第五章5镁质矿物原料
耐火材料工艺学 氧化镁-氧化钙系耐火材料
3）MF在MA中的溶解度较在方镁石中的溶解度大 得多，因此MA能从方镁石中转移MF从而消除了 MF因温度波动引起的向方镁石中溶解或自其内部 析出的作用，从而提高方镁石的塑性，消除对热 震稳定性的不良影响； 4）MA与FeO反应可生成含有氧化铁的尖晶石； 5）尖晶石的熔点为2135℃，且与方镁石形成二元 系的始熔温度较高（1995℃），因而以MA作结合 物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。
广泛采用的稳定剂有CaO、MgO及其混合物，其中 CaO较有效，MgO次之。 CaO加入量通常为3～8%或更多 （按质量计）。
31
ZrO2—MgO 系 的 立 方 固 溶 体 在 长 时 间 加 热 处 理 (1000 ～ 1400℃)后会发生分解，导致制品破坏。ZrO2—CaO系立方 固溶体虽较稳定，但长时间加热时亦会发生部分分解，而 使ZrO2失去稳定作用。ZrO2—Y2O3固溶体与其它ZrO2固溶 体相比最主要优点是在1100～1400℃长时间加热不发生分 解，但这类氧化物稀缺，价格昂贵，只能局限于某些特殊 要 求 的 地 方 使 用 。 多 种 复 合 稳 定 剂 ， 如 ZrO2—MgO 和 ZrO2—CaO固溶体中加入1～2％Y2O3即可显著提高其热震 稳定性。加入3～5％Y2O3可以使固溶体完全不分解，而且 有很高的机械强度和较低的热膨胀系数。
27
锆英石是ZrO2—SiO2二 元系中唯一的化合物(图71)。它在1676℃分解并在 1687℃ 异 成 分 熔 化 ， 纯 ZrSiO4 耐 火 度 在 2000℃ 以 上，随杂质含量增加，耐 火度亦相应降低。
28
第二节 氧化锆制品
一、原料的制取和稳定
氧化锆在地壳中的含量约占0.026％，分布极为分散。在自 然界中主要有两种含锆矿石。
镁质材料课程设计
镁质材料课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解镁质材料的基本概念、性质和分类。
2. 掌握镁质材料在日常生活和工业中的应用。
3. 掌握镁质材料的制备方法和工艺流程。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析镁质材料的性质与用途之间的关系。
2. 能够设计简单的镁质材料制备实验，观察实验现象，分析实验结果。
3. 能够运用科学方法，对镁质材料进行简单的性能测试和评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对镁质材料的兴趣，激发学习热情，树立科学探究精神。
2. 增强学生的环保意识，认识到镁质材料在可持续发展中的重要性。
3. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为化学学科，针对八年级学生，课程内容紧密结合课本知识，注重实践性与应用性。
学生在本阶段已具备一定的化学基础知识，对材料的性质和用途有一定了解。
教学要求注重启发式教学，引导学生主动探究，培养创新思维。
课程目标分解：1. 通过课堂讲解、实验演示，使学生掌握镁质材料的基本概念、性质和分类。
2. 通过案例分析、小组讨论，让学生了解镁质材料在日常生活和工业中的应用。
3. 通过实验操作、性能测试，培养学生动手能力和科学思维。
4. 通过课后作业、小组合作，提高学生的沟通与协作能力，增强环保意识。
本课程目标具体、可衡量，旨在帮助学生全面掌握镁质材料相关知识，提高实践操作能力，培养科学素养和环保意识。
后续教学设计和评估将围绕这些具体目标展开。
二、教学内容1. 镁质材料基本概念- 镁的化学性质与周期表位置- 镁合金的分类及性质- 镁质材料的优缺点分析2. 镁质材料的应用- 日常生活应用案例- 工业领域应用案例- 高科技领域应用前景3. 镁质材料制备方法- 熔炼法- 铸造法- 粉末冶金法- 新型制备技术简介4. 镁质材料制备实验- 实验目的与原理- 实验步骤及注意事项- 实验结果观察与分析5. 镁质材料性能测试- 力学性能测试- 耐腐蚀性能测试- 热性能测试- 电性能测试教学内容安排与进度：第一课时：镁质材料基本概念及优缺点分析第二课时：镁质材料的应用案例分析第三课时：镁质材料制备方法及新型制备技术简介第四课时：镁质材料制备实验（分组实验）第五课时：镁质材料性能测试及实验结果分析本章节教学内容与课本紧密关联，涵盖镁质材料的理论基础、实际应用、制备方法和性能测试等方面，确保内容的科学性和系统性。
镁质原料——菱镁矿
镁质耐火原料——菱镁矿镁质耐火原料是指以MgO为主成分和以方镁石为主要矿物组成的原料，属于碱性耐火原料的范畴。
菱镁矿及由菱镁矿煅烧或熔融而得到的轻烧镁粉、烧结镁砂、电熔镁砂等，以及由海水和卤水提纯而得到的氧化镁等都是镁质耐火原料。
镁质耐火原料的来源主要有三部分；①天然菱镁矿；②海水；③卤水。
中国是镁质耐火原料的生产大国，在世界市场上有重要影响，生产的死烧镁砂、轻烧镁粉和电熔镁砂分别有30%、40%和60%供应世界市场，每年出口量占全世界总出口里（约250万短吨）的三分之一。
第一节菱镁矿菱镁矿，又称菱镁石或菱苦土，是镁的碳酸盐矿物。
菱镁矿是制造镁质耐火材料的最主要天然矿物原料。
佾界菱镁矿储量约120〜150亿吨，其中中国大约为50亿吨，其它主要出产国还有俄罗斯、奥地利、朝鲜、巴西、西班牙、加拿大、希腊、土耳其、澳大利亚等。
一、菱镁矿的类型与基本性质由于成矿条件不同，菱镁矿有两种类型；晶质菱镁矿（显晶质）和非晶质菱镁矿（隐晶质）。
晶质菱镁矿赋存于镁质碳酸盐岩层中，多分布在古老结晶片岩系出路地区，与富镁岩石如白云岩、蛇纹岩等伴生。
由于沉积时含镁很高，后来受酸性或基性岩浆侵入活动，富镁热液沿白云岩或石灰岩裂隙或层间交代充填成矿。
非晶质菱镁矿多赋存于超基性岩的风化壳中下部，由橄榄岩、蛇纹岩等含镁较高的岩石经过风化和地表水淋滤沉积而形成。
晶质菱镁矿属三方晶系，具有完全的解理，甶于所含杂质的不同，颜色可以从白到浅灰、暗灰、黄或灰黄色，有玻璃光泽，密度2.9〜3.12g/cm3，硬度3.5〜4.5，菱镁矿可与菱铁矿形成连续固溶体，随着铁含量的增加，其密度和折射率也提高，含FeO9%左右的菱镁矿称为铁菱镁矿，含FeO更高者称为镁菱铁矿。
非晶质菱镁矿为胶体形态，一般呈致密块状，硬度稍高，断口为明显的贝壳状，颜色也因杂质不同而有白、浅黄或灰色。
两种类型菱镁矿的物理性质如表6-2所列。
表6-2菱镁矿的物理性质中国菱镁矿以晶质菱镁矿为主，资源中富、品位高、储量大，主要集中在辽宁省营口大石桥至海城一带，储量占全国的80%，仅已探明开采的青怀山、桦子峪、金家铺子、下房身采区即达几十亿吨。
水泥窑用的镁质耐火材料综合分析
水泥窑用的镁质耐火材料综合分析以氧化镁为主成分和以方镁石为主晶相的耐火材料统称为镁质耐火材料。
目前，镁质耐火材料的主要品种有镁砖、镁硅砖、镁铝砖、镁铬砖、镁钙砖、镁炭砖等。
天然的镁质原料通常以菱镁矿的形式存在，菱镁矿是由碳酸镁(MgCO3)组成的，经过加工处理后称为菱镁石。
该料在竖窑、回转窑或电炉中烧结或熔融后，才可使用。
其反应式如下：MgCO3——►MgO+CO2MgO(小晶粒)——►MgO(大晶粒)菱镁石在800〜1000℃的温度下烧结的产物，称为轻烧镁石。
轻烧镁石是镁质耐火制品的结合剂，是合成尖晶石、制造镁质水泥、二步煅烧镁砂、电熔镁砂的原料，也是陶瓷、建材和化工等部门的一种重要原料。
烧结镁砂是在1600〜1900℃的温度下充分烧结的产物。
烧结镁砂是水化活性很低、密度很高的再结晶矿物，其结品矿物形态为方镁石。
其晶体发育比较完整，结构致密，密度高。
其主要理化性能见表5-24。
表5-24方镁石的主要理化性能指标1、镁铝尖晶石砖镁铝尖晶石砖是以高纯镁砂和预合成镁铝尖晶石为主要原料，经合理级配、高压成型、高温烧成后制得的制品。
其特点是纯度高、强度高、抗侵蚀、线膨胀系数低，抗热震性好，是水泥回转窑过渡带的理想耐火材料。
镁铝尖晶石砖生产配料中镁铝尖晶石的加入量并非越多越好，随着尖晶石量增加抗热震性变好，但由于不匹配膨胀会使强度(尤其抗折强度)下降，以Al2O3为标准，制品中Al2O3不应大于15%〜20%，以10%〜18%为佳，这与镁铝砖的实验数据一致。
镁铝尖晶石砖中主要杂质是SiO2，不应大于1.5%。
在过去的三十多年的时间里，人们一直在追求替代镁铬砖消除六价铬公害的技术，首先寄望于方镁石尖晶石砖。
当尖晶石砖随着引进六条新型干法窑以每吨1000多美元的身价进入中国后，中国出现了尖晶石砖热。
最初的报告是乐观的，但渐渐地从水泥厂那里传出了不同的消息：“挂不住窑皮。
”原来尖晶石砖和水泥的共熔温度接近(稍低)水泥的烧成温度(参见图5-2)，这是致命的，于是尖晶石砖在我国水泥窑窑衬中向后退了15〜20m，到达上过渡带，占据了原本高铝砖或普通镁铬砖的位置。
13-14-碱性耐材理论基础和镁质耐火材料
第五章 碱性耐火材料
（2 ）显微结构
《耐火材料工艺学》
高温力学性能↑
直接结合率=直接结合程度： 固液界面间的二面角φ或Nss/N
Nss/N= 固体颗粒间接触数目/（固-固接触数目+固-液接触数目）
第五章 碱性耐火材料
《耐火材料工艺学》
cos(φ/2)=rαα/(2rαβ)
液相完全渗透晶粒的条件：rαα≥2rαβ 液相不能渗透晶粒，则必须： rαα＜2rαβ →→ cos(φ/2)＜1 →→抗渣渗透性↑
C2S结合 84.46 镁砖 C3S结合 85.22 镁砖
第五章 碱性耐火材料
● 铁的氧化物和铁酸盐
《耐火材料工艺学》
◆ FeO→（Mg· Fe）O无限固溶体，烧结↑，但MgO 晶体塑性↓，高温强度↓ ◆ Fe2O3→MF→（MF+MgO）有限固溶体，烧结↑， 但塑性↓，抗热震↓
◆ C2F:（C2F+MgO）有限固溶体，但熔点低，粘度小， 润湿能力好，耐火性↓。
第五章 碱性耐火材料
《耐火材料工艺学》
隐晶质菱镁矿：
内蒙古、甘肃、陕西、青海、新疆等属此类。
蛋白石是最常见杂质，且分布不均匀。
第五章 碱性耐火材料
菱镁矿的提纯
《耐火材料工艺学》
热选：轻烧—强度差异—菱镁矿强度↓，疏松状物料；滑石 等强度↑—风选
浮选：润湿性差异—滑石不易被水润湿—疏水—上浮；菱镁 矿—表面离子键能强—亲水—不易浮。
第五章 碱性耐火材料
添加物的影响：“晶界工程” —— Y2O3等稀土氧化物 —— WO3 —— ZrO2
《耐火材料工艺学》
1,2,3: CaWO4
4,5: CaWO4+MgWO4+C3S(m)+CMS(m) 6: C2S
镁矿石
菱镁石菱镁矿石主要成份为（MgCO3），硬度3.5~5，产地在津巴布韦、巴西、澳大利亚和中国，市面上有一些菱镁矿制作的串珠项链，是价廉物美的饰物。
基本信息中文名称菱镁石主要成份MgCO3我国产地岫岩满族自治县、海城产地津巴布韦、巴西、澳大利亚和中国硬度3.5~5菱镁矿石主要成份为(MgCO3)，硬度3.5~5，产地在津巴布韦、巴西、澳大利亚和中国，市面上有一些菱镁矿制作的串珠项链，是价廉物美的饰物。
各色各样的菱镁矿各色各样的菱镁矿菱镁矿是一种碳酸镁矿物，它是镁的主要来源。
含有镁的溶液作用于方解石后，会使方解石变成菱镁矿，因此菱镁矿也属于方解石族。
富含镁的岩石也会变化成菱镁矿。
菱镁矿中常常含有铁，这是铁或锰取代掉镁的结果。
菱镁矿白色或灰白色，有玻璃光泽，含铁的菱镁矿会呈现出黄到褐色。
如果呈现出晶体就是粒状，如果不显出晶体则是块状。
菱镁矿除提炼镁外，还可用作耐火材料和制取镁的化合物。
菱镁矿不易形成好的晶体，通常是以岩块状出现。
菱镁矿的特性与方解石相似。
菱镁矿有与方解石同样的晶体结构，因此将它归类入方解石矿物组群。
菱镁矿的外观与白云石相似，难以区分。
但是，MgCO3不与弱酸反应，而方解石CaCO3则弱酸起反应。
这是区别菱镁矿与方解石的最佳的方法白色或浅黄白、灰白色，有时带淡红色调，含铁者呈黄至褐色、棕色;陶瓷状者大都呈雪白色。
玻璃光泽。
具完全解理。
瓷状者呈贝壳状断口。
硬度4~4.5。
性脆。
相对密度2.9~3.1。
含铁者密度和折射率均增大。
隐晶质菱镁矿呈致密块状，外观似未上釉的瓷，故亦称瓷状菱镁矿。
主要用途耐火材料、建材原料、化工原料和提炼金属镁及镁化合物等。
蛇纹石蛇纹石是一种含水的富镁硅酸盐矿物的总称，如叶蛇纹石、利蛇纹石、纤蛇纹石等。
它们的颜色一般常为绿色调，但也有浅灰、白色或黄色等。
因为它们往往是青绿相间像蛇皮一样，故此得名。
蛇纹石的结构常会有卷曲状，像纤维一样。
这样的蛇纹石常被当作石绵用。
块状或纤维状的蛇纹石都会具有光泽，块状如蜡，纤维状如丝。
陶瓷工艺学——原料
第二节 硅质原料
1.2.1 石英——SiO2——燧石
隐晶质SiO2 ，SiO2 液经化学沉积在岩石夹层中， 硬度高。
陶瓷工业常做研磨材料：砌筑球磨机内衬，研磨 体球石用。
SiO2>98%。
陶瓷——原料
陶瓷课件
第二节 硅质原料
1.2.1 石英——SiO2——石英砂
花岗岩、伟晶岩风化的产物，可简化工艺。 杂质多，成分变化波动较大。 河床砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变形。 平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。 东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。
第三节 粘土类原料
1.3.1 ——粘土成因与分类
各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作 用可变为粘土。
风化残积型 热液蚀变型 沉积型
陶瓷——原料
陶瓷课件
第三节 粘土类原料
1.3.1 ——粘土成因与分类
风化残积型——一次粘土
成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残 留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土（也称为残留 粘土或原生粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。
一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小， 且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。
二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效 应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。
陶瓷——原料
陶瓷课件
第二节 硅质原料
1.2.2 ——SiO2多晶转变特性
石英理论晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶型转化在 平衡态下进行。
高档白瓷：白度大于75，Fe2O3 0.3%； 高压电瓷： Fe2O3+TiO2 0.6%（ Fe2O3高温分解， 有气体产生，留下气孔，高压下易被击穿。
镁质原料综述
镁质原料综述1、概述镁质类原料有镁砂、白云石、镁橄榄石和蛇纹石等，均属碱性，故又称碱性耐火原料。
镁砂分为烧结镁砂和电熔镁砂两大类，又分为普通镁砂和优质镁砂；根据原料不同，分为镁石镁砂、海水镁砂和盐湖镁砂。
我国的菱镁石储量占世界的90％，而辽宁海城――大石桥一带的储量占我国储量的96％，我国镁砂主要产在辽宁。
而海城――大石桥一带分华子峪和青花峪两个矿系，华子峪矿系的特点是硅高钙低，烧成的产品多是发黄。
而青花峪矿系的特点是高钙低硅，产品多是发黑。
）煅烧来生产，或从海水或卤水中提取镁砂由精选后的菱镁石矿物（MgCO3合成。
天然存在的菱镁石常常伴有白云石、滑石、氯化物、蛇纹石、云母、黄铁矿和磁铁矿。
从海水和卤水中合成镁砂最重要的过程是在镁盐溶液中添加强碱物质（烧结石灰石和烧结白云石）从而析出氢氧化镁沉淀。
析出的氢氧化镁沉淀再经水洗、浓缩、过滤和烧结生产出镁砂。
在另外一种实用的方法中，将浓缩后的）喷进热反应容器中，在这里热气体将它转化成氧化镁和盐酸。
氯化镁（MgCl2水洗氧化镁形成氢氧化镁泥浆，经过滤和烧结再生产出镁砂。
烧结镁砂按煅烧程度分为轻烧镁砂和重烧镁砂。
在耐火材料应用领域中，主要使用重烧镁砂。
天然重烧镁砂通常含有较高的二氧化硅和三氧化二铁，但氧化钙含量对重烧镁砂的使用性能影响非常大，氧化钙含量高在使用过程中和水反应，产生体积膨胀，对不烧制品的影响大，而合成镁砂可通过化学反应控制二氧化硅和氧化钙的含量，并可获得较高致密度。
2、重烧镁砂国标对烧结镁砂的规定：定义：欠烧品：烧结程度不够，颗粒疏松，结晶不明显。
如白块、软硬黄灰以及白色面子。
杂质：非镁石煅烧形成的产物。
如黑块、熔瘤以及残存焦粒。
颗粒组成为0－30mm，其中小于1mm者不大于5％；颗粒组成为0－90mm，其中小于1mm者不大于8％；颗粒组成为0－120mm，其中大于120mm者不大于10％；小于1mm者不大于15％。
烧结镁砂的外观质量MS93、MS90、MS87和MS84牌号的烧结镁砂，粒度大于30mm者，含欠烧品、熔瘤和黑块的表面积分别不得超过该镁砂块表面积的1/3、1/3和1/4；镁砂粒度为5－30mm者，含欠烧品、熔瘤和黑块的表面积均不得超过该镁砂块表面积的1/2。
X射线荧光光谱法测定镁质矿物原料中主次成分
关键 词 ： Ｘ射 线 荧光光谱 ； 砂 ； 融制 样 ； 镁 熔 烧损 量 ； 体 效应 校 正 基
中 图分类 号 ： ６ ７ ０ ５
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：１０ ４ １ （０ １ ０ ０ ３ ０ ０ ６— ６ ３ ２ １ ）２— ０ ３— ４
Ｄ ｔｒ ｎ ｔ ｎ ｏ ｊ ｒａ ｄ Ｍｉｏ ｏ ｏ ｉｏ ｓｉ ｇ ｅｉｍ ｎ ｒ ｌ ｅｅ ｍｉａｉ ｆＭａｏ ｎ ｎ ｒＣ ｍｐ ｓ ｉｎ Ｍａ ｎ ｓ ｏ ｔ ｎ ｕ Ｍｉｅ ａ
镁质胶凝材料
《胶凝材料学》
2 影响水化过程的主要因素
4#样（相5）：诱导 期较短，3h后水化重新
加速，6.5h加速期结束；
2#样（相3）：诱导 期为4h，加速期延至
12.5h结束。
相5比相3水化快， 早期放热值大。
图3-7
氧化镁和氯化镁的比对水化放热速率的影响
《胶凝材料学》
表3-5 不同MgCl2/H2O时的水化热
2+
C l 5O H C l 3O H
4 H 2 O M g 3C l O H 4 H 2O M g 2C l O H
5 4 H 2O 3 4 H 2O
2+
形成过程：MgO首先在MgCl2水溶液中溶解，形成Mg2+和OH-离子。
当体系中的Mg2+、Cl-、 OH-达到一定浓度后直接与H2O反应生成。
《胶凝材料学》
（一）镁水泥的凝结速度及相5或相3的强度发展规律
表3-7 镁水泥凝结时间与MgO活性的关系
煅烧温度（℃） 比表面积 （m² /g） 初凝时间 （h:min） 终凝时间 （h:min） 600 121.1 1:30 700 85.2 1:55 800 48.9 1:57 900 29.5 4:25 1000 26.5 4:17 1100 16.1 6:21 1磨面层。用膨胀珍珠岩代替木屑可制成
轻质、阻燃型的室内装饰板材。以菱苦土为胶结料，以玻璃纤维为增强材料， 添加改性剂，可制成管材产品。
• 菱苦土木屑板、木丝板、刨花板
配比：木屑＋颜料＋填料＋菱苦土
• 菱苦土地面
防爆、防静电、不起尘－军工、纺织、电子车间
• 菱苦土制品
门窗、楼梯扶手、包装箱
碱性耐火材料镁质和镁铬质
第16页，共68页。
问题二、在已学的与镁质耐火材料相关的 物系中，形成的哪些物相对镁质耐火材料 性能的不利影响较大？
第17页，共68页。
二、化学组成对镁质制品性能的影响 p122
（Effect of chemical composition on properties
of magnesia refractories)
2.45
2.0 4.1 4.7 8.4 79.8 3.60 3.08 14.3 1635 ＞1700
普通烧成 镁铬砖
4.3 4.4 8.1 8.8 72.9 20.1 1565
第27页，共68页。
问题四：镁质耐火制品的结合物有哪几类， 各有什么特点？
第28页，共68页。
问题五：直接结合和陶瓷结合是什么？如何 提高镁质材料直接结合程度？
元素 Mg Ca Fe
矿物的基本组成元素 类质同象混合物 细微机械包裹体
菱镁矿、白云石、滑石 、透闪石
绿泥石
白云石
菱镁矿、透闪石 菱镁矿晶体中含 白云石包体
菱铁矿、褐铁矿 菱镁矿、绿泥石
Si
滑石、石英、透闪石、
绿泥石、云母
Al
绿泥石
绢云母、绿泥石
、方柱石
第35页，共68页。
菱镁矿的提纯
菱镁矿提纯主要方法：热选，浮选
1、CaO和SiO2及C/S比的影响
低熔点结合相↑，砖高温强度↓
→→镁质材料的C/S比应控制在获得强度最大值的 最佳范围。
第18页，共68页。
序号
1 2 3 4
不同C/S比的镁质制品的荷重软化温度
化学成分，％
MgO
CaO
SiO2
C/S(质量比)
荷重软化温度 ，℃
制备和提高镁质原料的新技术
制备和提高镁质原料的新技术一、高纯镁砂的制备1 菱镁矿的深加工我国是菱镁矿资源大国，辽宁省海城、大石桥一带菱镁矿储量达25亿t，长期以来的块矿开采使大量粉矿抛弃矿区，无法利用。
吉林大学研究了一种综合选矿提纯方法，用一级菱镁矿粉矿作原料，生产MgO＞99 %的高纯镁砂。
生产工艺如下：原料采用一级菱镁矿粉矿，粒度范围为0～15 mm，其主要矿物为菱镁矿、白云石，次要矿物为滑石、斜绿泥石，微量矿物有石英、透闪石、方柱石以及褐铁矿、黄铁矿等。
MgO及有害成分SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3等在矿石中分布均匀，并无明显富集现象，有害元素钙、铁以类质同象和微细机械包体形式存在于菱镁矿晶格中。
工艺流程：图1 以菱镁矿制备高纯镁砂工艺流程图1.1 浮选一级菱镁矿粉矿经磨矿（-200目占70 %）后，采用单一反浮选流程，用盐酸、六偏磷酸钠、十二胺作为浮选药剂，pH为6.5～7，进行二次粗选、一次扫选、一次精选，可得浮选精矿。
1.2 焙烧浮选精矿经过滤、干燥后进行焙烧，焙烧温度控制在900～950 ℃，焙烧时间为70 min，焙烧气氛为弱还原气氛。
通过焙烧使矿样中的黄铁矿、褐铁矿等铁矿物转化为磁铁矿等强磁性矿物，以有利于磁选除铁，并且这个温度也有利于CaCO3的分解，防止过烧及欠烧，有利于化学选矿除钙。
1.3 磁选采用湿式磁选机，先用弱磁选除去磁铁矿、磁黄铁矿等强磁性矿物后，再用强磁选除去褐铁矿、菱铁矿等弱磁性矿物。
1.4 化学选矿提纯磁选后的矿样放人电动搅拌器，进行化学除钙，采用阳离子交换树脂732，粒度为0.8～1.2 mm，按每千克干矿样用100 g离子交换树脂的用量加入到电动搅拌器中进行搅拌，搅拌时间为30 min，使其充分反应，反应后筛分分离矿浆和离子交换树脂。
1.5 轻烧及重烧化学提纯后的矿浆经过滤、干燥后进行轻烧，轻烧温度850～900℃，然后进行压球，于l700 ℃进行重烧，得高纯镁砂。
从以上可以看出，菱镁矿粉矿的主要杂质为铁、钙、硅、铝化合物，浮选方法去除硅化合物和铝化合物效果较好，但是对钙化合物和铁化合物去除效果不好。
功能陶瓷材料PPT课件
2021
9
先进陶瓷（Advanced ceramics）又称现代陶瓷， 是为了有别于传统陶瓷而言的。
先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)、 新型陶瓷(New Ceramics)、特种陶瓷(Special Ceramics)和高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。
目前，功能陶瓷主要用于电、磁、光、声、热
和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等，
并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、
超声换能、人工智能、生物工程等众多近代科技领
域显示出广阔的应用前景。
2021
22
根据功能陶瓷组成结构的易调性和可控性，可 以制备超高绝缘性、绝缘性、半导性、导电性和超 导电性陶瓷；
2021
30
黏土作用概括为五个方面：
1)黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。 2)黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 3)黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。 4)黏土是陶瓷坯体烧结时的主体，黏土中的Al2O3含量和杂质含
量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主要 因素； 5)黏土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。
黏土的组成：黏土的组成可从几个方面来分析，一般可 从矿物组成、化学组成和颗粒组成三个方面来进行分析。
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黏土的性质 黏土的性质对陶瓷的生产有很大的影响。它主要包括可塑 性、结合性、离子交换性、触变性、干燥收缩和烧成收缩、烧 结温度与烧结范围和耐火度等。
黏土的工艺性质 主要取决于黏土的矿物组成、化学组成与颗粒组成。其中， 矿物组成是基本因素。 黏土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱水阶段与脱水 后产物的继续转化阶段。
镁_镁资源与镁质材料概述
镁、镁资源与镁质材料概述乌志明,马培华(中国科学院青海盐湖所,青海 西宁,810008)摘 要:中国盐湖卤水镁资源的开发形势十分严峻。
首先是量大,仅青海盐湖集团提钾副产的镁卤量就超过中国海盐副产镁卤总量的3倍;其二是缺少适合开发的大宗镁产品,受中国镁碳酸盐矿物开发的冲击,世界范围内,以海湖卤镁为原料的炼镁企业和氧化镁厂商都逐渐退出行业竞争。
镁碳酸盐矿物方面,菱镁矿主要生产镁质耐火材料,中国镁质耐火材料产量和产能居世界首位,且已开始变强并良性发展;白云石主要生产金属镁材料,中国金属镁产量和产能占世界的比例更大,也正努力做强;与另两大类镁质材料形成鲜明对比,镁质化工材料领域的现状是又小又弱,相关发展取决于能否率先将产品做成系列和规模。
中国盐湖卤水镁资源过多甚至成为“镁害”,但该资源价廉、含杂质少,是镁质化工材料的优质原料,应该在相关领域加大投入。
关键词:镁;镁资源;镁质材料中图分类号:TG 146122 文献标识码:A 文章编号:1008-858X (2007)04-0065-08 镁是全球资源型商品,兼备减重、节能、回收特性,被誉为“21世纪绿色工程材料”,广泛用于国防、航天、航空、汽车和3C 产业(3C 指计算机C om puter ,信息设施C ommunication 和日用物品C onsumer G oods )等领域。
此外,性能优异的镁化合物材料如MOS 纤维等在汽车的仪表板、保险杠、内饰件、防擦条等和3C 产业也日益受到重视。
1 镁及镁对人类日益重要的作用镁的元素符号为Mg ,英文名称为Magne 2sium ,其命名源于产有苦土的希腊地名“Magne 2sia ”;18世纪,用“Magnesia alba ”描述碳酸镁,“Magnesium ”指其中所含的金属,1755年Black 将此金属认定为一种元素。
现在,“Magnesium ”指金属镁,“Magnesia ”指各种形式的氧化镁。
第五章5镁质矿物原料
MgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCl2 MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 3）将提取的氢氧化镁在高温下煅烧得到烧结镁石
Mg(OH)2——MgO + H2O
2．海水镁砂中的杂质
杂 质 来 源 ： 海 水 镁 砂 中 的 杂 质 有 Al2O3 、 SiO2 、 Fe2O3 、 CaO和B2O3等。杂质有两个来源一是由沉淀剂带入，二是存在于 海水中。
2）体积密度。它是表征原料烧结程度和致密性的一个 重要指标。
3）方镁石晶粒大小。
原料的煅烧仅达到致密化还不够，还应具有合适的 显微结构，才能有良好的使用性能。镁砂的显微结构 是指方镁石的晶粒大小和结合程度。方镁石晶粒增大， 镁砂的抗水化性能提高，同时结合程度增大，抗渣性 能也得到改善。
七、电熔镁砂
3、分类：
根据结晶状态的不同，菱镁矿可以分为：晶质菱镁矿和 非晶质菱镁矿。
晶质菱镁矿
呈菱面体单晶，有完全的菱面体解理，莫氏硬度为4 ，密度为3.10g/cm3，常有钙、铁、锰离子呈类质同象混 入其中，伴生矿物有白云石、滑石Mg3[Si4O10](OH)2、 绿 泥 石 (Mg,Al,Fe)3[(Si,Al)2O5](OH)4 、 透 闪 石 CaMg[Si2O6] 、石英等。
硅的存在形式主要以矿物的基本组成元素存在于石英、 滑石、透闪石、绿泥石、绢云母中。
铝的存在形式有两种：1）以矿物的基本组成元素的存 在形式，绿泥石；2）类质同象混入物，绢云母、绿泥石、 方柱石。
从上面得知，菱镁矿中有益有害元素的存在形式包括三 类：
1）矿物的基本组成元素；2）类质同象混入物；3）细 微机械包裹体。
镁质耐火材料
第一讲镁质耐火材料的基本概念及选矿技术路线一、镁质耐火材料定义及常识以菱镁矿、海水镁砂和白云石等作原料，以方镁石为主晶相，MgO含量在80%以上的耐火材料。
属于碱性耐火材料。
镁质耐火材料的耐火度高，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，是一种重要的高级耐火材料。
镁质耐火材料主要用于平炉、电炉、氧化转炉、水泥窑、有色金属冶炼炉和碱性耐火材料的煅烧窑等。
在我国菱镁矿主要产在辽宁南部，大石桥与海城一带，因此这一带的相关企业比较多。
方镁石熔点为2800℃。
我国制造镁砖的主要原料是烧结镁砂，对其要求化学成分和烧结程度。
一般以密度衡量烧结程度，也可用重烧收缩、水化性能、镁砂的外观颜色来衡量。
随着近年来镁砂品质的下降，97高纯的密度要求下降，要求值大于3.22g/cm3。
纯菱镁矿煅烧后为白色，由于铁氧化物的影响，染成褐色、棕褐色，SiO2含量高者趋近于白色，Fe2O3含量高者趋近于深褐色，含CaO高的趋近于黑色。
二、MgO材料中各种杂质元素对耐火材料的影响。
表5—5 与方镁石处于平衡的13个矿物的熔点矿物MF CMS MA M2S C3MS2C2S C4AF CA C5A3C3A C3S CaO C2F熔点℃1750不一致1498不一致2130 1890 1575 2130 1415 1600 14851545不一致1900分解2570 1435C/S分子量比0 0—1 1 1—1.5 1.5 1.5—2 2 2—3 3C/S质量量比0 0---0.93 0.93 0.93---1.4 1.4 1.4---1.87 1.87 1.87—2.8 2.8相组合MgOM2SMgOM2SCMSMgOCMSMgOCMSC3MS2MgOC3MS2MgOC3MS2C2SMgOC2SMgOC2SC3SMgOC3S固化温度1860 1502 1490 1490 1575 1575 1790 1790 1850备注：CA 铝酸钙C3MS2镁蔷薇辉石M2S 镁橄榄石C2S 硅酸二钙CMS 钙镁橄榄石C3S 硅酸三钙C4AF 铁铝酸四钙C5A3 三铝酸五钙MK 镁铬尖晶石MA 镁铝尖晶石MF 镁铁尖晶石结论：1、高MgO时（MgO>96%）CaO/SiO2≥2(分子量比),除MgO物相外只有C2S高温相存在，如CaO/SiO2<.1.87(质量比)时，有低温相CMS存在，高温性能下降，CaO不是有害杂质，其次为Fe2O3与Al2O3。
镁质胶凝材料
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工业矿床通常由含镁热水溶液交代白云岩、 白云质灰岩或超基性岩而成。常与方解石、 白云石、绿泥石、滑石共生。常压下菱镁矿 形成于250~350℃；低于此温度形成稳定的 三水菱镁矿；高于此温度则形成水镁石。
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白云石（dolomite ）
碳酸盐矿物。成分为CaMg[CO3]2。 常有铁、锰等类质同象代替镁。当铁或锰原子数超过镁 时，称为铁白云石或锰白云石。 三方晶系，晶体呈菱面体，晶面常弯曲成马鞍状，聚片 双晶常见。 纯者为白色；含铁时呈灰色；风化后呈褐色。它的晶体 结构像方解石，常呈菱面体。遇冷稀盐酸时会慢慢出泡。
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曲线1至4比表面积逐渐降低
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产生的问题： 一、提高烧结温度，降低比表面积， 溶解度更低，水化过程延长，硬化体 强度提高。 二、降低烧结温度，提高MgO比表面 积，水化速度提高，产生结晶压力， 硬化体强度降低。
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氧化镁-氯化镁-水体系
要解决的问题： 一、加速MgO的溶解； 二、降低体系过饱和度。 瑞 典 学 者 S.Sorel 于 1867 年 发 明 用 MgCl2溶液调制的镁质胶凝材料，称 为索瑞尔水泥（Sorel Cement），简 称镁水泥。
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镁水泥的水化相
3Mg(OH)2· MgCl2· 2O 8H 5Mg(OH)2· MgCl2· 2O 8H
3· 8 相3 1· 5· 8 相3 1·
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体系中的主要化学反应 三种假设： （1）以MgO、Mg2+、Cl-和H2O为初始反应物 （2）以Mg2+、Cl-、OH-和H2O为初始反应物 （3）以Mg(OH)2、Cl-、OH-和H2O为初始反应物
镁质方解石中镁的含量
镁质方解石中镁的含量镁质方解石是一种含镁的矿物，它的化学式为CaMg(CO3)2。
这种矿物在自然界中广泛存在，并且具有许多重要的工业和地质学应用。
镁质方解石中的镁含量十分重要，因为它对于该矿物的性质和用途产生了重要影响。
接下来，我们将探讨镁质方解石中镁的含量。
1. 镁质方解石中的镁含量通常较高。
镁在地球的地壳中丰富存在，因此，它在大多数矿物中都可以找到。
镁质方解石是其中一种含量较高的矿物，其平均镁含量在25%至30%之间。
2. 镁含量对矿物的物理性质产生影响。
镁的含量对镁质方解石的物理性质产生了重要影响。
矿物中镁的含量越高，其晶体形态越规则，晶面越光滑，硬度也相应增加。
3. 镁含量对矿物的化学性质产生影响。
镁的含量还会对矿物的化学性质产生影响。
镁质方解石的结构中包含了一定的镁离子，它们可以参与到一系列的化学反应中，如酸化反应，水化反应等。
其中最重要的是酸化反应，镁质方解石在酸性环境中会发生反应，产生出二氧化碳气体和溶解的镁离子。
4. 镁质方解石中镁的含量对工业应用有着重要意义。
镁质方解石是一种重要的工业原料，广泛应用于耐火材料的生产、磨料和橡胶工业等领域。
其中，对于磨料和橡胶工业而言，镁质方解石中的镁含量是非常重要的，因为它直接影响着产品的质量和性能。
5. 镁质方解石中镁的含量对地质科学研究有着重要作用。
地质学家可以通过研究矿物中的元素含量来探讨地球的演化历程。
镁质方解石中的镁含量可以帮助地质学家去了解地球内部的物质组成及演化过程，并且对地球化学的研究有着重要的作用。
总体而言，镁质方解石中的镁含量是一个非常重要的属性，它直接影响着矿物的物理和化学性质，对于工业和地质学研究都有着重要意义。
镁质生石灰用途
镁质生石灰用途
镁质生石灰是一种由镁质矿物原料煅烧制成的白色粉末状物质，常用于建筑、冶金、化工等领域。
首先，在建筑领域，镁质生石灰常用于制作外墙涂料和防水材料。
由于其具有优异的防水性能和抗紫外线能力，使其成为建筑墙面保护的理想选择。
其次，在冶金领域，镁质生石灰被广泛应用于钢铁冶炼和铸造工艺中。
它能够吸收铁水中的杂质、硫、磷等有害物质，从而提高钢铁生产的质量和产量。
此外，在化工领域，镁质生石灰是制备氢氧化镁、氧化镁等化工产品的重要原料。
这些化工产品在电子、医药、食品、橡胶等行业中具有广泛的应用。
总之，镁质生石灰作为一种多功能的原料，被广泛应用于不同的领域，为各行各业提供了重要的支持。
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2）物理性质上相似，常密切伴生。
1、晶体结构
方解石族矿物均属三方晶系，结构上属方解石型。
2、物理性质
菱 镁 矿 是 镁 的 碳 酸 盐 ， 化 学 式 为 MgCO3, 纯 菱 镁 矿 含 47.82%MgO ， 52.18%CO2 ， 这 种 纯 矿 物 有 时 呈 类 似 于 方解石的透明晶体出现，但非常稀少。多数菱镁矿或多或少 含有铁、钙、锰的碳酸盐，其颜色可以从白色到略带黄、蓝 、红、灰，以至棕黑色。
非晶质菱镁矿
呈致密坚硬的块状，无解理、无光泽，断口呈贝壳状， 莫氏硬度为3.5-5，经常伴有蛇纹石(Mg3[Si2O5](OH)4) 、蛋白石SiO2.nH2O、玉髓等硅质矿物，故其中SiO2常较 晶质菱镁矿为多。
三、 菱镁矿床的种类、形成原因及分布
我国菱镁矿床主要有两种类型：
一是沉积变质型矿床，产于白云石大理岩、白云岩或石灰岩中，矿体规 模大，矿石均为晶质菱镁矿，晶体粒径由数毫米至数厘米;为最主要的菱 镁矿矿床；
镁质矿物原料
一、镁质耐火材料
1、定义：指含80-85%MgO以上，以方镁石矿物为主要 组成的耐火材料，它属碱性耐火材料。 2、种类： 1）按有无形状规则分：
镁质定形制品如镁砖、镁碳砖； 镁质不定形制品如：镁质中间包涂料、镁质挡渣堰；
2）按化学成份分：
品种 普通冶金砂 普通镁砂 镁硅砖 镁钙砖 镁铝砖 镁碳砖
Mg2[SiO4]+H2O+CO2MgCO3+Mg3[Si2O5](OH)4
Mg3[Si2O5](OH)4+H2O+CO2MgCO3+SiO2+H2O
分布：我国内蒙古、甘肃、陕西、青海、西藏、新疆等一 带的超基性岩体中有这类矿床。
四、晶质菱镁矿矿物组成与化学成分
矿物组成：菱镁矿为主，常伴有滑石、白云石和绿泥 石，其次是透闪石、方柱石Ca4[Al2Si2O8]3CO3和石英。
形成原因：晶质菱镁矿是富镁热溶液交代白云岩而成，即：白云岩是沉 积形成，其后热液交代作用首先形成菱镁矿，其后又有滑石、金属硫化 物和晚期白云石脉形成。其形成的反应式如下：
CaMg(CO3)2 + Mg(HCO3)22MgCO3 + Ca(HCO3)2
常伴有滑石、白云石和绿泥石，其次是透闪石、方柱石 Ca4[Al2Si2O8]3CO3和石英。 分布：辽宁大石桥至营口一带，储藏量占80%以上，世界的1/4，另外 山东掖县，湖北大河，甘肃肃北，四川甘洛、汉源、西藏等地
原料种类 镁砂
镁砂
镁砂 镁砂 镁砂 镁砂
用途 平、电炉底，补炉料 平、电炉墙，有色冶金 平、电炉墙，有色冶金 转炉炉衬 平炉顶、电炉、有色冶金炉衬 转炉炉衬
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3、镁质耐火材料原料种类
各种镁质耐火材料主要原料为镁砂，其他铝矾土、石 墨等。镁砂原料种类有：
烧 结 镁 砂 （ Dead-fired magnesite/sintered magnesia）
3、分类：
根据结晶状态的不同，菱镁矿可以分为：晶质菱镁矿和 非晶质菱镁矿。
晶质菱镁矿
呈菱面体单晶，有完全的菱面体解理，莫氏硬度为4 ，密度为3.10g/cm3，常有钙、铁、锰离子呈类质同象混 入其中，伴生矿物有白云石、滑石Mg3[Si4O10](OH)2、 绿 泥 石 (Mg,Al,Fe)3[(Si,Al)2O5](OH)4 、 透 闪 石 CaMg[Si2O6] 、石英等。
化学成分的含量取决于矿石的矿物成分。
菱镁矿的多少决定MgO含量的高低。
白云石的多少决定CaO含量的高低。
滑石、绿泥石、石英决定SiO2含量的高低。
矿石化学成分中CaO、Fe2O3、Al2O3 、SiO2是有害 杂质。
（1）白云石在煅烧后生成CaO易于水化，并伴随体积 膨胀。
目前，我国主要从菱镁矿煅烧或电熔（calcined, sintered or fused）获得镁砂。而国外，日本和西欧主要从海水中提炼镁砂。
讲授镁砂原料前，首先介绍菱镁矿的种类、分布、矿物组成和化 学成分以及杂质的存在形式等
二、菱镁矿晶体结构与性质
菱镁矿是常见的碳酸盐类矿物，和方解石(CaCO3) 、 白 云 石 (CaMg(CO3)2) 、 菱 锌 矿 (ZnCO3) 、 菱 铁 矿 (FeCO3)、菱锰矿(MnCO3)和菱钴矿(CoCO3)等无水碳 酸盐矿物一起，在矿物学上称方解石族矿物。 方解石族矿物特点：
轻烧镁砂（calcined magnesite）
电熔镁砂（Fused magnesia）
4、镁砂来源
1)天然菱镁矿（magnesite）含47.82%MgO.
2) 从海水中提炼（sea-water magnesia）
3) 从盐湖卤水中提炼；
4)从白云石（CaMg(CO3)2，含21.9%MgO）(dolomite)中提炼； 5)从蛇纹石（Mg3[Si2O5](OH)4 含43%MgO）中提炼； 6)从水镁石（Mg(OH)2含69%MgO）中煅烧，但通常用作提炼金 属镁；
辽宁海城-大石桥一带的晶质菱镁矿除上述矿物外， 还 有 海 泡 石 、 直 闪 石 、 绢 云 母 、 赤 铁 矿 Fe2O3 、 黄 铁 矿 FeS2、菱铁矿FeCO3、炭质物等；
山东掖县的晶质菱镁矿含有较多的滑石、绿泥石和石 英矿物，属高硅菱镁矿，辽宁金家堡子上层矿也属高硅菱 镁矿；
大石桥的青山怀矿含较多的白云石，为高钙菱镁矿， 四川甘洛、汉源产地的也属高钙菱镁矿。
化学成分：菱镁矿中主要化学成分为MgO，次要 为CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，微量元素有P，Mn， Zr，Ti，Cr，Ni等二十种。MgO 35%-47%，CaO 0.2-4%，SiO2 0.2-8%，Fe2O3和Al2O3的含量一般 在1%以下。（理论上47.82%MgO，52.18%CO2）
二是与超基性岩有关的菱镁矿矿床，分布广泛，但规模较 小，质量差，这类矿床多产于蛇纹岩中，矿石为非晶质菱 镁矿，呈致密块状，颜色为无光泽的白色，这类矿石中蛋 白石含量高。
形成原因：露出地表的超基性岩体，主要由纯橄榄岩、辉 石橄榄岩和橄榄岩组成，风化分解，淋滤作用，使菱镁矿 大量充填沉积，形成化学反应为：