白云石在耐火材料工業(yè)的應(yīng)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(zhì)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(xué)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(yīng)生成C3S，生成穩(wěn)定的窯皮，因此適合使用在水泥回轉(zhuǎn)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(zhì)，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(jié)后滿足產(chǎn)品的化學(xué)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(zhì)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(zhì)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(zhì)。若磚中的CaO、MgO質(zhì)量比小于1.39，則稱為鎂質(zhì)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)干式搗打料，其采用含鐵的鎂白云石質(zhì)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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(jié)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(xué)的研究人員以白云石和工業(yè)三氧化二鋁為原料，燒結(jié)合成出含鎂鋁尖晶石的鋁酸鈣水泥，這種水泥的結(jié)合強度高，武漢科技大學(xué)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(jié)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(zhì)耐火材料、抗水泥熟料侵蝕的二鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料等，取得不錯進展。