鎂鈣砂是指按給定的CaO/SiO2比值釆用合成工藝制得的鎂鈣質耐火原料。亦稱高鈣鎂砂。用于制造鎂鈣磚。隨著煅燒溫度的提高，可使C4AF百分布在方鎂石晶粒之間逐漸集聚到方鎂石晶粒夾角空隙處，致使磚的高溫強度提高。鎂鈣砂雖然比普通鎂磚用砂的含鈣量高得多，但由于無游離CaO3，制磚工藝與普通鎂磚相同，仍然可用亞硫酸紙漿廢液作結合劑。鎂鈣砂根據生產工藝的不同，可分為燒結鎂鈣砂和電熔鎂鈣砂兩種，下文中，我們將總結兩種鎂鈣砂各自的合成工藝，從而了解兩種工藝的不同之處。
燒結鎂鈣砂
1、燒結鎂鈣砂的合成
以輕燒高純白云石和高純菱鎂礦為原料，并嚴格控制工藝條件，可以在中溫隧道窯或堅窯中制得致密的、性能良好的合成鎂鈣砂。燒結鎂鈣砂的合成一般采用二步煅燒法工藝：輕燒壓坯死燒。輕燒的目的在于活化晶格。輕燒是指在原料燒結的溫度范圍內，以較低的溫度焙燒，使原料完成一部分物理化學反應，增加晶格缺陷，從而提高活性，促進燒結。輕燒溫度對原料的活性影響很大，它直接關系到最終熟料的燒結溫度與體積密度。白云石和菱鎂礦的最佳輕燒溫度約為900℃。死燒是在更高溫度下進行的一種燒結方法。鎂鈣砂一般在17001800℃下進行煅燒。合成燒結鎂鈣砂的二步煅燒工藝見圖1。
圖1合成燒結鎂鈣砂的二步煅燒工藝圖
為了獲得致密度高，性能良好的燒結鎂鈣砂，各工藝參數須受到嚴格控制，分為以下幾個方面：
(1)原料純度的控制
主要是控制Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量。鎂鈣砂中的CaO能與Al2O3和Fe2O3反應生成Ca4Al2Fe2O10(Tm=1415℃)，該化學作用導致最低共熔點溫度在MgO-CaO的系統中下降。因為該系統是穩定的液相，其抗腐蝕性會降低，即使該液相可以使MgO-CaO的燒結，也須使Al2O3和Fe2O3的成分在系統中受到控制。通常Al2O3的含量限制在0.5wt%以內。SiO2會使低MgO/CaO比值的MgO-CaO-C的抗渣性能下降，而且產生Ca2SiO4和Ca3SiO5在消耗MgO-CaO-C中CaO的前提下，由于在高溫下的CaCaO的所占的成分與SiO2雜質產生反應一部分生成Ca2SiO4，另一部分生成Ca3SiO5。在冷卻期間，Ca2SiO4產生晶型轉化且夾雜著體積膨脹，導致其粉碎。因此，必須控制其所占的成分在1wt%之內。
燒結鎂鈣砂
(2)消化處理
輕燒白云石需要提前加水充分消化，因為氧化鈣非常容易水化產生氫氧化鈣和發生體積膨脹，而且輕燒白云石屬于多孔聚集體，難以燒結，導致成型坯體粉化。一般消化需要加水40wt%45wt%。消化在剛開始15min內最為劇烈，到60min時已基本完成。這時，鎂鈣砂的燒結性能最好，再增加消化時間，對燒結性能的影響不大。
(3)原料的粒度
為了促進鎂鈣砂的燒結，需要對原料進行充分細磨。物料在機械力的作用下產生扭曲，晶體表面和內部的結合鍵被破壞，晶格的增長進一步增大了結構缺陷，使物料的比表面積極大地增加。而燒結時，這些能量轉換為燒結的動能，從而促進了燒結。
(4)成型壓力
為了生產出合格的鎂鈣砂，半成品的體積密度必須為2.0g/cm3。由于鎂鈣砂是全由細粉制成的，壓力過大時，會產生彈性后效而層裂。因此，成型壓力得控制適當。
(5)燒結助劑
燒結劑能與MgO、CaO形成低熔物或連續固熔體，能活化晶格、增加晶格缺陷，促進方鎂石晶體長大和物料的燒結，從而提高鎂鈣砂的體積密度及抗水化性能。常用的燒結劑主要有TiO2、Fe2O3、V2O5、CeO、ZrO2等。為了不影響高溫使用性能，燒結劑的加入量應根據原料中的雜質含量確定，其量一般為：0.5wt%~1.0wt%。
(6)浸鹽處理
為了使MgO-CaO-C磚具有更好的抗水化性能，在不影響使用的條件下，對合成鎂鈣砂成品進行縮聚磷酸鹽復合溶液處理。縮聚磷酸根和與鎂鈣熟料表面的發生反應，生成了磷酸氫鈣和磷酸二氫鈣等不溶性磷酸鹽覆蓋層，提高了鎂鈣熟料的抗水化性能。
2、電熔鎂鈣砂的合成
電熔鎂鈣砂是以天然菱鎂礦和白云石礦為原料，按照一定的比例混配，在2750℃以上的高溫熔融而成的。電熔鎂鈣砂由于熔煉充分，晶格完整，活性較小。其顯微結構特征為：在砂表面呈熔融狀態的主晶相方鎂石(MgO晶粒：0.020.20mm)與呈彎曲薄膜的方鈣石彼此相互包裹，且分布均勻、結構致密。MgO、CaO呈均勻分布的三維網狀結構，使之具有較高的耐侵蝕性和抗水化性。電熔鎂鈣砂的強度、抗渣侵蝕性能皆優于燒結鎂鈣砂。
電熔鎂鈣砂
(1)強度對比：
鎂鈣砂的強度取決于體積密度和燒成溫度。體積密度越高，則粉化率就越低；燒成溫度越高，則體積密度就越大，強度也就越高。電熔鎂鈣砂是經2750℃以上的高溫熔融而成的。在熔融狀態下，原料之間充分接觸反應，其堆積密度幾乎達到最大。而且，其熔融溫度更遠遠大于二步鍛燒的重燒溫度(1700℃1800℃)，其晶粒較大，發育更完整。可見，電熔鎂鈣砂的強度要高于燒結鎂鈣砂。
(2)抗渣侵蝕性能對比：
由于電熔鎂鈣砂的次晶相方鈣石和主晶相方鎂石具有高強度的結合，且燒結鎂鈣砂與其具有相同的抗渣侵蝕機理，導致填充在主晶相夾角處的為電熔鎂鈣砂與鋼渣產生化學反應的低熔物，不易生成大面積液相。故燒結鎂鈣砂的抗渣性不如電熔鎂鈣砂的好。
