐火材料。用于平爐爐墻和爐底、回轉(zhuǎn)窯燒成帶等。1

白云石質(zhì)耐火材料的礦物原料其礦物原料主要是白云石。其理論組成為CaCO3MgCaO3。當白云石中CaO/MgO接近1.39時，化學組成基本和白云石理論成分相符。當CaO/MgO小于1.39時，稱為鎂質(zhì)白云石。如果MgO含量過高，則稱為白云石質(zhì)菱鎂礦（高鎂白云石），這是白云石和菱鎂礦的混合物，如果Ca0含量過高，則稱為白云石質(zhì)石灰石。

白云石在加熱煅燒時的燒結(jié)性能及其煅燒產(chǎn)物的耐火度等性能，取決于白云石的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及雜質(zhì)礦物的種類和分布情況。燒結(jié)白云石在達到平衡的條件下，其所含礦物成分及熔點，如下圖所示：

白云石中CaO含量的增加，能提高白云石質(zhì)耐火材料的耐火度，而倍半氧化物含量的降低，則能提高制品的荷重軟化溫度。對于抗水性白云石質(zhì)耐火材料，MgO含量的增加，能顯著地提高其耐火度。

白云石中的Al2O3、Fe2O和SiO2等雜質(zhì)，在煅燒過程中容易生成易熔的鐵鋁酸四鈣、鐵酸二鈣和鋁酸三鈣等低熔點礦物。這對白云石質(zhì)耐火制品的耐火度和高溫機械強度等均有不利影響。因此，對于白云石中的化學組成在使用中應有技術(shù)要求。按我國標準，耐火材料用白云石可分三級。

從改進白云石磚的使用性能（耐火度、荷重軟化點及抗渣性等）來看，要求SiO2、Al2O3和Fe2O3等雜質(zhì)的含量達到最低限度。但是，因為雜質(zhì)煅燒產(chǎn)生的低熔點相的適當存在，將會改善白云石的燒結(jié)程度，促進CaO、MgO的生畏和長大，所以還是希望有一定含量的雜質(zhì)。一般其化學組成要求范圍：CaO26%～35%，MgO17%～24%．SiO21%～5%，Al2O3 0.506～396，F(xiàn)e2O3 0.126～3.6。1

白云石質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)方法石灰石煅燒法將石灰石粗碎至150mm，并篩除30～50mm以下的細渣。無煙煤或焦炭要求粒度在50mm以下，其中所含低熔點灰分不宜過多，其無煙煤或焦炭的加入量為石灰石的7.5%～8.5%(重量)。將經(jīng)篩選的石灰石及燃料定時、定量由窯頂加入窯內(nèi)，于900～1200℃煅燒，再經(jīng)冷卻即得成品。在煅燒工序副產(chǎn)二氧化碳。其化學方程式為：CaCO3→CaO+CO2↑。2

純硝酸溶解大理石法將其煮沸驅(qū)除干凈CO2。向熱溶液中加入石灰乳，過濾除去Cu、Fe、Mg等氫氧化物沉淀，加熱濾液當其接近沸騰時通入CO2產(chǎn)生Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2的量相當于加入的Ca(OH)2的量。煮沸該溶液，Ca(HCO3)2即分解成碳酸鈣沉淀，并攜帶痕量的Fe。濾液中的Ca(NO3)2經(jīng)冷卻后加入1/3體積的濃氨水和濃的（NH4）2CO3則另有CaCO3沉淀下來。將CaCO3沉淀洗滌干燥，放在石英坩堝中在電爐上灼燒即得純的氧化鈣。若要制得高純氧化鈣，則應先將高純硝酸鈣與高純碳酸銨合成碳酸鈣：將沉淀精制后，先于烘箱中烘干，再經(jīng)灼燒 （ 控制溫度逐漸升高），于1000℃恒溫8h，取出稍冷后，干燥保存，制得的產(chǎn)品為99.999%的高純氧化鈣。2

白云石質(zhì)耐火材料制品焦油結(jié)合的白云石磚這種磚一般是采用純度適宜、燒結(jié)良好的白云石砂作為粗顆粒，配鎂砂細粉，再加入適當?shù)慕Y(jié)合劑而制得。生產(chǎn)上一般采用焦油和瀝青作為結(jié)合劑，成型后即為焦油白云石磚。

為了提高焦油白云石磚的使用壽命，必須注意減少制品的雜質(zhì)含量（尤其是R2O3含量），提高碳素組分的含量，同時提高制品的密度和強度。國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐表明，采用瀝青結(jié)合荊（殘?zhí)剂繛?4.8）比焦油能提高磚的強度并增加制品的殘?zhí)剂浚瑥亩梢蕴岣咧破返氖褂脡勖?。?00℃～350℃對焦油白云石磚進行低溫熱處理4小時，熊提高其強度和抗水化性。這樣熱處理的產(chǎn)品如再一次浸潰焦油，可以提高制品的體積密度和延長存放時間。這就是輕燒油浸焦油白云石磚。

焦油結(jié)合的白云石磚其粗顆粒是冶金白云石砂，細粉是鎂砂，因此其巖相特征要加以區(qū)分。前者主要組成為氧化鈣和方鎂石，其次有少量的硅酸三鈣、硅酸二鈣等；后者則以方鎂石為主，并有少量橄欖石。就其整體來說，是以含有游離CaO的“白云石’’顆粒為骨架，被焦油或瀝青和鎂砂或白云石的細粉所膠結(jié)。所以在巖相分析時要充分注意其粗細顆粒的均勻分布的程度，也要注意其焦油或瀝青充填膠結(jié)的致密程度和加入量是否適中。1

燒成白云石磚半穩(wěn)定性燒成白云石磚其粗顆粒使用白云石砂，細粉使用鎂砂，加入2～4%有機結(jié)合劑，然后成型、燒成。燒成后再浸漬焦油。這種磚的巖相特點基本上和焦油白云石磚相同，只是其結(jié)晶顆粒普遍有所長大。

燒成后再浸以焦油，可以明顯地提高轉(zhuǎn)爐白云石磚的耐浸蝕性。這是因為焦油中的碳，很難被爐渣潤濕，且能使爐渣中的氧化鐵還原，從而抑制了爐渣和磚之間的反應。所以對于原磚要注意其焦油侵入的深度和均勻分布的程度。1

合成鎂質(zhì)白云石磚此種磚分成焦油結(jié)合的不燒磚和高溫燒成磚兩種。其制品的質(zhì)量與合成鎂贗白云石砂的礦物組成有明顯的關(guān)系。合成鎂白云石砂呈全品質(zhì)粒狀結(jié)構(gòu)，致密構(gòu)造。主要組成礦物為方鎂石，其次為氧化鈣，尚有少量的硅酸三鈣。方鎂石呈顆粒狀，其間多為直接結(jié)合的骨架，顆粒大小為0.01～0.03毫米，含量約占70%多。氧化鈣也呈粒狀，大小和方鎂石相似，均勻分布在方鎂石直接結(jié)合骨架的空隙之中，多為孤立狀態(tài)存在，含量約占20%，硅酸三鈣也呈顆粒狀，晶粒大小約0.05～0.06毫米，含量