鎂鋁尖晶石的耐火材料合成

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1、第1章天然原料合成鎂鋁尖晶石摘要本文重在概述以天然原料合成鎂鋁尖晶石的工藝路線、合成方法，合成鎂鋁尖晶石的天然原料一般采用以高鋁礬土生料(或特級鋁土礦)與輕燒氧化鎂(或菱鎂礦)粉，合成方法主要分為二步煅燒法，濕化學(xué)法，高能球磨法(HEM)，自蔓延高溫合成法(SHS)等等。此外還介紹了添加劑、氣氛、成型方法成型壓力、原料活性對工藝的可能影響，從而從中找出合適的試驗(yàn)方案，得出一個(gè)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞鎂鋁尖晶石，天然原料，工藝路線，合成方法，試驗(yàn)設(shè)計(jì)目錄第1章天然原料合成鎂鋁尖晶石1摘要1關(guān)鍵詞1目錄1引言11.

2、1文獻(xiàn)綜述21.1.1鎂鋁尖晶石的定義21.1.2材料結(jié)構(gòu)與基本性能21.1.3合成原料31.1.4鎂鋁尖晶石的合成方法41.1.5影響合成鎂鋁尖晶石原料燒結(jié)性的因素141.1.6鎂鋁尖晶石材料的性能161.1.7本課題的目的、意義與主要內(nèi)容181.2試驗(yàn)方案191.2.1實(shí)驗(yàn)原料191.2.2實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備201.2.3實(shí)驗(yàn)步驟201.2.4檢測項(xiàng)目201.2.5數(shù)據(jù)參考指標(biāo)21參考文獻(xiàn)21引言尖晶石型化合物屬于等軸晶系，其結(jié)構(gòu)中氧作最緊密堆積，陽離子填充四面體、八面體間隙，每個(gè)晶胞中8/64的四面體間隙和

3、16/32的八面體間隙被填充。鎂鋁尖晶石是具有相同晶體結(jié)構(gòu)的氧化物中的一種，這種晶體結(jié)構(gòu)稱為尖晶石結(jié)構(gòu)。尖晶石組有二十多種氧化物，但只有很少數(shù)是常見的。尖晶石組的結(jié)構(gòu)式是AB2O4，這里A代表二價(jià)金屬離子，例如鎂、鐵、鎳、錳和/或鋅，B代表三價(jià)金屬離子，例如鋁、鐵、鉻或錳。除非特別指明，本文的尖晶石表示MgAl2O4，礦物尖晶石是二元系統(tǒng)MgO–Al2O3的唯一化合物。尖晶石族礦物的明顯特征是，它是一種組分可被替代的固溶體，尖晶石組分中一種或兩種都可以被這組礦物中的其他組分大量的代替，而且是在晶體結(jié)構(gòu)不改變或

4、晶格沒有任何變形的情況下。鎂離子和鋁離子都可被較小尺寸的其他離子代替，保持電化學(xué)平衡。因此尖晶石族礦物有很多種固溶體。另外，隨溫度的增加，MgAl2O4相區(qū)域增加，尤其是朝著氧化鋁含量較高的方向增加。通過這個(gè)結(jié)構(gòu)中金屬離子和氧離子的空位保持電化學(xué)平衡。以后將討論這一特征，它在尖晶石抗鋼渣的侵蝕上起很重要的作用。1.1物理性能鎂鋁尖晶石的熔點(diǎn)是2135℃，是熔點(diǎn)較高的耐火材料。這些相在熱膨脹系數(shù)上的差別體現(xiàn)出尖晶石優(yōu)異的抗熱震性。MgO和Al2O327生成尖晶石時(shí)，密度下降，體積增加，這使我們想到了技術(shù)應(yīng)用上，

5、例如生產(chǎn)澆注料，在澆注料里，MgO和Al2O3原位反應(yīng)生作為耐火材料原料的尖晶石的天然資源還沒有發(fā)現(xiàn)，因此尖晶石必須通過合成來制備。尖晶石生產(chǎn)的兩個(gè)主要途徑是燒結(jié)和電熔。大多數(shù)耐火材料使用的尖晶石是由高純合成氧化鋁和化學(xué)級氧化鎂來合成的。燒結(jié)尖晶石在豎窯中合成，電熔尖晶石在電弧爐中合成。因?yàn)閺膭?dòng)力學(xué)上說形成固態(tài)尖晶石是非常困難的，所以要求原材料很細(xì)、反應(yīng)活性大。燒結(jié)合成尖晶石的優(yōu)點(diǎn)是它是一個(gè)連續(xù)的陶瓷過程，喂料速度可控，窯內(nèi)溫度分布均勻，可以生產(chǎn)出晶粒尺寸為30-80μm和氣孔率較低(<3%)的非常勻質(zhì)的產(chǎn)品

6、。另一方面，電熔生產(chǎn)尖晶石是一個(gè)典型的批量生產(chǎn)過程。大的晶錠需要很長的冷卻時(shí)間，導(dǎo)致倒出的晶錠在冷卻過程中微觀結(jié)構(gòu)不均勻。外部的尖晶石冷卻速度比內(nèi)部的快，晶體尺寸比內(nèi)部的小。雜質(zhì)因熔點(diǎn)最低集中在晶錠中心。因此，勻質(zhì)的電熔尖晶石材料只有通過已加工材料的仔細(xì)挑選才能獲得。使用高純原材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是所得材料的雜質(zhì)含量很低(MgO+Al2O3>99%)，尤其是氧化硅含量，這樣尖晶石的高溫性能很好。礬土基尖晶石已經(jīng)根據(jù)它的幾種合成原料進(jìn)行了評估。Mooreetal[2]在實(shí)驗(yàn)室合成的礬土和水鋁石基尖晶石與合成的氧化

7、鋁基尖晶石相比，表現(xiàn)出高的蠕變速率。這是由于礬土中雜質(zhì)(SiO2，TiO2，F(xiàn)e2O3，堿金屬)在骨料中形成較多的玻璃相。礬土基尖晶石沒有合成氧化鋁基尖晶石的性能好，所以它只能用在抗侵蝕性和高溫強(qiáng)度要求不高的環(huán)境下。271.1產(chǎn)品類型工業(yè)尖晶石產(chǎn)品以化學(xué)計(jì)量比Al2O3/MgO=28.2/71.8作為分界點(diǎn)分為兩類。富鎂尖晶石MR66含有過量MgO，而富鋁尖晶石AR78和AR90含有過量氧化鋁。由于尖晶石相區(qū)在高達(dá)1900°C下，含90%Al2O3的尖晶石相可以生產(chǎn)，并通過快速冷卻保持。在較低溫度下，例如煉鋼

8、過程的1600°C，AR90的高鋁含量變得不穩(wěn)定，形成了尖晶石和游離剛玉(Al2O3)的混合物。AR78尖晶石相在1600°C保持穩(wěn)定。對于富鎂尖晶石，尖晶石相固溶體更少了，因此MR66含有微量的方鎂石(MgO)。圖1氧化鎂-氧化鋁相圖[3]和典型尖晶石性能(安邁)在鎂鋁尖晶石構(gòu)造中，Al-O、Mg-O之間都是較強(qiáng)的離子鍵，且靜電鍵強(qiáng)度相等，結(jié)構(gòu)牢固。因此，鎂鋁尖晶石晶體的飽和結(jié)構(gòu)，使其具有良好的熱