白云石的烧结是非常困难的，纯的白云石烧结温度极高(19002000℃)。

白云石难于烧结的原因主要有三：其一，白云石的煆烧产物CaO和MaO都是高熔点氧化物，低温下不可能将它们烧结至高密度；其二，在通常烧结温度下，MgO-CaO二元系中不存在MgO与CaO的化合物，CaO与MgO的固溶量也极为有限，而且Ca2+在MgO中和Mg2+在CaO中的扩散系数均很小，低于1900℃下不可能通过固相扩散使CaO与MgO的混合物致密化；其三，白云石锻烧后形成团聚结构，烧结理论表明仅靠固相扩散不可能使具有团聚结构的坯体烧结致密。

致密的白云石砂对白云石质和白云石-碳质耐火材料的抗水化能力和抗渣侵蚀性都是十分重要的。

为了促进白云石的烧结，归纳起来可以分为三类：一是采用19002000℃的超高温烧结，二是采用先轻烧，经水化再死烧的二步煅烧工艺；三是采用添加物促进其烧结。

前一种措施由于受设备条件的限制，其应用受到一定影响。

采用何种烧结工艺，主要取决于白云石原料的特性及对白云石砂的使用要求。

白云石的结晶尺寸会影响烧结过程，但白云石的颗粒尺寸对烧结的影响是主要的。

1.白云石的二步煅烧

二步煅烧工艺是生产高纯度高密度镁砂时常用的工艺方法。

对白云石而言，二步煅烧对降低白云石的烧结温度和提高白云石砂体积密度的作用也是非常有效的，见表1。

表1 白云石烧结工艺比较

白云石经1000℃左右轻烧后分解为CaO和MgO，物料比表面积增大，晶格缺陷多，增大了烧结的推动力。

但是，轻烧白云石仍保留原母盐——白云石的颗粒形貌(即团聚体)结构疏松，含有大量气孔。

轻烧白云石中的气孔有两种类型：一是团聚体内MgO和CaO粒子围成的小气孔(半径为0.010.08μm)，二是团聚体之间围成的大气孔(半径为0.084.0μm)。

气孔阻碍了白云石的烧结，须设法破坏团聚体。

白云石轻烧后的细磨及水化均能有效地破坏团聚体，使白云石易于烧结，这是二步煅烧工艺能降低白云石烧结温度的原因。

表2 轻烧白云石的比例与烧结性能

由于轻烧白云石的水化比细磨节省能源与设备，因而白云石轻烧—水化—死烧的二步煅烧工艺在实践中更为常用。

虽然水化作用并不能完全消除团聚结构(因为水化产物Ca(OH)2和Mg(OH)2在较低温度下又会分解放出H2O，而产生新的团聚结构)，但水化后的轻烧白云石团聚程度已显著下降(因为水化过程有强烈的崩散作用，物料的比表面积更大，颗粒更细小)。

水化时水的加入量一般在30%60%为最佳。

二步煅烧工艺需要更多的燃料与动力消耗，人们试图研究只部分轻烧白云石，实践证明也是完全可行的。

在配料中只加入40%的轻烧白云石，而熟料的死烧温度比全部采用轻烧白云石只提高了不到100℃，在经济上是非常合理的，如表2所列。

2.添加物对白云石烧结的影响

如前述，在一般的烧结温度下单靠固相扩散使白云石烧结致密是困难的。

若在烧结温度下能产生液相或固溶体，则可使MgO和CaO通过溶解-再结晶过程或加强离子的扩散而做进白云石的烧结，加入某些氧化物或稀土氧化物可达到上述目的。

添加氧化物的类型和数量必须严格控制以保证既能促进白云石的烧结又不致降低白云石砂的高温性能与化学稳定性。

图1 白云石中Fe2O3含量与烧结密度

(1)Fe2O3添加物

人们在研究不同Fe2O3含量的白云石原料时即发现，氧化铁含量显著影响着白云石的烧结性能和致密程度，如图1所示。

随后研究外加不同Fe2O3含量的白云石烧结情况也发现相同的规律。

图2中白云石的原始含Fe2O3量为0.0596,在1400℃煅烧2小时，致密程度随Fe2O3含量的增加而显著提髙：在1600℃下煅烧2小时之后，体积密度为3.15g/cm3,达到理论密度的94%。

0.5%的Fe2O3含量对大多数白云石的致密化来说是足够的。

图2添加Fe2O3与白云石烧结密度

在CaO-Fe2O3二元系中富钙区出现液相的温度为1438℃;MgO-Fe2O3二元系中虽然出现液相的温度高于1500℃,但在1200℃以下即可以形成固溶体。

X射线衍射表明，CaO与Fe办生成2Ca0·Fe2O3熔点仅1436℃。

可以认为，因添加Fe2O3使白云石在烧结温度下出现液相和固溶体而促进了白云石的烧结。

图3稀土氧化物对白云石烧结性能的影响

因添加Fe2O3促进白云石烧结致密作用明显，工业生产上Fe2O3通常由加入铁鳞而引入。

Fe2O3与CaO形成的低熔物因覆盖CaO表面而有利于改善白云石砂的抗水化性能。

(2)添加稀土氧化物

稀土氧化物主要为La2O3(氧化镧)、CeO2(氧化铈)、Pr6O11(氧化镨)、Nd2O3(氧化钕)以及它们的混合物(简称REO)。

它们熔点高，且与碱土金属氧化物CaO、MgO性质相近。

稀土氧化物对白云石烧结性能的影响见图3，添加0.25%CeO2S或Pr6O11、Nd2O3于白云石中，经1600℃煅烧，熟料体积密度可达3.25g/Cm3以上，显气孔率小于0.9%;添加La2O3也能促进白云石烧结，但加入量应在0.25%0.5%，其效果不如上述三种氧化物。

加入混合稀土氧化物(REO)或将稀土氧化物与Fe2O3共同加入到白云石中，对促进白云石烧结均有明显效果。

REO的加入量也不宜大于0.5%;REO与Fe2O3的共同加入(REO0.5%，Fe2O30.25%)使白云石在1500℃×4小时的条件下就已基本烧结，1600℃×4小时的时体积密度可达3.40g/cm3。

关于添加稀土氧化物促进白云石烧结的机理，目前一般认为CeO2等不与CaO、MgO以及白云石中的杂质Fe2O3、Al2O3、SiO2等反应生成低熔点化合物，但由于它们与CaO、MgO性质相近，可固溶于方钙石和方镁石晶体内，使CaO、MgO晶格发生畸变，促进方钙石、方镁石晶体的正常发育、长大，从而提高白云石的密度；稀土氧化物使方钙石与方镁石的相互固溶度增加，1600℃时方钙石中能固溶15%的MgO，方镁石中固溶CaO达12%(而不加稀土氧化物时分别为2%和1%)。

(3)添加SiO2、Al2O3和ZrO2

添加SiO2、Al2O3和ZrO2对白云石的烧结作用分别列于图8-7中。

CaO-SiO2和MgO-SiO2二元系中出现液相的温度分别是1436℃和1543℃，因此在低于1400℃下烧成，添加SiO2对促进白云石的烧结无作用。

X射线衍射表明，SiO2与CaO形成3CaO·SiO2，3CaO·SiO2于11501200℃分解变为在该温度下稳定的硅酸二钙(2CaO·SiO2)和石灰(CaO)，而石灰极易水化导致白云石熟料破坏。

因此仅添加SiO2无助于获得致密的白云石砂。

添加少量Al2O3对白云石的烧结有促进作用，但更多的Al2O3又会降低白云石砂的密度。

CaO-Al2O3和MgO-Al2O3，二元系富钙和富镁区出现液相的温度分别是1539℃和2039℃，CaO和MgO与Al2O3均无明显的固溶作用，CaO-MgO-Al2O3系中高CaO-MgO区液相出现温度应在1400℃以上，但低于1539℃，因而在图8-7b中1400℃与1500℃烧成后的密度有明显区别。

添加Al2O3与CaO可形成3CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3等铝酸钙矿物。

它们彼此之间及与基质之间热膨胀的差异以及某些铝酸钙的水化作用，使Al2O3含量高的烧结白云石中形成裂纹、密度降低，阻碍了进一步烧结。

图4添加SiO2、Al2O3和ZrO2对白云石的烧结的影响

从相图可知，在2000℃以下CaO-ZrO2和MgO-ZrO2系中均无液相出现，因而ZrO2添加物对白云石烧结的促进作用不是通过产生液相而进行的。

CaO-MgO-ZrO2系中固溶体的生成为Ca2+和Mg2+的固相扩散提供了通道，从而促进了白云石的烧结，提高了白云石砂的抗水化性，但必须是在较高的温度下(如图8-7c)。