合成鎂鉻砂

鉻鎂砂也稱鎂鉻礦或鎂鉻尖晶石，是用鎂質(zhì)原料(燒結(jié)鎂砂、天然菱鎂礦或海(鹵)水氫氧化鎂制得的輕燒鎂粉)和鉻鐵礦配合，經(jīng)人工合成(燒結(jié)或電炤)得到的以方鎂石和鉻尖晶石為主要組成礦物的堿性耐火原料。

1.制造鎂鉻砂的原料

①含量MgO的原料有菱鎂礦、浮選鎂精礦、海(鹵)水提取的氫氧化鎂、輕燒鎂粉等。

對(duì)它的基本要求是SiO2、Al2O3、Fe2O3含量盡可能低。一般采用海水提取的輕燒鎂粉或浮選鎂精礦制得的輕燒鎂粉等較純的原料。我國(guó)多采用后者，要求SiO2含量低于0.5%?1.5%，燒失量<2%。

②鉻鐵礦 可選用質(zhì)量較好的鉻鐵礦或鉻精礦。要求鉻鐵礦中的SiO2含量低：對(duì)于F2O3含量無(wú)特殊限制。我國(guó)鉻鐵礦的質(zhì)量較差(Cr2O3含量低，SiO2含量高)，不宜直接用于合成鎂鉻砂，應(yīng)選用鉻精礦。根據(jù)使用要求，也可將鉻鐵礦段礦與鉻精礦配合使用以控制總體SiO2含量。

2.鎂鉻砂中Cr2O3的含量

鎂鉻砂中Cr2O3的含量取決于鎂砂的用途和對(duì)其性能的要求。通常鉻鐵礦加入量越多， 鎂鉻砂中尖晶石總量越高，二次尖晶石(鉻鐵礦中的尖晶石為一次尖晶石，鉻鐵礦中的在高溫下向方鎂石中擴(kuò)散而在方鎂石邊緣形成的尖晶石稱之為二次尖晶石含量也越高，鎂鉻砂的高溫強(qiáng)度與抗侵蝕能力也越強(qiáng)。一般燒結(jié)鎂鉻砂的Cr2O3含量為5%?15%，電熔鎂砂為15%?25%，也有高達(dá)30%?35%的。

據(jù)我國(guó)以浮選鎂精礦輕燒粉與鉻精礦配合制造燒結(jié)鎂鉻砂的經(jīng)驗(yàn)，Cr2O3含量為5%?10%為最佳。當(dāng)?shù)陀诨虺鲈摲秶鷷r(shí)，合成砂的顯氣孔率偏高，顆粒松散;在高溫豎窯內(nèi)煅燒時(shí)，易粘窯和結(jié)塊，常使煅燒過(guò)程受阻。

3.工藝過(guò)程

圖1為采用輕燒錟粉與鉻鐵礦(鉻中礦粉與鉻精礦配合使用)為原料生產(chǎn)燒結(jié)鎂鉻砂的工藝流程。將各種原料稱重，按比例混合，然后送入壓球機(jī)中壓成球坯(干法成球)，料球直徑16?32mm，球坯密度為2.1?2.2g/Cm3。球坯入燃油豎窯中煅燒，燒成溫度2000℃，要控制好窯內(nèi)氣氛，以氧化氣氛煅燒的合成砂質(zhì)量較好。燒結(jié)砂出窯溫度為100?150℃。以輕燒鎂粉和鉻鐵礦為原料時(shí)鎂鉻砂熱耗為600?700 kcal/kg。鎂鉻砂也可以在隧道窯和回磚窯中高溫煅燒。

圖1燒結(jié)鎂鉻砂生產(chǎn)流程

電熔法也是生產(chǎn)合成鎂鉻砂的常用方法，特別是對(duì)Cr2O3含量高的合成砂。它與燒結(jié)砂的區(qū)別在于方鎂石與尖晶石呈直接結(jié)合結(jié)構(gòu)，晶間尖晶石自形程度高;組織致密、顆粒氣孔率低;硅酸鹽相含量相對(duì)較低。因而電熔鎂鉻砂具有更好的抗侵蝕性能。用它制做大顆粒再結(jié)合鎂鉻磚甚至可以達(dá)到電熔鎂鉻磚的性能，明顯優(yōu)于燒結(jié)砂。而燒結(jié)砂則熱震穩(wěn)定性好、成本低。

鎂鉻尖晶石是鎂鉻砂的主要組成礦物之一，理論組成為MgO 21.0%， Cr2O3 79.0%，屬立方晶系，密度4.429g/cm3，熔點(diǎn)2180℃莫氏硬度5.5，25?900℃的線膨脹系數(shù)5.70?8.55×10-6℃-1。

由于所用的原料鉻鐵礦成分比較復(fù)雜，所以人工合成的鎂鉻砂往往含有由FeO、MgO 與Fe2O3、Al2O3、Cr2O3組成的多種尖晶石。燒結(jié)鎂鉻砂的Cr2O3含量—般為5%?15%，體積密度3.30?3.40g/cm3;電熔鎂鉻砂有中鉻與高鉻之分，中鉻砂的Cr2O3為15%?30%，Cr2O3含量大于30%的可算作是高鉻砂。電熔鎂鉻砂的體積密度為3.6?4.2g/cm3。表1為各種鎂鉻砂的物理化學(xué)性能。

表1鉻鎂砂的理化性能

在燒結(jié)鎂鉻砂的結(jié)構(gòu)中，方鎂石已明顯尖晶石化，即在方鎂石晶體內(nèi)部有星點(diǎn)狀鎂鉻尖晶石，尺寸一般為15?30μm，方鎂石晶體較大，一般為150?180μm方鎂石晶體之間有發(fā)育完整的鎂鉻尖晶石，一般為0?40μm。硅酸鹽相少見(jiàn)，氣孔較少，且大小基本一致，分布均勻。在Cr2O3含量較高的燒結(jié)鎂鉻砂中，有時(shí)還存在有鉻鐵礦顆粒，其周圍為鎂鉻尖晶石，以此種砂制磚熱震穩(wěn)定性較好。

合成鎂鉻砂的礦物組成是很復(fù)雜的，除方鎂石、鉻尖晶石外，還有鈣鎂橄欖石(CMS)、鎂橄欖石(M2S)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)等。表2為兩種電熔鎂鉻砂的礦物組成實(shí)例，可見(jiàn)尖晶石含量與Cr2O3+Al2O3+Fe2O3的含量有關(guān)。

表2電熔鎂鉻砂的礦物組成

名稱:合成鎂砂;synthetic magnesite

以人工合成法從海水、鹵水或其他天然含鎂礦物中提取的或根據(jù)鎂砂使用性能要求，再配人適量的其他礦物或化合物，經(jīng)高溫煅燒制得。常見(jiàn)的有:(1)海水鎂砂及鹵水鎂砂;(2)冶金鎂砂;(3)鎂鋁尖晶石砂;(4)鎂白云石砂;(5)鎂鉻砂。