鎂鋁/鎂鉻/鐵鋁尖晶石砂型結構晶相與指數

1. 氧化鎂-氧化鋁尖晶石砂。

鎂鋁尖晶石化學式為 MgAl2O4 或 MgO-Al2O3，理論含量 ω(MgO) = 28.3%，ω(Al2O3) = 71.7%。天然的氧化鎂鋁尖晶石很少被發現，所有的工業應用都是合成產品。鎂鋁尖晶石具有良好的抗侵蝕性、耐磨性及良好的熱震穩定性。依合成方法分為燒結法與電熔法。
MgAl 尖晶石固溶體的熔點為 2135℃。由於MgO與Al2O3反應形成尖晶石時，約有5%~8%的體積膨脹，對Mg-Al尖晶石合成過程的致密化造成一定的困難。Mg-Al 尖晶石的合成屬於固相反應，可以看成是半徑較大的氧離子做緊密堆積，而半徑較小的 Mg 與 Al 離子在固定氧離子緊密堆積的框架中互相擴散。
(1) 燒結氧化鎂-氧化鋁尖晶石砂。
燒結合成尖晶石通常是將高純輕燒氧化鎂（雜質質量分數小於 3%）與工業氧化鋁或氧化鋁混合研磨、壓球，入高溫回轉窯或倒焰窯煆燒而成。多用於制備水泥窯用菱镁一尖晶石磚。

下表顯示富鎂尖晶石砂的典型技術指標。

SiO2	CaO	氧化鎂	Al2O3	Fe2O3	體積密度/g-cm-3
0.23	0.64	47.53	50.78	0.31	3.31

燒結氧化鎂-氧化鋁尖晶石的微觀結構特性取決於原料種類與合成製程參數。實驗選擇某公司生產的工業氧化鋁粉與輕燒氧化鎂粉作為合成富鎂尖晶石的原料。富镁尖晶石的主要晶相为镁铝尖晶石和菱镁矿，镁铝尖晶石晶粒尺寸为10-30μm，晶粒间分布有粒状菱镁矿晶体，尺寸小于镁铝尖晶石晶粒。
(2) 電熔氧化鎂-氧化鋁尖晶石砂。
電熔氧化鎂-氧化鋁尖晶石是以氧化鎂石和工業氧化鋁為原料，利用電弧爐熔融合成尖晶石，具有工藝簡單、合成的尖晶石晶體大、密度高的特點。電熔合成尖晶石常用於精煉爐、滑板及其他尖晶石製品的原料。

下表為典型的電熔鎂鋁尖晶石砂技術指標。

SiO2	CaO	氧化鎂	Al2O3	Fe2O3	TiO2	體積密度/g-cm-3
2.51	0.60	30.53	61.54	0.73	2.79	3.40

電熔氧化鎂-氧化鋁尖晶石的微觀結構特徵為主要結晶相為氧化鎂-氧化鋁尖晶石，並含有少量氧化鎂-綠晶石。尖晶石結晶完整且粗糙，高於數百微米，密度高。
2.鎂鉻尖晶石砂。
鎂-鉻尖晶石砂是以鎂基晶體和次生尖晶石為主要礦物，經人工合成獲得的鎂系複合耐火原料，其Mg0-Cr2O3體系與MgO-Al2O3十分相似，體系中存在複合鎂-鉻尖晶石MgO-Cr2O3，這是鎂-鉻尖晶石砂合成的理論基礎。通常將鎂鉻尖晶石與鎂砂複合製造鎂鉻磚，特別是直接結合鎂鉻磚，廣泛應用於冶金、建材等工業領域。

目前市場上廣泛使用的主要有20級鎂鉻砂和36級鎂鉻砂。通常鎂鉻砂的級配與鎂鉻砂中氧化鉻的含量有關。下表為典型的鎂鉻砂技術指標。

標題	SiO2	CaO	氧化鎂	Al2O3	Fe2O3	Cr2O3	體積密度/g-cm-3
20 鎂鉻砂	0.99	0.98	67.76	3.46	5.81	20.94	3.65
36 鎂鉻砂	0.78	0.53	48.72	5.74	8.43	36.12	3.82

鎂鉻砂的微觀結構特徵為主晶相菱鎂礦與鎂鉻尖晶石。從其光片形貌圖可看出，灰色為菱镁礦的主晶相，白色為脫溶的次生尖晶石，灰白色為矽酸鹽相，菱镁礦晶粒之間由尖晶石相和矽酸鹽結合而成。與電熔20鉻鎂鉻砂相比，36鉻鎂鉻砂尖晶石結晶尺寸大，且有尖晶石聚集現象。
3.鐵鋁尖晶石砂： 4.

鐵鋁尖晶石是自然界中稀有的礦物。化學式為 FeAl2O4。屬於正交等軸晶系，多為八面體結晶。其熔點為 1780℃。它是 FeO-Al2O3 系中唯一穩定的化合物。FeO-Al 尖晶石具有良好的特性，熔點高（1780℃）、熱膨脹係數低。當添加到耐火磚中時，鐵鋁尖晶石可為耐火磚帶來極佳的物理化學特性。然而，它在自然界中很少存在，必須人工合成，一般採用電熔和燒結方法合成鐵鋁尖晶石。
觀察FeO-Al2O3體系的相圖，發現在1750℃以下存在熔點為1780℃的熔融化合物，只有在氧化亞鐵FeO能穩定存在的區域內才是穩定的化合物，以確保與Al2O3形成的化合物是FeO-Al2O3尖晶石。而在FeO穩定存在區域以外的條件下，氧化鐵與Al23作用得到的產品就很難說是FeO-Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要為Fe2O3-Al2O3的固溶體。
從電熔鐵鋁尖晶石與燒結鐵鋁尖晶石的微觀結構形貌來看，兩者的主要結晶相均為鐵鋁尖晶石。不同之處在於電熔鐵鋁尖晶石的晶粒尺寸大，可達數百微米，原料密度高，但均勻度不高，且雜質相集中。燒結鐵鋁尖晶石晶粒尺寸在20~40m之間，晶粒尺寸較均勻原料致密性不高，含有較多的開放孔隙，且孔隙尺寸較大。