Сверхтонкие порошки позволяют существенно снизить температуру обжига высокочистых магнезиальных изделий 

В последние годы одним из наиболее перспективных направлений энергосбережения в производстве огнеупоров стало применение сверхтонких порошков для снижения температуры спекания высокочистых магнезиальных материалов.

Принцип технологии

Сверхтонкие порошки, особенно с размером частиц менее 10 мкм, обладают уникальными физико-химическими свойствами: чрезвычайно высокой удельной поверхностью, повышенной поверхностной энергией и большим количеством дефектов кристаллической решётки.

Так, при уменьшении размера частиц магнезита с 50 мкм до 1 мкм удельная поверхность возрастает примерно в 50 раз, что значительно увеличивает движущую силу спекания и облегчает атомную диффузию. В результате снижается энергия активации процесса, а обжиг может проводиться при более низких температурах.

Экспериментальные исследования

В ходе экспериментов использовались различные виды тонкодисперсных добавок: активный магнезит, легкожжёная магнезия, гидроксид магния и порошок брусита.

Базовый состав включал 80–95% высокочистого спечённого магнезита и 5–15% сверхтонкого магнезиального порошка. Образцы формовались под давлением 100 МПа и обжигались при температурах 1550–1700°C.

Основные результаты

Результаты показали, что введение сверхтонких добавок значительно повышает плотность изделий уже при пониженных температурах.

Наиболее эффективной оказалась легкожжёная магнезия: при температуре 1550°C плотность образцов достигала 2,98 г/см³ — уровня контрольной группы, обожжённой при 1600°C. Это свидетельствует о возможности снижения температуры спекания примерно на 50°C.

Высокая эффективность легкожжёной магнезии объясняется наличием большого количества дефектов решётки, которые создают ускоренные пути диффузии и усиливают спекательный эффект.

Влияние содержания добавки

При увеличении доли легкожжёной магнезии до 10% объёмная плотность изделий возрастала до 3,15 г/см³, а прочность при сжатии достигала 108 МПа, что на 38% выше контрольного состава.

Наилучшие показатели были получены при комплексном введении нескольких видов сверхтонких порошков, что подтверждает наличие синергетического эффекта.

Промышленное применение и экономический эффект

Технология уже успешно внедряется на предприятиях огнеупорной промышленности. В одном из примеров температура обжига магнезиальных кирпичей была снижена с традиционных 1750°C до уровня ниже 1680°C, то есть более чем на 70°C.

Это позволило улучшить эксплуатационные свойства продукции, включая термостойкость и сопротивление щелочной коррозии.

Снижение температуры обжига на 100°C обеспечивает экономию топлива на 8–12%. Для линии мощностью 15 тыс. тонн в год это означает сокращение потребления природного газа на 1,2–1,8 млн м³ ежегодно и уменьшение выбросов CO₂ на 2500–3800 тонн.

Перспективы дальнейших исследований

Эксперты отмечают, что дальнейшая оптимизация композиций сверхтонких порошков, а также внедрение новых методов низкотемпературного спекания (микроволновое, плазменное, SPS) могут в перспективе обеспечить получение высокопрочных магнезиальных изделий при температурах ниже 1500°C.