低品位菱镁矿合成镁质复相耐火材料及反应机理研究

This project focus on the preparation and reactive mechanism of magnesium compound material prepared from low-grade magnesite directly in order to use it efficiently. Firstly, we prepare active MgO by activation technology of magnesite, and transform portion of impurities into high-temperature phase by adding Al2O3 and SiO2. Magnesium compound materials (M-MA, M-M2S and M-MA-M2S) that perical is main phase are prepared by in situ reaction at high temperature. Quality and rate of solid phases are controlled by additional constituent. Property of liquid phase is improved by synergistic effect of ion doping of additives and impurity ion in raw material. The controllability of phase composition, structure and properties at high temperature can be achieved by the research on effect of quality and rate of solid phases and property and distribution of liquid phase on property of magnesium compound material at high temperature. According, we study on relevance between ion doping and crystalline reaction kinetics of liquid phase. In order to guarantee the property of magnesium compound material at high temperature, we optimize the distribution of crystalline and glass phase by adjusting the process parameters, which provide basic data and key technology for the efficient utilization of low-grade magnesite.

项目以低品位菱镁矿高效利用为研究背景，提出直接利用低品位菱镁矿合成镁质复相耐火材料及反应机理研究。项目首先采用菱镁矿活化技术制备活性MgO，通过引入外加组分Al2O3、SiO2，将原料中部分杂质转变为高温相，并通过调整外加组分用量来控制高温相数量和比例。在高温条件下，原位反应合成以方镁石为主晶相的镁质复相（M-MA、M-M2S和M-MA-M2S）耐火材料。利用添加剂离子掺杂与原料中杂质离子的协同效应改善镁质复相耐火材料中高温液相性质，深入研究高温相数量和比例及高温液相性质和分布对合成材料高温性能的影响，实现镁质复相耐火材料相组成、结构及高温性能的可控性。在此基础上，探明高温液相结晶反应动力学、结晶相数量和性质与掺杂离子的关联性，并通过调整工艺参数优化常温条件下结晶相与玻璃相的分布状态，保证合成镁质复相耐火材料高温性能，为低品位菱镁矿的高效利用提供一定的基础数据和关键技术。

项目重点围绕低品位菱镁矿的综合利用开展基础理论研究，采用低品位镁质耐火材料原料，通过高温固相原位反应的原理合成制备镁质复相耐火材料新工艺，清晰叙述了以MgO为主要原料，Al2O3和SiO2为添加剂制备镁质复相耐火材料的原位反应模型和机理。主要研究了不同比例Al2O3/SiO2添加剂与Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2四种添加剂及不同煅烧温度参数对镁质复相耐火材料相组成、微观结构及烧结性能、热稳定性等高温性能的影响，建立了镁质复相耐火材料固相反应烧结模型，预测了烧结产物的组成、数量及分布，建立了高温性能可控的镁质复相耐火材料的制备工艺。研究发现MgO/Al2O3比率为2/1时，镁质复相耐火材料烧后试样表现出最佳的高温性能。SiO2加入量为8mol%，经1550 oC烧后镁质复相耐火材料试样的热震次数可达到23次。通过添加不同价态添加剂离子及稀土离子等，发现部分金属离子可以促进固相反应烧结合成镁质复相耐火材料，通过形成空位或间隙离子来加速固相反应烧结的速度，同时在一定程度上提高了镁质复相耐火材料的高温性能。研究表明加入ZrO2的镁质复相耐火材料试样致密度最大值可达到3.56g/cm3，抗热震次数等高温性能较其他添加剂更为理想。项目开展的科学研究进一步夯实了低品位菱镁矿制备镁质复相耐火材料的理论体系，在镁质复相多孔材料方面的探索研究也为综合利用低品位菱镁矿提供一定基础数据。