尖晶石質(zhì)耐火原料主要包括天然鉻礦和以鉻礦、菱鎂礦、礬土或工業(yè)氧化鋁為原料經(jīng)過燒結(jié)或電熔法所制成的一類尖晶石族原料礦物。其通式為AB2O4,A,B分別代表2價和3價陽離子。狹義的尖晶石即鎂鋁尖晶石(MgAL2O4),知識這族礦物的一個典型代表。
鎂鋁尖晶石的化學(xué)式為MgAL2O4或MgO·AL2O3,理論含MgO 28.3% 、AL2O3 71.7%。天然鎂鋁尖晶石極少發(fā)現(xiàn),工業(yè)上應(yīng)用的全部是人工合成產(chǎn)品。鎂鋁尖晶石具有良好的抗侵蝕能力,抗熱震穩(wěn)定性好。其最主要的用途:一是代替鎂鉻砂制造鎂鋁尖晶石磚用于水泥回轉(zhuǎn)窯,不但避免了鉻公害,而且是有極好的抗剝落性: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(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大,如鎂鋁尖晶石制品用于有色冶金、玻璃工業(yè)等。鎂鋁尖晶石是極具有發(fā)展前景的高級耐火原料。
尖晶石是鎂鋁氧化物組成的礦物,因為含有鎂、鐵、鋅、錳等元素,他們可分為很多種,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,如鎂尖晶石在紅、藍(lán)、綠、褐或無色之間:鋅尖晶石則為暗綠色:鐵尖晶石為黑色等。尖晶石呈堅硬的玻璃狀八面體或顆粒和塊狀。它們出現(xiàn)在火成巖、花崗偉晶巖和變質(zhì)石灰?guī)r中。有些透明且顏色漂亮的尖晶石可作為寶石,有些作為含鐵的磁性材料。用人工的方法已經(jīng)可以造出200多個尖晶石品種。
鎂鐵尖晶石是尖晶石系列礦物中的一種,它是含鐵和鋁的氧化物礦物。鎂鐵尖晶石磚是高鐵鎂砂或添加氧化鐵制備的以MF為結(jié)合相的鎂質(zhì)制品。MF能與方鎂石形成固溶體,但溶解度隨溫度、氣氛變化很大。當(dāng)溫度或氣氛反復(fù)變化,MF會脫溶由尖晶石磚轉(zhuǎn)化為晶間或在解理面析晶形成二次脫落尖晶石,制品的可塑性降低,熱震型變差,但對高溫性能無明顯影響。
水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶要取代鎂鉻磚,還可選用鎂白云石磚、鎂鋁尖晶石磚、鋁鐵尖晶石磚、高鋁不燒磚等。鎂白云石磚主要解決水化問題、鎂鋁尖晶石磚要解決掛窯皮性較差的癥結(jié)。
鎂鋁尖晶石原料的合成主要有三種方法。
(1)輕燒法 活性鎂鋁尖晶石粉。
(2)燒結(jié)法 燒結(jié)鎂鋁尖晶石砂,主要指以輕燒鎂粉、工業(yè)氧化鋁或優(yōu)質(zhì)鋁礬土為原料,經(jīng)配合、磨細(xì)、成形、煅燒制得鎂鋁尖晶石原料。從合成鎂鋁尖晶石的機(jī)理可以推知:增大原料細(xì)度、提高成型壓力、升高合成溫度,換句話說就是減少擴(kuò)散距離、增大接觸面積、提高擴(kuò)散能力都有利于鎂鋁尖晶石的合成反應(yīng)。
(3)電熔法 主要指采用輕燒鎂粉、工業(yè)氧化鋁或優(yōu)質(zhì)礬土為原料,經(jīng)配料、熔融、冷卻、破碎后制成。電熔鎂鋁尖晶石的主要優(yōu)點是晶體發(fā)育好、晶粒尺寸大、組織結(jié)構(gòu)致密、抗侵蝕性強。