关于白云石的煅烧与生产与性能介绍

关于白云石的煅烧、生产与性能介绍

白云石的烧结是非常困难的，纯的白云石烧结温度极高(1900~2000℃)。白云石难于烧结的原因主要有三：

其一，白云石的煅烧产物CaO和MaO都是高熔点氧化物，低温下不可能将它们烧结至高密度；

其二，在通常烧结温度下，MgO-CaO二元系中不存在MgO与CaO的化合物，CaO与MgO的固溶量也极为有限，而且Ca2+在MgO中和Mg2+在CaO

中的扩散系数均很小，低于1900℃下不可能通过固相扩散使CaO与MgO的混

合物致密化；

其三，白云石煅烧后形成团聚结构，烧结理论表明仅靠固相扩散不可能使具有团聚结构的坯体烧结致密。

致密的白云石砂对白云石质和白云石-碳质耐火材料的抗水化能力和抗渣侵蚀性都是十分重要的。为了促进白云石的烧结，人们采取了很多措施，归纳起来可以分为三类：

一是采用1900~2000℃的超高温烧结；

二是采用先轻烧，经水化再死烧的二步煅烧工艺；

三是采用添加物促进其烧结。

前一种措施由于受设备条件的限制，其应用受到一定影响。采用何种烧结工艺，主要取决于白云石原料的特性及对白云石砂的使用要求。白云石的结晶尺寸会影响烧结过程，但白云石的颗粒尺寸对烧结的影响是主要的。

白云石的二步煅烧

二步煅烧工艺是生产高纯度高密度镁砂时常用的工艺方法。对白云石而言，二步煅烧对降低白云石的烧结温度和提高白云石砂体积密度的作用也是非常有效的，见表3-5-6。

白云石经1000℃左右轻烧后分解为CaO和MgO，物料比表面积增大，晶格缺陷多，增大了烧结的推动力。但是，轻烧白云石仍保留原母盐一一白云石的颗粒形貌（即团聚体)结构疏松，含有大量气孔。轻烧白云石中的气孔有两种类型：

一是团聚体内MgO和CaO粒子围成的小气孔(半径为0.01~0.08pm)，

二是团聚体之间围成的大气孔（半径为0.08~4.0μm)。

气孔阻碍了白云石的烧结，须设法破坏团聚体。白云石轻烧后的细磨及水化均能有效地破坏团聚体，使白云石易于烧结，这是二步煅烧工艺能降低白云石烧结温度的原因。

由于轻烧白云石的水化比细磨节省能源与设备，因而白云石轻烧-水化-死烧的二步煅烧工艺在实践中更为常用。虽然水化作用并不能完全消除团聚结构（因为水化产物Ca(OH)2和Mg(OH)2在较低温度下又会分解放出H2O，而产生新的团聚结构），但水化后的轻烧白云石团聚程度已显著下降（因为水化过程有强烈的崩散作用，物料的比表面积更大，颗粒更细小）。水化时水的加入量一般在30%~60%为最佳。

二步煅烧工艺需要更多的燃料与动力消耗，人们试图研究只部分轻烧白云石，实践证明也是完全可行的。在配料中只加入40%的轻烧白云石，而熟料的死烧温度比全部采用轻烧白云石只提高了不到100℃，在经济上是非常合理的，如表3-5-7所列。

白云石砂的抗水化性能

白云石砂与环境中的水作用而丧失强度甚至粉化，即是白云石砂的水化。水化程度一般用水化增重率表示。白云石砂的抗水化能力对白云石质耐火制品的生产、保存及使用都很重要。提高白云石砂及镁质白云石砂抗水化能力的主要方法有：

①提高熟料的体积密度，减少空气中水或水蒸气浸透通道；

②加入添加剂，形成低熔点相覆盖方钙石晶体表面，减少方钙石与水的接触；

③对熟料进行表面处理。

高纯白云石砂的抗水化能力主要取决于它的煅烧温度。如图3-5-6a所示，煅烧温度提高，方镁石和方钙石晶体尺寸增大，使抗水化能力提高；同样的关系也表现在熟料气孔率对抗水化能力的影响上，气孔少的熟料抗水化能力提高，如图3-5-6b所示。因而凡是提高白云石砂致密度的措施对其抗水化能力的提高都是有益的。

对白云石熟料（1600℃x4小时烧成）抗水化性能的影响，可见以添加Fe2O3与混合稀土氧化物的复合物效果最好。添加物提高白云石砂抗水化能力的原因在于：

一是提高了熟料的致密度；

二是稀土添加物促进了方镁石、方钙石晶体的发育长大；

三是存在于方镁石和方钙石晶界间的C2F、C4&AF、C3S及CeO2等稀土氧化物将方钙石晶粒分隔包围起来。

白云石砂的生产与性能

早在1925年以前，日本的许多钢厂已普遍用竖窑煅烧白云石砂，做为平炉炉底和托马斯转炉的炉衬；1954年建成专门的白云石砂工厂，后又陆续建成了回转窑用于白云石砂生产。而美国早在第一次世界大战前，已经用回转窑煅烧大颗粒的白云石砂；后来大多以二步煅烧工艺制取高纯白云石砂。自1970年以来，由于平炉炼钢比例下降，白云石石砂的消耗量也随之减少；电炉用白云石砂也因为大量使用镁砂，而消耗量也在减少。

制造白云石质耐火砖的白云石砂也有许多被合成镁白云石砂所替代。

白云石砂的生产方式主要有以下几种：

1、一步法烧结白云石砂即将天然矿石在高温下直接煅烧。矿石的烧结性将极大地影响白云石砂的质量，易烧的矿石一般要求白云石结晶较小、杂质均匀分布、杂质含量适中。一步法是大量制造白云石砂的主要工艺，但因受高温设备条件的限制，目前要得到优质白云石砂并不容易。

2、采用添加物一步煅烧白云石砂。如前所述，添加Fe2O3/CeO2/La2O3/ZrO3等有益于白云石的烧结，对白云石砂耐火度影响不大，可使白云石在1600-1650℃完成致密化。但存在生坯收缩大、产量低能耗高

（对白云石要破粉碎等）、烧成操作不稳定等问题；同时以此砂制得的制品易发生过烧瓷化，使用时制品的热端也容易因致密化而剥落。这一工艺仍需进一步完善提高。

3、二步煅烧法烧结白云石。砂即先将白云石轻烧，经水化或磨细后高压压坯或成球后入高温窑煅烧。二步法中的水化用分子量较小的H2O取代了一步法中的CO2，从而减少烧失量近60%，因而坯体收缩小，烧成温度比一步法低，烧成操作稳定，是获得优质白云石砂的主要工艺。

4、电熔白云石砂。白云石砂也可以用电熔法制得。电熔白云石砂具有较高的纯度，方镁石分散于方钙石中，方镁石; 方钙石、方钙石; 方钙石、方镁石; 方镁石之间为完全直接结合，胶结物极少，方钙石和方镁石的晶体尺寸比烧结白云石中的大。电熔白云石砂的抗化学侵蚀能力比烧结白云石强，但抗水化能力孰强孰劣目前观点尚不统一。

我国目前生产电熔白云石砂仍以台式炉为主，熔块成分及结构不均匀，呈蜂窝状结构，每炉产品除有品质较好的优质砂之外，还有大量的次品砂。电熔白云石砂的电耗在3000KWh/t以上，只有在电价低廉的地区生产电熔砂才是适宜的，并且最好采用倾动式电炉以改善电熔砂的组织结构，争取多出优质砂。电熔白云石砂用于制作炼钢转炉的镁钙碳砖，取得了较好的效果。

国内、外白云石砂的一般性能列于下表中。