隨著鎳鐵合金產量的增加，鎳鐵渣的排放量逐年激增。鎳鐵渣中含有大量的鎂橄欖石和頑火輝石結晶相，是制備鎂橄欖石耐火材料的良好原料。為了充分利用熔融鎳鐵渣及其蘊含的高溫潛熱，湖北理工學院化學與化工學院等單位的研究人員開發了礦熱爐鎳鐵渣熔融改性制備鎂橄欖石耐火材料新技術。

本研究采用的礦熱爐渣來自廣西某不銹鋼冶煉廠。礦熱爐渣的化學成分見表1，主要包括 SiO₂和 MgO，質量分數分別為 49.27%和 27.94%。使用純度大于99.0%的高純度 MgO 作為改性劑是為了更精準地控制鎳鐵渣混合料的鎂硅比，從而探索鎂橄欖石的最佳生成條件。

表1 礦熱爐鎳鐵渣的元素組成（w）和失重/%

使用振磨機進行磨礦，振磨質量為 100 g、振磨時間為15 s。隨后，將處理后的原料按照不同配比混合，通過調整混合料中 MgO 和 SiO₂ 的物質的量之比，制備一系列具有不同鎂硅比的混合料。氧化鎂摻量（質量分數）依次為 30.3%、38.3%、46.3%、54.3%、62.3%，對應混合料中鎂硅比依次為 1.77、2.02、2.26、2.50、2.75，實現了大約 0.25 的勻速遞增。然后，將混勻料在 105 °C 下烘干 12 h，以脫除水分，確保后續熱處理的效果。烘干后的粉體裝入剛玉坩堝，按照預設的升溫曲線進行升溫（從室溫到 1 200 °C、以 10 °C·min^-1 的速率升溫；而從 1 200 °C 升溫至所需溫度時，以5 °C·min^-1 的速率升溫），在預定的改性溫度下焙燒，最后以不同冷卻方式冷卻至室溫。然后檢測試樣的耐壓強度、體積密度、顯氣孔率、加熱永久線變化等指標。

分別探討了氧化鎂添加量、熔融改性溫度、改性時間以及冷卻速度對鎂橄欖石性能的影響。

通過將鎳鐵渣和高純 MgO混合模擬高溫熔融狀態鎳鐵渣的在線改性過程，進行不同改性溫度、時間和冷卻方式的改性試驗，研究其對鎂橄欖石耐火材料的微觀結構、體積密度、顯氣孔率和重燒線收縮率的影響，得到的主要結論如下。

1）礦熱爐鎳鐵渣在 1 550 ℃下改性 2 h 并緩慢冷卻的條件下，制備的鎂橄欖石耐火材料具有良好的綜合性能，耐壓強度可達 91.41 MPa，重燒線收縮率為 0.87%，顯氣孔率為 10.71%，體積密度為 2.63 g·cm^-3。

2）改性溫度和冷卻方式對鎂橄欖石耐火材料的晶粒粒度和晶相組成影響顯著，適當提高改性溫度，鎂橄欖石耐火材料的鎂橄欖樹主晶相晶粒充分生長，結構更加致密，氣孔率降低，強度提高；但過高的溫度可能引發材料內部應力增大，影響其整體性能。若冷卻速度過快，會嚴重破壞晶體結構，降低其性能。

3）鎂橄欖石的合成過程主要分為 2 個階段，即 MgO 的擴散和化學反應階段以及鎂橄欖石的燒結致密化反應階段，通過控制改性溫度、保溫時間、冷卻方式等反應條件可以促進或者抑制鎂橄欖石的合成過程。

4）通過模擬在線改性過程，利用礦熱爐鎳鐵渣，制備出具有良好力學性能和高溫穩定性能的鎂橄欖石耐火材料，這不但為充分利用鎳鐵渣的高溫潛熱、降低能耗提供一種途徑，同時還可實現礦熱爐冶煉渣的綜合利用，具有良好的環境經濟效益。

（摘編自《中國冶金》2024年12月6日網絡首發）