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鎂白云石的制備過程

白云石中富含MgO即成分均勻的高MgO白云石(鎂白云石),具有獨特的微觀組織結構。當MgO含量從42%增加到約55%時,白云石中的結構從占優勢地位的CaO晶體構成的結合網絡變到MgO晶體構成的結合網絡占主導地位,MgO含量再進一步提高到70%以上時,細小的CaO晶粒被MgO晶粒完全包圍,方鎂石構成的結合網絡占統治地位。
工業生產鎂白云石的方法:(1)利用天然的白云石質菱鎂礦(如奧地利礦石)直接鍛燒。(2)用輕燒鎂粉和輕燒白云石,按化學成分要求配料,共同粉磨、壓團鍛燒。(3)以海水氫氧化鎂作為MgO的來源,用石灰石或(和)白云石作CaO的來源,石灰石或白云石先經鍛燒,水化后加入到氫氧化鎂料漿中,經濃縮、過濾、壓球和高溫煅燒的合成工藝。
我國采用二步煅燒工藝生產鎂白云石砂。首先將原料輕燒活化——團塊(壓球、壓坯)——燒成。
通過以下幾個關鍵技術環節可獲得高純致密鎂白云石砂。
(1) 輕燒溫度。適當的輕燒溫度是制備“活性”物料的首要條件。較低溫度下固相迅速熱分解時,可以制取高度分散的和晶格缺陷顯著增加的物料。但需控制分解產物的燒結和晶體長大。(2) MgO/CaO組成。MgO-CaO系混合物的燒結性能曲線。它相當于白云石成分的混合物恰好處于曲線的燒結最低區域,相對密度最小。配料選取在輕燒鎂中摻入石灰(或白云石)Mg0/CaO≈80%~75%/20%?25%(以下稱MgO、CaO合成料)。該配比處于曲線易燒結區,與白云石相比可降低燒結溫度約 200C,獲得密度為95%以上的優質鎂白云石砂。
(3) 消化。為獲得“活性氫氧粒子,合成(MgO • CaO)氧化物摻水消化,在此過裎中物料體積膨脹、密度減小,OH-進人Ca+2和Mg+2晶格內,晶格重新排列,由原是立方晶格的CaO和MgO變為六方晶格的Ca(OH)2與三方晶格的Mg(OH)2。Ca+2半徑0. 106nm較Mg2+半徑0.078nm大,遇水則先行轉化。
Ca0快速消化為Ca(OH)2,密度由3.34g/cm3降至2.23/cm3,減少約三分之一,體積膨脹約一倍;MgO也緩慢地消化,由此膨脹所產生的局部應力使化學鍵斷裂引起分散作用,又進一步使顆粒細化。這時,CaO已充分轉化為穩定Ca(OH)2,比表面由10.Om2/g增大至22. Om2/g,合成料消化困置24h備用。
(4) 均化。合成消化料經球磨、振動磨再度細化、均化,顆粒尺寸進一步減小,接觸面增加而晶體表面被破壞,結構缺陷提高,促使燒結活性進一步增強。
Richard測出比表面為I. 73m2/g的MgO粉,經研磨240min后增至7. 84m2/g,3000min后則達41.4m2/g,晶體的結合鍵被破壞后,機械能則轉化為晶體位能。顆粒愈細、表面積愈大、總能量愈大,有利于促進燒結。
均化細分散料經團塊后,在液相未出現前早期達到燒結。粒度越細,燒后致密度越高。小于0.1mm占90%的團塊,經過1650℃煅燒后,達到理論密度的95%以上,顯氣孔率為0.5%左右。
團塊。合成團塊的坯體密度直接取決于成型壓力、加壓過程,粉料重新排列使之緊密擠合。隨著壓力加大,顆粒間加速機械結合,總接觸面增大,使之致密化。
壓力的對數與坯體顯氣孔率成的正比關系,隨壓力加大,坯體的壓縮率增大。但當壓力增至100. OMPa后,壓縮率已無明顯提高。
(6)燒成。合成輕燒料(MgO· CaO)是低溫下熱分解所得的氫氧化物為“活性”粒子,具有大的比表面和晶格活化能。Gregg測出比表面為IOm2/g的Mg(OH)2在400℃熱分解,比表面達最大值為270m2/g,隨溫度升高則迅速降低,如圖3-27所示。
Schultz測出Ca2+擴散活化能為338.6kJ/mol,但由Ca(OH)2分解的活化能則是 459.8 kJ/mol。該低溫熱分解的活性MgO • CaO粒子,可有利地促進燒結。
在燒結過程中的擴散速度決定于晶格中的空位濃度和擴散系數,對于燒結物料,微粒越小擴散速度就越大,晶格結構缺陷越多,擴散速度就越快。Nonon認為擴散速度與顆粒直徑兩次方成反比,即直徑為0.5um的顆粒,其燒結速度比直徑為0.05um的晶粒小100倍,相當于燒結溫度降低150-300℃。 鎂鈣合成料(MgO、CaO)坯體經1650℃燒成獲得高密度、低氣孔率的合成砂 ,與天然原礦石比較相對降低燒結溫度約200℃。


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