Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

refractories, has been assessed. The features of the technology of refractory materials based on forsterite concentrate, have been considered. Keywords: forsterite concentrate, antioxidant, heat-resistant forsterite-carbonaceous refractory. Необходимость существенного расширения производства и применения форстеритовых огнеупоров обусловлена большими запасами магнезиальносиликатного сырья, низкой его стоимостью, высокой температурой плавления форстерита (1890 °С), шлако- и металлоустойчивостью. Широкое использование этих огнеупоров в промышленности сдерживает их низкая термостойкость. Цель работы — исследование форстеритового концентрата, полученного из отходов обогатительного производства Ковдорского ГОКа, для изготовления огнеупоров. Задачи: оценить степень влияния химического и гранулометрического составов исходных материалов (концентрата, брикета и добавок) на свойства форстеритовых огнеупоров; получить термостойкий форстеритоуглеродистый материал и оценить влияние вида антиоксиданта на технические характеристики огнеупора; выявить особенности технологии огнеупорных материалов на основе форстеритового концентрата. Обычно в магнезиальносиликатном сырье ограничивают содержание оксидов железа, алюминия и кальция. Допустимым содержанием для качественного сырья считают не более 6 % (FeO + Fe2O3), оксида алюминия не более 2-3 %, оксида кальция не более 1,5-2 %. Химический анализ исходного форстеритового концентрата из отходов обогатительного производства по главным оксидам, мас. %: MgO — 42,0; SiO 2 — 30,6; FeO — 5,30; Fe 2 O3— 5,91, CaO — 2,40; п. п. п. — 0,11. В подчиненных количествах в структуру могут входить катионы Al3+, Mn2+. Важным показателем является потеря при прокаливании, указывающая на наличие как гидратов, так и карбонатов в сырье. Поведение магнезиальносиликатного сырья при обжиге зависит от степени его чистоты. Размеры зерен форстеритового концентрата из отходов обогатительного производства находятся в узком диапазоне значений, а именно 0,2-0 мм. В форстерите из апатито-форстерито-магнетитовых пород Ковдорского массива от 3 до 8% фаялитового компонента [1]. На рентгенограммах сырого, обожженного при 1450 °С и подшихтованного боем магнезиальных изделий форстеритового концентрата после термообработки практически все линии принадлежат форстериту. Изменения касаются области, связанной с аморфизацией вещества. Если форстеритовый концентрат обжигать без добавления боя магнезитовых изделий, то площадь этой области увеличивается, вероятно, это связано с плавлением примесных компонентов и появлением стеклофазы. Кроме того, при спектральном анализе обнаружены: бронзит, гиперстен, диопсид, пироп. Бронзит, гиперстен, ферросилит относятся к ортопироксенам с общей формулой (Mg, Fe )2 Si 2 О 6 , представляют собой непрерывный изоморфный ряд энстатит Mg 2 Si 2 О 6 — ферросилит Fe 2 Si 2 О 6 . Бронзит и гиперстен содержат от 12 до 50 молекулярных % ферросилита. Пироп Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 . Химический теоретический состав: MgO — 30,01, ЛЪОэ— 25,29, SiO 2 — 44,70. Наибольшее содержание MgO в природных пиропах— 21,24 %; обычно Mg в большей или меньшей степени замещен Fe2+ и Mn, А1 замещен Fe3+ и Cr. Диопсид CaMgSi 2 O 6 . Содержание СаО составляет 25,9 %, MgO — 18,5 %; SiO 2 — 55,6 %. При нагревании до 600-900 °C из твердого раствора форстерита и фаялита выделяется форстерит, метасиликат магния и оксид железа. Форстерит при взаимодействии с оксидом железа образует магнезиоферрит и метасиликат магния (1200 °C) : Mg 2 SiO4 + Fe2O3 = MgFe2O4 + MgSiO3. Добавление в шихту оксида магния в том или ином виде приводит к тому, что неогнеупорные энстатит (1557 °C) и оксид железа при наличии его в свободном состоянии переходят в форстерит (1890 °C) и магнезиоферрит (1750 °C): MgSiO 3 + MgO = Mg 2 SiO 4 ; Fe 2 O 3 + MgO = MgFe 2 O 4 . Некоторый избыток оксида магния в системе MgO —F e 2 O 3 — FeO — CaO — AbO 3 — SiO 2 обеспечивает переход в область форстерит - - периклаз - - магнезиоферрит. В ней существует тройная эвтектика с температурой плавления 1680 °C. Для среднего содержания оксида железа в сырье содержание жидкой фазы при температуре эвтектики составит 22 %, а температура, при которой содержание жидкой фазы превысит 35 % - - 1760°C. Максимально допустимое значение содержания оксида железа, при котором критическое количество жидкой фазы образуется уже при температуре эвтектики, около 18 %, что выше верхнего предела содержания этого компонента в пробах форстеритового концентрата из отходов обогатительного производства. Бронзит и гиперстен при термообработке перейдут в форстерит и магнезиоферрит. В системе диопсид — форстерит существует низкотемпературная эвтектика, отвечающая составу 87,5 % форстерита и 12,5 % диопсида, температура 1389 °C (без учета влияния других примесей). После корректировки сырья оксидом магния, например, боем магнезитовых изделий, он взаимодействует с диопсидом CaMgSi 2 O 6 и образуются монтичеллит и энстатит: CaMgSi 2 O 6 + MgO = CaMgSiO 4 + MgSiO 3 . При низких температурах форстерит и монтичеллит имеют ограниченную серию твердых растворов, которая с повышением температуры возрастает и достигает максимума при 1500 °C. При этой температуре в составе форстерита может содержаться до 30 % монтичеллитовой молекулы, т. е. больше, чем максимально возможно (7,2 %) в откорректированном оксидом магния сырье. Для такого состава появление жидкой фазы происходит при температуре выше 1700 °C. 809