辽宁省营口镁橄榄岩开发应用及国外镁橄榄岩应用概况

董宽志，卢秉龙

1.辽宁省地质矿产局第五地质大队， 辽宁 大石桥 115100；2.吉林省安图县国土局，吉林 安图 133600

随着工业技术的发展，国内外市场的需求，地勘行业不断合理开发利用矿产资源。辽东地区的硼矿围岩镁橄榄岩的理化指标与国外同类产品完全可以对比。按《矿产工业要求参考手册》要求，辽东地区的硼矿围岩镁橄榄岩，完全满足工业生产要求。

镁橄榄石耐火材料以高温熔点（1 910 ℃）的镁橄榄石（Mg2SiO4）为主要成分，MgO的质量分数为35%～55%，MgO和SiO2之比为0.94～1.33。其特征是接近中性的弱碱性。因此抗碱性炉渣的性能较强。此外，耐火度高，荷重变形温度高，约为1 720～1 800 ℃。

自从20世纪50年代，辽宁省第五地质大队在后仙峪发现硼矿以来，针对硼矿地质以勘查工作为主，未针对镁橄榄岩矿种做过专题工作。

1 冯家堡子工作区地质概况

该区出露地层主要为辽河群里尔峪组变粒岩，并以里尔峪组一段为主。由黑云变粒岩、二云电气变粒岩、电气石变粒岩、夹镁质大理岩、镁橄榄岩及大面积的混合花岗岩。

矿区地层为走向北西，倾向北东。地层全部倒转，倒转地层倾向30°，倾角60°；断裂以顺层为主。

矿区内岩浆岩较发育，为辽河期混合花岗岩，分布于矿区东北部，倒转盖于地层之上，其次为晚期闪长岩脉。

矿区内镁橄榄岩为似层状、层状，产于里尔峪组变粒岩中，顺层产出；镁橄榄岩真厚度30～50m，走向延长大于1 000m，钻探控制深度400m，倾向延深大于4 000m。

2 镁橄榄岩（矿）研究概况

利用硼矿山已有的坑道270中段，进行水平坑道钻探施工，系统采样分析结果见表1。工程控制间距50m，走向控制长度300m，钻孔7个，钻探工作量226.5m，化学样43个。

镁橄榄岩呈深绿-灰黑色，致密块状，中细粒，可见镁橄榄石板状晶体。矿物主要为镁橄榄石、铁镁橄榄石、蛇纹石，次为磁铁矿、云母。

原矿化学成分平均质量分数：SiO2：34.43%;CaO：0.32%;MgO：41.10%;Fe2O3： 4.28%;FeO ：2.52%;Al2O3：2.71%;LOS： 11.72%; MgO/SiO2：1.19。

矿石经1 450℃烧结后化学成分平均质量分数：SiO2：35%～38%；CaO： 0.3%～0.4%；MgO： 44%～46%；Fe2O3： 4%～5%； FeO ：2%～3%；Al2O3：2%～2.5%；LOS：2%～3%；MgO/ SiO2：1.19。

表1 三个组合样品分析结果表Table 1 Analysis results of three composite samples%

3 结论成果

从对辽宁省大石桥冯家堡子镁橄榄岩270中段，解剖性的地质勘查成果鉴定看，基本确定该区镁橄榄岩用作耐火材料的可行性。经冶金工业部鞍山焦化耐火材料设计研究院，对3个烧结样品耐火度测试，其耐火度均大于1 770 ℃，优于国外同类产品。

辽东地区镁橄榄岩得以开发利用，从可用性的提出至今十多年来产品已出口多个国家，在优势的菱镁制品、白云石制品基础上，又增加了镁橄榄石耐火材料，添补辽宁省该矿种的空白。橄榄砂耐火砖的配方及其生产方法，获得国家发明专利，专利号：96115378。

1996年以来，随着我们对该矿产品的开发推广应用，已获得一定的社会效益，主要是在各硼矿山开采硼矿过程中，废弃的围岩中，挑选镁橄榄岩。

结合以往后仙峪硼矿床等多个矿山的勘查资料，提出辽宁省大石桥市东部，储藏有大型镁橄榄岩矿床，而且是优质的镁橄榄岩耐火材料。

辽东地区镁橄榄岩分布，受控于早远古宙辽东裂谷，西起辽宁省大石桥东部，经岫岩、宽甸、吉林的集安，东到朝鲜半岛，呈东西方向带状分布。呈构造块体顺层或小角度斜穿辽河群里尔峪组含硼地层，储量丰富。

4 国外镁橄榄岩耐火材料概况

国外镁橄榄岩耐火材料化学成分见表2 。

生产镁橄榄石耐火材料时向原料加入镁砂，目的在于使之与原料中的SiO2结合成Mg2SiO4而与R2O2结合成尖晶石式的矿物。MgO的理论加入量为14.5%，而实际上MgO加入量应为20%～40%。

4.1 用苦闪橄榄岩生产的镁橄榄石砖

前苏联潘捷列蒙偌夫卡.马克思耐火厂用哈包泽尔卡矿的苦闪橄榄岩作原料生产尺寸为370mm×150mm×7 5mm的镁橄榄石砖。

第一批苦闪橄榄岩粉碎至＜2mm的粒度。第二批原料粒度小于3mm，镁砂细粉＜0.088mm。配料中苦闪橄榄岩75%，MgO细粉25%。物料在混碾机里混合，并用密度为1.25 g/cm3的亚硫酸纸浆废液润湿。泥料的水分为3%。

泥料用180, 250, 400 t摩擦压砖机成型。250 t摩擦压砖机当冲压5～7次时，砖坯体积密度为2.089～2.96 g/cm3。制品在隧道窖里于1 580～1 600 ℃烧成，窖车经90～100min推车一次。按ЧMTY-5127-55标准检查，第一批产品合格率达98.5%，第二批产品合格率达99.77%。

表2 国外橄榄岩的化学成分Table 2 Chemical compositions of foreign peridotite w(B)/%

4.2 用纯橄榄岩制造的镁橄榄石砖

西德采用挪威的橄榄岩生产SerpexA和SerpexB两种制品。SerpexA是含铬矿的镁橄榄石砖，配料橄榄石/镁砂/铬矿=5/3/2；SerpexB是不含铬矿的镁橄榄石砖，配料橄榄石/镁砂=7/3。砖坯在液压机上成型，压力为100 MPa。砖的尺寸是375mm×125mm×65mm，成型后于室式干燥器中干燥，在隧道窖里烧成，烧成温度1 550 ℃左右。

美国用北卡罗来纳州的橄榄岩为原料生产镁橄榄石耐火材料。

日本用爱媛县、茨城县关本产的橄榄岩生产镁橄榄石耐火材料。首先将纯橄榄岩粉碎。加15%～20%镁砂，再加若干粘土或卤水作结合剂。

前苏联用乌科图斯矿、索洛维耶沃戈卡矿的纯橄榄岩生产镁橄榄石耐火材料。新塔吉尔钢铁公司耐火材料厂镁砖车间先将粉碎的索洛维耶沃戈卡矿的纯橄榄岩在砖窖里于1 450～1 500 ℃煅烧，块度为40～50mm，与烧和未烧的废砖共同在颚式破碎机及短头圆锥破碎机中破碎和粉碎，用ГУП-1型筛子筛分为5～1mm和＜1mm两种颗粒。5～1mm者占50%～60%，小于1mm者占50%～40%。镁砂在双仓筒磨机中粉碎至小于0.06mm的颗粒达90%。镁橄榄石制品的配料组成为：煅烧纯橄榄岩5～1mm者40%，小于1mm者43%，镁砂细粉17%。物料在CM-842型混碾机中混合，并加入密度为1.24 g/cm3的亚硫酸纸浆废液。混合物料的颗粒组成：大于5mm者3.3%，4～3mm者21.6%，1～0.5mm者14.5%，0.5～0.06mm者20.65%，小于0.06mm者27.4%。

长度为300mm和370mm的制品在双模孔压砖机上成型，长度为230mm的制品在四模孔压砖机上成型。

制品干燥后在156m的隧道窖里烧成（烧成温度1 580±20 ℃），窖截面积为3.2m×1.1m，重油作燃烧料，制品堆垛时要松散一些，间隔80～72min推车一次，堆垛时要考虑制品超成的均匀性。烧成制品中废品率为1.5%～2%。新塔吉尔钢铁公司耐火材料厂还试制了用低温煅烧的下塔吉尔矿床的纯橄榄岩生产镁橄榄石耐火材料。

在1 200 ℃煅烧的纯橄榄岩制成的制品的性能与1 500 ℃煅烧者几乎一样。热膨胀率和导热系数均较低。热稳定性比较高（比一般烧成的高2.5倍）且强度也较大。

纯橄榄岩是在1 200～1 300 ℃于回转窖煅烧的，粒度为0～60mm。其气孔率不超过18%。煅烧的纯橄榄岩筛分成6～1和1～0mm的颗粒，其配比为70：30。

物料的配比如下：6～1mm纯橄榄岩32%，1～0mm的纯橄榄岩40%，混合细粉28%（由72%镁砂和28%纯橄榄岩共同细粉碎的混合物）。

物料用90 MPa成型压力压成尺寸为380mm×150mm×70mm的制品。

烧成制度和通常的一样，制品符合ЧMTY-8-20-67标准对镁橄榄石制品的技术要求。制品在烧成之后的收缩率不超过1%。

潘捷列蒙偌夫卡耐火材料厂用索洛维耶沃戈卡纯橄榄岩生产煤橄榄石制品。配料由75%的3mm的粗纯橄榄岩和25%小于0.088mm的烧结镁砂细粉组成。

物料用密度为1.22～1.24 g/cm3的亚硫酸纸浆废液润湿，并在碾机中再一次混合均匀。物料的平均水分为3.35。

制品用400 t摩擦压砖机经5～7次冲压而成。平均体积密度为0.65 g/cm3。制品在1 550～1 580℃烧成。

前苏联还用磷酸镁为结合剂来生产不烧的镁橄榄石耐火材料。原料在颚式和辊式破碎机里破碎，再在球磨机里磨细。配料组成为：3～0.5mm者50%；0.5～0.088mm者10%；小于0.088mm者40%。

物料加入结合剂后，通过孔为3mm的筛网擦碎。在1 000 kg/cm2的压力下用双面加压的压砖机生产高50mm，直径36mm的试样。

对用合成砂制造的镁橄榄石耐火材料来说，采用磷酸盐作结合剂时可使其在500～700 ℃的强度提高，甚至900 ℃时仍能保持。这种耐火材料的耐压强度比用纸浆废液作结合剂制造的类似的镁橄榄石耐火材料高7～14倍。

4.3 用蛇纹岩制造的镁橄榄石砖

前苏联先将80%～85%生蛇纹岩与15%～20%的轻烧镁砂细粉的混合物压成粗坯，干燥后煅烧。再进行粉碎，其粒度小于3mm。

泥料是由粗坯粉与蛇纹岩-镁砂混合物（次混合物作结合剂用）间的比例如下：75%～80%粗坯粉及20～25结合剂。

其它工序与上述苦闪橄榄岩和春橄榄岩几乎相似，不再赘述。

西德用在1 350 ℃下煅烧的蛇纹岩制成SerpexA和SerpexB两种制品，生产工艺过程如前所述。

日本用福冈县的蛇纹岩生产镁橄榄石砖，其工艺与用纯橄榄岩一样。

前苏联为了提高镁橄榄石转的热稳定性，该想纯橄榄岩中加入5%～29% MgO（标号“MK”）或者加入0.5%～4%工业TiO2。用亚硫酸盐纸浆废液混合泥料制成试样，尺寸为230mm×115mm×65mm，在隧道干燥器中于125 ℃。研究证明，含少量方镁石MgO（5%～7%）和TiO2（1%～2%）的镁橄榄石耐火材料，具有较高密度及热稳定性。

镁橄榄石耐火材料荷重变形温度高，抗碱性炉渣性能强，耐火度比较高，可作镁质耐火材料的代用品。

前苏联将镁橄榄石耐火制品主要用于平炉，如下塔吉尔钢铁公司和基洛夫钢铁厂用于平炉蓄热室和沉渣市也试用了镁橄榄石转。

前苏联还将镁橄榄石转用于水泥回转窖的煅烧带窖衬，工作初期就在衬形成了均匀的涂层，对衬里起保护作用，提高了使用寿命。

前苏联潘捷列蒙偌夫卡耐火材料厂将镁橄榄石转用于隧道窖的窖墙和预热带，烧成带和冷却带的窖顶，其中有的车位的砖已使用9年多，使用温度高达1 600～1 620 ℃。

日本将镁橄榄石制品应用在石灰窖的高温部位和各种有色金属冶金炉炉顶。

美国将镁橄榄石转应用在生产铜、铝等反射炉炉顶、玻璃窖熔池、低周波感应电炉、水泥和白云石回转窖、碱性平炉等。

西德将SerpexA和SerpexB制品应用于品路蓄热室、平炉炉顶和后墙，平炉渣线、水泥窖、铜反射炉、玻璃窖熔池等。

[1] 董宽志.辽东早元古宙裂谷及其蛇绿岩[J].吉林地质，2010,29（1）.

[2] 鞍山焦耐设计研究院.国外耐火材料概况[M].1993.