三種燒結(jié)鎂砂顯微結(jié)構(gòu)對比研究

　　鎂砂是堿性耐火材料的主要原料，被廣泛地用于制造煉鋼爐襯、耐火磚以及不定形耐火材料。近年來，隨著鋼鐵冶金行業(yè)的快速發(fā)展，冶煉技術(shù)的進(jìn)步對鎂砂質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是對高純度（MgO≥99%）、高體積密度（≥3.40g/cm³）和大晶體燒結(jié)鎂砂的需求量越來越大。

　　我國是鎂砂生產(chǎn)和出口大國，但是產(chǎn)品以中低檔燒結(jié)鎂砂為主，造成礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費。因此，開發(fā)高純度、高體積密度、高附加值的菱鎂礦燒結(jié)鎂砂產(chǎn)品是國內(nèi)科研人員當(dāng)前的主要任務(wù)。

　　川藏菱鎂礦為微晶質(zhì)菱鎂礦，具有純度高、雜質(zhì)少的優(yōu)點，使用二次燒結(jié)法可制得高品質(zhì)的燒結(jié)鎂砂。現(xiàn)將荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂（A）、日本UBE海水鎂砂（B）以及微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂（C）的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比研究。

　　實驗部分

　　荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂（A）、日本UBE海水鎂砂（B）和微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂（C）都具有很高的純度，氧化鎂含量大于98.5%。鹵水鎂砂呈棕褐色，海水鎂砂和燒結(jié)鎂砂顏色相仿，呈乳白色。

　　制備光片的步驟是切割好的試樣經(jīng)5μmSiC微粉研磨平滑后，再以0.5μm級金剛石研磨膏拋光10~15分鐘，直至呈現(xiàn)完美的鏡面。采用FEI-Nova-400型場發(fā)射掃描電鏡觀察光片和斷口。

　　實驗結(jié)果

　　實驗采用的三種燒結(jié)鎂砂的化學(xué)分析結(jié)果如表1所示，從表中可以看出，三種鎂砂的純度都很高，氧化鎂含量大于98.5%，雜質(zhì)含量很少，其中燒結(jié)鎂砂的純度甚至高于鹵水鎂砂和海水鎂砂。另外，A、B和C的體積密度分別為3.41、3.46和3.43g/cm³。
　　衡量鎂砂性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)是純度、體積密度、CaO/SiO₂比值及顯微結(jié)構(gòu)。氣孔的數(shù)量、形狀和尺寸分布是影響致密化燒結(jié)的重要因素，海水、鹵水鎂砂和微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂多為封閉式氣孔。封閉式氣孔分為兩種類型：其一為晶間氣孔（intercrystalline），存在于晶體界面，孔間距大者，晶體較大；其二為晶內(nèi)氣孔（intracrystalline），是被包裹于方鎂石晶體內(nèi)部的微孔，不易排除。顯微結(jié)構(gòu)主要是考核方鎂石晶粒大小及結(jié)合狀態(tài)。晶粒小的抗蝕性差，通常要求晶粒在80~150μm，晶體的結(jié)合狀態(tài)最好屬于直接結(jié)合，如果存在晶間低熔相會降低產(chǎn)品的耐火度。

　　從圖1的低倍照片中可以清晰地觀察到許多的晶間氣孔。A和B的晶間氣孔較小且多，氣孔分布均勻；C的晶間氣孔較大，但分布不均勻；C的晶體尺寸最大，B的最小。

　　從同樣放大200倍的圖2中可以清晰地顯示出了方鎂石晶體的尺寸分布狀態(tài)，B的晶體尺寸最小，多在30μm以下，A的較大晶體可達(dá)50μm，而C的較大晶體為100～150μm。

　　在2000倍率下拍攝結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)可以發(fā)現(xiàn)沿晶斷裂的晶面形貌、晶體尺寸分布、晶間結(jié)合狀態(tài)和晶內(nèi)氣孔的結(jié)構(gòu)，三種鎂砂都是晶間直接結(jié)合；A和B比較接近，皆為均勻的、封閉式微孔（<5μm）結(jié)構(gòu)，B的氣孔率更低些；C的氣孔也為封閉式，但孔徑較大、不均勻，分布范圍多在<20μm之內(nèi)，氣孔間距較大，數(shù)量較少。
　　微晶菱鎂礦燒結(jié)鎂砂與荷蘭NEDMAG鹵水鎂砂和日本UBE海水鎂砂具有同等質(zhì)量，氧化鎂含量為98.82%，高于鹵水鎂砂和海水鎂砂，且體積密度較高（3.43g/cm³），氣孔數(shù)量較少，晶體尺寸較大為100~150μm，有望在某些耐火材料領(lǐng)域替代進(jìn)口海水鎂砂。