第五章5镁质矿物原料

镁质材料课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解镁质材料的基本概念、性质和分类。

2. 掌握镁质材料在日常生活和工业中的应用。

3. 掌握镁质材料的制备方法和工艺流程。

技能目标：1. 能够运用所学知识分析镁质材料的性质与用途之间的关系。

2. 能够设计简单的镁质材料制备实验，观察实验现象，分析实验结果。

3. 能够运用科学方法，对镁质材料进行简单的性能测试和评估。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对镁质材料的兴趣，激发学习热情，树立科学探究精神。

2. 增强学生的环保意识，认识到镁质材料在可持续发展中的重要性。

3. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为化学学科，针对八年级学生，课程内容紧密结合课本知识，注重实践性与应用性。

学生在本阶段已具备一定的化学基础知识，对材料的性质和用途有一定了解。

教学要求注重启发式教学，引导学生主动探究，培养创新思维。

课程目标分解：1. 通过课堂讲解、实验演示，使学生掌握镁质材料的基本概念、性质和分类。

2. 通过案例分析、小组讨论，让学生了解镁质材料在日常生活和工业中的应用。

3. 通过实验操作、性能测试，培养学生动手能力和科学思维。

4. 通过课后作业、小组合作，提高学生的沟通与协作能力，增强环保意识。

本课程目标具体、可衡量，旨在帮助学生全面掌握镁质材料相关知识，提高实践操作能力，培养科学素养和环保意识。

后续教学设计和评估将围绕这些具体目标展开。

二、教学内容1. 镁质材料基本概念- 镁的化学性质与周期表位置- 镁合金的分类及性质- 镁质材料的优缺点分析2. 镁质材料的应用- 日常生活应用案例- 工业领域应用案例- 高科技领域应用前景3. 镁质材料制备方法- 熔炼法- 铸造法- 粉末冶金法- 新型制备技术简介4. 镁质材料制备实验- 实验目的与原理- 实验步骤及注意事项- 实验结果观察与分析5. 镁质材料性能测试- 力学性能测试- 耐腐蚀性能测试- 热性能测试- 电性能测试教学内容安排与进度：第一课时：镁质材料基本概念及优缺点分析第二课时：镁质材料的应用案例分析第三课时：镁质材料制备方法及新型制备技术简介第四课时：镁质材料制备实验（分组实验）第五课时：镁质材料性能测试及实验结果分析本章节教学内容与课本紧密关联，涵盖镁质材料的理论基础、实际应用、制备方法和性能测试等方面，确保内容的科学性和系统性。

镁质耐火原料——菱镁矿镁质耐火原料是指以MgO为主成分和以方镁石为主要矿物组成的原料，属于碱性耐火原料的范畴。

菱镁矿及由菱镁矿煅烧或熔融而得到的轻烧镁粉、烧结镁砂、电熔镁砂等，以及由海水和卤水提纯而得到的氧化镁等都是镁质耐火原料。

镁质耐火原料的来源主要有三部分；①天然菱镁矿；②海水；③卤水。

中国是镁质耐火原料的生产大国，在世界市场上有重要影响，生产的死烧镁砂、轻烧镁粉和电熔镁砂分别有30%、40%和60%供应世界市场，每年出口量占全世界总出口里（约250万短吨）的三分之一。

第一节菱镁矿菱镁矿，又称菱镁石或菱苦土，是镁的碳酸盐矿物。

菱镁矿是制造镁质耐火材料的最主要天然矿物原料。

佾界菱镁矿储量约120〜150亿吨，其中中国大约为50亿吨，其它主要出产国还有俄罗斯、奥地利、朝鲜、巴西、西班牙、加拿大、希腊、土耳其、澳大利亚等。

一、菱镁矿的类型与基本性质由于成矿条件不同，菱镁矿有两种类型；晶质菱镁矿（显晶质）和非晶质菱镁矿（隐晶质）。

晶质菱镁矿赋存于镁质碳酸盐岩层中，多分布在古老结晶片岩系出路地区，与富镁岩石如白云岩、蛇纹岩等伴生。

由于沉积时含镁很高，后来受酸性或基性岩浆侵入活动，富镁热液沿白云岩或石灰岩裂隙或层间交代充填成矿。

非晶质菱镁矿多赋存于超基性岩的风化壳中下部，由橄榄岩、蛇纹岩等含镁较高的岩石经过风化和地表水淋滤沉积而形成。

晶质菱镁矿属三方晶系，具有完全的解理，甶于所含杂质的不同，颜色可以从白到浅灰、暗灰、黄或灰黄色，有玻璃光泽，密度2.9〜3.12g/cm3，硬度3.5〜4.5，菱镁矿可与菱铁矿形成连续固溶体，随着铁含量的增加，其密度和折射率也提高，含FeO9%左右的菱镁矿称为铁菱镁矿，含FeO更高者称为镁菱铁矿。

非晶质菱镁矿为胶体形态，一般呈致密块状，硬度稍高，断口为明显的贝壳状，颜色也因杂质不同而有白、浅黄或灰色。

两种类型菱镁矿的物理性质如表6-2所列。

表6-2菱镁矿的物理性质中国菱镁矿以晶质菱镁矿为主，资源中富、品位高、储量大，主要集中在辽宁省营口大石桥至海城一带，储量占全国的80%，仅已探明开采的青怀山、桦子峪、金家铺子、下房身采区即达几十亿吨。

水泥窑用的镁质耐火材料综合分析以氧化镁为主成分和以方镁石为主晶相的耐火材料统称为镁质耐火材料。

目前，镁质耐火材料的主要品种有镁砖、镁硅砖、镁铝砖、镁铬砖、镁钙砖、镁炭砖等。

天然的镁质原料通常以菱镁矿的形式存在，菱镁矿是由碳酸镁(MgCO3)组成的，经过加工处理后称为菱镁石。

该料在竖窑、回转窑或电炉中烧结或熔融后，才可使用。

其反应式如下：MgCO3——►MgO+CO2MgO(小晶粒)——►MgO(大晶粒)菱镁石在800〜1000℃的温度下烧结的产物，称为轻烧镁石。

轻烧镁石是镁质耐火制品的结合剂，是合成尖晶石、制造镁质水泥、二步煅烧镁砂、电熔镁砂的原料，也是陶瓷、建材和化工等部门的一种重要原料。

烧结镁砂是在1600〜1900℃的温度下充分烧结的产物。

烧结镁砂是水化活性很低、密度很高的再结晶矿物，其结品矿物形态为方镁石。

其晶体发育比较完整，结构致密，密度高。

其主要理化性能见表5-24。

表5-24方镁石的主要理化性能指标1、镁铝尖晶石砖镁铝尖晶石砖是以高纯镁砂和预合成镁铝尖晶石为主要原料，经合理级配、高压成型、高温烧成后制得的制品。

其特点是纯度高、强度高、抗侵蚀、线膨胀系数低，抗热震性好，是水泥回转窑过渡带的理想耐火材料。

镁铝尖晶石砖生产配料中镁铝尖晶石的加入量并非越多越好，随着尖晶石量增加抗热震性变好，但由于不匹配膨胀会使强度(尤其抗折强度)下降，以Al2O3为标准，制品中Al2O3不应大于15%〜20%，以10%〜18%为佳，这与镁铝砖的实验数据一致。

镁铝尖晶石砖中主要杂质是SiO2，不应大于1.5%。

在过去的三十多年的时间里，人们一直在追求替代镁铬砖消除六价铬公害的技术，首先寄望于方镁石尖晶石砖。

当尖晶石砖随着引进六条新型干法窑以每吨1000多美元的身价进入中国后，中国出现了尖晶石砖热。

最初的报告是乐观的，但渐渐地从水泥厂那里传出了不同的消息：“挂不住窑皮。

”原来尖晶石砖和水泥的共熔温度接近(稍低)水泥的烧成温度(参见图5-2)，这是致命的，于是尖晶石砖在我国水泥窑窑衬中向后退了15〜20m，到达上过渡带，占据了原本高铝砖或普通镁铬砖的位置。

菱镁石菱镁矿石主要成份为（MgCO3），硬度3.5~5，产地在津巴布韦、巴西、澳大利亚和中国，市面上有一些菱镁矿制作的串珠项链，是价廉物美的饰物。

基本信息中文名称菱镁石主要成份MgCO3我国产地岫岩满族自治县、海城产地津巴布韦、巴西、澳大利亚和中国硬度3.5~5菱镁矿石主要成份为(MgCO3)，硬度3.5~5，产地在津巴布韦、巴西、澳大利亚和中国，市面上有一些菱镁矿制作的串珠项链，是价廉物美的饰物。

各色各样的菱镁矿各色各样的菱镁矿菱镁矿是一种碳酸镁矿物，它是镁的主要来源。

含有镁的溶液作用于方解石后，会使方解石变成菱镁矿，因此菱镁矿也属于方解石族。

富含镁的岩石也会变化成菱镁矿。

菱镁矿中常常含有铁，这是铁或锰取代掉镁的结果。

菱镁矿白色或灰白色，有玻璃光泽，含铁的菱镁矿会呈现出黄到褐色。

如果呈现出晶体就是粒状，如果不显出晶体则是块状。

菱镁矿除提炼镁外，还可用作耐火材料和制取镁的化合物。

菱镁矿不易形成好的晶体，通常是以岩块状出现。

菱镁矿的特性与方解石相似。

菱镁矿有与方解石同样的晶体结构，因此将它归类入方解石矿物组群。

菱镁矿的外观与白云石相似，难以区分。

但是，MgCO3不与弱酸反应，而方解石CaCO3则弱酸起反应。

这是区别菱镁矿与方解石的最佳的方法白色或浅黄白、灰白色，有时带淡红色调，含铁者呈黄至褐色、棕色;陶瓷状者大都呈雪白色。

玻璃光泽。

具完全解理。

瓷状者呈贝壳状断口。

硬度4~4.5。

性脆。

相对密度2.9~3.1。

含铁者密度和折射率均增大。

隐晶质菱镁矿呈致密块状，外观似未上釉的瓷，故亦称瓷状菱镁矿。

主要用途耐火材料、建材原料、化工原料和提炼金属镁及镁化合物等。

蛇纹石蛇纹石是一种含水的富镁硅酸盐矿物的总称，如叶蛇纹石、利蛇纹石、纤蛇纹石等。

它们的颜色一般常为绿色调，但也有浅灰、白色或黄色等。

因为它们往往是青绿相间像蛇皮一样，故此得名。

蛇纹石的结构常会有卷曲状，像纤维一样。

这样的蛇纹石常被当作石绵用。

块状或纤维状的蛇纹石都会具有光泽，块状如蜡，纤维状如丝。

镁质原料综述1、概述镁质类原料有镁砂、白云石、镁橄榄石和蛇纹石等，均属碱性，故又称碱性耐火原料。

镁砂分为烧结镁砂和电熔镁砂两大类，又分为普通镁砂和优质镁砂；根据原料不同，分为镁石镁砂、海水镁砂和盐湖镁砂。

我国的菱镁石储量占世界的90％，而辽宁海城――大石桥一带的储量占我国储量的96％，我国镁砂主要产在辽宁。

而海城――大石桥一带分华子峪和青花峪两个矿系，华子峪矿系的特点是硅高钙低，烧成的产品多是发黄。

而青花峪矿系的特点是高钙低硅，产品多是发黑。

）煅烧来生产，或从海水或卤水中提取镁砂由精选后的菱镁石矿物（MgCO3合成。

天然存在的菱镁石常常伴有白云石、滑石、氯化物、蛇纹石、云母、黄铁矿和磁铁矿。

从海水和卤水中合成镁砂最重要的过程是在镁盐溶液中添加强碱物质（烧结石灰石和烧结白云石）从而析出氢氧化镁沉淀。

析出的氢氧化镁沉淀再经水洗、浓缩、过滤和烧结生产出镁砂。

在另外一种实用的方法中，将浓缩后的）喷进热反应容器中，在这里热气体将它转化成氧化镁和盐酸。

氯化镁（MgCl2水洗氧化镁形成氢氧化镁泥浆，经过滤和烧结再生产出镁砂。

烧结镁砂按煅烧程度分为轻烧镁砂和重烧镁砂。

在耐火材料应用领域中，主要使用重烧镁砂。

天然重烧镁砂通常含有较高的二氧化硅和三氧化二铁，但氧化钙含量对重烧镁砂的使用性能影响非常大，氧化钙含量高在使用过程中和水反应，产生体积膨胀，对不烧制品的影响大，而合成镁砂可通过化学反应控制二氧化硅和氧化钙的含量，并可获得较高致密度。

2、重烧镁砂国标对烧结镁砂的规定：定义：欠烧品：烧结程度不够，颗粒疏松，结晶不明显。

如白块、软硬黄灰以及白色面子。

杂质：非镁石煅烧形成的产物。

如黑块、熔瘤以及残存焦粒。

颗粒组成为0－30mm，其中小于1mm者不大于5％；颗粒组成为0－90mm，其中小于1mm者不大于8％；颗粒组成为0－120mm，其中大于120mm者不大于10％；小于1mm者不大于15％。

烧结镁砂的外观质量MS93、MS90、MS87和MS84牌号的烧结镁砂，粒度大于30mm者，含欠烧品、熔瘤和黑块的表面积分别不得超过该镁砂块表面积的1/3、1/3和1/4；镁砂粒度为5－30mm者，含欠烧品、熔瘤和黑块的表面积均不得超过该镁砂块表面积的1/2。

制备和提高镁质原料的新技术一、高纯镁砂的制备1 菱镁矿的深加工我国是菱镁矿资源大国，辽宁省海城、大石桥一带菱镁矿储量达25亿t，长期以来的块矿开采使大量粉矿抛弃矿区，无法利用。

吉林大学研究了一种综合选矿提纯方法，用一级菱镁矿粉矿作原料，生产MgO＞99 %的高纯镁砂。

生产工艺如下：原料采用一级菱镁矿粉矿，粒度范围为0～15 mm，其主要矿物为菱镁矿、白云石，次要矿物为滑石、斜绿泥石，微量矿物有石英、透闪石、方柱石以及褐铁矿、黄铁矿等。

MgO及有害成分SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3等在矿石中分布均匀，并无明显富集现象，有害元素钙、铁以类质同象和微细机械包体形式存在于菱镁矿晶格中。

工艺流程：图1 以菱镁矿制备高纯镁砂工艺流程图1.1 浮选一级菱镁矿粉矿经磨矿（-200目占70 %）后，采用单一反浮选流程，用盐酸、六偏磷酸钠、十二胺作为浮选药剂，pH为6.5～7，进行二次粗选、一次扫选、一次精选，可得浮选精矿。

1.2 焙烧浮选精矿经过滤、干燥后进行焙烧，焙烧温度控制在900～950 ℃，焙烧时间为70 min，焙烧气氛为弱还原气氛。

通过焙烧使矿样中的黄铁矿、褐铁矿等铁矿物转化为磁铁矿等强磁性矿物，以有利于磁选除铁，并且这个温度也有利于CaCO3的分解，防止过烧及欠烧，有利于化学选矿除钙。

1.3 磁选采用湿式磁选机，先用弱磁选除去磁铁矿、磁黄铁矿等强磁性矿物后，再用强磁选除去褐铁矿、菱铁矿等弱磁性矿物。

1.4 化学选矿提纯磁选后的矿样放人电动搅拌器，进行化学除钙，采用阳离子交换树脂732，粒度为0.8～1.2 mm，按每千克干矿样用100 g离子交换树脂的用量加入到电动搅拌器中进行搅拌，搅拌时间为30 min，使其充分反应，反应后筛分分离矿浆和离子交换树脂。

1.5 轻烧及重烧化学提纯后的矿浆经过滤、干燥后进行轻烧，轻烧温度850～900℃，然后进行压球，于l700 ℃进行重烧，得高纯镁砂。

从以上可以看出，菱镁矿粉矿的主要杂质为铁、钙、硅、铝化合物，浮选方法去除硅化合物和铝化合物效果较好，但是对钙化合物和铁化合物去除效果不好。

镁、镁资源与镁质材料概述乌志明,马培华(中国科学院青海盐湖所,青海　西宁,810008)摘　要:中国盐湖卤水镁资源的开发形势十分严峻。

首先是量大,仅青海盐湖集团提钾副产的镁卤量就超过中国海盐副产镁卤总量的3倍;其二是缺少适合开发的大宗镁产品,受中国镁碳酸盐矿物开发的冲击,世界范围内,以海湖卤镁为原料的炼镁企业和氧化镁厂商都逐渐退出行业竞争。

镁碳酸盐矿物方面,菱镁矿主要生产镁质耐火材料,中国镁质耐火材料产量和产能居世界首位,且已开始变强并良性发展;白云石主要生产金属镁材料,中国金属镁产量和产能占世界的比例更大,也正努力做强;与另两大类镁质材料形成鲜明对比,镁质化工材料领域的现状是又小又弱,相关发展取决于能否率先将产品做成系列和规模。

中国盐湖卤水镁资源过多甚至成为“镁害”,但该资源价廉、含杂质少,是镁质化工材料的优质原料,应该在相关领域加大投入。

关键词:镁;镁资源;镁质材料中图分类号:TG 146122 文献标识码:A 文章编号:1008-858X (2007)04-0065-08 镁是全球资源型商品,兼备减重、节能、回收特性,被誉为“21世纪绿色工程材料”,广泛用于国防、航天、航空、汽车和3C 产业(3C 指计算机C om puter ,信息设施C ommunication 和日用物品C onsumer G oods )等领域。

此外,性能优异的镁化合物材料如MOS 纤维等在汽车的仪表板、保险杠、内饰件、防擦条等和3C 产业也日益受到重视。

1　镁及镁对人类日益重要的作用镁的元素符号为Mg ,英文名称为Magne 2sium ,其命名源于产有苦土的希腊地名“Magne 2sia ”;18世纪,用“Magnesia alba ”描述碳酸镁,“Magnesium ”指其中所含的金属,1755年Black 将此金属认定为一种元素。

现在,“Magnesium ”指金属镁,“Magnesia ”指各种形式的氧化镁。

第一讲镁质耐火材料的基本概念及选矿技术路线一、镁质耐火材料定义及常识以菱镁矿、海水镁砂和白云石等作原料，以方镁石为主晶相，MgO含量在80%以上的耐火材料。

属于碱性耐火材料。

镁质耐火材料的耐火度高，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，是一种重要的高级耐火材料。

镁质耐火材料主要用于平炉、电炉、氧化转炉、水泥窑、有色金属冶炼炉和碱性耐火材料的煅烧窑等。

在我国菱镁矿主要产在辽宁南部，大石桥与海城一带，因此这一带的相关企业比较多。

方镁石熔点为2800℃。

我国制造镁砖的主要原料是烧结镁砂，对其要求化学成分和烧结程度。

一般以密度衡量烧结程度，也可用重烧收缩、水化性能、镁砂的外观颜色来衡量。

随着近年来镁砂品质的下降，97高纯的密度要求下降，要求值大于3.22g/cm3。

纯菱镁矿煅烧后为白色，由于铁氧化物的影响，染成褐色、棕褐色，SiO2含量高者趋近于白色，Fe2O3含量高者趋近于深褐色，含CaO高的趋近于黑色。

二、MgO材料中各种杂质元素对耐火材料的影响。

表5—5 与方镁石处于平衡的13个矿物的熔点矿物MF CMS MA M2S C3MS2C2S C4AF CA C5A3C3A C3S CaO C2F熔点℃1750不一致1498不一致2130 1890 1575 2130 1415 1600 14851545不一致1900分解2570 1435C/S分子量比0 0—1 1 1—1.5 1.5 1.5—2 2 2—3 3C/S质量量比0 0---0.93 0.93 0.93---1.4 1.4 1.4---1.87 1.87 1.87—2.8 2.8相组合MgOM2SMgOM2SCMSMgOCMSMgOCMSC3MS2MgOC3MS2MgOC3MS2C2SMgOC2SMgOC2SC3SMgOC3S固化温度1860 1502 1490 1490 1575 1575 1790 1790 1850备注：CA 铝酸钙C3MS2镁蔷薇辉石M2S 镁橄榄石C2S 硅酸二钙CMS 钙镁橄榄石C3S 硅酸三钙C4AF 铁铝酸四钙C5A3 三铝酸五钙MK 镁铬尖晶石MA 镁铝尖晶石MF 镁铁尖晶石结论：1、高MgO时（MgO>96%）CaO/SiO2≥2(分子量比),除MgO物相外只有C2S高温相存在，如CaO/SiO2<.1.87(质量比)时，有低温相CMS存在，高温性能下降，CaO不是有害杂质，其次为Fe2O3与Al2O3。