[发明专利]一种电熔镁橄榄石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种电熔镁橄榄石及其制备方法。

背景技术

镁橄榄石属于岛状构造的硅酸盐，是橄榄石族矿物的一种。镁橄榄石的硬度大、熔点和耐火度都较高，且具备不水化、化学组成稳定和与其它原料相容性好的特点；另外，独特的镁硅体系使其即可抗酸性渣也可抗碱性渣侵蚀，并且从常温至熔点间无晶型转变，晶型稳定，因此是耐火材料良好的组成矿物。在钢铁工业中使用镁橄榄石耐火材料的部位主要有出铁口堵塞材料、出铁槽、混铁车和盛钢桶内衬等；由于其抗蠕变能力和耐侵蚀性较好而用作玻璃窑炉的蓄热室格子砖。镁橄榄石在耐火材料领域虽有一定的应用但不广泛，限制其成为高级耐火材料的因素就是其较差的抗热震性能。

在橄榄石族矿物中，由于地质生成条件的因素，自然状态下的镁橄榄石中存在大量的2价元素固溶体及杂质包裹体，其中Fe²⁺与Mg²⁺的离子半径相近，矿物中Mg²⁺与Fe²⁺可以任意比例替换，形成完全类质同象混合物，因此在镁橄榄石中总是存在一部分铁橄榄石，国内外镁橄榄石原料中Fe₂O₃含量一般为7～11wt％。铁橄榄石的存在一方面会严重降低镁橄榄石的耐火度；另一方面在煅烧情况下铁橄榄石分解生成的FeO会发生晶型转变，产生较大的体积效应，再加上镁橄榄石本身的高热膨胀系数，使镁橄榄石的热震稳定性受到了极大的影响。因此镁橄榄石中铁杂质的存在严重制约了镁橄榄石的广泛应用。

“镁晶材料生产方法”(ZL02138725.7)专利技术，涉及了一种高温熔融状态下利用碳还原来去除金属氧化物杂质，再冷却分离来制备晶体镁橄榄石的方法。此方法存在以下的缺点：(1)加入的辅料重烧镁砂价格昂贵，加入量较多，大大地增加了生产成本；(2)抗氧化剂石墨电极0.5～1wt％的加入量不能把镁橄榄石中的铁完全还原掉，更不能还原硅并最终合成硅铁合金；在碳与SiO₂、Fe₂O₃的反应中，碳是优先与Fe₂O₃反应，然后再与SiO₂反应，按7～11wt％的Fe₂O₃含量以及碳颗粒燃烧能量分配系数为0.7计算，理论上需要1.2～1.7wt％的碳才能完全把镁橄榄石中的Fe₂O₃还原成单质铁，要得到硅铁合金则需要再加1.6～2.4wt％的碳，因此“镁晶材料生产方法”专利技术中0.5～1wt％的抗氧化剂加入量太少，不能实现专利中所述的最终结果。

“一种高纯电熔镁橄榄石的制备方法”(CN200910061248.8)专利技术，涉及一种在镁橄榄石原矿中添加助剂，经过高温熔融，再经过冷却结晶来分离制备高纯电熔镁橄榄石的方法。该技术中所加的助剂为菱镁矿、轻烧镁和镁砂，这在一定程度上增加了生产成本；另外单纯的经过高温熔融和再结晶的工艺不可能将镁橄榄石中的铁杂质去除，因此不能得到高纯电熔镁橄榄石。

“一种利用镁橄榄石制备电熔镁砂和硅铁合金的方法”(ZL200710053618.4)专利技术，通过高温熔融状态下利用碳把镁橄榄石中的硅、铁全部还原出来，再经过冷却分离，进而得到高级耐火材料电熔镁砂以及硅铁合金。此方法存在以下问题：高温状态下，碳的大量存在会造成SiO₂和MgO被还原成SiO气体和Mg蒸气挥发掉，造成了大量的镁和硅流失。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的就是提供一种成本较低和工艺简单的电熔镁橄榄石制备方法。用该方法制备的电熔镁橄榄石完全可作为高级耐火材料使用，附加产物硅铁合金也使用广泛。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：按质量份数计，将100份的镁橄榄石和2～3份的还原剂混合，成球后置于电弧炉中，在1900～2200℃条件下熔融还原，保温2～5个小时，经自然冷却后分离，得到电熔镁橄榄石和硅铁合金。

上述技术方案中：还原剂为焦炭或为无烟煤，粒径小于0.5mm；镁橄榄石为废弃镁橄榄细粉或为市售镁橄榄石细粉，镁橄榄石的主要化学成分及其含量是：MgO含量为38～47wt％，SiO₂含量为39～44wt％，Fe₂O₃含量为7～11wt％；镁橄榄石的粒径小于0.5mm。