镁质耐火材料--轻烧氧化镁
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- 发布时间：2013-05-06
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轻烧氧化镁的化学反应活性： 轻烧氧化镁质地疏松，具有很高的比表面积，化学活性很大，常温下就易与水反应，水化物Mg(OH)2在空气中硬化。轻烧氧化镁的性质如表1。作为比较，表中同时给出了烧结镁砂的相应特性。轻烧氧化镁的化学反应活性，是其应用价值所在。天然菱镁石的水化反应活性很小，只有将其磨至相当细时，才能在室温下与水缓慢作用。但经450~700℃煅烧并细磨的MgO，在常温下数分钟内就完全水化生成Mg(OH)2。这是因为低温煅烧MgCO3形成的MgO晶格较大，晶粒间存在较大的空隙和相应较大的内比表面积，与水反应接触面积大，反应速度快。如果提高煅烧温度或延长煅烧时间，则晶格尺寸减小，晶粒间趋于密实，将大大削弱其反应活性。所以，选择煅烧方式，控制轻烧温度，是使轻烧氧化镁获取反应活性的重要手段。
图1为MgCO3和Mg(OH)2经不同温度煅烧所获MgO的晶格常数变化的情况;表2，表3分别表示用MgCO3经不同煅烧温度制取的MgO水化速度(用水化程度百分率表示)和Mg(OH)2在不同煅烧制度下获得的MgO的分散度，表明随煅烧温度提高，MgO的内比表面积显著减少，当温度大于1000℃，MgO重结晶速度加快，分散度急剧降低，活性差。
在相同温度下轻烧氧化镁的煅烧方式和煅烧设备也是影响其活性的重要因素。如采用沸腾炉，悬浮炉煅烧粉状菱镁石，使其在瞬间迅速分解快速回收，可获得具有最大活性的轻烧氧化镁;采用隧道窑、反射窑烧大块的方式，煅烧时间长，往往会使表面过烧而内部生烧，都将使轻烧氧化镁的活性降低，采用回转窑煅烧粒状菱镁石，情况介于上述二者之间，也能使获得的轻烧氧化镁保持较好的活性。
轻烧氧化镁的胶凝性质：
1)氧化镁-水体系。轻烧氧化镁与水按下式反应：
MgO+H2O→Mg(OH)2
Mg(OH)2的胶凝性质，即氧化镁的水化过程和浆体结构强度的发展过程，与MgO的分散度有密切关系。图2表示不同内比表面积的MgO的水化速度。MgO的比表面积愈大，其水化速度愈快。如图3所示，内比表面积大的MgO水化速度快，强度发展也快，这是作为胶凝材料应有的基本特性。但其最终的结构强度却很低成为一大弱点。产生这种情况的原因与MgO溶液的过饱和度特别高有关。轻烧氧化镁在常温下水化时，MgO的最大浓度达0.8~1.0克/升。而其水化产物Mg(OH)2在常温下的平衡溶解度仅为0.01克/升左右，所以其相对过饱和度为80~100。这与其它胶凝材料相比是相当大的。而过大的过饱和度会产生结晶应力，使形成的结晶结构网受到破坏，强度降低。
上述结果使得氧化镁-水体系胶凝材料在应用上产生两个问题。一是由于MgO的溶解度本来就比较小，如果提高煅烧温度，降低比表面积，其溶解速度和溶解度会更低，水化过程就很慢，虽然经过长时间的硬化，浆体可以得到较高的强度，但过长时间的硬化周期是无应用价值的;二是如果提高MgO的内比表面积，相应的增大MgO的溶解速度和溶解度，加快水化过程，但其过饱和度太大，会产生很大的结晶应力，导致胶凝体结构破坏，强度降低。这两个问题都是轻烧氧化镁应用上的障碍。所寻求的凝结时间较快而强度又高的镁质胶凝材料的途径，基本是围绕降低过饱和度和提高溶解度而采取的技术措施。其中MgO-MgCl2-H2O体系则是最具应用价值的一个。
2)氧化镁-氯化镁-水体系
(1)氯化镁在氧化镁浆体中的作用。为了有效地使用镁质胶凝材料，要解决两个问题：一是要加速MgO的溶解;二是要降低体系的过饱和度。而降低过饱和度的有效途径是提高水化产物的溶解度或迅速形成复盐。用MgCl2溶液代替水来调制MgO时，可以加速其水化速度，并能与之作用形成新的水化物相。这种新的水化物相的平衡溶解度比Mg(OH)2高，因此其过饱和度也相应地降低。当H2O/MgO=2时，MgO/MgCl2<4，开始形成的水化物相主要为Mg3(OH)5Cl·4H2O和少量剩余的MgCl2，但随时间延长，Mg3(OH)5Cl·4H2O转变为Mg2(OH)3Cl·4H2O，这种转变速度随MgO/MgCl2比的降低而提高。当46时，形成Mg(OH)2和Mg3(OH)5Cl·4H2O，在这种情况下，Mg3(OH)5Cl·4H2O是不稳定的，将转变为Mg2(OH)3Cl·4H2O。在MgO-MgCl2-H2O体系中水化物相的转变过程，为了获得比较稳定的水化物相，要合理控制MgO/MgCl2比在4~6之间，如果小于或大于这个比例范围，都会随着硬化过程的进行发生相的转变。这种转变将导致胶凝体结构网的局部破坏和强度降低。
(2)镁质胶凝材料硬化体的强度和抗水性。图4为在干燥条件下，用轻烧氧化镁配制的氯镁水泥与硅酸盐水泥强度发展的对比，曲线1和曲线2分别表示氯镁水泥和硅酸盐水泥强度发展的过程，图中表明，在干燥条件下硬化的氯镁水泥比硅酸盐水泥的强度发展快，强度值也较高，但曲线1在24小时时出现了一次强度下降，这主要是由于内应力引起的，由于氯镁水泥过饱和持续时间长，所以在以后的时间里结晶结构仍然能恢复和发展。而其强度也能得到相应的恢复和发展。
镁质胶凝材料的抗水性差，原因是氯盐的吸湿性大，结晶接触点的溶解度高，在潮湿条件下会引起硬化结构网的破坏。为了提高抗水性，常用的办法是掺入某些外加剂，如加入少量的磷酸或磷酸盐，可以在一定程度上提高其抗水性。加入少量磷酸后，在硬化开始阶段，强度发展较慢，但到7天时，可达到标准样品强度，之后强度的发展则超过标准样品。如果将加入磷酸的样品在空气中硬化一个月后放到水中保存一天，强度开始下降，但是浸在水中经三个月的样品其强度可以稳定下来，并且接近标准样品的强度。
轻烧氧化镁的应用领域：
轻烧氧化镁是一种具有中度碱度及化学活性的工业原料，除作为耐火材料和胶凝材料外，还应用于其它工业领域。见表4 。
另外，近年来，转炉炼钢溅渣护炉技术的发展，进一步扩展了轻烧氧化镁的应用范围。目前，溅渣护炉技术多将轻烧氧化镁成球后使用，有轻烧氧化镁球、含碳轻烧氧化镁球和含碳含钙轻烧氧化镁球。
轻烧氧化镁球的化学成分：
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