鎂鋁尖晶石砂是(shì)以氧化(huà)鎂(měi)和三氧化二鋁為原料,經高溫煆燒合成的尖晶石(shí)質(zhì)耐火材(cái)料。該原料在自然界發現極少,工業用的鎂鋁尖晶石幾乎全是人工合成的。合成鎂鋁尖(jiān)晶(jīng)石MgOAl2O3的理論化學組成為MgO28.3%,Al2O371.7%,熔點為(wéi)2135℃,具有耐高溫,熱穩定性好,抗渣性強,熱膨脹係數小等優點,是一種優質耐火原料。
鎂(měi)鋁尖晶石為等軸晶係、立方體、八(bā)麵體所構成的八麵(miàn)體(tǐ)晶形,無解理、熱震性好。MgAlO4同MgO和(hé)Al2O3相比,膨脹係數低,熱導率小,並(bìng)隨溫(wēn)度上升而下降。另外(wài),由於MgAlO4生成中的MgO和Al2O3在氣氛變化時不發生變化,所以它與FeCr2O4相比,在氧化還原(yuán)氣氛中十分穩定。鎂鋁尖晶(jīng)石砂的人工合成方法是用工業氧化鋁或高純度鋁礬土和輕燒氧化鎂為原料,按要求的配比加入,經細磨、混勻、成球、在回轉窯或豎窯中經1800℃以上高溫煆燒,或上述原料按一定配比,在電弧爐中(zhōng)的2200℃左右的高溫熔融(róng)而合成電熔鎂鋁尖晶石砂。
燒結(jié)法
燒結鎂鋁尖晶石砂比電熔鎂鋁尖晶石砂經濟,而且在許多情況下,能夠代替電熔鎂鋁尖晶(jīng)石砂,燒結鎂鋁尖晶石的工藝有兩種:其一是根據燒結程度,將選定Al2O3、MgO、水和結合劑磨細,並在筒磨機中混合後成型並幹燥,再於回轉(zhuǎn)窯內強化燒結。另一種(zhǒng)工藝是將Al2O3和(hé)MgO按所確定的比例(lì)共同細磨(或者各自磨細後再混合),混合料幹粉成球,再於回轉窯內強化燒結。其強化燒結的溫度應(yīng)在1900℃以上。
在燒結尖(jiān)晶石中,有活性(xìng)MgO均勻分布(bù)在尖晶石顆粒之中,但在顆中觀察到了很(hěn)多(duō)的微孔,在微孔中析出了矽酸鹽,燒結尖晶石可采用氫氧化鋁、煉燒氧化鋁、片狀氧化(huà)鋁和電熔氧化鋁作為氧化鋁原料,而采用碳酸鎂、氫氧化鎂和燒結氧化鎂作為氧化(huà)鎂原料。試驗結果表明,生產燒結尖晶石(shí)最適合的原料是工業氧化鋁和燒結(jié)氧化鎂,其中,原料細磨粒度是關(guān)鍵的工藝參數(shù)。將配料共同細磨、壓球,在1750℃以上(shàng)的溫(wēn)度煆燒可以獲得性能優良的鎂鋁尖晶石砂。控製合理的煆燒鎂鋁尖晶石砂的配料,可以使其主晶相為細小(xiǎo)的鎂(měi)鋁尖晶石晶體,並形成巢狀網絡結構,其間有少量的方鎂石晶體。
活(huó)性尖晶石與燒結尖晶石不同,它是在較(jiào)低溫度下(12001300℃)合成的。由於合成溫度較低,細粉狀的混合料,沒有完全轉變為尖晶石。根(gēn)據X射線衍射的結果,按理論的組成配料的活性尖晶石中(zhōng),分別含有少量(約10%15%)的α-Al2O3和痕量(約為5%10%)的MgO。生產活(huó)性尖晶(jīng)石的關鍵是輕燒溫度,當溫度太高時,Al2O3和(hé)MgO會完全合成尖晶石,因而細粉的表麵積和燒結性能都(dōu)降低;當溫度太低時,尖晶石(shí)的合成不足,活性Al2O3和MgO太多。活性(xìng)尖晶石(shí)作為生產耐火材(cái)料中的細粉即活(huó)性(xìng)細粉,可使材料具(jù)有所希望的更大密度(dù),將活性尖晶石經細粉碎—幹粉(fěn)壓(yā)球(qiú)—燒(shāo)結的工藝生產尖晶石時,在1700℃下燒結即能獲得(dé)高密度尖晶石砂(shā),其體積密度能達到3.4g/cm3以(yǐ)上。
電熔法
在生產電熔鎂鋁尖晶石時,一般采用(yòng)拜爾(Bayer)法生產的Al2O3與高純MgO按尖晶石(shí)的理論組成(chéng)混合,也可以使(shǐ)用其他來源的氧化鋁和MgO作原料,混合料中MgO含量可以在(zài)35%50%之內選定。因為混合料(liào)中MgO含量(liàng)過高或偏低(dī)都會使熔化不佳,由於黏度高而使熔體難於澆注,加(jiā)入(rù)鉻礦對熔(róng)體和澆注均無副作用。通常混合料在可傾式電爐或者漩渦熔(róng)化爐中(zhōng)熔(róng)化熔融混合物固化(huà)-破碎(suì)成電熔鎂鋁尖晶石原料。采用漩渦熔化爐可以熔(róng)製各種配(pèi)方(fāng)的電熔鎂鋁尖晶石,它是將選定比例的(de)混合料在該爐內加熱到高於熔化溫度150250℃(熔池內的極(jí)限(xiàn)溫度為2300℃),所以可以熔煉熔點不高於21002150℃的熔體材料,電熔塊的不同位置(zhì),其結構是不同的,一般是上部和周邊的蜂窩形(xíng)氣孔數量多,其中符合理論組成的尖晶石熔塊的氣孔率更大,但含有過量MgO和加入Cr2O3(一般以鉻礦形式加(jiā)入)的熔塊的氣孔率較低。因此,生產(chǎn)電熔尖晶石工藝的關鍵是如何獲得(dé)具有(yǒu)均勻結構的產品,同時(shí)適當地排除氣孔以減少產品的氣孔率偏析。
此外,加入Cr2O3的另(lìng)一(yī)個優點是可以提高熔融材料的耐(nài)火度。符(fú)合理論組成的混合料熔體澆注到金屬膜內,結晶成(chéng)塊後形成尖晶石,尖晶石含量(liàng)在80%95%以上,其餘為矽酸鹽和玻璃狀物質。結晶塊中還存在(zài)二次尖晶石。在高於更(gèng)低共熔點溫度下結晶的無雜質尖(jiān)晶石稱為一次尖晶石;在低(dī)於(yú)更(gèng)低共熔點溫度下結晶的尖晶石(shí)(有方鎂石夾雜)固熔體(tǐ)稱(chēng)為(wéi)二次尖晶石。通常,二次尖晶石在熔塊的上部結晶,而一次尖(jiān)晶石則主要在(zài)熔塊下部結晶。有Cr2O3時則發現晶格明顯畸變,說明(míng)Cr2O3按置換型(xíng)熔於尖晶石的晶格之內。通過控製出爐熔體的冷卻速度可以製得結晶(jīng)程度不同的電熔鎂鋁尖晶石(其中有的(de)晶體結構缺陷較(jiào)高),用結(jié)構缺陷較高的尖晶石生產鎂鋁尖晶(jīng)石製品時(shí)可保證在(zài)燒成時具有所要求的(de)燒結活(huó)性。電熔鎂鋁尖晶石的一個重要特征是在發育很大(dà)的結晶中,觀察到呈帶狀解理,並沿該解理(lǐ)麵析出了活(huó)性的MgO。
以鎂鋁(lǚ)尖晶(jīng)石為主體原料的尖晶石耐(nài)火材(cái)料,如:方鎂石尖(jiān)晶石(shí)磚、尖晶石方鎂石磚、尖晶石磚等已應用在鋼鐵、水泥、玻璃等工(gōng)業部門,並不斷(duàn)開發新的領域。
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