漳州白云石是一種重要的鈣鎂資源,廣泛用于冶金、鎂、耐火材料、建材、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領域中。其中在冶金業(yè)工業(yè),漳州白云石礦作為冶金輔料,消耗量較大,每煉1t鋼大約需要80100kg白云石礦;在鎂工業(yè),目前白云石是我國冶煉金屬鎂的主要原料,大約1t金屬鎂需要10t左右的白云石礦;在耐火材料工業(yè),白云石是僅次于菱鎂礦的堿性耐火原料。
白云石在耐火材料工業(yè)的應用
1、白云石系耐火材料
白云石是僅次于菱鎂礦的第二大堿性耐火原料,主要用來制備白云石質耐火材料。我國冶金行業(yè)規(guī)定耐火材料行業(yè)用白云石的化學組成如表1所示。白云石礦首先經(jīng)煅燒(或者電熔)得到鎂鈣原料(如白云石砂/鎂白云石砂、鎂鈣砂、鎂鈣鐵砂),然后制備成各種白云石系耐火材料。白云石系耐火材料除了具有耐火度高,抗渣侵蝕性、抗熱震性好等優(yōu)點外,CaO可以吸附鋼水中的S、P以及Al2O3、SiO2等非金屬夾雜物,還具有凈化鋼水的作用,因此廣泛用于不銹鋼精煉爐中;另外由于白云石磚內(nèi)含有大量的游離CaO,極易與水泥窯料中的C2S反應生成C3S,生成穩(wěn)定的窯皮,因此適合使用在水泥回轉窯燒成帶上。
利用天然白云石礦直接煅燒得到的熟料,也稱白云石砂(或鎂白云石砂)。這種純白云石砂抗水化性不好,在我國產(chǎn)量不大。在國內(nèi)由天然白云石礦煅燒后的白云石砂,w(CaO)在55%左右,一般不直接用來生產(chǎn)磚,而是用白云石砂作為骨料,用鎂砂細粉作為基質,生產(chǎn)鎂白云石磚。使用量更大的是以白云石礦、菱鎂礦等為原料經(jīng)煅燒合成的合成鎂鈣砂(或者鎂白云石砂)。
經(jīng)過研究和實踐證實,MgO為70%80%(w)的合成鎂鈣砂效果更好,因此,目前,我國生產(chǎn)和使用量更大的合成鎂鈣砂是w(CaO)在20%左右的二步煅燒合成鎂鈣砂,具有良好的抗水化和抗侵蝕性能。其次是w(CaO)≥30%的二步煅燒合成鎂鈣砂。另外,將破碎后的白云石礦和菱鎂礦,以及鐵粉(如果MgO或CaO原料中Fe2O3含量足夠高則不加)按一定比例(燒結后滿足產(chǎn)品的化學礦物組成即可)細磨后成型,經(jīng)高溫煅燒可以得到鎂鈣鐵砂。鎂鈣鐵砂主要用來制備電爐爐底用鎂鈣鐵質干式搗打料。鎂鈣砂合成方法有一步法、二步法、電熔法,其中二步法是我國目前常用的方法。
白云石砂
目前主要利用白云石砂或合成鎂鈣砂可以制備成白云石磚、加鋯的白云石磚、鎂鈣磚、不燒鎂鈣(碳)磚以及鎂質不定形耐火材料,可用于不銹鋼精煉爐如AOD爐、VOD爐及其他精煉爐中和水泥窯燒成帶上。
(1)白云石磚
白云石磚是由天然白云石煅燒而成的白云石砂制成的。白云石磚中w(CaO)≥40%、w(MgO)≥35%,還含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質。若磚中的CaO、MgO質量比小于1.39,則稱為鎂質白云石磚。為了提高抗熱震性,開發(fā)出了ZrO2+白云石磚和ZrO2+鎂白云石磚。白云石磚主要用于不銹鋼精煉爐(如AOD、VOD爐等)和水泥窯燒成帶中。比如在AOD爐襯上,目前德國用燒成白云石磚,歐洲其他一些用純白云石磚,日本用鎂白云石磚。另外白云石磚是歐美水泥窯燒成帶應用最普遍的耐火材料,其中美國有86%的水泥窯燒成帶使用該產(chǎn)品。但由于白云石磚在運輸、貯存和停窯期間易吸潮發(fā)生水化,且抗熱震性能差,一般在年運轉率達到80%以上的窯上使用,我國只有少數(shù)廠家在水泥回轉窯上使用進口的白云石磚。
(2)鎂鈣磚
鎂鈣磚包括兩種:一種是以合成鎂鈣砂為主要原料生產(chǎn)的鎂鈣磚;另一種是以白云石砂(或鎂白云石砂)和鎂砂為主要原料生產(chǎn)的鎂鈣磚,也稱鎂白云石磚。目前,w(CaO)為20%的燒成鎂鈣磚/鎂白云石磚是我國產(chǎn)量和用量更大的合成鎂鈣耐火制品,它主要用作不銹鋼精煉爐(AOD爐、VOD爐等)的爐襯材料,替代對環(huán)境和人體危害極大的鎂鉻磚,而且使用效果良好。如太原鋼鐵公司不銹鋼冶煉用AOD爐爐襯全部長期使用燒成鎂鈣磚,平均爐齡163爐,更高為189爐。我國燒成鎂鈣磚已成不銹鋼行業(yè)的主要耐火材料。另外我國還生產(chǎn)一定量的w(CaO≥30%的燒成鎂鈣磚/鎂白云石磚。
(3)不燒鎂鈣(碳)磚
以不同粒度的燒結白云石砂、鎂砂和/或石墨為主要原料,不經(jīng)燒成而能直接使用的耐火材料,具有節(jié)能、熱震穩(wěn)定性良好,生產(chǎn)工藝簡便,同時具有良好的抗渣性。目前,我國生產(chǎn)的不燒鎂鈣(碳)磚,其w(CaO)在10%30%,屬于中低鈣的鎂鈣制品,主要用于精煉爐如LF—VD或者LF、VOD的爐底與熔池部位,GOR爐底部位,效果良好。但現(xiàn)在我國的不燒鎂鈣(碳)磚還沒有被大量的推廣應用,其原因一是價格較高;二是使用性能還有待提高。
(4)鎂鈣系不定形耐火材料
利用白云石還制備成各種鎂鈣不定形耐火材料如電爐爐底搗打料、中間包涂抹料、鋼包噴補料、轉爐噴補料、RH爐噴補料、自流熱補料等不定形耐火材料。其中使用量更大是電爐爐底用鎂鈣鐵質干式搗打料,其采用含鐵的鎂白云石質合成砂(鎂鈣鐵砂)為原料制備的而成,使用效果良好,如上海寶鋼150tUHP電爐爐底壽命達到1087次;舞陽鋼鐵公司90tUHP電爐爐底壽命也在1500次以上。目前我國鼓勵發(fā)展電爐煉鋼,UHP電爐數(shù)量的不斷增加,各種干式爐底搗打料需求量也將不斷增大。另外利用白云石開發(fā)出的噴補料用于轉爐、電爐、鋼包渣線、RH插入管等部位的修補,效果良好,目前的應用量也在逐漸擴大;利用白云石為主要還可以生產(chǎn)中間包涂抹料、干式料,性能優(yōu)良。
白云石砂
2、新型耐火材料
目前白云石在耐火材料中主要用于合成鎂鈣系耐火材料,為了擴大白云石資源在耐火材料中的應用,有研究利用天然白云石礦合成含鎂鋁尖晶石的鋁酸鈣水泥。含微晶鎂鋁尖晶石的鋁酸鈣水泥(CMA)是一種新型的耐火材料用結合劑,其CaO含量降低并且含有鎂鋁尖晶石,與普通鋁酸鹽水泥相比,具有更為優(yōu)異的高溫體積穩(wěn)定性、抗熱震性和抗渣侵蝕等性能。
西安建筑科技大學的研究人員以白云石和工業(yè)三氧化二鋁為原料,燒結合成出含鎂鋁尖晶石的鋁酸鈣水泥,這種水泥的結合強度高,武漢科技大學的研究人員以粒徑為550μm的天然白云石和粒徑為544μm的工業(yè)氧化鋁(純度295.0%)為原料,將二者按一定比例配料,經(jīng)過球磨、燒結和破碎工藝,即可得到含納米鎂鋁尖晶石(粒徑僅為50500nm)的鋁酸鹽水泥。由于天然白云石資源豐富,成本較低,采用該制備方法制備含納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的成本較低,適合于工業(yè)化生產(chǎn)。還有研究者利用天然白云石礦與不同鋁源合成鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石輕質耐火材料、抗水泥熟料侵蝕的二鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復相材料等,取得不錯進展。
上一篇:漳州鎂砂主要有哪些含量?