鎂橄欖石合成及應用研究.pdf

1、由于鎂橄欖石具有熔點高、化學穩(wěn)定性好、熱傳導率低以及抗熔融金屬侵蝕性能好等優(yōu)點，而被廣泛應用于冶金、熱工以及鑄造行業(yè)。我國鎂橄欖石原料資源豐富，利用其合成和制造性能優(yōu)良、價格低廉的鎂質原材料對于高效利用我國的礦產資源，擴大其在相關領域的應用具有重要意義。
　　本文結合目前鎂橄欖石研究及應用過程中存在的問題開展相關基礎和應用研究。利用熱力學對鎂橄欖石合成中所涉及的物相體系進行分析，通過實驗研究鎂橄欖石的合成過程、反應機理及反應動力學

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

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

4、頑火輝石;在合成過程的中期，MgO組分通過頑火輝石晶格及低熔點物相擴散至頑火輝石表面并與其反應生成鎂橄欖石，在已經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實現致密化;在合成過程的后期，MgO全部從顆粒部位擴散遷移，在顆粒原位留有氣孔，通過燒結使氣孔縮小彌合。
　　(3)鎂橄欖石合成反應過程由Mg2+擴散控制;MgO與SiO2間固相反應動力學可由楊德爾方程描述，其表觀反應活化能為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℃、保溫時間大于3h、素坯成形壓力超過150MPa。
　　(5)添加TiO2、 Y2O3和CeO2對于鎂橄欖石的合成和燒結過程具有顯著的促進作用，添加ZrO2和Al2O3時的效果不明顯;Ti4+向MgO晶格的固溶、含Ti低熔點化合物的生成以及TiO2從含Ti化合物中析出有利于反應質點的擴散和遷移;含Y低熔點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了反

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