白云石燒結(jié)很難，純白云石燒結(jié)溫度很高(℃)。白云石難以燒結(jié)的主要原因有三：一是白云石的燒結(jié)CaO和MaO它們都是高熔點氧化物，不可能在低溫下燒結(jié)到高密度；第二，在通常的燒結(jié)溫度下，MgO-CaO二元系不存在MgO與CaO的化合物，CaO與MgO固溶量也極其有限，Ca2 在MgO中和Mg2 在CaO擴散系數(shù)很小，低于1900℃不可能通過固相擴散CaO與MgO混合物致密化；第三，白云石鍛造后形成團聚結(jié)構(gòu)。燒結(jié)理論表明，僅僅通過固相擴散不可能使具有團聚結(jié)構(gòu)的坯體燒結(jié)致密。

致密的白云石砂是白云石和白云石-碳耐火材料的耐水化性和耐渣腐蝕性非常重要。為了促進白云石的燒結(jié)，人們采取了許多措施，可分為三類：一類℃超高溫?zé)Y(jié)，二是采用輕燒、水化后死燒的二步煅燒工藝；三是采用添加劑促進燒結(jié)。由于設(shè)備條件的限制，前一種措施的應(yīng)用受到一定程度的影響。燒結(jié)工藝主要取決于白云石原料的特點和白云石砂的使用要求。白云石的晶體尺寸會影響燒結(jié)過程，但白云石顆粒尺寸對燒結(jié)的影響較大。

1.二步煅燒白云石

二步煅燒工藝是生產(chǎn)高純度、高密度鎂砂的常用工藝方法。對于白云石，二步煅燒對降低燒結(jié)溫度和提高白云石砂體積密度也非常有效，見表1。

表1 白云石燒結(jié)工藝比較

白云石經(jīng)1000℃輕燒后左右分解CaO和MgO，材料比表面積增加，晶格缺陷增加，增加燒結(jié)的驅(qū)動力。然而，輕燒白云石仍然保留了原始母鹽白云石的顆粒形狀（即團聚體），結(jié)構(gòu)松散，含有大量的氣孔。輕燒白云石有兩種氣孔：一種是團聚體MgO和CaO顆粒形成的小氣孔(半徑為0.010.08μm)，二是團聚體之間的大氣孔(半徑為0.084.0μm)。氣孔阻礙白云石燒結(jié)，必須盡量破壞團聚。白云石輕燒后的細(xì)磨和水化能有效破壞團聚，使白云石易燒結(jié)，這也是二次煅燒過程能降低白云石燒結(jié)溫度的原因。

表2 輕燒白云石的比例和燒結(jié)性能

由于輕燒白云石的水化比細(xì)磨節(jié)約能源和設(shè)備，白云石輕燒-水化-死燒的二步煅燒工藝在實踐中更為常用。雖然水化不能完全消除團聚結(jié)構(gòu)（因為水化產(chǎn)品Ca(OH)2和Mg(OH)2在較低的溫度下分解釋放H2O，產(chǎn)生新的團聚結(jié)構(gòu)），但水化后的輕燒白云石的團聚程度顯著降低（由于水化過程具有較強的坍塌效果，材料比表面積大，顆粒小）。水化過程中的水量通常是30`%為較佳。

第二步煅燒過程需要更多的燃料和動力消耗。人們試圖研究只有部分輕燒白云石，實踐證明這是完全可行的。配料中只添加40%的輕燒白云石，熟料的死燒溫度比所有輕燒白云石都要高100℃，經(jīng)濟上很合理，如表2所列。

2.添加劑對白云石燒結(jié)的影響

例如，在一般燒結(jié)溫度下，單靠固相擴散很難使白云石燒結(jié)致密。如果液相或固溶體可以在燒結(jié)溫度下產(chǎn)生，則可以MgO和CaO通過溶解-加入一些氧化物或稀土氧化物可以達到上述目的。必須嚴(yán)格控制添加氧化物的類型和數(shù)量，以確保不僅能促進白云石的燒結(jié)，而且不會降低白云石砂的高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性。

圖1 白云石Fe2O3內(nèi)容及燒結(jié)密度

(1)Fe2O3添加物

不同的同的人Fe2O3白云石原料的含量發(fā)現(xiàn)，氧化鐵含量顯著影響白云石的燒結(jié)性能和致密性，如圖1所示。然后是不同的研究Fe2O3白云石燒結(jié)的含量也發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律。圖2中白云石的原始含量Fe2O3量為0.0596,在1400℃煅燒2小時，密度隨之而來Fe2O3在1600℃煅燒2小時后，體積密度為*g/cm3,94%的理論密度。0.5%的Fe2O3對大多數(shù)白云石的致密性來說，含量就足夠了。

圖2添加Fe2O3與白云石燒結(jié)密度

在CaO-Fe2O3二元系富鈣區(qū)液相溫度為1438℃;MgO-Fe2O3雖然二元系中液相的溫度高于1500℃,但在1200℃以下是固溶體。X射線衍射表明，CaO與Fe辦生成2Ca0·Fe2O3熔點僅1436℃。可以認(rèn)為是因為添加Fe2O3白云石在燒結(jié)溫度下出現(xiàn)液相和固溶體，促進白云石燒結(jié)。

圖3稀土氧化物對白云石燒結(jié)性能的影響

因添加Fe2O3促進白云石燒結(jié)致密作用明顯，工業(yè)生產(chǎn)Fe2O3通常由添加鐵鱗引入。Fe2O3與CaO形成的低熔體因覆蓋CaO白云石砂的提高白云石砂的抗水性。

(2)添加稀土氧化物

稀土氧化物主要是La2O3(氧化蘭)，CeO2(氧化鈰)、Pr6O11(氧化鈀)，Nd2O3(氧化釹)及其混合物(以下簡稱REO)。它們具有高熔點和堿土金屬氧化物CaO、MgO性質(zhì)相似。稀土氧化物對白云石燒結(jié)性能的影響見圖3。0.25?O2S或Pr6O11、Nd2O3在白云石中，經(jīng)1600℃煅燒，熟料體積密度可達3.25g/Cm3以上，顯孔率小于0.9%;添加La2O3也能促進白云石燒結(jié)，但加入量應(yīng)在0.25%0.5%，效果不如上述三種氧化物。

加入混合稀土氧化物(REO)或與稀土氧化物混合Fe2O3加入白云石對促進白云石燒結(jié)有明顯作用。REO加入量不應(yīng)大于0.5%;REO與Fe2O3的共同加入(REO0.5%，F(xiàn)e2O30.25使白云石在1500℃×4在小時的條件下基本燒結(jié)，1600℃×4體積密度可達小時3.40g/cm3。

目前普遍認(rèn)為，添加稀土氧化物促進白云石燒結(jié)的機制CeO2等不與CaO、MgO白云石中的雜質(zhì)Fe2O3、Al2O3、SiO2由于它們與低熔點化合物發(fā)生等反應(yīng)，它們與CaO、MgO性質(zhì)相似，可固溶于方鈣石和方鎂石晶體中CaO、MgO晶格畸變，促進方鈣石、方鎂石晶體的正常發(fā)育和生長，從而提高白云石的密度；稀土氧化物增加了方鈣石和方鎂石的相互固溶性，1600℃時方鈣石可固溶15%MgO，方鎂石中固溶CaO12%(不加稀土氧化物分別為2%和1%)。

(3)添加SiO2、Al2O3和ZrO2

添加SiO2、Al2O3和ZrO2圖中列出了白云石的燒結(jié)作用8-7中。CaO-SiO2和MgO-SiO2二元系中液相的溫度是1436℃和1543℃，因此在低于1400℃燒成，加入SiO2無效促進白云石燒結(jié)。X射線衍射表明，SiO2與CaO形成3CaO·SiO2，3CaO·SiO2于℃在這個溫度下分解成穩(wěn)定的硅酸二鈣(2CaO·SiO2)和石灰(CaO)，石灰容易水化，破壞白云石熟料。因此，只添加SiO2無助于獲得致密的白云石砂。

添加少量Al2O3促進白云石燒結(jié)，但更多Al2O3白云石砂的密度也會降低。CaO-Al2O3和MgO-Al2O3，二元富鈣和富鎂區(qū)的液相溫度分別為1539℃和2039℃，CaO和MgO與Al2O3均無明顯的固溶作用，CaO-MgO-Al2O3系中高CaO-MgO區(qū)液相溫度應(yīng)在1400℃但低于1539℃，因而在圖8-7b中1400℃與1500℃燃燒后的密度有明顯差異。Al2O3與CaO可形成3CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3等待鋁酸鈣礦物。它們與基質(zhì)之間的熱膨脹和一些鋁酸鈣的水化作用的區(qū)別Al2O3高含量燒結(jié)白云石形成裂紋，降低密度，阻礙進一步燒結(jié)。

圖4添加SiO2、Al2O3和ZrO2對白云石燒結(jié)的影響

從相圖可以看出，在2000℃以下CaO-ZrO2和MgO-ZrO2系中沒有液相，所以ZrO2添加劑不能通過產(chǎn)生液相來促進白云石燒結(jié)。CaO-MgO-ZrO2固溶體在系中的產(chǎn)生Ca2 和Mg2 的固相擴散提供了通道，從而促進了白云石的燒結(jié)，提高了白云石砂的抗水化性，但必須是在較高的溫度下(如圖8-7c)。