镁铝/镁铬/铁铝尖晶石砂结构晶相和指数

1. 氧化镁-氧化铝尖晶石砂。

镁铝尖晶石化学式为 MgAl2O4 或 MgO-Al2O3，理论含量 ω(MgO) = 28.3%，ω(Al2O3) = 71.7%。天然氧化镁-氧化铝尖晶石很少被发现，所有的工业应用都是合成产品。镁铝尖晶石具有良好的抗侵蚀性、耐磨性和良好的热震稳定性。按合成方法分为烧结法和电熔法。
MgAl 尖晶石固溶体的熔点为 2135℃。由于 MgO 与 Al2O3 反应形成尖晶石时，会产生约 5% 至 8% 的体积膨胀，这给 MgAl 尖晶石合成过程中的致密化带来了一定的困难。镁铝尖晶石的合成属于固相反应，表现为半径较大的氧离子做紧密堆积，而半径较小的镁离子和铝离子在固定氧离子紧密堆积的框架内相互扩散。
(1) 烧结镁铝尖晶石砂。
烧结合成尖晶石通常是将高纯轻烧氧化镁（杂质质量分数小于 3%）与工业氧化铝或氧化铝混合研磨、压球，入高温回转窑或倒焰窑煅烧而成。多用于制备水泥窑用菱镁矿尖晶石砖。

下表列出了富镁尖晶石砂的典型技术指标。

二氧化硅	CaO	氧化镁	Al2O3	Fe2O3	体积密度/克-厘米-3
0.23	0.64	47.53	50.78	0.31	3.31

烧结镁铝尖晶石的微观结构特征取决于原料类型和合成工艺参数。实验选择了某公司生产的工业氧化铝粉末和轻烧氧化镁粉末作为合成富镁尖晶石的原料。富镁尖晶石的主要晶相为镁铝尖晶石和菱镁矿，镁铝尖晶石晶粒大小为10-30μm，晶粒间分布有粒状菱镁矿晶体，粒度小于镁铝尖晶石晶粒。
(2) 电熔镁铝尖晶石砂。
电熔镁铝尖晶石是以菱镁矿和工业氧化铝为原料，利用电弧炉熔融合成尖晶石，具有工艺简单、合成的尖晶石晶体大、密度高的特点。电熔合成尖晶石常用作精炼炉、滑动板和其他尖晶石产品的原料。

下表列出了典型电熔镁铝尖晶石砂的技术指标。

二氧化硅	CaO	氧化镁	Al2O3	Fe2O3	二氧化钛	体积密度/克-厘米-3
2.51	0.60	30.53	61.54	0.73	2.79	3.40

电熔镁铝尖晶石的微观结构特点是以镁铝尖晶石为主要晶相，并含有少量镁橄榄石。尖晶石晶体完整而粗大，超过几百微米，密度很高。
2.镁铬尖晶石砂。
镁铬尖晶石砂是以镁质基晶和次生尖晶石为主要矿物，经人工合成得到的镁质复合耐火原料，其Mg0-Cr2O3体系与MgO-Al2O3十分相似，体系中存在复合镁铬尖晶石MgO-Cr2O3，这是镁铬尖晶石砂合成的理论基础。通常将镁铬尖晶石与镁砂复合制造镁铬砖，特别是直接结合镁铬砖，广泛应用于冶金、建材等工业领域。

目前，市场上广泛使用的主要是 20 号镁铬砂和 36 号镁铬砂。通常镁铬砂的等级与镁铬砂中氧化铬的含量有关。下表是典型的镁铬砂技术指标。

标题	二氧化硅	CaO	氧化镁	Al2O3	Fe2O3	Cr2O3	体积密度/克-厘米-3
20 镁铬砂	0.99	0.98	67.76	3.46	5.81	20.94	3.65
36 镁铬砂	0.78	0.53	48.72	5.74	8.43	36.12	3.82

镁铬砂的显微结构特征是主晶相菱镁矿和镁铬尖晶石。从其光片形态图中可以看出，灰色为菱镁矿主晶相，白色为脱溶的次生尖晶石，灰白色为硅酸盐相，菱镁矿晶粒之间由尖晶石相和硅酸盐结合而成。与电熔 20 铬镁铬砂相比，36 铬镁铬砂尖晶石结晶粒度大，存在尖晶石聚集现象。
3.铁铝尖晶石砂： 4.

铁铝尖晶石是自然界中一种罕见的矿物。化学式为 FeAl2O4。它是一种正交等轴晶系，多为八面体结晶。其熔点为 1780℃。它是 FeO-Al2O3 系统中唯一稳定的化合物。FeO-Al 尖晶石具有良好的性能，熔点高（1780℃），热膨胀系数低。当添加到耐火砖中时，铁铝尖晶石可赋予耐火砖优良的物理化学特性。然而，它在自然界中很少存在，必须人工合成，一般采用电熔和烧结方法合成铁铝尖晶石。
观察 FeO-Al2O3 体系的相图发现，只有在氧化亚铁 FeO 能够稳定存在的区域内，才存在熔点为 1780°C 的熔融化合物，1750°C 以下的熔点为稳定化合物，以确保与 Al2O3 形成的化合物是 FeO-Al2O3 尖晶石。而在 FeO 稳定存在区域之外的条件下，氧化铁和 Al23 作用得到的产物很难说是 FeO-Al2O3 尖晶石，而可能是含有大量或主要是 Fe2O3-Al2O3 的固溶体。
从电熔铁铝尖晶石和烧结铁铝尖晶石的显微组织形态来看，两者的主晶相都是铁铝尖晶石。不同的是，电熔铁铝尖晶石的晶体尺寸大，可达几百微米，原料密度高，但均匀性不高，杂质相集中。烧结铁铝尖晶石的晶体尺寸在 20 ~ 40m 之间，晶体尺寸较为均匀，原料致密性不高，含有较多的开放孔隙，且孔隙尺寸较大。