镁砂

全球菱镁矿资源丰富，煅烧或电熔菱镁矿得到优异的镁砂原料是一种产量大、成本较低、应用最广泛的耐火原料。全球的镁砂生产应用中，轻烧镁砂的需求量远远低于重烧镁砂。镁砂在建材、汽车、航空航天、农牧业等领域都有应用，在钢铁冶金行业更是不可或缺的优质耐火原料。目前来看，全球对镁砂的需求量日益增加，生产高品位、高性能的镁砂对今后的发展至关重要，同时对低品位的矿石和镁砂的改进及利用是重中之重，节约能源走可持续发展道路。

镁砂根据生产方式的不同，其主要的分类有以下几种：

电熔镁砂

将菱镁石置于电炉内，在2750℃的环境下炼化而得的氧化镁被称为电熔镁砂。一般拥有极强的耐高温性，不易被碱性物质所熔，在高温下不易被融化金属所侵蚀，常温下热传导性优良。其作为原料制作而成的高耐火材料碳镁砖(石墨和电熔镁砂构成)，被普遍应用于转炉炼钢和炉外精炼，熔炼周期更短、炉龄得以更长、钢的品质得到了提升。相比于以氧化铝为原料烧制的陶瓷，以其为原料制作的陶瓷在高温性能方面表现更为优异。总体上，相比于烧结镁砂，电熔镁砂具有晶粒更大、密度更高的优势，可以作为制作镁制耐材的优质原材料。

电熔镁砂其主晶相为方镁石，晶粒尺寸很大，最大的可以达到毫米级别。晶间的硅酸盐相呈薄膜状分布，薄膜厚度在1~10μm范围内，其组成多为CMS或C3MS2。晶界较细且较为平直。由于其晶间和晶内气孔很少、体积密度高、晶体尺寸大，具有很好的高温性能。

重烧镁砂

也常称为低档镁砂，其生产制作是将块状的菱镁矿石，置于20～50m3左右的竖窑中，焦炭作为其燃料，用一步煅烧和人工出料的方式制出MgO含量为92%左右，体积密度在3.10g/cm3左右的镁砂产品。用这种方式生产出的镁砂价格低廉，在普通镁质烧成砖及不定形耐火材料的生产中作为主要原材料。

重烧镁砂主晶相均为方镁石，晶体尺寸较小，晶界较细且较为平直，晶间常伴随有硅酸盐相，成分多波动在C3S-C2S-C3MS2-M2S之间。方镁石晶粒之间多为硅酸盐结合，且硅酸盐相较多，晶间又有开口气孔，导致其高温性能比较差。

中档镁砂

中档镁砂是选取高品质的菱镁矿石经过轻烧、细磨、压球、煅烧等方法，从而提升了其致密和纯度的镁砂，其MgO含量≥95%、体积密度≥3.15g/cm3。体积密度一般在3.20～3.25g/cm3之间，被区分为94和95两个牌号。中档镁砂如今是镁砂品类当中的重要组成部分，其作为原材料被广泛应用于中档镁砖等烧成砖以及一些镁质不定形耐火材料中。

中档镁砂主晶相方镁石，晶体多为浑圆状和不规粒状体，晶体尺寸较大，晶粒之间伴随着硅酸盐相，且以硅酸盐相的胶结结合方式为主，还要很多气孔，成分在C3S-C2S-C3MS2-M2S之间，性能较好。

高纯镁砂

为了解决大结晶菱镁矿石不易烧结这一问题，我国普遍采用“二步煅烧”这一项工艺，制出的高纯镁砂MgO≥97%，体积密度≥3.25g/cm3。所以，我国现阶段普遍使用将优质菱镁矿石用以煤气为燃料的反射炉轻烧，然后用雷蒙机细磨轻烧镁粉，再使用高压压球机以干法压球的方式，最终以1500℃～2000℃的温度放置在高温竖窑内煅烧，从而制得高纯镁砂的这一方法，其制得的高纯镁砂MgO含量为97%，体积密度介于3.25～3.30g/cm3之间。目前高纯镁砂被分为97和98两个牌号，国内这一产品的产量并不稳定，在辽宁省内能产出MgO≥97.5%，C/S≥2，体积密度≥3.30g/cm3的高纯镁砂的厂商为数不多。

高纯镁砂主晶相方镁石晶粒以多边形形式存在，方镁石晶粒边界趋笔直，硅酸盐相包括气孔处于方镁石晶粒交界处呈孤立状，主晶相晶粒呈直接结合。方镁石相粒径大小，形状与分布，硅酸盐相矿物的组成及分布特征等对材料的高温结构强度，耐侵蚀性和抗热震性等都有重要影响。

评价烧结镁砂性能好坏的四个关键指标

MgO含量的多少、颗粒体积密度的大小、CaO/SiO2比值及显微结构等这些都是用于衡量制作耐火材料的烧结镁砂性能的优劣的重要指标。一般将这四个方面来认识烧结镁砂的性质，做出综合的评价。

1、MgO含量

烧结镁砂中MgO的含量是用于衡量镁砂性能的最重要标准之一，镁砂中MgO含量很高胶结状态的杂质就比较少，这种情况下，得到的耐火材料一般都有较高的耐高温侵蚀性能。

2、体积密度

这是表征耐火材料的一个重要指标。烧结镁砂烧结程度的好坏与其致密程度有直接的关系，一般都以此来表征。菱镁石自CO2分解生成轻烧MgO，至高温下达到死烧的一个重要变化，这一过程中主晶相方镁石的晶体长大，体积收缩明显，晶格常数也会随之降低，真密度提高，抗水化性能增强。然而，镁砂致密程度的好与坏又与镁砂的颗粒体积密度有直接关系，颗粒越密集，致密程度越好，反之;颗粒松散，致密程度就较低。

3、显微结构

显微结构是指镁砂中主晶相方镁石粒径大小，形状与分布，结合相包括玻璃相的分布特征。材料的高温结构强度，抗热震性和耐侵蚀性等与之都有重要影响。一般显微结构有两种典型类型。一种特征是主晶相方镁石晶粒呈晶间气孔方镁石相硅酸盐相浑圆状，粒径大约在0.04～0.5mm范围内，粒间为以CMS，M2S和少量玻璃相组成的胶结物结合;另一种主晶相方镁石晶粒边界趋笔直，晶粒主要呈具有较规则几何外形的多边形粒状，结合相包括气孔处于方镁石晶粒交界处呈孤立状，主晶相晶粒呈直接结合。

4、CaO/SiO2值

烧结镁砂主成分MgO的含量与其他杂质氧化物CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3等相对含量的高低，是决定其方镁石含量和结合相分布的基本因素。杂质氧化物的分布特别是CaO/SiO2比是决定烧结镁砂性质的一个重要因素。CaO/SiO2摩尔比在1～1.5之间的烧结镁砂，主要结合相为低熔点的CMS(1498)℃和C3MS2(1575)℃，这类镁砂烧成的制品，他们的高温结构强度、耐腐蚀性能和抗热震性能都比较差;而CaO/SiO2<1或>2的烧结镁砂，其结合相为高熔点的M2S(1890℃)、C2S(2130℃)、和C3S(2071℃)，则使制成品有较高的高温结构强度和耐侵蚀性。另外，由于高温下CaO对MgO有一定的溶解度，这样可能会使低熔点的C3MS2(1575℃)、CMS(1498℃)相在更大的CaO/SiO2比范围内出现。因此为避免生成了低熔点的硅酸盐相，往往希望这类镁砂的CaO/SiO2>3。烧结镁砂高温下的不同相组合和对制品性能的影响，如表1所示：

由于菱镁石的粒级不同在实际生产中很难控制CaO/SiO2，因此在烧结镁砂生产过程中很容易产生低熔点相，对镁砂制品的高温性能造成极大的负面影响，提高镁砂的高温性能，考虑在烧结镁砂的煅烧过程中加入其他物质，让其和杂质在相互反应的过程中，生成高熔点的氧化物-非氧化物这种复合材料，以此来提高烧结镁砂的高温性能。