|
Магнезия и окись кальция —
типичные окислы щелочноземельных металлов. Кристаллическая окись магния —
периклаз — не является породообразующим минералом. Температура плавления пе-
риклаза 2800 °С, кристаллическая решетка типа NaCl, в которой атомы магния и
кислорода занимают положение соответственно натрия и хлора. Кажущаяся
плотность твердых кристаллов пери- клаза 3,56—3,65 г/см3. При высокой
температуре окись магния высоко основна, потому весьма устойчива к действию
основных шлаков. Окись магния также устойчива к длительному воздействию
расплавов щелочных карбонатов, не подвергается коррозии даже при соприкосновении
с окисью свинца, но разрушается под действием кислот. В восстановительной
среде при ^1800 °С окись магния начинает испаряться (распадаться на
составляющие). В нейтральной или окислительной средах летучесть MgO
становится заметной при .2000 °С. Изделия из чистой окиси магния с объемной
массой 3,42 г/см3 "характеризуется следующими показателями: температура
начала деформации под нагрузкой в вакууме 2300 °С, предел прочности при
сжатии при 1800 °С 340 кг/см2, предел прочности при изгибе около 90 кг/см2.
Другими металлами MgO не восстанавливается. Эти ценные свойства обусловливают
эффективную целесообразность изготовления огнеупорных изделий на основе как
можно большего содержания периклаза. Ниже рассматриваются магнезиальные (пе-
риклазовые) и магнезиально-углеродистые изделия.
Магнезиальный изделия производят обожженными и
безобжиговыми. В любом случае для производства используют хорошо спеченный
магнезиальный клинкер, доведенный до выросших кристаллов периклаза, или
плавленую окись магния; получаемую в электродуговой печи путем плавки с
последующим охлаждением. Необходимо, чтобы зернистость шихты была строго
подобрана, формование происходило при высоком давлении с целью обеспечения
высокоплотной структуры изделий, стойких к основным шлакам. Недостатки
изделий на основе MgO: высокий коэффициент термического растисни я, слабая
термостойкость (разрушаются при резких температурных перепадах).
Основным сырьем для магнезиальных изделий служит магнезит,
поскольку окись магния в отличие от кремнезема и глинозема не залегает
отдельно. Основной минеральной составляющей магнезита является карбонат
магния. Магнезит обычно залегает большими пластами. В Японии сырьевых
магнезитовых месторождений нет, поэтому магнезиальное сырье ввозят или
извлекают из морской воды в виде гидрата окиси магния, который обжигают и
получают магнезиальный клинкер. Этот способ характеризуется следующими
реакциями:
Mg2+ + Са(ОН)2 -> Mg(OH)2 + Са2+;
Mg(OH)2 -> MgO + Н20 (обжиг).
При обжиге природного магнезита
MgCOs -> MgO + С02.
При нагревании магнезита с 200 °С начинается процесс
диссоциации, при 620 °С давление диссоциации С02 достигает 0,1 МПа. Сразу
после разложения окись магния становится аморфной и начинает реагировать с
атмосферной влагой и углекислым газом, что приводит к образованию Mg(OH)2 и
MgC03. Однако хорошо спеченная MgO («намертво» обожженная магнезия) и
плавленая даже мелкоразмолотая магнези^ обладают удовлетворительной
устойчивостью к действию влаги, угольной кислоты и углекислого газа. На 79
изображен обычный способ получения магнезиального клинкера.
В Японии природный магнезит не добывается, но по получению
магнезиального клинкера из морской воды Япония занимает одно из первых мест в
мире.
Хорошо разработанная технология позволила внедрить методы
получения высокочистой продукции с содержанием Ss99 % MgO. Для улучшения
спекания кристаллической магнезии в шихту добавляют соответствующие
количества окислов железа и кремния. Характеристика магнезиального клинкера
во многом зависит от вносимых добавок JI примесей. Очень трудно регулировать
состав магнезиального клинкера, получаемого в результате обжига природного
магнезита из-за довольно сложного процесса удаления нежелательных примесей.
Процесс получения магнезиального клинкера из морской магнезии не сопряжен с
внесением-нежелательных загрязнений. Кроме спеченного клинкера, в Японии
производят электроплавленую магнезиюг которая характеризуется очень хорошими
свойствами, обусловленными большим количеством пери- клазовых кристаллов и
малым содержанием примесей.
Технологический процесс производства магнезиальных изделий
зависит от конечной продукции (обожженной или безобжиговой). Процесс
производства безобжиговых магнезиальных изделий заключается в измельчении
сырья, рассеве на фракции, их дозировке в необходимом соотношении по зернистости,
увлажнении с введением небольших количеств вяжущих веществ, прессовании и
сушке до получения химически связанных изделий. В большинстве случаев в
качестве вяжущей добавляют рапу, с которой порошкообразный магнезиальный
клинкер вступает в реакцию взаимодействия. В результате реакции достигается
прочная связанная структура на основе образования магнезиального цемента.
Процесс производства обожженных магнезиальных изделий,
естественно, включает еще стадию обжига. В результате обжига сформованных изделий
образуется керамическая связка, обеспечивающая прочность готовой продукции.
Температура обжига должна быть высокой (1600—1800 °С), что ускоряет спекание
и улучшает постоянство объема изделий.
Одно из основных свойств магнезиальных огнеупоров — весьма
высокая огнеупорность. Несмотря на это, при нагреве в условиях нагружения
легко происходит деформационное размягчение. Цоэтому возникают затруднения во
время эксплуатации при приложении нагрузки и высокой температуры, например
магнезиального свода. В связи с высоким коэффициентом теплового расширения и
сравнительно невысокой теплопроводностью при резких теплосменах на изделиях
появляются* трещины. Этот недостаток особенно усугубляется плавильной пылью,
прилипающей к нагреваемой поверхности футеровки. В результате образования
деформационного поверхностного слоя происходит отслаивание с последующей
эрозией. Наконец, магнезиальные изделия очень чувствительны к парам воды. При
взаимодействии с ними MgO гидратируется, превращаясь в Mg(OH)2.
Изделия на основе MgO широко используются для плавки урана
и его сплавов с железом, никелем, кобальтом, медью, алюминием, серебром,
золотом, магнием, цинком и оловом. При этом не наблюдается взаимодействия
указанных металлов со стенками тигля.Обладая незначительной пористостью,
изделия из MgO стойки к действию расплавов хлористых солей.
|