镁铝尖晶石的合成方法、途径及应用行业

镁铝尖晶石具有良好的抗侵蚀能力，热震稳定性好，其最主要的用途：一是代替镁铬砂制造镁铝尖石砖用于水泥回转窑，不但避免了铬公害，而且具有极好的抗剥落性，二是用于制作钢包浇注料，大大提高钢包衬的抗侵蚀能力。其应用范围还在不断扩大，如镁铝尖晶石制品用于有色冶金、玻璃工业等。镁铝尖晶石是极具发展前景的高级耐火原料。

尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物，因含有镁、铁、锌、锰等元素，可以分为很多种，如铝尖晶石、铁尖晶石、锌尖晶石、锰尖晶石、铬尖晶石等。由于含有不同的元素，不同的尖晶石可以有不同的颜色 。

(镁铝尖晶石原料)

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镁铝尖晶石原料的合成方法

(1)轻烧法

活性镁铝尖晶石粉

(2)烧结法

烧结镁铝尖晶石砂，主要指以轻烧镁粉、工业氧化铝或优质铝矾土为原料，经配合、磨细、成形煅烧制得镁铝尖晶石原料。从合成镁铝尖晶石的机理可以推知：增大原理细度、提高成型压力、升高合成温度，换句话说就是减少扩散距离、增大接触面积、提高扩散能力都有利于镁铝尖晶石的合成反应。

(3)电熔法

电熔镁铝尖晶石砂，主要指采用轻烧镁粉、工业氧化铝或优质矾土为原料，经配料、熔融、冷却、破碎后制成。电熔镁铝尖晶石的主要优点是晶体发育好、晶粒尺寸大、组织结构致密、抗侵蚀性强。

（电熔镁铝尖晶石）

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镁铝尖晶石的合成方法

合成镁铝尖晶石的方法主要有烧结法和电熔法。烧结法是指将氢氧化铝、烧结氧化铝等原料与碳酸镁、氢氧化镁等含镁原料，按照要求组成配料，共同细磨，压球(坯)，于1750℃以上的回转窑或竖窑中高温煅烧，即可得到烧结法合成的镁铝尖晶石，具体而言，可以分为一步法、一步半法和二步法。

一步法烧结合成菱镁矿+铝矾土生料→干法共磨→成型→烧成→尖晶石熟料

一步半法烧结合成轻烧镁粉+铝矾土生料→干法共磨→成型→烧成→尖晶石熟料

二步法烧结合成菱镁矿+铝矾土生料→干法共磨→成型→轻烧(1300℃左右)→破碎→成型→烧成→尖晶石熟料

另外，将压制的合成尖晶石生料球在1200~1300℃的低温下煅烧，可以制得活性尖晶石，与烧结尖晶石不同，活性尖晶石中含有未反应的w(Al2O3)10~15%，w(MgO)5%~10%。

烧结法合成的尖晶石，由于原料含有SiO2、CaO、Fe2O3等杂质，所以合成砂中除含有MgAl2O4外，常常含有MgSi2O4、CaMgSiO4等杂质矿物以及多余的Al2O3和MgO。

电熔法合成镁铝尖晶石砂，可以选用各种纯度的含镁含铝原料。在合成尖晶石的原料中，w(Mg0)含量一直在35%~50%范围内选定。MgO含最过高或过低都对合成砂的熔化不利，由于黏度高而使熔体难以浇注，而加入铬矿对熔体的熔化和浇往都有益。

（镁铝尖晶石的晶体结构3D图）

配制的混合料可以在倾动式电炉或漩涡熔化炉中熔化。漩涡式熔化炉可以熔制各种配方的电熔尖晶石，它是将选定比例的混合料在该炉内加热到高于熔化温度150~250℃(熔池的极限温度是2300℃)，所以可以熔制熔点不高于2150℃的材料。电熔块的位置不同，其结构是不同的，一般在上部和周边的蜂窝形气孔较多，其中符合尖晶石理论组成的熔块气孔率最大，但是含有过量的MgO或加Cr2O3熔块的气孔率较低。因此，生产电熔尖晶石砂的关键是如何获得具有均匀结构的产品，同时适当排除气孔以减少产品的气孔率偏析。另外，加入Cr2O3还可以提高熔融材料的耐高温性能。

尖晶石熔块的尖晶石质量分数在80%以上，其余为硅酸盐和玻璃状物质。尖晶石熔块中，高于最低共熔点温度下结晶的无杂质尖晶石为一次尖晶石，而在低于最低共熔点温度下析出的尖晶石固溶体称为二次尖晶石。通常，二次尖晶石在熔块上部结晶，而-一次尖晶石在熔块下部结晶。

无Cr2O3电熔尖晶石的晶格参数同正常尖晶石相近，加Cr2O3时则发现晶格明显畸变，表明Cr2O3按照置换型固溶体溶于尖晶石晶格中。

通过控制出炉体的冷却速度，可以制得结晶程度不同的电熔尖晶石。用结构缺陷较高的尖晶石生产镁尖晶石制品时，可以保证在烧成时具有所要求的烧结活性。

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合成镁铝尖晶石的主要途径

由于镁铝尖晶石的热膨胀系数小，因而以其为结合相的耐火制品热震稳定性相对较高。另外，由于尖晶石具有硬度大、化学稳定性好、熔点高等良好的性质，在高温下抵抗各种熔体侵蚀作用的能力非常强，所以在制品中由于尖晶石矿体的存在，改善了制品的高温性能。尽管尖晶石具有上述性质，但天然的镁铝尖晶石却极少，不能满足需要，因此近代一般采用人工合成法。人工合成镁铝尖晶石主要是采用MgO和Al2O3原料以电熔法、烧结法或在烧结过程中获得。