鎂鋁鎂鉻鐵鋁尖晶石砂結構晶相與各項指標——耐火材料原料篇

1。鎂鋁尖晶石砂：

鎂鋁尖晶石化學式MgAl2O4或MgO·Al2O3，理論含w（MgO）=28。3%，w（Al2O3）=71。7%。

鎂鋁/鎂鉻/鐵鋁尖晶石砂結構晶相與各項

天然鎂鋁尖晶石極少發現，工業上應用的全部是人工合成產品。鎂鋁尖晶石具有良好的抗侵蝕能力、抗磨蝕能力，熱震穩定性好。按照合成方法分為燒結法和電熔法兩種。

鎂鋁尖晶石固溶體熔點為2135℃。在鎂鋁尖晶石固溶體理論組成的兩側有兩個低共熔點，MgO側的低共熔點組成為w（MgO）=45%，w（Al2O3）=55%，Al2O3側的低共熔點組成為w（Al2O3）=97%，w（MgO）=3%，其低共熔溫度分別為2050℃和1925℃。

由於MgO和Al2O3反應生成尖晶石，約有5%～8%的體積膨脹，對鎂鋁尖晶石合成過程的緻密化帶來一定困難。

鎂鋁尖晶石的合成屬於固相反應，可看成較大半徑的氧離子做緊密堆積，而較小半徑的鎂離子和鋁離子在固定的氧離子緊密堆積的框架下相互擴散。

（1）燒結鎂鋁尖晶石砂：

燒結合成尖晶石通常以高純輕燒MgO（雜質質量分數小於3%）與工業氧化鋁或礬土混磨、壓球，入高溫迴轉窯或倒焰窯煅燒。多用於製備水泥窯用方鎂石一尖晶石磚。

下表為典型富鎂尖晶石砂技術指標

燒結鎂鋁尖晶石的顯微結構特徵取決於原料種類及合成工藝引數。實驗選擇某公司生產的工業氧化鋁粉和輕燒氧化鎂粉為原料合成的富鎂尖晶石。

富鎂尖晶石主晶相為鎂鋁尖晶石和方鎂石，鎂鋁尖晶石晶粒尺寸為10～30μm，晶間分佈有粒狀的方鎂石晶體，尺寸較鎂鋁尖晶石晶粒小。

（2）電熔鎂鋁尖晶石砂：

電熔鎂鋁尖晶石以菱鎂礦和工業氧化鋁為原料，採用電弧爐熔融合成尖晶石，具有工藝簡單、合成的尖晶石密度大晶體大的特點。

電熔合成尖晶石常作為精煉爐、滑板等尖晶石製品原料而應用。

下表所示為典型電熔鎂鋁尖晶石砂技術指標

電熔鎂鋁尖晶石微觀結構特徵是主晶相鎂鋁尖晶石，含有少量鎂橄欖石，尖晶石結晶完整粗大，在幾百微米以上，緻密度高。

2。鎂鉻尖晶石砂：

鎂鉻尖晶石砂是採用鎂質原料（燒結鎂砂天然菱鎂礦或海（滷）水氫氧化鎂製得的輕燒鎂粉）和鉻鐵礦配合，經人工合成（燒結或電熔）得到的以方鎂石基晶和二次尖晶石為主要礦物的鎂質復相耐火原料。

Mg0-Cr2O3系統與MgO-Al2O3極為相似，系統內有一化合物鎂鉻尖晶石MgO·Cr2O3，是鎂鉻尖晶石砂合成的理論基礎。

通常鎂鉻尖晶石與鎂砂複合製造的鎂鉻磚，特別是直接結合鎂鉻磚，廣泛用於冶金、建材等工業領域。

目前市場上廣泛應用主要是20鎂鉻砂和36鎂鉻砂。通常鎂鉻砂的牌號根據鎂鉻砂中氧化鉻含量。

下表所示為典型鎂鉻砂技術指標

鎂鉻砂顯微結構特徵是主晶相方鎂石和鎂鉻尖晶石。從其光片形貌圖中可以看出灰色的為方鎂石主晶相，白色的為脫溶的二次尖晶石，灰白色的為矽酸鹽相，方鎂石晶粒之間由尖晶石相、矽酸鹽相結合。

與電熔20鉻鎂鉻砂比較，36鉻鎂鉻砂尖晶石結晶尺寸大，且有尖晶石聚集現象。

3。鐵鋁尖晶石砂：

鐵鋁尖晶石是一種自然界少有的礦物，化學分子式為FeAl2O4，屬於正尖晶石，為等軸晶系，多呈八面體結晶，其熔點為1780℃，是FeO-Al2O3體系中唯一穩定的化合物。

鐵鋁尖晶石具有良好的性質，具有較高的熔點（1780℃），較低的熱膨脹係數（5～900℃，8。2×10-6～9。0×10–6/℃）。

當把鐵鋁尖晶石加入到耐火磚中時，會賦予耐火磚優異的物理化學效能，特別是在水泥迴轉窯的高溫帶，使耐火磚具有很優異的掛窯皮能力，這樣極高的強度可抵抗因橢圓度、窯皮變形、輪帶區域、熱震等引起的機械應力所造成的剝落。

還可使耐火磚對鹼、硫、氯、熟料相等有優異的抗化學侵蝕能力。但在自然界很少存在，必須經人工合成，一般採用電熔法和燒結法合成鐵鋁尖晶石。

觀察FeO-Al2O3系統相圖，發現存在一熔融化合物，熔點1780℃在低於1750℃時是穩定存在的化合物只有在氧化亞鐵FeO能穩定存在的區域內，才能保證與Al2O3形成的化合物是FeO·Al2O3尖晶石。

而在FeO穩定存在區域以外的條件下，鐵的氧化物與Al23作用得到的產物都很難說是FeO·Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3固溶體。

從電熔鐵鋁尖晶石和燒結鐵鋁尖晶石的顯微結構形貌觀察看來，兩者主晶相均為鐵鋁尖晶石，區別在於：

電熔鐵鋁尖晶石的晶體尺寸大，達幾百微米，原料緻密度高，但均勻性不高，雜質相多集中分佈；

而燒結鐵鋁尖晶石的晶體尺寸在20～40m之間，晶體大小較均勻原料緻密程度不高，含較多的開口氣孔，且孔徑較大。