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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。

鎂鋁尖晶石屬于等軸晶系礦物，n=1.715,硬度=8,相對密3.55。高純的鎂鋁尖晶石無色，但含微量Cr3+時呈紅色，含Cr3+大于15%時呈綠色，含少量Fe3+時為草綠色，含F(xiàn)e2+時呈天藍色。自然條件下形成的鎂鋁尖晶石晶體的化學穩(wěn)定性很好，因而常見于漂砂礦床中。發(fā)育良好、成分純凈的鎂鋁尖晶石晶體不水化，也不與酸反應。

(鎂鋁尖晶石的晶體結(jié)構(gòu)3D圖)

鎂鋁尖晶石具有良好的抗侵蝕，腐蝕、剝落能力強，抗渣性能好，抗磨蝕能力，熱震穩(wěn)定性好，耐高溫等性能特點，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(zhuǎn)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、鋼包襯磚，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(yè)等。鎂鋁尖晶石是極具發(fā)展前景的高級耐火原料。

昨天我們發(fā)布的一篇關于電熔鎂鋁尖晶石在剛玉-尖晶石澆注料上的應用，有朋友說有沒有關于燒結(jié)和其鎂鋁尖晶石的相關文章，今天整理了一篇稍全面的鎂鋁尖晶石的資料，供傳閱參考。

首先我們來了解一下鎂鋁尖晶石的合成方法。由于鎂鋁尖晶石的熱膨脹系數(shù)小，因而以其為結(jié)合相的耐火制品熱震穩(wěn)定性相對較高。另外，由于尖晶石具有硬度大、化學穩(wěn)定性好、熔點高等良好的性質(zhì)，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(zhì)，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Al?O?原料以電熔法、燒結(jié)法或在燒結(jié)過程中獲得。

燒結(jié)法是指將氫氧化鋁、燒結(jié)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(zhuǎn)窯或豎窯中高溫煅燒，即可得到燒結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)尖晶石不同，活性尖晶石中含有未反應的w(Al?O?)10~15%，w(MgO)5%~10%。

燒結(jié)法合成的尖晶石，由于原料含有SiO?、CaO、Fe?O?等雜質(zhì)，所以合成砂中除含有MgAl?O?外，常常含有MgSi?O?、CaMgSiO?等雜質(zhì)礦物以及多余的Al?O?和MgO。

(燒結(jié)鎂鋁尖晶石)

我國黑色冶金工業(yè)標準YB/T131—1997規(guī)定了燒結(jié)鎂鋁尖晶石砂的技術條件，見表1。

國標GB/T26564-2011《鎂鋁尖晶石》對于燒結(jié)鎂鋁尖晶石產(chǎn)品的理化指標規(guī)定見表2：

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(nèi)選定。MgO含量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注都有益。

(電熔鎂鋁尖晶石)

國標GB/T26564-2011《鎂鋁尖晶石》對于電熔鎂鋁尖晶石產(chǎn)品的理化指標規(guī)定如下：

關于鎂鋁尖晶石的分類：

按尖晶石的合成方法，可分為燒結(jié)尖晶石、電熔尖晶石、活性尖晶石和高密度尖晶石。

燒結(jié)尖晶石和電熔尖晶石分別是用燒結(jié)和電熔的方法生產(chǎn)的;活性尖晶石也是用燒結(jié)合合成的，但不同于燒結(jié)尖晶石，它的合成溫度較低(1200~1300℃)，混合料并未完全轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩猩倭康挠坞xα-Al?O?或游離MgO，它主要用于做尖晶石耐火材料的基質(zhì)或生產(chǎn)高密度尖晶石;高密度尖晶石的體密一般大于3.40g/cm3，通常由活性尖晶石粉經(jīng)壓球或壓坯，在1700℃左右的高溫下燒結(jié)而成。

鋼鐵工業(yè)用鎂鋁尖晶石耐火材料主要依靠MA吸收渣中的 FeOx、CaO,提高渣的熔點，降低渣的侵蝕能力來延長耐火材料的使用壽命。因而，富鋁鎂鋁尖晶石具有更強吸收渣中FeOχ、CaO,形成FeO ? Al?O?或 CaO?6Al?O?的能力。靜態(tài)坩堝抗渣法和動態(tài)回轉(zhuǎn)抗渣法實測結(jié)果都表明，在MgO-尖晶石澆注料基質(zhì)中添加富鋁尖晶石的試樣具有較好的抗渣滲透性能，這種尖晶石吸收渣中Fe?O?、CaO的能力是化學計量鎂鋁尖晶石的3~5倍。

鎂鋁尖晶石在耐火材料應用方面，主要目前用于大型水泥回轉(zhuǎn)窯、鋼包內(nèi)襯等高溫行業(yè)。

鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料可以分為MgO-MA質(zhì)(Al?O?<30%)、MA-MgO質(zhì)(Al?O?為30%~68%)、MA質(zhì)耐火材料(Al?O?為68%~73%)耐火材料，富鎂尖晶石基本用于堿性耐火材料，它含有游離的MgO，并且熱膨脹系數(shù)小，廣泛用于水泥窯的風口和高溫帶內(nèi)。富鋁尖晶石因為具有陽離子晶格缺陷，能夠吸收渣中MnO和FeO，具有優(yōu)良的抗渣性能而廣泛應用于煉鋼耐火材料。

【延伸閱讀】鎂鋁尖晶石的發(fā)展

用含量MgO原料(鎂砂)和Al?O?原料(煅燒氧化鋁或鋁礬土)合成鎂鋁尖晶石的研究工作早在二十世紀三十年代即己開始。1939年，以工業(yè)Al?O?和活性MgO為原料合成了鎂鋁尖晶石，并用于制磚。四十年代，人們研究發(fā)現(xiàn)，在鎂砂中加入Al?O?能改善其熱震穩(wěn)定性，這實際上是鎂鋁尖晶石結(jié)合的鎂磚。當時這種鎂磚主要用于水泥窯，但后來除生產(chǎn)白水泥的窯爐之外，它被鎂鉻質(zhì)耐火材料所取代。

我國因沒有高質(zhì)量的鉻鐵礦資源，從二十世紀五十年代開始就進行了含鎂鋁尖晶石鎂磚(鎂鋁磚)的研究，在鎂磚的基質(zhì)中加入氧化鋁或特級鋁礬土，燒成時在基質(zhì)中形成鎂鋁尖晶石，以鎂鋁磚代替硅磚大大提高了平爐爐項的壽命和平爐作業(yè)率。

盡管與鎂鉻磚相比，鎂鋁尖晶石耐火材料具有突出的抗渣性和耐剝落性以及較好的抗蠕變能力，但直到二十世紀七十年代，歐洲和美國很少使用尖晶石為原料生產(chǎn)堿性制品。二十世紀七十年代末，日本首先認識到鎂鉻磚在水泥回磚窯燒成帶與水泥熟料中的堿發(fā)生反應生成可溶的K?CrO?和(K,Na)Cr(SO?)?等，對人的健康有害(鉻公害);其次日本還發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代水泥分解窯的過渡帶和燒成帶前端，普通鎂鉻磚的使用壽命不理想。于是，日本于1976年開始在水泥工業(yè)中使用尖晶石耐火材料。

七十年代末許多國家在水泥窯上推廣尖晶石耐火材料的另一重要原因是由于水泥窯的燃料由燒油改為燒煤，窯內(nèi)氣氛不穩(wěn)定，窯襯中的鐵會發(fā)生Pe2-?Fe3-的價態(tài)變化，并伴有體積效應，導致窯襯氣孔率增大和結(jié)構(gòu)變?nèi)醵子趽p壞。低鐵含量的鎂鋁尖晶石制品能避免這一現(xiàn)象。

高純燒結(jié)尖晶石的生產(chǎn)始于1980年前后。它使尖晶石耐火材料的價格比用電熔尖晶石時更低;由于原料較純，使尖晶石耐火材料的性能也得到提高。不但用于水泥回磚窯，在玻璃窯蓄熱室、平爐頂及鋼包內(nèi)襯都取得了良好的使用效果。鎂鋁尖晶石的消耗量不斷增加。