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鎂鋁尖晶石的合成方法、途徑及應用行業

  鎂鋁尖晶石具有良好的抗侵蝕能力,熱震穩定性好,其最主要的用途:一是代替鎂鉻砂制造鎂鋁尖石磚用于水泥回轉窯,不但避免了鉻公害,而且具有極好的抗剝落性,二是用于制作鋼包澆注料,大大提高鋼包襯的抗侵蝕能力。其應用范圍還在不斷擴大,如鎂鋁尖晶石制品用于有色冶金、玻璃工業等。鎂鋁尖晶石是極具發展前景的高級耐火原料。
  尖晶石是鎂鋁氧化物組成的礦物,因含有鎂、鐵、鋅、錳等元素,可以分為很多種,如鋁尖晶石、鐵尖晶石、鋅尖晶石、錳尖晶石、鉻尖晶石等。由于含有不同的元素,不同的尖晶石可以有不同的顏色 。
  1鎂鋁尖晶石原料的合成方法
  (1)輕燒法
  活性鎂鋁尖晶石粉
  (2)燒結法
  燒結鎂鋁尖晶石砂,主要指以輕燒鎂粉、工業氧化鋁或優質鋁礬土為原料,經配合、磨細、成形煅燒制得鎂鋁尖晶石原料。從合成鎂鋁尖晶石的機理可以推知:增大原理細度、提高成型壓力、升高合成溫度,換句話說就是減少擴散距離、增大接觸面積、提高擴散能力都有利于鎂鋁尖晶石的合成反應。
  (3)電熔法
  電熔鎂鋁尖晶石砂,主要指采用輕燒鎂粉、工業氧化鋁或優質礬土為原料,經配料、熔融、冷卻、破碎后制成。電熔鎂鋁尖晶石的主要優點是晶體發育好、晶粒尺寸大、組織結構致密、抗侵蝕性強。
  2鎂鋁尖晶石的合成方法
  合成鎂鋁尖晶石的方法主要有燒結法和電熔法。燒結法是指將氫氧化鋁、燒結氧化鋁等原料與碳酸鎂、氫氧化鎂等含鎂原料,按照要求組成配料,共同細磨,壓球(坯),于1750℃以上的回轉窯或豎窯中高溫煅燒,即可得到燒結法合成的鎂鋁尖晶石,具體而言,可以分為一步法、一步半法和二步法。
  一步法燒結合成菱鎂礦+鋁礬土生料→干法共磨→成型→燒成→尖晶石熟料一步半法燒結合成輕燒鎂粉+鋁礬土生料→干法共磨→成型→燒成→尖晶石熟料二步法燒結合成菱鎂礦+鋁礬土生料→干法共磨→成型→輕燒(1300℃左右)→破碎→成型→燒成→尖晶石熟料另外,將壓制的合成尖晶石生料球在1200~1300℃的低溫下煅燒,可以制得活性尖晶石,與燒結尖晶石不同,活性尖晶石中含有未反應的w(Al2O3)10~15%,w(MgO)5%~10%。
  燒結法合成的尖晶石,由于原料含有SiO2、CaO、Fe2O3等雜質,所以合成砂中除含有MgAl2O4外,常常含有MgSi2O4、CaMgSiO4等雜質礦物以及多余的Al2O3和MgO。
  電熔法合成鎂鋁尖晶石砂,可以選用各種純度的含鎂含鋁原料。在合成尖晶石的原料中,w(Mg0)含量一直在35%~50%范圍內選定。MgO含最過高或過低都對合成砂的熔化不利,由于黏度高而使熔體難以澆注,而加入鉻礦對熔體的熔化和澆往都有益。
  配制的混合料可以在傾動式電爐或漩渦熔化爐中熔化。漩渦式熔化爐可以熔制各種配方的電熔尖晶石,它是將選定比例的混合料在該爐內加熱到高于熔化溫度150~250℃(熔池的極限溫度是2300℃),所以可以熔制熔點不高于2150℃的材料。電熔塊的位置不同,其結構是不同的,一般在上部和周邊的蜂窩形氣孔較多,其中符合尖晶石理論組成的熔塊氣孔率最大,但是含有過量的MgO或加Cr2O3熔塊的氣孔率較低。因此,生產電熔尖晶石砂的關鍵是如何獲得具有均勻結構的產品,同時適當排除氣孔以減少產品的氣孔率偏析。另外,加入Cr2O3還可以提高熔融材料的耐高溫性能。
  尖晶石熔塊的尖晶石質量分數在80%以上,其余為硅酸鹽和玻璃狀物質。尖晶石熔塊中,高于最低共熔點溫度下結晶的無雜質尖晶石為一次尖晶石,而在低于最低共熔點溫度下析出的尖晶石固溶體稱為二次尖晶石。通常,二次尖晶石在熔塊上部結晶,而-一次尖晶石在熔塊下部結晶。
  無Cr2O3電熔尖晶石的晶格參數同正常尖晶石相近,加Cr2O3時則發現晶格明顯畸變,表明Cr2O3按照置換型固溶體溶于尖晶石晶格中。
  通過控制出爐體的冷卻速度,可以制得結晶程度不同的電熔尖晶石。用結構缺陷較高的尖晶石生產鎂尖晶石制品時,可以保證在燒成時具有所要求的燒結活性。
  3合成鎂鋁尖晶石的主要途徑
  由于鎂鋁尖晶石的熱膨脹系數小,因而以其為結合相的耐火制品熱震穩定性相對較高。另外,由于尖晶石具有硬度大、化學穩定性好、熔點高等良好的性質,在高溫下抵抗各種熔體侵蝕作用的能力非常強,所以在制品中由于尖晶石礦體的存在,改善了制品的高溫性能。盡管尖晶石具有上述性質,但天然的鎂鋁尖晶石卻極少,不能滿足需要,因此近代一般采用人工合成法。人工合成鎂鋁尖晶石主要是采用MgO和Al2O3原料以電熔法、燒結法或在燒結過程中獲得。


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