[科普中国]-白云石质耐火材料

白云石是以白云石为主要原料，氧化钙和氧化镁为主要成分的碱性耐火材料。 氧化钙含量40%～60%，氧化镁含量 30%～40%。按化学矿物组成分两大类：含游离石灰的白云石质耐火材料与不含游离石灰的白云石质耐火材料。

白云石质耐火材料概述白云石质耐火材料是以白云石为主要原料，氧化钙和 氧化镁为主要成分的碱性耐火材料。 其中氧化钙含量40%～60%，氧化镁含量 30%～40%。按化学矿物组成分两大类：①含游离石灰的白云石质耐火材料。组成中含有难于烧结的活性氧化钙，极易吸潮粉化，又称不稳定或不抗 水白云石质耐火材料。包括冶金白云石砂、焦油沥青白云石砖、轻烧油浸白云石砖、烧成油浸白云石砖、半稳定性白云石砖等。在炼钢中可作碱性氧化转炉炉衬、盛钢桶内衬等；②不含游离石灰的白云石质耐火材料。组成中氧化钙全部呈结合态，不会因水化而粉散，也称稳定性或抗水性白云石质耐火材料。用于平炉炉墙和炉底、回转窑烧成带等。1

白云石质耐火材料的矿物原料其矿物原料主要是白云石。其理论组成为CaCO3MgCaO3。当白云石中CaO/MgO接近1.39时，化学组成基本和白云石理论成分相符。当CaO/MgO小于1.39时，称为镁质白云石。如果MgO含量过高，则称为白云石质菱镁矿（高镁白云石），这是白云石和菱镁矿的混合物，如果Ca0含量过高，则称为白云石质石灰石。

白云石在加热煅烧时的烧结性能及其煅烧产物的耐火度等性能，取决于白云石的矿物成分、结构构造以及杂质矿物的种类和分布情况。烧结白云石在达到平衡的条件下，其所含矿物成分及熔点，如下图所示：

白云石中CaO含量的增加，能提高白云石质耐火材料的耐火度，而倍半氧化物含量的降低，则能提高制品的荷重软化温度。对于抗水性白云石质耐火材料，MgO含量的增加，能显著地提高其耐火度。

白云石中的Al2O3、Fe2O和SiO2等杂质，在煅烧过程中容易生成易熔的铁铝酸四钙、铁酸二钙和铝酸三钙等低熔点矿物。这对白云石质耐火制品的耐火度和高温机械强度等均有不利影响。因此，对于白云石中的化学组成在使用中应有技术要求。按我国标准，耐火材料用白云石可分三级。

从改进白云石砖的使用性能（耐火度、荷重软化点及抗渣性等）来看，要求SiO2、Al2O3和Fe2O3等杂质的含量达到最低限度。但是，因为杂质煅烧产生的低熔点相的适当存在，将会改善白云石的烧结程度，促进CaO、MgO的生畏和长大，所以还是希望有一定含量的杂质。一般其化学组成要求范围：CaO26%～35%，MgO17%～24%．SiO21%～5%，Al2O3 0.506～396，Fe2O3 0.126～3.6。1

白云石质耐火材料的生产方法石灰石煅烧法将石灰石粗碎至150mm，并筛除30～50mm以下的细渣。无烟煤或焦炭要求粒度在50mm以下，其中所含低熔点灰分不宜过多，其无烟煤或焦炭的加入量为石灰石的7.5%～8.5%(重量)。将经筛选的石灰石及燃料定时、定量由窑顶加入窑内，于900～1200℃煅烧，再经冷却即得成品。在煅烧工序副产二氧化碳。其化学方程式为：CaCO3→CaO+CO2↑。2

纯硝酸溶解大理石法将其煮沸驱除干净CO2。向热溶液中加入石灰乳，过滤除去Cu、Fe、Mg等氢氧化物沉淀，加热滤液当其接近沸腾时通入CO2产生Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2的量相当于加入的Ca(OH)2的量。煮沸该溶液，Ca(HCO3)2即分解成碳酸钙沉淀，并携带痕量的Fe。滤液中的Ca(NO3)2经冷却后加入1/3体积的浓氨水和浓的（NH4）2CO3则另有CaCO3沉淀下来。将CaCO3沉淀洗涤干燥，放在石英坩埚中在电炉上灼烧即得纯的氧化钙。若要制得高纯氧化钙，则应先将高纯硝酸钙与高纯碳酸铵合成碳酸钙：将沉淀精制后，先于烘箱中烘干，再经灼烧 （ 控制温度逐渐升高），于1000℃恒温8h，取出稍冷后，干燥保存，制得的产品为99.999%的高纯氧化钙。2

白云石质耐火材料制品焦油结合的白云石砖这种砖一般是采用纯度适宜、烧结良好的白云石砂作为粗颗粒，配镁砂细粉，再加入适当的结合剂而制得。生产上一般采用焦油和沥青作为结合剂，成型后即为焦油白云石砖。

为了提高焦油白云石砖的使用寿命，必须注意减少制品的杂质含量（尤其是R2O3含量），提高碳素组分的含量，同时提高制品的密度和强度。国内外的生产实践表明，采用沥青结合荆（残碳量为44.8）比焦油能提高砖的强度并增加制品的残碳量，从而可以提高制品的使用寿命。在300℃～350℃对焦油白云石砖进行低温热处理4小时，熊提高其强度和抗水化性。这样热处理的产品如再一次浸溃焦油，可以提高制品的体积密度和延长存放时间。这就是轻烧油浸焦油白云石砖。

焦油结合的白云石砖其粗颗粒是冶金白云石砂，细粉是镁砂，因此其岩相特征要加以区分。前者主要组成为氧化钙和方镁石，其次有少量的硅酸三钙、硅酸二钙等；后者则以方镁石为主，并有少量橄榄石。就其整体来说，是以含有游离CaO的“白云石’’颗粒为骨架，被焦油或沥青和镁砂或白云石的细粉所胶结。所以在岩相分析时要充分注意其粗细颗粒的均匀分布的程度，也要注意其焦油或沥青充填胶结的致密程度和加入量是否适中。1

烧成白云石砖半稳定性烧成白云石砖其粗颗粒使用白云石砂，细粉使用镁砂，加入2～4%有机结合剂，然后成型、烧成。烧成后再浸渍焦油。这种砖的岩相特点基本上和焦油白云石砖相同，只是其结晶颗粒普遍有所长大。

烧成后再浸以焦油，可以明显地提高转炉白云石砖的耐浸蚀性。这是因为焦油中的碳，很难被炉渣润湿，且能使炉渣中的氧化铁还原，从而抑制了炉渣和砖之间的反应。所以对于原砖要注意其焦油侵入的深度和均匀分布的程度。1

合成镁质白云石砖此种砖分成焦油结合的不烧砖和高温烧成砖两种。其制品的质量与合成镁赝白云石砂的矿物组成有明显的关系。合成镁白云石砂呈全品质粒状结构，致密构造。主要组成矿物为方镁石，其次为氧化钙，尚有少量的硅酸三钙。方镁石呈颗粒状，其间多为直接结合的骨架，颗粒大小为0.01～0.03毫米，含量约占70%多。氧化钙也呈粒状，大小和方镁石相似，均匀分布在方镁石直接结合骨架的空隙之中，多为孤立状态存在，含量约占20%，硅酸三钙也呈颗粒状，晶粒大小约0.05～0.06毫米，含量