三种烧结镁砂显微结构对比研究

　　镁砂是碱性耐火材料的主要原料，被广泛地用于制造炼钢炉衬、耐火砖以及不定形耐火材料。近年来，随着钢铁冶金行业的快速发展，冶炼技术的进步对镁砂质量提出了更高的要求，尤其是对高纯度（MgO≥99%）、高体积密度（≥3.40g/cm³）和大晶体烧结镁砂的需求量越来越大。

　　我国是镁砂生产和出口大国，但是产品以中低档烧结镁砂为主，造成矿产资源的严重浪费。因此，开发高纯度、高体积密度、高附加值的菱镁矿烧结镁砂产品是国内科研人员当前的主要任务。

　　川藏菱镁矿为微晶质菱镁矿，具有纯度高、杂质少的优点，使用二次烧结法可制得高品质的烧结镁砂。现将荷兰NEDMAG卤水镁砂（A）、日本UBE海水镁砂（B）以及微晶菱镁矿烧结镁砂（C）的显微结构进行对比研究。

　　实验部分

　　荷兰NEDMAG卤水镁砂（A）、日本UBE海水镁砂（B）和微晶菱镁矿烧结镁砂（C）都具有很高的纯度，氧化镁含量大于98.5%。卤水镁砂呈棕褐色，海水镁砂和烧结镁砂颜色相仿，呈乳白色。

　　制备光片的步骤是切割好的试样经5μmSiC微粉研磨平滑后，再以0.5μm级金刚石研磨膏抛光10~15分钟，直至呈现完美的镜面。采用FEI-Nova-400型场发射扫描电镜观察光片和断口。

　　实验结果

　　实验采用的三种烧结镁砂的化学分析结果如表1所示，从表中可以看出，三种镁砂的纯度都很高，氧化镁含量大于98.5%，杂质含量很少，其中烧结镁砂的纯度甚至高于卤水镁砂和海水镁砂。另外，A、B和C的体积密度分别为3.41、3.46和3.43g/cm³。
　　衡量镁砂性能优劣的主要指标是纯度、体积密度、CaO/SiO₂比值及显微结构。气孔的数量、形状和尺寸分布是影响致密化烧结的重要因素，海水、卤水镁砂和微晶菱镁矿烧结镁砂多为封闭式气孔。封闭式气孔分为两种类型：其一为晶间气孔（intercrystalline），存在于晶体界面，孔间距大者，晶体较大；其二为晶内气孔（intracrystalline），是被包裹于方镁石晶体内部的微孔，不易排除。显微结构主要是考核方镁石晶粒大小及结合状态。晶粒小的抗蚀性差，通常要求晶粒在80~150μm，晶体的结合状态最好属于直接结合，如果存在晶间低熔相会降低产品的耐火度。

　　从图1的低倍照片中可以清晰地观察到许多的晶间气孔。A和B的晶间气孔较小且多，气孔分布均匀；C的晶间气孔较大，但分布不均匀；C的晶体尺寸最大，B的最小。

　　从同样放大200倍的图2中可以清晰地显示出了方镁石晶体的尺寸分布状态，B的晶体尺寸最小，多在30μm以下，A的较大晶体可达50μm，而C的较大晶体为100～150μm。

　　在2000倍率下拍摄结构细节可以发现沿晶断裂的晶面形貌、晶体尺寸分布、晶间结合状态和晶内气孔的结构，三种镁砂都是晶间直接结合；A和B比较接近，皆为均匀的、封闭式微孔（<5μm）结构，B的气孔率更低些；C的气孔也为封闭式，但孔径较大、不均匀，分布范围多在<20μm之内，气孔间距较大，数量较少。
　　微晶菱镁矿烧结镁砂与荷兰NEDMAG卤水镁砂和日本UBE海水镁砂具有同等质量，氧化镁含量为98.82%，高于卤水镁砂和海水镁砂，且体积密度较高（3.43g/cm³），气孔数量较少，晶体尺寸较大为100~150μm，有望在某些耐火材料领域替代进口海水镁砂。