- Sable de spinelle de magnésie-alumine.
Formule chimique du spinelle magnésium-aluminium MgAl2O4 ou MgO-Al2O3, teneur théorique ω(MgO) = 28,3%, ω(Al2O3) = 71,7%. Le spinelle magnésie-alumine naturel est rare et toutes les applications industrielles sont des produits synthétiques. Le spinelle magnésie-alumine présente une bonne résistance à l'érosion et à l'abrasion, ainsi qu'une bonne stabilité aux chocs thermiques. Selon la méthode de synthèse, on distingue la méthode de frittage et la méthode d'électrofusion.
Le point de fusion de la solution solide de spinelle MgAl est de 2135℃. En raison de la réaction de MgO et Al2O3 pour former le spinelle, il y a environ 5% à 8% d'expansion de volume, ce qui pose quelques difficultés à la densification du processus de synthèse du spinelle Mg-Al. La synthèse du spinelle Mg-Al appartient à la réaction en phase solide, qui peut être considérée comme une accumulation compacte d'ions d'oxygène de grand rayon, tandis que les ions Mg et Al de petit rayon se diffusent mutuellement dans le cadre de l'accumulation compacte d'ions d'oxygène fixes.
(1) Sable spinelle magnésien-alumineux fritté.
Le spinelle synthétique fritté est généralement constitué de MgO de haute pureté légèrement brûlé (fraction de masse des impuretés inférieure à 3%) et d'alumine industrielle ou d'alumine mélangée par broyage, mise en boule, dans un four rotatif à haute température ou dans un four à flamme inversée pour la calcination. Principalement utilisé dans la préparation des fours à ciment avec des briques de magnésite et de spinelle.
Le tableau suivant indique l'indice technique typique du sable spinelle riche en magnésie.
| SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | Densité apparente/g-cm-3 |
| 0.23 | 0.64 | 47.53 | 50.78 | 0.31 | 3.31 |
Les caractéristiques microstructurales du spinelle fritté de magnésie-alumine dépendent du type de matière première et des paramètres du processus de synthèse. Les expériences ont choisi la poudre d'alumine industrielle et la poudre d'oxyde de magnésium légèrement brûlée produite par une entreprise comme matières premières pour la synthèse du spinelle riche en magnésium. La phase cristalline principale du spinelle riche en magnésium est le spinelle de magnésie-alumine et la magnésite, la taille des grains de spinelle de magnésie-alumine est de 10-30μm, la distribution intergranulaire des cristaux de magnésite granulaires, la taille des grains plus petits que les grains de spinelle de magnésie-alumine.
(2) Sable de spinelle magnésien-alumineux électrofondu.
Le spinelle de magnésie-alumine électrofondue est fabriqué à partir de magnésite et d'alumine industrielle comme matières premières, en utilisant un four à arc électrique pour fondre et synthétiser le spinelle, ce qui présente les caractéristiques d'un processus simple et de grands cristaux avec une densité élevée du spinelle synthétisé. Le spinelle synthétique par fusion électrique est souvent utilisé comme matière première pour les fours d'affinage, les plaques coulissantes et d'autres produits en spinelle.
Le tableau suivant présente l'indice technique typique du sable de magnésium-aluminium spinelle fusionné électriquement.
| SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | Densité apparente/g-cm-3 |
| 2.51 | 0.60 | 30.53 | 61.54 | 0.73 | 2.79 | 3.40 |
La microstructure du spinelle de magnésie-alumine électrofondue est caractérisée par une phase cristalline principale de spinelle de magnésie-alumine avec une petite quantité de magnésie-olivine. Les cristaux de spinelle sont complets et grossiers, supérieurs à plusieurs centaines de microns, avec une densité élevée.
2. Sable de spinelle magnésium-chrome.
Le sable de spinelle de magnésie et de chrome est une matière première réfractaire complexe de magnésie obtenue par synthèse artificielle avec le cristal de base de magnésie et le spinelle secondaire comme minéral principal. Le système Mg0-Cr2O3 est très similaire au système MgO-Al2O3, et il existe un spinelle composé de magnésie et de chrome MgO-Cr2O3 dans le système, ce qui constitue la base théorique de la synthèse du sable de spinelle de magnésie et de chrome. Habituellement, le spinelle de magnésie et de chrome et le sable de magnésie sont utilisés pour la fabrication de briques de magnésie et de chrome, en particulier de briques de magnésie et de chrome directement combinées, largement utilisées dans la métallurgie, les matériaux de construction et d'autres domaines industriels.
À l'heure actuelle, le marché utilise largement le sable de magnésium-chrome 20 et le sable de magnésium-chrome 36. En général, la qualité du sable de magnésium-chrome est liée à la teneur en oxyde de chrome du sable de magnésium-chrome. Le tableau suivant présente l'indice technique typique du sable de magnésium-chrome.
| Titre | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | Cr2O3 | Densité apparente/g-cm-3 |
| 20 Sable de magnésium-chrome | 0.99 | 0.98 | 67.76 | 3.46 | 5.81 | 20.94 | 3.65 |
| 36 Sable de magnésium-chrome | 0.78 | 0.53 | 48.72 | 5.74 | 8.43 | 36.12 | 3.82 |
La microstructure du sable de magnésie et de chrome est caractérisée par la phase cristalline principale de magnésite et le spinelle de magnésie et de chrome. Le diagramme morphologique de la feuille de lumière montre que le gris est la phase cristalline principale de la magnésite, le blanc est le spinelle secondaire de la désolvatation, le gris-blanc est la phase silicate, et les grains de magnésite sont combinés à la phase spinelle et au silicate entre eux. Comparé au sable magnésium-chrome électrofondu à 20 chromes, le sable magnésium-chrome à 36 chromes présente une taille cristalline de spinelle importante et un phénomène d'agrégation des spinelles.
3. Sable de spinelle fer-aluminium：
Le spinelle fer-aluminium est un minéral rare dans la nature. Sa formule chimique est FeAl2O4. C'est un système cristallin orthoclinique, isométrique, la plupart du temps la cristallisation octaédrique. Son point de fusion est de 1780℃. C'est le seul composé stable du système FeO-Al2O3. Le spinelle FeO-Al a de bonnes propriétés, avec un point de fusion élevé (1780℃) et un faible coefficient d'expansion thermique. Lorsqu'il est ajouté aux briques réfractaires, le spinelle fer-aluminium confère d'excellentes propriétés physico-chimiques aux briques. Cependant, il existe rarement dans la nature et doit être synthétisé artificiellement, généralement par électrofusion et frittage pour synthétiser le spinelle fer-aluminium.
En observant le diagramme de phase du système FeO-Al2O3, on constate qu'il existe un composé fondu avec un point de fusion de 1780°C en dessous de 1750°C. Il s'agit d'un composé stable uniquement dans la région où l'oxyde ferreux FeO peut exister de manière stable pour garantir que le composé formé avec Al2O3 est un spinelle FeO-Al2O3. Et dans les conditions en dehors de la région de présence stable de FeO, le produit obtenu par l'action de l'oxyde de fer et de Al23 est difficile à qualifier de spinelle FeO-Al2O3, mais il peut s'agir d'une solution solide contenant une grande quantité ou principalement du Fe2O3-Al2O3.
D'après la morphologie de la microstructure du spinelle fer-aluminium électrofondu et du spinelle fer-aluminium fritté, il semble que la principale phase cristalline des deux soit le spinelle fer-aluminium. La différence réside dans le fait que la taille des cristaux du spinelle fer-aluminium fondu est importante, atteignant plusieurs centaines de microns, et que la densité des matières premières est élevée, mais que l'uniformité n'est pas élevée et que la phase d'impureté est concentrée. La taille des cristaux de spinelle de fer-aluminium fritté est comprise entre 20 et 40 microns, la taille des cristaux est plus uniforme, la densité des matières premières n'est pas élevée, elles contiennent plus de pores ouverts et la taille des pores est plus importante.
