鎂橄欖石合成及應(yīng)用研究.pdf

1、由于鎂橄欖石具有熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱傳導(dǎo)率低以及抗熔融金屬侵蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于冶金、熱工以及鑄造行業(yè)。我國(guó)鎂橄欖石原料資源豐富，利用其合成和制造性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的鎂質(zhì)原材料對(duì)于高效利用我國(guó)的礦產(chǎn)資源，擴(kuò)大其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
　　本文結(jié)合目前鎂橄欖石研究及應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題開展相關(guān)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。利用熱力學(xué)對(duì)鎂橄欖石合成中所涉及的物相體系進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究鎂橄欖石的合成過(guò)程、反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

2、，分析添加劑對(duì)于鎂橄欖石生成和燒結(jié)過(guò)程的影響，考察以鎂橄欖石為原料制備的中間包干式料的性能。獲得的主要結(jié)論如下:
　　(1)在MgO-SiO2-TiO2三元體系內(nèi)，化合物的吉布斯標(biāo)準(zhǔn)生成自由能順序?yàn)?MgTiO3＞MgSiO3＞MgTi2O5＞Mg2SiO4＞Mg2TiO4;在MgO-SiO2-Y2O3三元體系內(nèi)，MgSiO3＞Mg2SiO4＞Y2SiO5＞Y2Si2O7;在MgO-SiO2-Ce2O3三元體系內(nèi)，Ce2O3與Si

3、O2反應(yīng)形成Ce2Si2O7、Ce2SiO5以及Ce0.36Si0.23O;在MgO-SiO2-ZrO2三元體系內(nèi)，MgO和ZrO2組分間形成固溶體;ZrO2與2MgO·SiO2反應(yīng)形成ZrO2-2MgO·SiO2二元系;在 MgO-SiO2-Al2O3三元體系內(nèi)，Al6Si2O13＞MgSiO3＞MgAl2O4＞Mg2SiO4。
　　(2)在鎂橄欖石合成過(guò)程中，MgO組分是擴(kuò)散相，其在合成初期向SiO2組分?jǐn)U散反應(yīng)生成鎂橄欖石和

4、頑火輝石;在合成過(guò)程的中期，MgO組分通過(guò)頑火輝石晶格及低熔點(diǎn)物相擴(kuò)散至頑火輝石表面并與其反應(yīng)生成鎂橄欖石，在已經(jīng)生成的鎂橄欖石表面析出和沉積，使鎂橄欖石顆粒間相互連結(jié)實(shí)現(xiàn)致密化;在合成過(guò)程的后期，MgO全部從顆粒部位擴(kuò)散遷移，在顆粒原位留有氣孔，通過(guò)燒結(jié)使氣孔縮小彌合。
　　(3)鎂橄欖石合成反應(yīng)過(guò)程由Mg2+擴(kuò)散控制;MgO與SiO2間固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可由楊德爾方程描述，其表觀反應(yīng)活化能為220±20kJ·mol-1。
　

5、　(4)致密化鎂橄欖石的制備條件為:加熱溫度高于1550℃、保溫時(shí)間大于3h、素坯成形壓力超過(guò)150MPa。
　　(5)添加TiO2、 Y2O3和CeO2對(duì)于鎂橄欖石的合成和燒結(jié)過(guò)程具有顯著的促進(jìn)作用，添加ZrO2和Al2O3時(shí)的效果不明顯;Ti4+向MgO晶格的固溶、含Ti低熔點(diǎn)化合物的生成以及TiO2從含Ti化合物中析出有利于反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和遷移;含Y低熔點(diǎn)化合物的生成以及由于Y2O3添加而使MgSiO3相在高溫下存在促進(jìn)了反

6、應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和遷移;添加的CeO2在高溫下轉(zhuǎn)化為Ce2O3，含Ce低熔點(diǎn)化合物的生成以及由于Ce2O3和SiO2間的反應(yīng)而使MgSiO3相在高溫下存有利于反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和遷移;ZrO2以含MgO固溶體的形式存在于顆粒晶界和以復(fù)合化合物形式存在于基質(zhì)中，存在于基質(zhì)中的復(fù)合化合物由MgSiO3+ZrSiO4→Mg2SiO5+MgSiO3+ZrSiO4→Mg2SiO5+ZrSiO4+ZrO2在顆粒晶界析出ZrO2。
　　(6)隨著鎂橄欖