マグネシウム-アルミニウム/マグネシウム-クロム/鉄-アルミニウム スピネル砂構造結晶相と指数

1. マグネシア・アルミナ スピネルサンド

マグネシウム-アルミニウムスピネル 化学式 MgAl2O4 または MgO-Al2O3, 理論含有量 ω(MgO) = 28.3%, ω(Al2O3) = 71.7%。天然のマグネシアアルミナスピネルはほとんど見られず、工業用途はすべて合成品です。マグネシアアルミナスピネルは、浸食、磨耗に対する良好な耐性と良好な熱衝撃安定性を有する。合成方法によって、焼結法と電融法に分けられる。
MgAlスピネル固溶体の融点は2135℃である。MgOとAl2O3が反応してスピネルを形成するため、約5%から8%の体積膨張があり、Mg-Alスピネル合成プロセスの緻密化に困難をもたらす。Mg-Alスピネルの合成は固相反応に属し、半径の大きな酸素イオンがコンパクトに集積し、半径の小さなMgイオンとAlイオンは固定された酸素イオンのコンパクトな集積の枠組みの中で互いに拡散する。
(1) 焼結マグネシア・アルミナスピネルサンド。
焼結された総合的なスピネルは高温回転式炉か逆さ炎の炉の焼成に通常高純度軽く燃やされたMgO (不純物の質量分率3%よりより少し)および産業アルミナまたはアルミナ混合された粉砕、ボール状になる、である。主にマグネサイトとセメントキルン、スピネルレンガの準備に使用されます。

次の表は、マグネシアに富むスピネル砂の典型的な技術指数を示している。

焼結マグネシア-アルミナスピネルの微細構造特性は、原料の種類と合成プロセスのパラメータに依存する。実験では、マグネシウムリッチスピネルの合成原料として、工業用アルミナ粉末と某企業で製造された軽焼マグネシウム酸化物粉末を選択した。マグネシウムリッチスピネルの主な結晶相はマグネシア-アルミナスピネルとマグネサイトであり、マグネシア-アルミナスピネルの粒径は10-30μm、粒状マグネサイト結晶の粒界分布、マグネシア-アルミナスピネルの粒径より小さい。
(2) 電融マグネシア・アルミナスピネルサンド。
電融マグネシアアルミナスピネルは、マグネサイトと工業用アルミナを原料として、電気炉を用いてスピネルを溶融合成したもので、工程が簡単で、合成スピネルの結晶が大きく密度が高いという特徴があります。電気溶融合成スピネルは、精錬炉、摺動板などのスピネル製品の原料としてよく使用される。

次の表は、典型的な電気溶融マグネシウムアルミニウムスピネル砂の技術指標を示しています。

電融マグネシア・アルミナスピネルの微細構造は、少量のマグネシア・オリビンを含む主結晶相マグネシア・アルミナスピネルによって特徴付けられる。スピネルの結晶は完全で粗く、数百ミクロン以上で密度が高い。
2.マグネシウムクロムスピネルサンド
マグネシア-クロムスピネル砂はマグネシア母結晶と二次スピネルを主鉱物とする人工合成で得られるマグネシア複合耐火物原料である。Mg0-Cr2O3系はMgO-Al2O3と非常に似ており、その中に複合マグネシア-クロムスピネルMgO-Cr2O3があり、これがマグネシア-クロムスピネル砂合成の理論的基礎である。通常、マグネシア-クロムスピネルとマグネシア砂の複合製造マグネシア-クロムれんが、特に直接結合マグネシア-クロムれんが、広く冶金、建築材料および他の産業分野で使用されます。

現在、市場では主に20マグネシウムクロムサンドと36マグネシウムクロムサンドが広く使用されている。通常、マグネシウムクロムサンドの等級はマグネシウムクロムサンド中の酸化クロムの含有量に関係する。次の表は代表的なマグネシウムクロムサンド技術指標を示す。

マグネシア-クロム砂の微細構造は、主結晶相マグネサイトとマグネシア-クロムスピネルによって特徴付けられる。その光シート形態図から、灰色はマグネサイトの主結晶相、白色は脱溶媒の二次スピネル、灰白色はケイ酸塩相であり、マグネサイト粒はスピネル相とその間のケイ酸塩によって結合されていることがわかる。電融20クロムマグネシウムクロムサンドに比べ、36クロムマグネシウムクロムサンドはスピネルの結晶サイズが大きく、スピネルの凝集現象が見られる。
3.鉄-アルミニウムスピネルサンド

鉄アルミニウムスピネルは、自然界では希少な鉱物である。化学式はFeAl2O4。正斜晶系、等方晶系で、ほとんどが八面体晶である。融点は1780℃。FeO-Al2O3系で唯一の安定化合物である。FeO-Alスピネルは、融点が高く（1780℃）、熱膨張係数が小さいという優れた特性を持つ。耐火れんがに添加すると、鉄-アルミニウムスピネルはれんがに優れた物理化学的特性を付与する。しかし、自然界にはほとんど存在しないため、人工的に合成する必要があり、一般的には電融法や焼結法によって鉄-アルミニウムスピネルを合成する。
FeO-Al2O3系の相図を観察すると、Al2O3と形成される化合物がFeO-Al2O3スピネルであることを保証するために、酸化第一鉄FeOが安定に存在できる領域でのみ、1750℃以下の融点1780℃の溶融化合物が安定な化合物として存在することがわかった。また、FeOが安定に存在できる領域以外の条件では、酸化鉄とAl23の作用によって得られる生成物はFeO-Al2O3スピネルとは言い難く、Fe2O3-Al2O3を多量に含む固溶体、あるいはFe2O3-Al2O3を主体とする固溶体である可能性がある。
電融鉄アルミスピネルと焼結鉄アルミスピネルの組織形態から、両者の主結晶相は鉄アルミスピネルであると思われる。違いは、電融鉄アルミスピネルの結晶サイズが大きく、数百ミクロンに達し、原料密度は高いが、均一性が高くなく、不純物相が濃縮されていることである。焼結鉄アルミスピネルの結晶サイズは20〜40メートル、結晶サイズはより均一である原料の密度は高くなく、より多くのオープン孔を含み、孔径が大きい。