5. •
Magnesia là loại VLCL kiềm tính điển hình,
chứa 80 - 85% MgO. Tên vật liệu xuất phát từ tên
nguyên liệu chính magnesite MgCO3.
Magnesia là VLCL phổ biến nhất cho công
nghiệp luyện kim do có độ chịu nhiệt và bền xỉ
cao.
Magnesia được phát hiện vào năm 1808 bởi
nhà khoa học người Scotland Sir Humphry Davy.
Ông đã tách riêng Magnesia từ magnesium bằng
cách đốt cháy nó trong không khí và thu được
oxit magnesia.
Trong những năm đầu sau khi Magnesia được
phát hiện, nó được sản xuất chủ yếu bằng cách
đốt cháy magnesium. Tuy nhiên, phương pháp
này là rất đắt và công nghệ sản xuất Magnesia
được cải tiến bằng việc sử dụng quặng
magnesite.
6. •
Magnesia đã trở thành một vật liệu quan trọng cho
các ngành công nghiệp khác nhau, như chế tạo kim
loại, xử lý chất thải, chống cháy và cách nhiệt.
Công nghệ sản xuất Magnesia đã được cải tiến liên
tục để cải thiện chất lượng và giảm chi phí sản xuất.
Hiện nay, các phương pháp sản xuất Magnesia phổ
biến bao gồm phương pháp lò nung điện và phương
pháp đốt cháy quặng magnesite.
Nghiên cứu và phát triển mới liên tục đưa ra các sản
phẩm Magnesia mới như Magnesia có khả năng tự
chữa, Magnesia bán dẫn, Magnesia xử lý nước thải,
Magnesia vật liệu xây dựng, Magnesia sợi thủy tinh
cũng như các loại sản phẩm khác.
7. Có 2 loại vật liệu chịu lửa Magnesia:
- Loại viên để xây tường lò tiếp xúc với xỉ bazo nóng
chảy và các cốc đổ thép.
- Loại bột để đặp nền lò luyện kim, làm nguyên liệu để
sản xuất các sản phẩm chứa manhêdi như gạch
đôlômi, forsten.
8. - Chịu lửa và chống cháy
- Cách nhiệt
- Tính chất cơ học
- Tính chất hóa học
9. - Chịu lửa và chống cháy: Khoáng cơ bản trong VLCL magnesia
là periclase MgO nên nó là một vật liệu chịu lửa tốt và có khả
năng chống cháy cao. Nó có nhiệt độ nóng chảy cao (2826℃).
Do đó, magnesia được sử dụng rộng rãi trong ngành công
nghiệp chế tạo lò nung, chế tạo bếp lò, chế tạo lò hơi, đường
ống dẫn nhiệt và các ứng dụng khác yêu cầu khả năng chịu lửa
và chống cháy.
- Cách nhiệt: Magnesia cũng có khả năng cách nhiệt tốt và được
sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính chất này. Với khả
năng cách nhiệt tốt, magnesia được sử dụng rộng rãi trong sản
xuất vật liệu cách nhiệt, ống dẫn nhiệt, tấm cách nhiệt và các
sản phẩm khác.
10. - Tính chất cơ học: Magnesia có độ cứng và độ bền cơ
học tốt. Nó có khả năng chịu nén và chịu uốn cao,
cũng như khả năng chống ăn mòn. Cường độ cơ học
của nó trên 350 kg/cm3 và có thể đạt đến 600
kg/cm3. Magnesia cũng có độ bền nhiệt tốt, có thể
chịu được nhiệt độ cao hơn 1400℃ mà không bị biến
dạng.
- Tính chất hóa học: VLCL magnesia có khả năng
chống ăn mòn xỉ sắt và các chất nóng chảy bazơ,
đến 1600℃ xỉ kiềm cũng không thể tác dụng với nó
nên được dùng chủ yếu trong công nghệ luyện kim.
Magnesia không có sự biến đổi đa hình khi biến đổi
nhiệt độ, nhưng độ bền sốc nhiệt thấp do độ chênh
lệch hệ số giãn nở nhiệt của của MgO và SiO2 cao,
muốn khắc phục điều này cần giảm lượng SiO2.
11. - Khả năng chịu nhiệt cao: Magnesia có khả năng chịu
nhiệt rất cao, vượt trội so với nhiều loại vật liệu khác.
Điều này là do magnesia có điểm nóng chảy cao và
không bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Magnesia có thể chịu
được nhiệt độ lên đến 2826℃ mà không bị biến dạng
hay phân hủy.
- Khả năng chống cháy tốt: Magnesia là một vật liệu
chống cháy tốt. Khi bị tác động bởi ngọn lửa, magnesia
không tham gia vào quá trình cháy và không sinh ra khói
độc hại. Điều này là do magnesia không có khả năng
phân hủy trong môi trường có nhiệt độ cao và không có
tác dụng với oxy.
- Khả năng chống ăn mòn từ các kim loại: Magnesia có
tính chất kháng ăn mòn từ các kim loại, đặc biệt là sắt,
nên thường được sử dụng trong sản xuất các thiết bị
chịu ăn mòn của các ngành công nghiệp như dầu khí,
hóa chất, luyện kim, vv.
- Độ bền cơ học cao: Magnesia có độ bền cơ học cao,
chịu được tải trọng cơ học và va đập mạnh, làm cho nó
trở thành một vật liệu lý tưởng trong sản xuất các sản
phẩm khác nhau như vật liệu xây dựng.
- Tuy nhiên, nhược điểm của magnesia là nó
dễ bị ăn mòn trong môi trường axit. Ngoài
ra, do giá thành cao, magnesia không phải
là một vật liệu phổ biến trong các ứng dụng
hàng ngày.
Tóm lại, magnesia là một vật liệu có tính
chất đa dạng và có ưu điểm, nhược điểm
riêng. Việc lựa chọn sử dụng magnesia
cần được cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên
ứng dụng cụ thể và tính chất của vật
liệu.
12. Nguyên liệu sản xuất vật liệu manhedi
• Magnesite
• MgO từ nước biển
• MgO điện nóng chảy
13. • Magnesite (MgCO3)
Magnesite là một khoáng chất magie cacbonat với
thành phần hóa học là MgCO3. Nó có tên từ thực tế là
nó có chứa magiê. Magnesite được hình thành khi đá
giàu magie hoặc đá cacbonat bị biến đổi do biến chất
hoặc phong hóa hóa học.
Thành phần gồm có: 47,62% MgO- 52,98% CO2,
khối lượng riêng 2,98 g/cm3, ánh thủy tinh màu trắng,
xám hay phớt lục tùy theo tạp chất lẫn vào. Độ cứng
Mohn 4 – 4,5, nếu có lẫn nhiều Si độ cứng có thể tăng
lên 5-5,5.
14. • Magnesite (MgCO3)
Magnesite có 2 loại: magnesite tinh thể và magnesite vô
định hình
- Magnesite tinh thể: được tạo ra do tác động của đá vôi
hoặc đôlômit với dung dịch cacbonat axit magnesite theo
phản ứng:
CaCO3 + MgH(CO3)2 → MgCO3 + Ca(HCO3)2
CaMg(HCO3)2 + Mg(HCO3)2 → 2MgCO3 + Ca(HCO3)2
- Magnesite vô định hình: là sản phẩm phân hủy các khoáng
silicat magnesite theo phản ứng:
3MgO.2SiO2.2H2O + 3CO2 → 3MgCO3 + 2SiO2 + 2H2O
2MgO.2SiO2 + 3CO2 → 3MgCO3 + 2SiO2
15. • Magnesite (MgCO3)
Tạp chất chủ yếu trong Magnesite là
Fe2O3, SiO2, CaO, Al2O3. Trong đó CaO là
tạp chất có hại nhất vì dễ tạo hợp chất dễ
chảy (CaO.MgO.SiO2 monticelit) hoặc hợp
chất biến đổi đa hình (2CaO.SiO2), nếu
CaO ở trạng thái tự do nó lại dễ dàng hút
nước
Yêu cầu: Magnesite sau khi nung phải
có MgO ≥ 85% đối với bột luyện kim và ≥
91% đối với gạch, CaO ≤ 2-3%, SiO2 +
Fe2O3 ≤ 5%
16. • MgO lấy từ nước biển
Trong nước biển chứa 0,2% MgO nhưng nguồn nước biển vô tận. Trong
nước biển có chứa các muối NaCl, CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4, Na2CO3….
phải loại trừ
- Loại trừ SO4
2- : Dùng CaCl2
MgSO4 (trong nước biển) + CaCl2 → MgCl2 + CaSO4 → lọc
- Loại HCO3: dùng Ca(OH)2
Ca(HCO3) (trong nước biển) + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
MgH(CO3)2 (trong nước biển) + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + Mg(OH)2 + 2H2O
Sau khi lọc kết tủa, manhe trong nước chủ yếu ở dạng MgCl2. Từ đây ta dùng
sữa đôlô mi để kết tủa. (Nung đôlômit CaCO3.MgCO3 ta được CaO + MgO, hợp
nước CaO + H2O → Ca(OH)2, MgO + H2O → Mg(OH)2 )
MgCl2 + MgCa(OH)4 → 2Mg(OH)2 + CaCl2
CaCl2 quay trở lại phản ứng đầu tiên và Mg(OH)2 qua lọc và đem nung.
- MgO hoạt tính: nhiệt độ nung 700 – 10000 C
- MgO nung cứng: nhiệt độ nung 1000 - 15000 C
- MgO nung quá: nhiệt độ nung 1500 - 20000 C
17. • MgO lấy từ nước biển
Nhược điểm:
- Lượng nước biển cần dung lớn: muốn có 1 tấn sản phẩm phải gia công 300 tấn nước biển, tức là
dùng bơm và xây bể lắng lớn.
- Thực hiện quá trình hyđrat hóa hoàn toàn đôlômit rất khó, phải thực hiện ở điều kiện áp suất thấp và
nhiệt độ cao, nếu không sản phẩm sẽ lẫn nhiều CaO.
- Phải dùng lượng CaCl2 lớn, tuy có thể dùng nước thải công nghiệp
- Mg(OH)2 rất keo khó lọc, phải dùng máy lọc chân không đến dạng bột nhão có W=40-50% sau đó
đưa vào lò nung.
- Lẫn nhiều B2O3 nên khi nung sẽ tạo ra hợp chất Mg3B2O6 có nhiệt độ nóng chảy thấp
Ưu điểm:
- Tận dụng được đôlômi và nguồn nước biển
- Có thể điều chỉnh hàm lượng MgO trong sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
- Hàm lượng MgO tương đối cao >90-95%
- Nếu dùng phương pháp trên để tách MgO từ nước ót là nước dư sau khi kết tinh muối ăn rất kinh tế.
18. MgO nung chảy hơn trội MgO nung quá về độ bền, khả năng chịu mài mòn và tính
trơ hoá học. Các ứng dụng chính của MgO nung chảy là sản xuất VLCL và vật liệu
cách điện. Có hàm lượng magie cao ( tối thiểu 96%).
Do khả năng chịu ăn mòn cao, MgO nung chảy loại này thường được sử dụng cho
những phần chịu ăn mòn nhiều trong sản xuất thép, ví dụ lò bazơ-oxy và lò hồ quang,
lò thổi, gáo múc thép... MgO nung chảy loại siêu tinh khiết ( > 99 % MgO) được sử
dụng trong những ứng dụng công nghệ cao như thiết bị quang học, lò phản ứng hạt
nhân và vòi phun của tên lửa.
MgO nung chảy được sản xuất bằng phương pháp nấu chảy MgO hoạt tính trong
lò hồ quang đến nhiệt độ trên 2750 độ C. Quá trình này tiêu hao rất nhiều năng
lượng, khoảng 3500-4500 kWh/tấn sản phẩm. Thỏi MgO sau khi nung chảy được
làm nguội từ từ (Cần làm nguội chậm để các tinh thể có điều kiện phát triển → tăng
độ bền hoá) để sản xuất các tinh thể periclase với kích thước > 1000 mm và khối
lượng riêng 3,58 g/cm3. Lõi của thỏi này có chất lượng cao nhất, càng ra phía vỏ thì
chất lượng càng giảm. Sau đó, người ta nghiền thỏi MgO nung chảy này, phân loại
theo cỡ hạt và theo độ tinh khiết để áp dụng cho các lĩnh vực khác nhau.
• MgO lấy từ nước biển
19. • MgO lấy từ nước biển
Công đoạn quan trọng trong gia công vật liệu
cách điện (EGM) là nghiền và phân loại đến mức
phân bố cỡ hạt mong muốn (thường là 40 mesh, 425
mm), sau đó phối trộn với các chất phụ gia để tăng
hiệu quả và tiến hành công đoạn nung cuối cùng.
Manhedi điện nóng chảy có độ xốp ~ 0 → có nhiều
tính chất tốt hơn sản phẩm cùng loại.
22. 1. Nung kết khối magnesi
- Có thể nung bằng lò đứng hoặc lò quay
- Nếu nung nhiệt với nhiệt độ thấp → tinh thể nhỏ, không
hoàn chỉnh → magnesi dễ bị hydrad hoá.
- Nhiệt độ nung thích hợp là 1550 – 1600oC hoặc cao hơn.
- Với nguyên liệu là Mg(OH)2 tổng hợp từ nước biển → ép
trước khi nung.
Yêu cầu thành phần hoá magnesi luyện kim
Thành phần hóa (%) Loại 1 Loại 2
SiO2 không quá 4 6
CaO không quá 4 6
MgO không nhỏ hơn 88 85
MKN không quá 0,6 0,8
23. 1. Nung kết khối magnesi
Thành phần hạt (%kl) magnesi luyện kim
Kích thước (mm) Loại A Loại B Loại C
> 10 Không có < 6 < 3
8 -10 - > 70 > 50
0,8 - 8 < 75 - -
Mục đích quá trình nung kết khối magnesi là
để phân hủy MgCO3, ở nhiệt độ 400oC MgCO3
bắt đầu phân hủy thành MgO và CO2, quá trình
này trở nên mãnh liệt ở 600oC và sau đó ta thu
được clinker rắn MgO.
24. 2. Chuẩn bị nguyên liệu cùng phụ gia
- Sử dụng clinker magnesi kết khối để làm nguyên liệu sản xuất
VLCL magnesi, tiến hành nghiền mịn clinker để trộn phối liệu.
- Với những loại VLCL magnesi yêu cầu chất lượng cao → dùng
nguyên liệu magnesi kết khối có hàm lượng > 97%. → magnesi từ
nước biển, magnesi điện nóng chảy là những loại nguyên liệu gầy
có chất lượng tốt.
Nguyên liệu cần có SiO2, CaO càng nhỏ càng tốt:
SiO2 < 3,5%
CaO < 5%: càng ít CaO càng ít phế phẩm.
- Nếu tỷ lệ CaO/ SiO2 < 2: hình thành nhiều khoáng có nhiệt độ nóng
chảy thấp là CMS và C3MS2 → không tốt cho sản phẩm VLCL.
25. 2. Chuẩn bị
nguyên liệu
cùng phụ gia
- Khi tỷ lệ CaO/SiO2 > 2
→ Các khoáng hình thành
có độ chịu lửa cao, tốt cho
sản phẩm VLCL bao gồm
các khoáng trong hình sau:
26. 2. Chuẩn bị nguyên liệu cùng phụ gia
Phụ gia: TiO2, Al2O3, Fe2O3, ZrO2, … sử dụng cải thiện tính chất cũng như
đặc tính công nghệ, phụ gia kết khối. Phụ gia tạo forsterite 2MgO.SiO2 →
tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng.
- Phụ gia thường là Al2O3 2-6% để tạo pha kết dính Spinel, tăng độ bền
nhiệt của sản phẩm
- Nước có tác dụng tạo lớp màng hydroxit mỏng ngay trên bề mặt hạt, hoạt
hóa quá trình phản ứng, giúp liên kết tốt hơn.
- Các muối sunfat giúp làm tăng độ bền liên kết sản phẩm tạo hình hoặc có
thể dùng các chất kết dính phốt phát như (NaPO3)n
- Có thể dùng thêm 1 – 3% keo hữu cơ CLS để tăng cường độ cho viên
mộc.
27. 2. Chuẩn bị nguyên liệu cùng phụ gia
- Phần trăm độ xốp tỉ lệ nghịch với tính chất chịu lửa của sản phẩm vì thế nên
chọn thành phần hạt sao cho có mật độ sít chặt cao nhất theo bảng sau:
Manhedi điện nóng chảy Manhedi kết khối
3 - 1 mm: 46 ± 4% 3 - 0,8 mm: 45 - 55%
1 - 0,5 mm: 10 ± 2% 0,8 - 0,09 mm: 5 - 15%
0,5 - 0,09 mm: 10 ± 2%
< 0,09 mm: 33 ± 4% < 0,09 mm: 30 - 40%
- Sau khi đã chuẩn bị xong, cho phụ gia nghiền chung với hạt mịn → để đảm
bảo phân bố đều các hạt.
- Trộn trong máy trộn với độ ẩm 2,5 – 4% để đồng nhất phối liệu, đảm bảo
phối liệu có độ chảy → giúp dàn đều trên khuôn ép.
28. 3. Tạo hình các sản phẩm
- Phối liệu chủ yếu là nguyên liệu gầy → dùng máy ép thuỷ lực có áp suất
nén cao khoảng giúp tăng cường độ mộc, mật độ, …
- Áp lực nén tốt nhất 800 – 1500 kG/cm2. Tiếp tục tăng áp lực các tính chất
sẽ không tăng nhiều thậm chí có thể gây ra hiện tượng tách lớp ở sản
phẩm. Thời gian ép 2 – 4 giây.
4. Sấy các sản phẩm
- Cần cẩn thận nhiệt độ sấy vì quá trình thủy hóa MgO, sản phẩm từ
magnesi cường độ sau sấy kém, phế phẩm nhiều.
- Sản phẩm từ manhesite thiên nhiên nhiều Mg(OH)2 → cẩn thận trong quá
trình sấy
- Sản phẩm từ magnesi kết khối hoặc điện nóng chảy ít Mg(OH)2 → quá trình
sấy dễ dàng hơn.
- Thường dùng hệ thống sấy nung liên hợp → tận dụng khí nóng từ lò nung
(từ vùng làm nguội). Cần hoà trộn thêm khí lạnh để nguội bớt khí hồi lưu.
29. 5. Nung sản phẩm
- Nếu sản lượng ít có thể dùng lò con thoi
xe goòng.
- Lò tunel liên tục sử dụng cho những nhà
máy có sản lượng lớn:
+ Mật độ 1300 – 1500 kg/m3 lò
+ Chiều cao xe goòng 1 – 1,2m
+ Xếp quá cao gây biến dạng sản phẩm khi
nung.
Đối với lò tunel: trong khoảng 400-1200oC độ bền cơ của mẫu mộc giảm do
phân hủy các hydroxit. Nhiệt độ nung kết khối từ 1550-1800oC, toàn bộ chu
trình nung từ 3-5 ngày đêm. Môi trường nung cần là oxy hóa để tránh tạo ferit
magie dễ chảy. Trong quá trình nung, pha lỏng xuất hiện thấm ướt bề mặt và
có tác dụng như chất kết dính. Pha lỏng cũng kéo theo quá trình nóng chảy,
hòa tan rất phức tạp và do đó tạo thành phần pha mới, có thể khác nhiều so
với thành phần pha ban đầu.
32. • Dùng rộng rãi trong lò
luyện kim
• Dùng trong zone
chuyển tiếp lò quay
nung clinker xi măng
• Dùng trong zone nung
lò quay xi măng
33. Magnesia có nhiều ứng dụng trong các lò luyện kim: lớp lót lò, lò hồ quang,
lò mác tanh, lò nấu kim loại màu và lớp lót các thiết bị chịu nhiệt khác.
- Sử dụng magnesia trong nơi tiếp giáp xỉ nóng chảy, có thể sử dụng nó
như một lớp lót chống trượt hoặc phun trực tiếp lên bề mặt tiếp giáp.
- Vật liệu magnesia cũng có nhiều ứng dụng trong lò hồ quang, bao gồm:
+ Chịu nhiệt: vật liệu magnesia được sử dụng để tạo lớp lót cho lò hồ
quang, hay như một dụng cụ chịu nhiệt để bảo vệ lò khỏi những tác
động của nhiệt độ cao.
+ Chống ăn mòn: được sử dụng để làm lớp lót cho bể chất bảo vệ và các
lọai ống dẫn để giữ lại tính an toàn cho lò.
+ Trợ luyện kim: thêm magnesia vào quá trình luyện kim ở lò hồ quang có
thể giúp kiểm soát được quá trình chuyển hóa và cải thiện chất lượng
của kim loại.
- Magnesia giúp tăng hiệu suất và vòng đời của lò hồ quang và đảm bảo an
toàn khi thực hiện quá trình nung và luyện kim.
Dùng rộng rãi trong lò luyện kim
34. - Magnesia được sử dụng trong lò nấu kim loại màu:
+ Để tạo lớp lót bảo vệ các bề mặt chịu nhiệt và chịu ăn mòn khỏi tác
động của kim loại và các chất hóa học.
+ Để tạo thành các phần tử bảo vệ và lớp lót trên các cối nghiền của lò
nấu kim loại màu.
+ Để làm phần cốt lót cho các ống dẫn khí và các bộ phận khác trong lò
nấu kim loại màu.
- MgO - C là một chất liệu thường được sử dụng thay thế cho magnesia
trong một số ứng dụng nhất định. MgO - C là một hỗn hợp giữa MgO và
than nung chảy, giúp tăng cường độ chịu lửa và khả năng chống ăn mòn
của vật liệu.
+ MgO - C được sử dụng trong lò luyện kim, nồi đốt, lò hồ quang và các
thiết bị chịu nhiệt khác.
+ MgO - C cũng có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với magnesia, do
đó giúp tăng tuổi thọ của lớp lót và giảm thiểu chi phí bảo trì.
Dùng rộng rãi trong lò luyện kim
35. Dùng trong zone chuyển tiếp lò quay
nung clinker xi măng:
- Magnesia được sử dụng trong zone chuyển tiếp lò quay nung clinker xi
măng để tạo lớp lót chống ăn mòn và chịu nhiệt.
- Trong quá trình nung clinker xi măng, nhiệt độ và áp suất rất cao, đặc
biệt là trong zone chuyển tiếp của lò quay, nơi mà quá trình chuyển hóa
và nhiệt độ khắc nghiệt xảy ra. Lớp lót này giúp tăng thêm độ chịu lửa
và khả năng chịu ăn mòn của vật liệu, đảm bảo an toàn và ổn định cho
quá trình sản xuất clinker xi măng.
36. Dùng trong zone nung lò quay xi
măng:
- Magnesia là một chất liệu chịu nhiệt và chịu ăn mòn tốt, do đó được
sử dụng trong zone chuyển tiếp và zone nung của lò quay nung clinker
xi măng.
- Với zone nung, magnesia được sử dụng để tạo lớp lót cho các bề mặt
chịu nhiệt và chịu ăn mòn để bảo vệ chúng khỏi tác động của kim loại,
chất hóa học và nhiệt độ cao.
- Sử dụng magnesia trong zone nung giúp tăng độ bền và tuổi thọ của
lò quay, giảm thiểu chi phí bảo trì và đảm bảo sự ổn định và an toàn
cho quá trình sản xuất clinker xi măng.
