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我国菱镁矿资源丰富,是冶金工业碱性耐火材料生产的重要原料,但是我国菱镁矿资源的开采与利用长期以来一直存在低品位矿和粉尾矿利用率低的问题。因此,高效综合利用镁质资源,开发高附加值产品,是当前我国镁质资源可持续发展的重要方向。 本文结合辽宁菱镁矿资源利用现状和当前镁质耐火材料的开发与研究现状,以菱镁矿粉矿为原料,通过水化碳酸化得到重镁水,热解制备碳酸镁晶须,然后再以碳酸镁晶须为前驱体煅烧制备出氧化镁晶须,并考察制备的晶须添加到镁质耐火材料中的应用效果。其中,主要研究了热解工艺和添加剂种类对热解产物碳酸镁晶体形貌的影响规律及其作用机理,煅烧工艺对氧化镁晶体形貌的影响以及晶须添加对镁质耐火材料性能的影响规律及其作用机理。研究结果表明: (1)以菱镁矿粉矿为原料,首先通过水化碳酸化工艺制备重镁水,再通过重镁水热解可获得前驱体MgCO3·3H2O晶须。热解产物的形貌直接受工艺条件影响。当重镁水的初始浓度为0.025M,热解温度为50℃,搅拌强度为300rpm,反应时间为60min时,产物的长径比较大。 (2)添加剂种类对热解产物的形貌具有重要影响。无添加剂时,得到的热解产物为片状和棒状共存,其中棒状晶体长度为5~15μm;加入酸性添加剂磷酸二氢钾时,晶体形貌为花瓣状碳酸镁;加入碱性添加剂碳酸铵时,晶体形貌为球形碳酸镁,球形直径平均大约为5μm;加入可溶性镁盐时,产物晶须长度为20~60μm,长径比为10~20。此外,可溶性镁盐的用量也影响着产物晶须的形貌,当用量为溶液质量的0.4%时得到的晶须形貌最好。 (3)碳酸镁晶须的煅烧制度对产物MgO的形貌具有重要影响。以1℃·min-1的速度缓慢升温到600℃煅烧2h,可制备出直径1~5μm,长度为10~50μm的氧化镁晶须。 (4)镁质晶须采用碳酸镁和氧化镁两种方式添加时,由于晶须在烧成过程中阻碍MgO结晶的生长,均不利于材料的烧结与致密化。因此,随着添加量的增加,耐火材料的显气孔率增大,烧后线收缩率减小。由于碳酸镁晶须在高温条件下分解产生CO2气体,也不利于MgO晶粒长大,因此,碳酸镁晶须添加对抑制氧化镁材料烧结的效果更为明显。 (5)MgO材料中添加碳酸镁或氧化镁晶须时,由于晶须的捆扎作用和阻碍裂纹扩展,耐火材料的抗热震性得到了显著提高。当添加3%MgO晶须时,耐火材料的抗热震次数从无添加11次增加到18次。但当进一步增大添加量时,由于晶须的分散效果变差,其进一步改善耐火材料抗热震性效果变得不明显。因此,合理的晶须添加为3%左右。