黄振飞课程方案(镁铝尖晶石合成)
天然原料合成镁铝尖晶石
摘要：本文重在概述以天然原料合成镁铝尖晶石的工艺路线、合成方法，合成镁铝尖晶石的天然原料一般采用以高铝矾土生料(或特级铝土矿>与轻烧氧化镁(或菱镁矿>粉，合成方法主要分为二步煅烧法，湿化学法，高能球磨法(HEM>，自蔓延高温合成法(SHS>等等。此外还介绍了添加剂、气氛、成型方法成型压力、原料活性对工艺的可能影响，从而从中找出合适的实验方案，得出一个合理的实验设计。
关键词：镁铝尖晶石天然原料工艺路线合成方法实验设计
目录
摘要1
引言1
第一章文献综述1
1.1镁铝尖晶石的定义1
1.2材料结构与基本性能1
1.3合成原料2
1.4 镁铝尖晶石的合成方法3
1.4.1二步煅烧法3
1.4.2湿化学法3
1.4.3高能球磨法(HEM>4
1.4.4自蔓延高温合成法(SHS>4
1.4.5固相法5
1.4.6 电熔法5
1.4.7凝胶固相反应法6
1.4.8均匀沉淀法6
1.4.9 共沉淀法7
1.4.10 超临界法7
1.4.11 冷冻一干燥醇盐法7
1.4.12 水热合成法8
1.4.13 蒸发分解法9
1.4.14 燃烧合成法9
1.5影响合成镁铝尖晶石原料烧结性的因素9
1.5.1添加剂9
1.5.2气氛10
1.5.3成型方法和成型压力10
1.5.4原料的活性10
1.6镁铝尖晶石材料的性能11
1.6.1 力学性能11
1.6.2热震稳定性11
1.6.3抗渣性11
1.7 本课题的目的、意义与主要内容12
1.7.1 目的和意义12
1.7.2 本课题的研究内容12第二章实验方案13
2.1 实验原料13
2.1.1原料组成13
2.1.2原料处理方法13
2.2实验仪器、设备13
2.3实验步骤13
2.4检测工程14
2.5数据参考指标14
引言
随着耐火材料工业的发展，制备和使用高质量的原材料已经成为生产具有优良性能产品的关键，许多单一或者复杂氧化物都作为原材料用来生产耐火材料产品，其中，作为复杂氧化物的一种，镁铝尖晶石
第一章文献综述
1.1镁铝尖晶石的定义
凡结晶状态属于等轴品系并含有等分子数的AO及B2O3的矿物统称尖晶石。镁铝尖晶石 1.2材料结构与基本性能 镁铝尖晶石是一组分子组成为AB2O4的等轴晶系的系列化合物，其单位晶 胞由32个立方密堆积的氧阴离子O2-和16个在八面体空隙中的铝离子Al3+以及8个在四面体空隙中的镁离子Mg2+组成，氧有4个金属配位，其中3个处于八面体中，剩下1个处于四面体中。尖晶石结构的X-射线衍射分析表明，晶格中的O原子排列没有显示任何区别，晶格中所有O原子<离子）都是相同的，形成一个紧密堆积的立方结构。该结构形成两种空隙。即八面体和四面体空隙，较小的三价离子填充八面空隙，二价离子填充四面体空隙。必须有两倍八面体的四面体空隙，才能与三价和二价离子数相适应。如图1.1所示。 1.3合成原料 合成镁铝尖晶石的原料一般采用拜尔法生产的Al2O3(或特级铝土矿>与轻烧氧化镁(或菱镁矿>粉。Sarkar等人以煅烧过的氢氧化镁和氢氧化铝为原料，在 1550 ～ 1750 ℃合成出相对密度为91 %的镁铝尖晶石。原料预烧温度的提高将降低其尖晶石化的程度，同时，尖晶石的致密化过程也与原料的预烧温度密切相关。Cunhan 和Bradt以Al2O3·MgO –SiO2三元系统相图为基础，利用耐火粘土与水镁石在1700 ℃以下合成出含少量镁橄榄石的尖晶石。结果表明:在高于1500 ℃时，镁橄榄石大部分固溶于尖晶石结构中，这种固溶体对合成镁铝尖晶石的耐火性能无不利影响。 工业生产中,结合我国在生产中的实际情况，主要是轻烧氧化镁<由天然菱镁石低温缎烧而成），生高铝矾土和工业氧化铝。辽宁和山东的菱镁石，河南、山西等地的高铝矾土，储量大、质优，为我国生产镁铝尖晶石提供了丰富的资源条件。所用原料化学组成见表1. 1.4 镁铝尖晶石的合成方法 合成镁铝尖晶石的方法有很多，国内国外都在不断的尝试新方法，可分为两大类：高温反应法和低温的湿化学法，由于生产设备和生产条件的局限性，目前国内生产镁铝尖晶石采用较为广泛的是前者，即通常所说的固相法和电熔法。 1.4.1 二步煅烧法 尖晶石的合成过程不可避免地伴随一定的体积膨胀，故通常采用二步煅烧法。第一步，在 1100～1300 ℃煅烧原料，合成活性尖晶石粉；第二步，经过重新粉碎、研磨、成型和烧结，得到致密的烧结体。虽然此法成本较高，但由于可生成高纯、致密的尖晶石而倍受关注。Beiley发现。在1125～1140 ℃煅烧MgCO3与Al2O3混合料，使其完成 55 %～70 %的尖晶石化。并且保持足够的活性，再在1640 ℃以下进行第二步煅烧。就可降低或完全消除第二步煅烧过程中的体积膨胀，从而得到致密的烧结体。 1.4.2湿化学法 采用湿化学方法，如氢氧化物共同沉淀法、碱土金属无机盐或有机盐的溶胶－凝胶法、喷雾干燥法和冷冻干燥法等，可成功制备高纯尖晶石粉末。与传统的固态反应烧结法相比，采用以上这些湿化学方法，可以更好地控制配料中Mg元素和Al 元素的配比及其化学均一性，并且提高其反应烧结性能，可以在相对较低的烧结温度下得到纯度较高的尖晶石。但采用上述方法生产的尖晶石仍然没有获得足够烧结而达到完全致密。 Li用碳酸铵作为沉淀剂，以Mg(NO3> 2和Al (NO3> 3混合溶液为原料合成尖晶石初级粒子[NH4Al (OH> 2CO3· H2O]及[Mg6Al2 (CO3> (OH> 16· 4H2O] (水滑石>，然后通过 MgO (水滑石在 400 ～ 800 ℃分解得到 > 与γ-2 Al2O3 ( 来自 NH4Al (OH> 2CO3·H2O>的固态反应，在900 ℃转化成纯尖晶石。研究结果表明，以1100 ℃煅烧2 h得到的活性尖晶石为原料，再在1550 ℃真空下烧结2 h，可获得相对密度达 99 %的尖晶石粉末。 1.4.3高能球磨法(HEM> 高能球磨法最初用来制备纳M材料，随着研究的不断深入，现被用来合成尖晶石材料。利用机械能直接参与或引发化学反应是一种新思路。高能球磨后，材料的比表面积增大，晶格发生畸变，表面会产生许多破键，使粉末内部存储大量的变形能和表面能。这一方面可降低烧结温度，另一方面，由于长时间粉磨，会促使非晶态物质的形成 K ong等人利用高能球磨法显著提高了MgO 与Al2O3的反应性。其研究结果表明:高能球磨 12 h 的混合料，在900 ℃煅烧2 h就出现了平均粒度为100 nm 的晶体发育不太完全的尖晶石相。在1300 ℃煅烧后，尖晶石的晶体发育较完全。随着煅烧温度的升高，晶态尖晶石的量增加，致密化程度也提高。研究结果还表明，在 1550 ℃煅烧2 h，得到晶体尺寸为2～5μm，相对密度达 98 %的尖晶石。K im报道，在行星式球磨机里强烈粉磨60 min，Mg (OH>2与三水铝石很容易转化成非晶态尖晶石相。粉磨15 min的原料在900 ℃煅烧1h，可形成晶态尖晶石相。以粉磨过的混合料煅烧合成出的尖晶石材料有很高的密度，可能是因为粉磨减小了颗粒尺寸，缩短了空位间的距离，有助于致密化。 1.4.4自蔓延高温合成法(SHS> 自蔓延高温合成法(SHS>又称燃烧合成法(CS>，其原理是利用原料之间的化学反应(如铝热反应>放出的大量热量来维持合成反应所需要的高温。在合成时，试样局部在外部热源的作用下达到该反应所需要的起始温度，然后反应放出的热量维持反应向其他部分蔓延，从而达到完全反应而合成材料的目的。 李小明等以金属铝粉与MgO 为起始原料，采用自蔓延高温合成法合成了高纯镁铝尖晶石制品。结果表明，1400℃为最佳合成温度。Ping等利用此方法制得大量粒度小并且粒度分布窄的尖晶石粉末。这种粉末在1600 ℃烧结4h得到相对密度为 92 %的尖晶石，并且发现过量 MgO 或 Al粉都有助于烧结。SHS 法制备工艺简单，能量利用率高，具有广泛的应用前景。但SHS法制备耐火材料尚处于初级阶段，在以后的研究中，仍需不断完善。 1.4.5固相法 固相法是以固态方式合成粉料的一种方法，采用若干单一成分的原料，经过配料、混合和煅烧后得到一定的多组分化合物。以MgO和Al2O3为原料制备镁铝尖晶石粉末是一种工艺较成熟、简便易行的方法。该法是以工业Al2O3和轻烧MgO按摩尔比1：1配料，在马弗炉内煅烧1100℃左右，保温适当时间，便可得到活性镁铝尖晶石粉末.高温固相烧结法的缺点是反应体系的不均匀性。由于MgO和Al2O3粉末是通过机械球磨混合使2种物相分布均匀，尽管它们被磨得很细甚至达500目以下，但相对于分子或原子尺寸而言，仍然是“庞大”的，这样在高温固相接触反应时，很难达到分子级间的接触程度，甚至发生“再包裹”现象，从而导致生成物掺杂。因此，合成的粉体晶格缺陷多，表面能大，纯度较低，粉体均匀性较差。 1.4.6 电熔法 电熔法是将成型后的料块<球）在三相电弧炉内熔融成液态，然后在缓慢冷却而成为固态的镁铝尖晶石。由于电弧熔融温度高，所以采用电熔法生产的镁铝尖晶石组织结构致密。但由于电耗大，产品的成本也较高，一般用于生产高纯度的镁铝尖晶石。武汉科技大学与辽宁省第二耐火材料厂合作，利用一台600kV·A电熔变压器和1台1t的可倾动式电炉，用尖晶石捣打料作熔炉内衬，采用郑州铝厂生产的工业氧化铝粉和辽宁本地的轻烧氧化镁粉为原料，用倾倒法制取了镁铝尖晶石。汪厚植等人在湖南冷水滩耐火材料厂电熔车间进行了生产尖晶石的实验，所用三相电弧炉变压器容量650kvA，电极直径Φ150mm，正常操作电流1300-1500A，电压80-90V。炉壳为自制炉壳<1400Χ1200mm）。熔炼一炉。从起弧至熔炼结束工4小时，耗电约1300度。熔块自然冷却，计630kg，电熔合成尖晶石工艺简单，投资少，上马快，使用较纯的原料可以生产出质量好的尖晶石，且合成料晶粒发育良好，具有质地均匀，结构致密，强度大，抗侵蚀能力强等优点。 1.4.7凝胶固相反应法 凝胶固相反应法是将原料同有机单体、交联剂、引发剂等混合生成凝胶，再将凝胶煅烧生成粉末的方法。仝建峰等人以分析纯Mg(OH>2·4MgCO3·6H2O和Al2O3按摩尔比Mg：Al=l：2进行实验。凝胶用有机单体丙烯酰胺(C3H5NO>，交联剂为N，N’一亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵(NH4>2SO6水溶液，催化剂用四甲基乙二胺(C6H16N2>，分散剂选用JA一281陶瓷料浆分散剂，用NH3·H2O调节pH值。将反应生成的产物在1250℃左右煅烧保温3h，便可得到反应完全，粒度均匀，成球状且晶相为镁铝尖晶石的粉末。合成工艺图如图所示： 图 3 凝胶固相反应法合成粉体工艺流程 该法制备的粉料颗粒细小均匀，平均粒径为0.5um，且纯度高，分散性好，易烧结，具有成本低、周期短、操作方便、温度易控、粉料性能优良、可规模化生产等优点。 1.4.8均匀沉淀法 均匀沉淀法是在溶液状态下，原子尺度混合，特点是不外加沉淀剂，在溶液内缓慢自生成沉淀剂可消除外加沉淀剂的局部不均匀现象。S．Hokazono采用2种溶液体系来制备镁铝尖晶石粉末，一种是Al(NO3>3，Mg 硝酸根离子，在干燥过程中容易形成团聚，所以该体系制备的粉末烧结性较差，烧结体相对密度低于95%。硫酸盐体系制备的前驱物含Mg(OH>2，Al(OH>3，Mg5Al4O11·15H2O，同时还有少量的碳酸盐和硫酸根离子，该体系制备的粉末烧结活性较好，烧结体的相对密度可达到99％。 1.4.9 共沉淀法 共沉淀法是在同一溶液中加入沉淀剂生成2 种或2 种以上的沉淀物，经热处理来制备粉末。马亚鲁以化学纯A1Cl3·6H2O，MgCl2·6H2O 为原料，化学纯 NH3·H2O 作沉淀剂，按摩尔比 MgO：A12O3=1：1.5 配制成浓度为 0.5 mol ／L 的混合盐溶液，在快速搅拌下缓慢滴人氨水溶液，调节溶液的pH 值为11-12，在65℃时效30min 便可得到白色絮状凝胶，凝胶经水洗，离心分离后于85℃干燥，并在900℃保温lh 的条件下煅烧，便得到镁铝尖晶石粉末。分析表明：凝胶中含有2Mg(OH>2·Al(OH>3和少量Al(OH>3，AlOOH。在热分解过程中，500℃左右时2Mg(OH>2·A1(OH>3分解生成尖晶石和MgO，同时AlOOH 分解成γ-A12O3，随着温度升高至850℃，MgO 和γ-A12O3反应生成尖晶石，850℃左右前驱物几乎完全生成尖晶石。该法制备的粉末，成分均匀，纯度高，颗粒尺寸较小，平均在40nm左右，颗粒形状近似球形，无硬团聚存在。粉末的比表面积在100m2/g以上，活性好，易烧结，但沉淀物水洗、过滤困难且容易引入杂质。 1.4.10 超临界法 超临界法指作为反应溶剂乙烯醇在超过其临界点的条件下使溶质Mg[A1(OR>4]2分解成固态粒子，经热处理结晶化生成尖晶石粉的方法。M.Barj 用Mg[Al(OR>4]2作原料，在超临界态的乙烯醇中分解形成固体粒子，经1100℃热处理形成尖晶石粉。所制备的镁铝尖晶石粉有很好的等计量化学均匀性，不存在相偏析，制备的粉体随反应时间不同，平均粒径在 4.3-9.8um，同时介质浓度也影响尖晶石粉的质量、结晶度、粒子分布和平均粒径。SEM分析显示这些微粒是由更小的粒子团聚而形成，经超声波处理，团聚体很容易分散，单个粒子的直径可达20nm，该法制备的粉体具有很好的可烧结性。 1.4.11 冷冻一干燥醇盐法 冷冻一干燥醇盐法是将金属盐水溶液喷雾到低温液体上，使液滴瞬时冷 冻，然后在低温降压条件下升华脱水，再通过热分解反应制备粉末的方法。C．T．Wang等用洁净的铝溶胶和甲氧基镁作为起始反应物。铝溶胶通过铝和异丙醇发生水解和溶胶反应而制得。甲氧基镁由纯度为99.99％的镁球和过量的甲醇在N2气氛中反应24h经分馏而制得。按配比将铝溶胶缓慢引入到甲氧基镁溶胶中便可形成尖晶石溶胶，然后尖晶石溶胶在85℃反应48h后蒸馏出过量的水和有机溶剂，再通过喷嘴喷射到盛有液氮的盘子上，再将凝固后的尖晶石溶胶放在压力为8.0Pa的干燥箱内，逐步加热到50℃直至所有的冰升华为止。在加热过程中，Mg(OH>2和Al(OH>3反应生成MgA12(OH>8，因此得到组成AlOOH和MgAl2(OH>8的复合体。干燥后的粉体在温度为l100℃，保温12h煅烧后便得到粒子尺寸为50nm的尖晶石粉末，该法制备的粉末可以消除喷雾干燥法制备产生的空心现象，且粉末具有很高的烧结活性；缺点是粉末易发生团聚现象，通过球磨可使团聚体的尺寸减少到10um以下。1.4.7冷冻一干燥醇盐法冷冻一干燥醇盐法是将金属盐水溶液喷雾到低温液体上，使液滴瞬时冷冻，然后在低温降压条件下升华脱水，再通过热分解反应制备粉末的方法。 C．T．Wang等用洁净的铝溶胶和甲氧基镁作为起始反应物。铝溶胶通过铝和异丙醇发生水解和溶胶反应而制得。甲氧基镁由纯度为99.99％的镁球和过量的甲醇在N2气氛中反应24h经分馏而制得。按配比将铝溶胶缓慢引入到甲氧基镁溶胶中便可形成尖晶石溶胶，然后尖晶石溶胶在85℃反应48h后蒸馏出过量的水和有机溶剂，再通过喷嘴喷射到盛有液氮的盘子上，再将凝固后的尖晶石溶胶放在压力为8.0Pa的干燥箱内，逐步加热到50℃直至所有的冰升华为止。在加热过程中Mg(OH>2和Al(OH>3反应生成MgA12(OH>8，因此得到组成AlOOH和MgAl2(OH>8的复合体。干燥后的粉体在温度为l100℃，保温12h 煅烧后便得到粒子尺寸为50nm的尖晶石粉末，该法制备的粉末可以消除喷雾干燥法制备产生的空心现象，且粉末具有很高的烧结活性；缺点是粉末易发生团聚现象，通过球磨可使团聚体的尺寸减少到10um以下。 1.4.12 水热合成法 水热合成法制备粉体是在密封压力容器中，以水作为溶媒，在高温高压的条件下制备粉体的方法。P．Krijgsman等人用Al(OH>3和Mg(OH>2作原料，经水热合成过程，在4MPa，523K条件下制备组成为Mg(OH>2和(AlOOH>45的复合粉体，粒径在2-10um范围，后经一定温度煅烧可制备尖晶石粉。水热法制备单相粉体的优点：晶粒发育完整，粒径很小且分布均匀，团聚程度很轻，易得到合适的化学计量物和晶粒形态，省去高温煅烧和球磨，避免了杂质和结构缺 陷，而且粉体的烧结性能好。用水热法制尖晶石粉应注意的问题是所用原料的可溶性问题。因为有些反应剂在水热反应发生前会发生结晶化。 1.4.13 蒸发分解法 蒸发分解法是利用溶剂蒸发和盐类自身分解生产粉状物，再经过煅烧制备粉体的方法。A．K．Adak将AI(NO3>3和Mg(NO3>2·6H2O溶于蒸馏水中，并加入聚乙烯醇，聚乙烯醇的作用是使金属离子均匀嵌入在聚合物的网络结构中以防偏析和沉聚，将混合液在130-160℃下加热并不断搅拌蒸发，随着溶剂减少，硝酸盐离子形成使聚乙烯醇分解的氧化环境。当溶剂完全蒸发后，硝酸盐自身也分解，形成松软的粉状物，在1000℃保温2h的条件下煅烧可生成结晶非常好的单相尖晶石粉，晶粒尺寸在8-30um，该法的特点是工艺简单、成本低、省时。 1.4.14 燃烧合成法 燃烧合成法是利用反应物间燃烧的热效应在短时内产生高温来合成尖晶石粉的方法。J．J．Kingsley将Mg(NO3>2·6H2O，Al(NO3>3·9H2O和尿素溶解于少量水中，然后装入容器内放人温度为500℃左右的炉内，溶液即发生脱水、分解及燃烧现象，反应物在瞬间内温度高达1600℃左右。燃烧生成物为单相尖晶石粉。粉体比表面积为21.8m2／g，粒径为0.1um，团聚体平均尺寸为5.2um，同时该法还可制备具有荧光特性的掺Cr3+尖晶石粉，只要在原料内加入Cr(NO3>3·6H2O即可。该工艺的特点是省时、低温、节能、工艺参数易于控制，不仅可以制备均匀等计量尖晶石粉，还可以制备掺Cr3+超细粉，缺点是制备的粉体团聚尺寸较大。 1.5影响合成镁铝尖晶石原料烧结性的因素 1.5.1添加剂 许多研究者采用添加剂来提高尖晶石合成原料的致密化程度。Sarkar分别用T iO2、Cr2O3、B2O3和V2O5为添加剂，分析了添加剂对合成尖晶石原料烧结性的影响。结果表明:T iO2对促进镁铝尖晶石烧结过程中的致密化效果最好，Cr2O3也有一定的促致密化效果，B2O3和V2O5对镁铝尖晶石烧结过程中的致密化有不利的影响。T iO2的固溶与 Al2O3从尖晶石结构中的脱溶，使 T i4+占据在 尖晶石晶格中Al3+的位置上，导致空位的产生，促进了原子的扩散和物质的迁移，有利于镁铝尖晶石的致密化。加入Cr2O3可提高不同组成的尖晶石的密度,因为Cr3+固溶于尖晶石中产生晶格空位，有利于烧结。但考虑到铬公害，建议不采用Cr2O3为添加剂。Ghosh采用ZnO作为添加剂，在1550-1600 ℃范围内烧结合成尖晶石。结果表明，当加入0. 5 % ZnO在1500 ℃烧结时，合成尖晶石的相对密度可达到99 %。 1.5.2气氛 关于尖晶石形成与烧结的研究大多是在空气气氛下进行的。近年来，耐火氧化物材料在强还原性气氛下的形成和稳定性越来越受重视。Mazzoni研究了3种气氛:空气( pO2= 0. 021 MPa> 、 CO - CO2混合气体( pO2约为 10 - 11MPa>和纯CO气体( pO2约为10 - 16MPa>对化学计量的尖晶石、富镁尖晶石和富铝尖晶石的影响。还原性气氛导致镁挥发，但是并不影响尖晶石在1300 ℃形成。富镁尖晶石在空气中烧结有较高密度，在CO气氛下，由于镁的挥发，结构中存在微气孔，其中大部分是贯通气孔，且大颗粒含有晶内气孔。而富铝尖晶石在还原性气氛下最稳定，密度几乎不变。 1.5.3成型方法和成型压力 热等静压(HIP>成型对获得完全致密的具有精细结构的材料是一种有效方法，它可以有效地降低材料的致密化温度。Berclin采用 HIP 法，在 150 MPa 氩气压力和1623-1723 K合成精细尖晶石陶瓷，最终产物的密度主要依赖于HIP 温度而不是生坯密度。另外，在一定温度范围内，成型压力增加，有利于物料较致密地结合，也有利于镁铝尖晶石的合成。 1.5.4原料的活性 原料活性在很大程度上影响了尖晶石生成反应的难易程度和尖晶石的密度。不经煅烧的原料有较高的活性，反应较剧烈，生成的尖晶石致密度较差。经煅烧的原料活性差，反应慢，但是提高了反应产物的密度。Tripathi等人研究了MgO 的活性对镁铝尖晶石烧结性的影响。虽然轻烧镁砂比烧结镁砂颗粒尺寸小，表面积大，生成镁铝尖晶石过程中致密化速率快，但结镁砂(1800℃煅烧> 与 Al2O3反应得到的镁铝尖晶石有更高的密度。Sarkar等在研究Al2O3的活性(在800 ～ 1600 ℃煅烧>对富铝尖晶石和富镁尖晶石烧结性的影响时发现，随 Al2O3煅烧温度和合成烧结温度的提高，得到的镁铝尖晶石的体积密度增大，而且Al2O3活性对富铝尖晶石密度的影响更大。但采用1600 ℃煅烧的Al2O3时，由于Al2O3惰性太大，得到的镁铝尖晶石的体积密度稍微下降。另外，较慢的煅烧速率在降低原料活性的同时也降低了其颗粒的尺寸，有利于尖晶石致密化。另外，在一定条件下，物料越细，烧结性能越好。提高烧结温度和延长保温时间对于提高镁铝尖晶石的体积密度和降低气孔率都有好处。 1.6镁铝尖晶石材料的性能 1.6.1 力学性能 Bhaduri研究了纳M尖晶石及其复合材料的显微结构与力学性能。试样的常温硬度为7. 79 GPa，这比一般的粗颗粒尖晶石的硬度(12. 7 GPa>低。断裂韧性为5. 82 MPa·m1/ 2为一般尖晶石材料的两倍以上。纳M尖晶石及其复合材料在1000 ℃时出现明显的扩散蠕变现象，在1000 ℃以上时硬度也开始降低，这可能是由于纳M级晶粒有利于材料的超塑变形。Beclin也验证了纳M级晶粒有良好的超塑变形。 1.6.2热震稳定性 镁铝尖晶石有很好的热震稳定性，当加入1 % ZnO 时，其热震稳定性提高，8次热循环后(从1000 ℃高温中取出，放入空气中骤冷>，强度几乎不变，仍在200 MPa以上 1.6.3抗渣性 随着钢铁生产技术的进步和二次精炼技术的发展，尖晶石材料在钢铁工业中的应用越来越广泛，不同组成的尖晶石对不同组成的钢渣的抗侵蚀性就显得较为重要。Cho研究了Al2O3含量(质量分数>分别为47 %、69 %和94 %的富镁、化学计量和富铝尖晶石抗CaO - Al2O3- SiO2渣的侵蚀性，结果表明:富镁尖晶石有较好的抗渣侵蚀性，在渣- 耐火材料界面上生成的MgO(Al，Fe> 2O3复合尖晶石层的量与尖晶石中MgO 含量成正比，它抑制了渣的直接侵蚀。富铝尖晶石有良好的抗渣渗透性，耐火材料中的Al2O3和渣中的CaO反应，在渣- 耐火材料界面上生成Al2O3 - CaO化合物，可以抑制渣尤其是高 CaO/ Al2O3比的渣的进一步渗透。Sarpoolaky在Al2O3- 尖晶石和Al2O3- MgO浇注料的抗渣 实验中发现， Al2O3- MgO 浇注料中原位生成的尖晶石吸收渣中 Fe2O3和CaO的能力是合成尖晶石的 3～5 倍。由于原位尖晶石较细，分散均匀，且生成二次尖晶石时伴随体积膨胀，所以在整体膨胀受约束的状态下，材料的结构较为致密，提高了耐火材料的抗渣性。尖晶石粒度也影响浇注料的抗渣性。在铝尖晶石浇注料中，对于高碱度渣，尖晶石颗粒加入量较多的浇注料的抗侵蚀性好。对于低碱度的渣，尖晶石细粉加入量较多的浇注料的抗侵蚀性和抗渗透性均较好 1.7 本课题的目的、意义与主要内容 1.7.1 目的和意义 以上合成镁铝尖晶石的方法大致可以统括为两种，固相反应法和湿化学法，前者合成温度高，保温时间长，合成成本高，后者工艺流程复杂，设备昂贵，对原料纯度要求过高。近些年来，另外一种低温、经济的合成方法“熔盐合成法”，逐渐开始引起人们的广泛兴趣。该法的主要特点是利用一种低温熔盐作反应介质来实现复合氧化物粉体的低温合成。由于氧化物在熔盐里有一定的溶解度，从而可使反应物在分子、原子级别上进行均匀混合。另外，由于液相介质的存在，使有关扩散过程得以在液相中进行，从而加快了扩散速度。由于这些原因，熔盐合成法可有效地降低反应温度以及缩短反应的时间。除此之外，合成的粉体由于分散在熔盐里，有效地避免了粉体之间的团聚及烧结，因而最终可得到高活性、高分散性的粉体材料。采用熔盐合成法不仅仅降低了反应温度，缩短了反应周期，简化了合成过程，而且还可以有效的控制粉体的粒度和形状。一个世纪以来，熔盐法在工业上有着广泛的应用，人们已经成功合成了诸如PZT-PMN-PMS、LiCoO2、SNB、KSr2Nb5O15、SrTiO3以及复杂的锂锰氧化物等性能优良的陶瓷材料。显示了熔盐法在材料合成领域里巨大的潜力和优势。谢菲尔德大学的张教授首次利用氯化物做熔盐在低温下合成了纯镁铝尖晶石，开辟了合成镁铝尖晶石的又一崭新的途径，从理论和实践上证实了熔盐法的可行性，本课题是基于其研究成果上进行的拓展和延伸，迈出从实验走向工业应用的第一步。 1.7.2 本课题的研究内容 <1）研究合成试样的物相组成。 <2）研究合成试样的晶体形貌，尺寸。 <3）探明以MSS 法合成镁铝尖晶石的主要影响因素<反应温度，保温时间，原料粒度，熔盐种类），为在低成本下合成具有广泛用途的尖晶石粉体原料提供理论基础。 <4）研究各种合成条件对物相、晶体形貌、晶粒大小的影响，探讨合成反应的反应机理。 第二章实验方案 2.1 实验原料 2.1.1原料组成 本次实验原料采用的是高铝矾土和轻烧 MgO 2.1.2原料处理方法 高铝矾土和轻烧MgO 分别用球磨罐放在行星球磨机上湿磨<以锆球为研磨介质，采取球料比为 2.5：1 进行混磨）若干小时 2.2实验仪器、设备 球磨罐、行星球磨机、锆球、刚玉坩埚、X 射线衍射仪(XRD,X，pert Pro, Philips, 荷兰>、综合热分析仪 2.3实验步骤 ①将湿磨后的原料分成五种粒度<如表2.3 所示）作为实验原料进行干燥处理； ②根据Al2O3和 MgO 在原料中的含量，选取 MgO与Al2O3摩尔比为1：1<化学计量比）进行配料，分别用LiCl、KCl 和NaCl 作为熔盐与起始原料按照质量比<令 M盐/M原料=R）为 3：1 在球磨机上混磨 20min； ③磨好后置入刚玉坩埚，放入中温炉依次从 900℃到 1150℃保温 1-4h； ④冷却后取出，用煮沸的蒸馏水洗涤样品7-8 次，过滤，直到无剩余Cl-<用 AgNO3滴入洗涤后的滤液进行检验）； ⑤将过滤后的沉淀在 110℃下烘干即得成品。 2.4检测工程 a）用 X 射线衍射仪 (XRD,X，pert Pro, Philips, 荷兰> 进行物相分析； b）用综合热分析仪 c）用粒度分析仪{mastersizer2000, UK）分析原料及合成试样的粒度； d）用扫描电镜 (SEM, XL-30-TMP, Philips, 荷兰> 观察成品的形貌与晶体结构； e）用能谱分析仪 参考文献 [1]韩兵强,李楠.高能球磨法在纳M材料研究中的应用.耐火材料,2002，36 (4> :240～242 [2]李小明,杨志红.自分散低温烧成镁铝尖晶石制品的研究.陶瓷工程,1997，31 (1> :6～9 [3]242NAIHUO CAI LIAO / 耐火材料 2004， 38 ( 5 > 347～349 [4] 丰文祥, 张三华, 钟香崇. 不同组成尖晶石对MgO - 尖晶石浇注料性能的影响[J]. 耐火 材料, 2000, 34 (2>: 69-73. 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近年来，制备MAS粉体的方法受到人们的广泛关注，并在原有制备工艺基础上，涌现出许多新的制备技术。本文拟总结近年来国内外对获取高性能MAS体制备方法，以期找到解决粉体的纯度、粒度、化学均匀性等问题的途径，从而在获取高性能粉体，发挥其优越性能。 1 固相法 1.1传统固相法 固相法是固体与固体之间发生化学反应生成新的固体物质的反应过程，其中反应温度高于600℃称为高温 固相反应。Lepkova D[4]等研究了MgO和Al 2O 3 的固 相反应中，添加剂对尖晶石形成温度和转化率的影响。 将α-Al 2O 3 和Mg(HCO 3 ) 2 分解后的MgO及添加剂均 匀混合后，在一定的温度下反应制备尖晶石粉，添加剂 为B 2O 3 和TiO 2 ，或B 2 O 3 和氟化物(LiF，CaF 2 ，ZnF 2 ， BaF 2 )的混合物。尖晶石合成转化率在85%～95％之间， 加入B 2 O 3 和TiO 2 复合添加剂时，尖晶石粉的生成量最大。 传统固相法无疑是最简单、最方便的合成尖晶石的工艺， 存在的显著缺点是合成温度高。而添加剂又会影响产物 的纯度，无法满足高技术领域的要求。 1.2凝胶固相法 凝胶固相法是将初始原料同有机单体、交联剂、引 发剂等混合形成凝胶，干燥后经焙烧制备粉体。粉体具 有颗粒细小均匀、纯度高、分散性好等优点。仝建峰[5] 等以Mg(OH) 2 ·4MgCO 3 ·6H 2 O和Al 2 O 3 按n(Mg)∶ n(Al)=1∶2进行混合，有机单体丙烯酰胺(C 3 H 5 NO)为 凝胶，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵 (NH 2 ) 2 SO 6 水溶液为引发剂，4-甲基乙二胺(C 6 H 16 N 2 ) 为催化剂，选用JA-281试剂为分散剂，用NH 3 ·H 2 O 调节pH值。将干凝胶在1250℃左右保温3h，便可得到 平均粒径为0.5μｍ的球形MgAl 2 O 4 微粉。王修慧[6]等 先以异丙醇水溶液将高纯MgO粉体分散成浆体，再将异 丙醇铝水解得到凝胶，然后按n(Mg)∶n(Al)=1∶2配 料球磨混合24h，干燥后进行焙烧，800℃即开始出现尖 晶石相，1200℃时形成了完善的MAS相结构，最终得 到纯度高达99.99%MAS粉体。之所以能够降低合成温 度，是原因反应物之一的AlOOH凝胶替代Al 2 O 3 ，活性 高，粒度细，混合过程中可达到高度的均匀性；在加热 至500℃～600℃范围内会生成高活性Al 2 O 3 。此法解决 了产物的纯度问题，可以应用于提拉法生长尖晶石单晶 材料；但其缺点是粒度偏粗大，不适于透明多晶体的制备。 2 沉淀法 2.1 均匀沉淀法 均匀沉淀法是利用某一化学反应，将溶液中的构 晶离子从溶液中缓慢、均匀地释放出来，与溶液中的 Mg2+和Al3+生成沉淀，然后再经干燥、焙烧制得粉 体。Hokazono S[7]等采用2种溶液体系来制备MAS粉 体：一是Al(NO 3 ) 3 、Mg(NO 3 ) 2 、尿素水溶液体系；二 是Al 2 (SO 4 ) 3 、MgSO 4 、尿素水溶液体系。按n(Mg)∶ n(Al)=1∶2进行配料；其中，C 尿素 =1.8mol·L-1， C Al 3+=0.1mol·L-1，C Mg 2+= 0.08mol·L-1，分别用 HNO 3 、H 2 SO 4 调至pH值为2，在90℃水浴分别加热 22.5h和38h，生成的沉淀经离心分离后于100℃干燥 24h，在800℃～1000℃焙烧，得到比表面积为25～ 66m2·g-1的MAS粉体。硝酸盐体系制备的前驱物含 镁铝尖晶石粉体的制备方法 王修慧1,2，王程民2，司 伟2，李 刚2，曹冬鸽2，翟玉春1 (1东北大学材料与冶金学院， 沈阳 110006； 2大连交通大学材料科学与工程学院， 大连 116028) 收稿日期:2008-1-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目，编号:50104003 作者简介:王修慧（1964-），男，博士研究生，副教授； 从事金属醇盐、高纯氧化物粉体制备研究。 E-mail:dl_wangxh@https://www.docsj.com/doc/9f1778795.html, 文章编号：1001-9642（2008）07-0003-04 尖晶石型化合物属于等轴晶系，其结构中氧作最紧密堆积，阳离子填充四面体、八面体间隙，每个晶胞中8/64的四面体间隙和16/32的八面体间隙被填充。 镁铝尖晶石是具有相同晶体结构的氧化物中的一种，这种晶体结构称为尖晶石结构。尖晶石组有二十多种氧化物，但只有很少数是常见的。尖晶石组的结构式是AB2O4, 这里A代表二价金属离子，例如镁、铁、镍、锰和/或锌，B代表三价金属离子，例如铝、铁、铬或锰。除非特别指明，本文的尖晶石表示MgAl2O4, 矿物尖晶石是二元系统MgO –Al2O3 的唯一化合物。尖晶石族矿物的明显特征是，它是一种组分可被替代的固溶体，尖晶石组分中一种或两种都可以被这组矿物中的其他组分大量的代替，而且是在晶体结构不改变或晶格没有任何变形的情况下。镁离子和铝离子都可被较小尺寸的其他离子代替，保持电化学平衡。因此尖晶石族矿物有很多种固溶体。另外，随温度的增加，MgAl2O4 相区域增加，尤其是朝着氧化铝含量较高的方向增加。通过这个结构中金属离子和氧离子的空位保持电化学平衡。以后将讨论这一特征，它在尖晶石抗钢渣的侵蚀上起很重要的作用。2.2 物理性能镁铝尖晶石的熔点是2135℃，是熔点较高的耐火材料。表1是MgO、Al2O3和尖晶石相的体积密度、热膨胀系数和热导率的对比。这些相在热膨胀系数上的差别体现出尖晶石优异的抗热震性。MgO和Al2O3生成尖晶石时，密度下降，体积增加，这使我们想到了技术应用上，例如生产浇注料，在浇注料里，MgO和Al2O3原位反应生 作为耐火材料原料的尖晶石的天然资源还没有发现，因此尖晶石必须通过合成来制备。尖晶石生产的两个主要途径是烧结和电熔。大多数耐火材料使用的尖晶石是由高纯合成氧化铝和化学级氧化镁来合成的。烧结尖晶石在竖窑中合成，电熔尖晶石在电弧炉中合成。因为从动力学上说形成固态尖晶石是非常困难的，所以要求原材料很细、反应活性大。烧结合成尖晶石的优点是它是一个连续的陶瓷过程，喂料速度可控，窑内温度分布均匀，可以生产出晶粒尺寸为30-80μm 和气孔率较低(<3%)的非常匀质的产品。另一方面，电熔生产尖晶石是一个典型的批量生产过程。大的晶锭需要很长的冷却时间，导致倒出的晶锭在冷却过程中微观结构不均匀。外部的尖晶石冷却速度比内部的快，晶体尺寸比内部的小。杂质因熔点最低集中在晶锭中心。因此，匀质的电熔尖晶石材料只有通过已加工材料的仔细挑选才能获得。使用高纯原材料的另一个优点，是所得材料的杂质含量很低(MgO+Al2O3 >99%), 尤其是氧化硅含量，这样尖晶石的高温性能很好。矾土基尖晶石已经根据它的几种合成原料进行了评估。Moore et al[2]在实验室合成的矾土和水铝石基尖晶石与合成的氧化铝基尖晶石相比，表现出高的蠕变速率。这是由于矾土中杂质(SiO2, TiO2, Fe2O3, 碱金属)在骨料中形成较多的玻璃相。矾土基尖晶石没有合成氧化铝基尖晶石的性能好，所以它只能用在抗侵蚀性和高温强度要求不高的环境下。 4 产品类型工业尖晶石产品以化学计量比Al2O3/MgO=28.2/71.8作为分界点分为两类，见图1。富镁尖晶石MR66含有过量MgO, 而富铝尖晶石AR78和AR90含有 铝镁尖晶石砖以镁铝尖晶石为基质，以抗热震性优于镁砖而见长，被广泛应用于砌筑炼钢碱性平炉和电炉的炉顶等，关于这种晶石砖的特点大家是否了解呢，下面简单的给大家介绍一下。 1、镁铝砖的热震稳定性好，可承受水冷20～25次，甚至更高。这是它最突出的优点，比普通镁砖好得多。研究认为，镁铝砖热震稳定性好，是由于镁铝尖晶石和方镁石都属于立方晶系，沿各个晶轴方向的热膨胀大小都相同，故温度波动时膨胀和收缩都比较均匀，产生的热应力较小。 2、镁铝砖的主要性能也比镁砖稍强。由于镁铝尖晶石本身的熔点较高，故镁铝砖的荷重软化温度比镁砖有所改善，达到1620～1690℃。 3、镁铝尖晶石保护方镁石颗粒免受熔渣侵蚀的能力比钙镁橄榄石强，故镁铝砖抵抗碱性熔渣以及氧化铁熔渣的能力较镁砖有所加强。 镁铝砖具有以上优良性能，故在我国已广泛用做炼钢平炉，炼铜反射炉等高温熔炼炉炉顶的砌筑材料，取得了延长炉子寿命的效果。大型平炉可达300炉左右，中小型平炉在1000炉以上。 接下来再给大家说下铝镁尖晶石砖的生产工艺： 镁铝砖的生产工艺与烧成镁砖大致相同，只是在配料中加入一定比例的工业氧化铝或特级铝矾土熟料。工业氧化铝的杂质含量比高铝矾土熟料低。配料中加入天然铝矾土熟料，可改善泥料的塑性，在同样条件下，砖坯体积密度较高。 工业氧化铝的加入量一般为5%～10%，通常按一定比例与镁砂共同细磨后，以细粉形式加入，这有利于在制品基质中形成分布均匀的镁铝尖晶石新晶相。也有采用预合成镁铝尖晶石再进行配料制砖的生产方法。配料时临界粒度大，有利于提高制品的抗热震性，但不利于制品的密度和强度，一般采用3mm。 粒度一般采用3～1mm与1～0.088mm且应控制3～2mm粗颗粒与小于0.088mm细粉的比例，来提高制品的抗热震性。镁铝砖的烧成温度要根据原料的纯度来确定，一般要比镁砖的烧成温度高30～50℃，高纯镁铝砖的烧成温度达1750～1800℃。 以上就是金京窑业带给大家的分享，希望对大家有所帮助，同时也感谢大家一直以来对金京窑业的关注与支持！ 天然原料合成镁铝尖晶石 摘要：本文重在概述以天然原料合成镁铝尖晶石的工艺路线、合成方法，合成镁铝尖晶石的天然原料一般采用以高铝矾土生料(或特级铝土矿>与轻烧氧化镁(或菱镁矿>粉，合成方法主要分为二步煅烧法，湿化学法，高能球磨法(HEM>，自蔓延高温合成法(SHS>等等。此外还介绍了添加剂、气氛、成型方法成型压力、原料活性对工艺的可能影响，从而从中找出合适的实验方案，得出一个合理的实验设计。 关键词：镁铝尖晶石天然原料工艺路线合成方法实验设计 目录 摘要1 引言1 第一章文献综述1 1.1镁铝尖晶石的定义1 1.2材料结构与基本性能1 1.3合成原料2 1.4 镁铝尖晶石的合成方法3 1.4.1二步煅烧法3 1.4.2湿化学法3 1.4.3高能球磨法(HEM>4 1.4.4自蔓延高温合成法(SHS>4 1.4.5固相法5 1.4.6 电熔法5 1.4.7凝胶固相反应法6 1.4.8均匀沉淀法6 1.4.9 共沉淀法7 1.4.10 超临界法7 1.4.11 冷冻一干燥醇盐法7 1.4.12 水热合成法8 1.4.13 蒸发分解法9 1.4.14 燃烧合成法9 1.5影响合成镁铝尖晶石原料烧结性的因素9 1.5.1添加剂9 1.5.2气氛10 1.5.3成型方法和成型压力10 1.5.4原料的活性10 1.6镁铝尖晶石材料的性能11 1.6.1 力学性能11 1.6.2热震稳定性11 1.6.3抗渣性11 1.7 本课题的目的、意义与主要内容12 1.7.1 目的和意义12 1.7.2 本课题的研究内容12第二章实验方案13 2.1 实验原料13 2.1.1原料组成13 2.1.2原料处理方法13 2.2实验仪器、设备13 2.3实验步骤13 2.4检测工程14 2.5数据参考指标14 高性能钢包耐火材料用镁铝尖晶石 Raymond P.Racher Almatis Inc. 501West Park Road Leetsdale,PA15056,USA Robert W.McConnell Almatis Inc 4701Alcoa Road Bauxite,AR72011USA Andreas Buhr Almatis GmbH, Olof-Palme-Str.37, D-60439Frankfurt/Main Germany 摘要 优质钢的生产要求钢在钢包中进行更多的处理。这对钢包用耐火材料有显著的影响，例如需要透气砖等高性能功能耐火材料。增加出钢温度，较长的停留时间，侵蚀性更强的二次冶炼等操作的改变要求耐火材料衬更薄，寿命更长。这些综合因素重新唤起了对镁铝尖晶石研究的兴趣。 镁铝尖晶石已经作为各种类型用于炼钢用耐火材料很多年了。本文阐述了尖晶石的生产、理化性能和使用性能，也讨论了尖晶石应用的进展情况。 1 引言 本文讨论了镁铝尖晶石的结构、性能和应用，尤其描述了镁铝尖晶石在生产洁净钢用耐火材料上的优点。 镁铝尖晶石由于强的抗渣侵蚀性、优良的抗热震性和高温强度高等特点，越来越多的被应用于炼钢用耐火材料。20世纪60年代中期最初生产的尖晶石耐火材料是通过氧化铝和镁砖中的方镁石的原位反应制备的，用于水泥窑的内衬。高质量的预合成尖晶石使得发展优质不定形耐火材料和耐火砖成为可能。 2 性能 2.1 结构 镁铝尖晶石是具有相同晶体结构的氧化物中的一种，这种晶体结构称为尖晶石结构。尖晶石组有二十多种氧化物，但只有很少数是常见的。尖晶石组的结构式是AB2O4,这里A代表二价金属离子，例如镁、铁、镍、锰和/或锌，B代表三价金属离子，例如铝、铁、铬或锰。除非特别指明，本文的尖晶石表示MgAl2O4,矿物尖晶石是二元系统MgO–Al2O3的唯一化合物。 尖晶石族矿物的明显特征是，它是一种组分可被替代的固溶体，尖晶石组分中一种或两种都可以被这组矿物中的其他组分大量的代替，而且是在晶体结构不改变或晶格没有任何变形的情况下。镁离子和铝离子都可被较小尺寸的其他离子代替，保持电化学平衡。因此尖晶石族矿物有很多种固溶体。另外，随温度的增加，MgAl2O4相区域增加，尤其是朝着氧化铝含量较高的方向增加。通过这个结构中金属离子和氧离子的空位保持电化学平衡。以后将讨论这一特征，它在尖晶石抗钢渣的侵蚀上起很重要的作用。 2.2 物理性能 镁铝尖晶石的熔点是2135℃，是熔点较高的耐火材料。表1是MgO、Al2O3和尖晶石相的体积密度、热膨胀系数和热导率的对比。这些相在热膨胀系数上的差别体现出尖晶石优异的抗热震性。MgO和Al2O3生成尖晶石时，密度下降，体积增加，这使我们想到了技术应用上，例如生产浇注料，在浇注料里，MgO和Al2O3原位反应生产尖晶石。在下面的文章里，我们将更加详细的讨论这些效应和它们对使用性能的影响。 表1尖晶石，MgO和Al2O3的热性能和物理性能[1] 尖晶石MgAl 2O 4 方镁石MgO刚玉Al 2 O 3 体密(g/cm3) 3.58 3.58 3.99 热导率(W/m·K) 5.97.1 6.3 热膨胀系数 (dL/L.K.10^6)7.613.58.8 镁铝尖晶石质耐火材料 （西安建筑科技大学华清学院） 摘要:阐述了镁铝尖晶石质耐火材料的性能及合成，论述了镁铝尖晶石质耐火材料的应用及发展趋势。关键词:镁铝尖晶石质耐火材料；结构特点；应用；发展趋势 The Development and Application of Magnesia-alumina Spinel Refractories Abstract: The properties and synthesis ofmagnesia-alumina spinel refractories was expounded together with discussion on the application and developing trend of them. Key words: magnesia-alumina spinel refractories; structure characteristic; application; developing trend 1 前言 耐火材料是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。随着高温工业的发展，对炉衬耐火材料的生产和使用也提出了更高的要求。炉衬耐火材料不仅要求长期处在高温的工作环境，能经受高尘，强腐蚀性炉气及炉渣的冲刷和侵蚀，还要经受温度骤变、机械和物料的撞击、磨损以及各种应力的综合影响。为满足高温工业的需要，炉衬耐火材料产品的使用性能还需进一步提高。而镁铝尖晶石质耐火材料的研究与开发正适应了这一发展趋势。 2 镁铝尖晶石质耐火材料的结构特点 镁铝尖晶石优良的高温性能，使其成为耐火材料中重要的组成部分。从MgO-Al2O3二元系相图（图1）可以看出，Mg-Al2O3是此二元系统的一个中间化合物，熔点为2 135 ℃。方镁石从1 500 ℃开始固溶于尖晶石中，且随着温度的升高固溶量增加。当温度达到1 995 ℃时，溶解度达到最大值10 %。刚玉在高温下也可以固溶在镁铝尖晶石中，且固溶量随着温度的升高而增加，在1 900 ℃以上时，固溶量可以达到20 %以上。 图1 MgO-Al2O3二元系相平衡图【1.2】 在镁铝尖晶石构造中，Al O、Mg O之间都是较强的离子键，且静电键强度相等，结构牢固【3】。因此，镁铝尖晶石晶体的饱和结构【4,5】使其具有良好的热震稳定性能、耐化学侵蚀性能和耐磨性能，能够在氧化或还原气氛中保持较好的稳定性。但是在合成镁铝尖晶石时，会伴有5％～8%的体积膨胀，而且其再结晶能力差，很难合成致密的镁铝尖晶石 纳米MgAl2O4的制备方法 传统的制备MgAl2O4 颗粒粉体的方法是利用A12O3 和MgO 的固相反应：A12O3+MgO= MgAl2O4 （1.1） 这种固相反应需要1450℃的高温[4]在如此高的温度下，颗粒会发生长大，并产生严重的团聚。而且，这种方法消耗能源巨大。近年来，人们开发出许多制备MgAl2O4 纳米颗粒粉体的技术[5]。主要制备纳米MgAl2O4 粉体的方法如下。 1) 金属醇盐法 金属醇盐法是将金属作为起始原料，分别和一定的醇反应生成金属醇盐，然后将金属醇盐经减压蒸馏、提纯、分馏即可得到纳米尺寸的粉末。黄存新、彭载学等人用这种方法制备了纳米MgAl2O4 粉末，再采用热压烧结的方法得到了MgAl2O4 透明陶瓷。他们将金属镁、铝分别和乙醇（C2H5OH）、异丙醇（(CH3)2CHOH）反应生成Mg(OC2H5)2 和Al(OC3H7)3，然后将两种金属醇盐振荡混合，在这个过程中二者反应生成MgAl2(OC2H5)2(OC3H7)6，继续振荡并加入蒸馏水和乙醇（C2H5OH）直至成为溶胶状态，然后在室温下放置一段时间使溶胶形成了凝胶，再在100℃左右的温度下进行真空干燥，最后在800℃-1100℃温度范围内煅烧即可得纳米MgAl2O4 粉末[6]。这种方法制备的MgAl2O4 粉末，晶粒尺寸在50-1500nm 之间，颗粒分布比较均匀。但是该方法工艺比较复杂，且容易引入杂质离子，如Na+、Si、C。而透明陶瓷材料对纳米MgAl2O4 粉末的纯度要求很高，能够吸收可见光的杂质的引入将增加透明陶瓷的光吸收因素Sim，会降低了材料的综合性能。 2）化学共沉淀法 在含有多种金属阳离子的溶液中加入沉淀剂后，可使所有阳离子完全沉淀，再煅烧沉淀物可得到氧化物粉体，这种方法称为化学共沉淀法。利用此种方法，研究者们制备了MgAl2O4 纳米颗粒粉体。加入沉淀剂，调节溶液的pH 值，使得溶液中的Mg2+和A13+同时沉淀成为Mg(OH)2 和Al(OH)3，然后再煅烧沉淀物，可以在相对低的温度下得到MgAl2O4 纳米颗粒粉体[7]。马亚鲁等[8]以A1C136·H2O、MgCl26·H2O 为原料，NH3H·2O 作沉淀剂，在快速搅拌下向溶液中缓慢滴入氨水溶液，调节pH 值至11 到12，650℃下反应30min 得到白色絮状沉淀，经水洗、离心分离后在850℃下干燥，在900℃下煅烧l h，得到MgAl2O4 纳米颗粒粉体。所得粉体的颗粒尺寸在40 nm 左右，颗粒近球形，无硬团聚，比表面积达到100m2/g。这种方法的优势在于制备的粉体比表面积很大，粉体的催化效率比较高。这是因为采用真空冷冻干燥法使物料中的水分直接升华了，但是水分子空间还存在，因此物料的比表面积大，孔容率高。但是这种方法中的pH 值比较难以控制，pH 值控制不当会导致溶液发生分步沉淀，造成产物的配比偏离化学计量比。3）溶液燃烧合成法 将湿化学和传统的自蔓延燃烧法技术（Self-Propagation High-Temperature Synthesis，简称SHS）结合起来形成了一种新的制备超细纳米金属氧化物的一种工艺即低温燃烧合成法。这种工艺方法是基于氧化-还原反应的原理，以有机燃料为还原剂，以金属硝酸盐为氧化剂，形成的溶液在较低的温度（200-600℃）发生自动燃烧，最终合成所需的超细氧化物粉末。吕海亮、杜吉勇等人以乙酸镁（(CH3COO)2Mg）、硝酸铝（Al(NO3)3·9H2O）、尿素（CO(NH2)2）和硝酸铵（NH4NO3）为原料，采用低温燃烧法LCS，在600℃成功制备了晶粒尺寸小于60nm 的MgAl2O4 粉体[9] 。Tahmasebi 和Paydar 以Al(NO3)3·9H2O ，ZrO(NO3)2·6H2O 为氧化剂，CO(NH2)2 为还原剂，制备了晶粒尺寸小于20nm 的Al2O3-ZrO2 粉体。低温燃烧合成法工艺简单，耗时很短，效率高，并且能够制备高纯度，晶粒尺寸小的粉体。但是由于传统加热方法是由外到内的传导方式，并且存在温度梯度，这就造成了团聚以及部分无定形相结晶不全的问题。 万方数据 中国陶瓷２００８年第７期 图１醇盐水解制备尖晶石粉体的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ．１ＡＳＥＭｐｈｏｔｏｏｆｓｐｉｎｅｌｐｏｗｄｅｒｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙ ａｌｋｏｘｉｄｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ ¨柚■¨∞¨ＩＯ－ 知 图２醇盐水解制备尖晶石粉体的ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．２ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｐｉｎｅｌｐｏｗｄｅｒｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙ ａｌｋｏｘｉｄｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ 有非晶态的ＡＩ（ＯＨ），、Ｍｇ。Ａ１，（ＯＨ）。?３Ｈ，Ｏ以及少量的碳酸盐和硝酸根离子，在干燥过程中容易形成团聚，所以，该体系制备的粉体烧结性较差，烧结体相对密度低于９５％。硫酸盐体系制备的前驱物含有Ｍｇ（ＯＨ），、ＡＩ（ＯＨ），、Ｍｇ；Ａ１。０１１．１５Ｈ，Ｏ，还有少量的碳酸盐和硫酸根离子，该体系制备的粉体烧结活性较好、体密度高。２．２共沉淀法 共沉淀法是在同一溶液中加入沉淀剂生成两种或两种以上的沉淀物，再经热处理来制备粉体的方法。马亚鲁【８】等人以ＡＩＣＩ，?６Ｈ，Ｏ、ＭｇＣＩ，?６Ｈ，Ｏ为原料，ＮＨ，?Ｈ，Ｏ作沉淀剂，按ｎ（ＭｇＯ）：ｎ（Ａｌ，Ｏ，）＝ｌ：１．５配制成浓度为０．５ｍｏｌ?Ｌ叫的混合盐溶液，在快速搅拌下缓慢滴入氨水，调节ｐＨ值至ｌｌ～１２，６５℃下反应３０ｍｉｎ便可得到白色絮状凝胶，经水洗、离心分离后于８５℃干燥，并在９００＂Ｃ下焙烧１ｈ，便得到ＭＡＳ粉体。该粉体成分均匀、晶粒尺寸４０ｒｉｍ，颗粒近似球形，无硬团聚，粉体的比表面积在１００ｍ２?ｇ。１以上。 沉淀法虽然是最简单、最方便的湿化学法，但其致命缺陷是很难制得高纯产物。有人报道制得高纯产物，但从其制备过程看，全部原料试剂和添加剂均为分析纯，最终产物的纯度连９９．９％也达不到；另外，湿化学法的普遍问题是粉体的团聚，为解决颗粒团聚加入的添加剂 ＿；｝＇４Ｉ中国陶瓷ＩＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＳＩ２００８（４４）第７期ｊ也会影响粉体的纯度。 ３溶胶凝胶法 ３．１溶胶凝胶法 溶胶凝胶法是将有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶、干燥，再经热处理而制备氧化物或其它化合物的方法，简称Ｓｏｌ—Ｇｅｌ法。王修慧【９】等按ｎ（Ｍｇ）：ｎ（Ａ１）＝ｌ：２、将镁、铝碎片加入正丁醇中，在ＡＩＣＩ，催化下反应生成正丁醇镁铝（Ｍｇ［ＡＩ（ＯＢｎ）。】，）ｌ然后在１３３３Ｐａ、３５４＂（２下减压蒸馏得到高纯度的正丁醇镁铝Ｉ再将醇盐水解、干燥得到干凝胶粉体，最后焙烧制得尖晶石粉体。经ＸＲＤ检测结果表明，在ｌ１００＂Ｃ下焙烧即可获得完好的尖晶石结构，且未见任何杂质相。由Ｂｒａｇｇ方程计算晶粒大小在１９～５４ｎｍ之间。经ＩＣＰ－ＭＳ检测表明粉体纯度为９９．９９５％。图１为１１００℃下焙烧制得的尖晶石粉体ＳＥＭ照片，其一次粒子在０．３～０．５ｕｍ左右，存在轻微团聚。图２为干凝胶粉体在不同温度下焙烧制得尖晶石粉体的ＸＲＤ谱图。该法之所以能够制得如此高纯度的产物，是因为制备过程中不加任何添加剂，避免了杂质的引入。 Ｖａｒｎｉｃｒｏｌｌｏ】等将Ｍｇ［ＡＩ（ＯＲ）。】，，加入聚乙烯二醇，通过水解聚合反应生成凝胶，超临界干燥后，于７００℃焙烧，可制备粒径为５～２０ｈｍ的单相尖晶石粉。该法制备温度低，尖晶石粉无团聚，且粒度分布窄，在１２００～１５００℃温度热压可制备透明体。ＰｏｍｍｉｅｒＣ【１１１等将Ｍｇ［ＡＩ（ＯＲ）。】，溶入二丁醇中，然后慢慢加入乙醇水溶液，控制水解形成凝胶，干燥后在１２００℃焙烧制得尖晶石粉，但存在团聚。ＬｅｐｋａｖａＪ【１２】等用Ｍｇ（ＮＯ，），－６Ｈ，Ｏ、ＡＩ（ＯＣ。Ｈ。），为原料采用Ｓｏｌ—Ｇｅｌ法制得尖晶石粉。以Ｔｉ（ＯＣ。Ｈ。）。，Ｂ（ＯＣＨ，），作添加剂，可降低尖晶石合成温度，所制粉体粒度均匀，分散性好。 ３．２聚合物网络凝胶法 聚合物网络凝胶法是利用高分子聚合机制，加入网络交联剂、引发剂，诱发聚合形成凝胶，然后再将凝胶干燥、焙烧得到粉体的方法。仝建峰【１３】等以Ｍｇ（ＮＯ，），和ＡＩ（ＮＯ，），为原料，加入丙烯酰胺，Ｎ，Ｎ７一亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵，在６０～１００℃下聚合后获得凝胶，经过干燥、高温焙烧获得ＭＡＳ粉体。由于聚合物网络的位阻作用，阻止了ＭｇＡｌ，Ｏ。颗粒的团聚，颗粒尺寸５０ｒｉｍ左右。该法的优点在于采用普通的无机盐为原料，通过简单的工艺即可获得颗粒尺寸细小，团聚较少的ＭｇＡＩ，Ｏ．粉体。 溶胶凝胶法有两种工艺路线：一是以金属醇盐为初始原料；二是以无机盐为初始原料。由于后者无法解决高纯度问题，要制备高性能尖晶石粉体，无论溶胶凝胶法在解决粒度问题上拥有多大的优势，此种工艺也无法满足其要求。而前者应该是比较有前途的。金属醇盐具有独特的性质一在减压条件下蒸馏提纯，可以达到９９．９９％ 以上的纯度。金属醇盐水解得到的胶体颗粒的粒度均在 万方数据 摘要 摘要 本文主要综述了镁铝尖晶石透明陶瓷制备的研究进展；分别介绍了镁铝尖晶石透明陶瓷的抗钢包渣侵蚀性能研究和透光性能研究，同时介绍了不同的镁铝尖晶石的制备，还有镁铝尖晶石在各领域的应用，并对其发展前景做了展望。 关键词：镁铝尖晶石；透明陶瓷；镁铝尖晶石性能；镁铝尖晶石制备 MgAl2O4 transparent ceramic preparation and Properties Research Abstract This paper reviewed the research progress in MgAl2O4transparent ceramic preparation; then introduces the research study and transmittance properties of ladle slag resistance of mg Al spinel transparent ceramics erosion, also introduces the different preparation of magnesia alumina spinel, spinel and application in various fields, and has made the forecast to its development prospects. Keywords: Magnesia alumina spinel; Transparent ceramics; Magnesia alumina spinel properties; Preparation of magnesia alumina spinel 铝镁质耐火浇注料 低水泥铝镁质耐火浇注料是在水玻璃铝镁质耐火浇注料的基础上发展起来的，在中、小型钢包上使用，取得了较好的效果。当采用较高档的耐火原料，用科学方法设计材料的配方，就能配制成功高技术低水泥铝镁质耐火浇注料，可在大、中型钢包上使用，提高了包龄。 低水泥铝镁质耐火材料的抗渣性能，与铝镁尖晶石耐火浇注料相似，而优于铝尖晶石质耐火浇注料，因此被国内外用户选用，特别是日本钢包上使用普遍。另外，该料在大型高炉出铁沟的脱硅倾注沟上使用，其寿命高于Al2O3 – SiC – C 质铁沟料。 组成材料和性能： 低水泥铝镁质耐火浇注料的高技术基础是高档原料和科学配方，施工、烘烤和精心工艺操作及维护，是其高寿命的保证。该料在100吨左右的钢包上使用，包龄为60 ~ 120次。 下表为低水泥铝镁质耐火浇注料的主要性能。编号1 ~ 编号3用电熔白刚玉作耐火骨料和部分粉料;编号4 ~ 编号6分别用板状刚玉、致密刚玉和特技矾土熟料做耐火骨料，耐火粉料部分用电熔白刚 玉;编号5 用轻烧镁砂粉，其余编号的用电熔镁砂粉;采用α- Al2O3 和SiO2 超微粉、CA-70水泥、三聚磷酸钠分散剂和快干剂等材料，精心配制。 从下表中看出，低水泥铝镁质耐火浇注料的性能是优良的。MgO 含量不大于8%，与Al2O3 的含量为89% ~ 97.6%，说明材料优良;烧后线变化均为正值，气孔较低，强度较高，有利于浇注料的使用。 低水泥铝镁质耐火浇注料的主要性能 登封市鑫源耐火材料厂专业生产加工各种不定性耐火材料，产品性能优良，能够任意造型，可机械化施工，衬体整体性好和使用寿命高等优点。欢迎社会各界人士来我厂参观洽谈，努力把不定性耐火材 料的发张推向一个新阶段，使它在高温技术领域中发挥更大的作用。 镁铬砖 创建时间：2008-08-02 镁铬砖(magnesite chrome brick) 以方镁石和镁铬尖晶石为主晶相的碱性耐火制品。可在氧化气氛中1600～1800℃烧成，也可用水玻璃或镁盐溶液等化学结合剂制成不烧砖。镁铬砖和铬镁砖的差异在于配料中铬铁矿加入量不同而引起矿物相的不同。镁砂和铬铁矿的配比划分，无统一规定。西欧国家以MgO含量55％～80％为镁铬砖，MgO含量35 ％～55％为铬镁砖。俄罗斯则以制品中Cr 2O 3 ≥8％小于20％的为镁铬砖；Cr 2 O 3 >20 ％的为铬镁砖。烧成或不烧镁铬砖都可以在制品外包裹(或粘贴)铁皮制得铁皮镁铬砖。 简史19世纪后期至20世纪初，平炉广泛采用镁砖和铬砖砌筑。镁砖对温度变化敏感，高温下体积收缩大；铬砖荷重软化温度低，对温度变化也敏感，影响了这两种制品的进一步发展。20世纪30年代中期出现了镁砂铬铁矿烧结产品。英国切斯特斯(J．H．Chesters)、里斯(Rees)、莱纳姆(Lynam)等人就镁砂一铬铁矿性能和最佳配方进行了大量研究，认为镁铬混合物产品比单纯的镁质或铬质制品有更高的断裂温度，不出现烧成收缩，具有较高的荷重软化温度和抗张强度。化学性质呈碱性，可抵抗碱性平炉渣的侵蚀。 在不烧镁砖的基础上，1925年在英国出现了硅酸钠结合的镁铬砖。1934～1937年出现了用硫酸氢钠作结合剂的镁铬砖。1935年不烧镁铬砖和烧成镁铬砖的生产开始稳步发展，取代硅砖，用于平炉后墙、端墙、炉顶直至出现全碱性平炉。 镁铬砖的缺点是烧成过程中的异常膨胀，它使制品变脆，使用过程中工作面出现爆胀、剥片等现象。为克服这些缺点，从1935年起，就“爆胀”、温度急变引起的崩裂和熔剂迁移现象进行了大量的研究工作。 早期生产的镁铬砖，组成侧重于铬一镁，烧成过程中产生很大的膨胀，使制品气孔率增大，机械强度降低。里格比(Rig[)y)等人经过研究认为铬矿在还原气氛中加热不膨胀，已氧化的铬矿还原时却产生很大的膨胀。镁铬砖在烧成过程的早期，铬矿中的低价铁被氧化，后期又被还原，引起制品膨胀。含氧化铁高的铬矿尤甚。另外，铬矿的表面积越大，氧化趋势亦越大。 1930年至1950年问碱性耐火材料在间歇窑内烧成，升温速度很慢，最高烧成温度为1400℃左右。慢速烧成助长了导致烧成异常膨胀的氧化还原反应的循环，止火温度低，使避免膨胀的物理变化无法进行。为了降低烧成膨胀，提高制品的抗热震性，铬铁矿被限以颗粒形式加入，同时高铁铬铁矿的使用也受到限制。直至1950年逐步改用隧道窑烧成，烧成时间缩短，才消除了异常膨胀现象。 化学结合镁铬砖的生产关键是结合剂的选择。最早的有关文献出现于1905 年。将镁砂、铬铁矿和Cr 2O 3 等碱性物质与硅酸钠或氧化钙混合，可以制得一种 综合设计性实验 ———镁铝尖晶石的制备与性能检测实验 学校：攀枝花学院 院系：材料工程学院 专业：材料科学与工程 班级： 2014级1班 指导教师：李亮 学生：冯扬 学号： 201411101021 实验地点：工程实训中心 同组人：杜燕、方公军、董志雄、夏良华 实验时间：2017.5.8～2017.5.31 攀枝花学院本科学生产品实训任务书 注：任务书由指导教师填写。 目录 1 绪论 (1) 1.1 镁铝尖晶石 (1) 1.1.1 镁铝尖晶石的分类 (1) 1.2 镁铝尖晶石的用途 (1) 1.3 产品标准 (1) 1.4 产品的市场状况 (2) 2 原料的选择及设备 (3) 2.1 原料的选择 (3) 2.2 设备 (4) 3 产品实训过程 (5) 3.1 实验流程图 (5) 3.2 实验配方 (5) 3.3 实验过程 (5) 3.3.1 配料及混合搅拌 (5) 3.3.2 浇注成型 (6) 3.3.3 镁铝尖晶石的烧成 (7) 3.3.4 出炉 (8) 4 性能检测 (10) 4.1 测定收缩率 (10) 4.2 测定吸水率 (10) 4.3 试样体积密度 (11) 4.4 测试抗折强度 (11) 5 数据分析 (13) 5.1 对收缩率的数据分析 (13) 5.2 对吸水率的数据分析 (13) 5.3 对体积密度的数据分析 (13) 5.4 对强度的数据分析 (13) 5.5 对结果的评价 (13) 5.6 与产品标准的对比 (14) 6 总结 (15) 7 心得体会 (16) 8 参考文献 (16) 1绪论 1.1镁铝尖晶石 镁铝尖晶石属于一种镁铝氧化物，其主要成分为氧化铝和氧化镁。镁铝尖晶石有天然形成和人工合成两种，其化学式为MgAl2O4或者MgO·Al2O3。尖晶石理论含量为：MgO=28.3%、Al2O3=71.7%，天然铝镁尖晶石极少发现，工业上应用的镁铝尖晶石全部都是人工合成的。 1.1.1镁铝尖晶石的分类 我国镁铝尖晶石采用烧结法和电熔法两种生产工艺。原料主要是菱镁矿和工业氧化铝粉或铝矾土。按氧化镁和氧化铝的指标不同，分富镁尖晶石和富铝尖晶石并应用不同领域。 1、按生产工艺或方法分：烧结镁铝尖晶石（烧结尖晶石）和电熔铝镁尖晶石（电熔尖晶石）。 2、按生产原料可以划分：铝矾土基镁铝尖晶石与氧化铝基镁铝尖晶石。（烧结或电熔） 3、按含量和性能划分为：富镁尖晶石、富铝尖晶石以及活性尖晶石。 1.2镁铝尖晶石的用途 镁铝尖晶石具有良好的抗侵蚀能力、抗磨蚀能力，热震稳定性好。其最主要的用途： 一是代替镁铬砂制造镁铝尖晶石砖用于水泥回转窑，不但避免了铬公害，而且具有良好的抗剥落性； 二是铝镁尖晶石用于制作钢包浇注料，大大提高钢板衬的抗侵蚀能力。使其广泛应用于炼钢用耐火材料。优质预合成尖晶石的制取为不定形及定形高纯耐火材料的生产提供了新的原料。 1.3产品标准 本实验所得的产品为铝矾土基镁铝尖晶石。根据中华人民共和国国家标准GB/T26264-2011，铝矾土级烧结镁铝尖晶石产品理化指标体积密度要求达到3.15g/cm3，对吸水率没有明确标准，但根据文献资料来看在相同情况下应尽可能的小一些。具体的一些理化指标如表1.1所示 大型干法水泥窑用无铬环保定型制品 Chrome-free Environment-friendly Shaped Product for Large Dry-process Cement Rotary Kiln 通达耐火技术愿为全球高温工业提供耐火材料全面解决方案 Beijing Tongda is willing to provide the refractory comprehensive solutions for the global high temperature industry 概 述 Summary 北京通达耐火技术股份有限公司（以下简称“公司”）为国家认定高新技术企业，成立于1981年，位于中关村科技园区，是行业综合竞争力最强的科技先导型企业。在新型耐火材料领域，已形成基础研究、工程设计、产品研发、规模化生产和专业化技术服务的完整体系，在业界卓有盛誉。 Beijing Tongda Refractory Technologies Co., Ltd (hereinafter referred to as the "Company") is a national-recognized high-tech enterprise which was established in 1981. It is located in Zhongguancun Science and Technology Park, and is a pace-setting technologically advanced enterprise with the most comprehensive competitiveness in the industry. In the field of new refractory materials, it has formed the complete system which includes fundamental research, engineering design, product research and development, large-scale production and professional technical service, and has an excellent reputation in the industry. 公司技术中心于2005年被认定为北京市企业技术中心，2006年设立了博士后科研工作站，现有两个国家认可实验室（CNAS）；公司于业内较早构筑了以企业为主体、以市场为导向、产学研结合的创新体系，是北京科技大学研究生教育科研基地、武汉科技大学国家重点实验室培育基地北京研发中心和中国耐火材料行业协会培训中心所在地等。目前，公司形成了“集约化制造、专业化服务、国际化经营、现代化管理”的发展新格局。 2018年4月 第43卷第2期 耐火与石灰 富含氧化镁的镁铝尖晶石的 致密性和材料性能 摘要:天然菱镁矿和合成苛性氧化镁与烧结氧化铝反应烧结后制备出富含氧化镁的镁铝尖晶石(MgO∶Al2O3= 2∶1)。对生坯压块进行膨胀研究来评估两种试样的尖晶石化程度和烧结性能。在1400~1600℃之间对试样进行热处理,对试样的致密性、高温抗折强度、微观结构和相变进行表征。尖晶石和方镁石是存在于两种试样中的主要相,而镁橄榄石仅在菱镁矿制备的试样中发现,这是由于菱镁矿中有二氧化硅以杂质形式存在。 关键词:菱镁矿;尖晶石;反应烧结;膨胀剂;微观结构 中图分类号:TQ175.713.3文献标识码:A文章编号:1673-7792(2018)02-0049-03 1介绍 镁铝尖晶石是钢铁和水泥工业中最重要的耐火材料之一。它逐渐代替了铬质尖晶石,在上述领域中也是受欢迎的耐火材料。然而,镁铬合金和 Al2O3-铬合金正在逐渐的减少,这是由于六价铬会对环境造成危害。镁铝尖晶石具有极好的耐火性能,如高耐火度、中度热膨胀、热震稳定性和抗钢渣侵蚀性。尖晶石通过一次烧成达到致密化需要非常高的温度(>1700℃),这是因为氧化物组成在形成尖晶石的过程中伴随着7%的体积膨胀。另一方面,尖晶石形成过程中的膨胀对Al2O3-MgO-C(AMC)砖是有利的,因为原位尖晶石形成的过程中膨胀会将砖与砖之间的缝隙减至最小,并能阻止金属的渗入。不同研究人员通过改变原料和加工步骤对尖晶石的形成和烧结进行研究。Mansour等人指出当原料MgCO3和Al(OH)3的煅烧温度分别为900℃和1100℃时形成的尖晶石最多。Gray认为氢氧化物有助于尖晶石形成和镁铝尖晶石的致密化。K ostic等人发现原料细磨后会增大其比表面积并增加其结构性缺陷,这会导致低温尖晶石的形成。 富氧化镁的镁铝尖晶石由于其可与水泥形成过程中的产物兼容,因而主要应用于水泥窑中。Alper 在MgO-Al2O3二元系统研究中指出MgO在尖晶石相中的溶解度为39%。Bailey等人发现尖晶石相中存在的过量MgO会制约尖晶石晶粒的长大从而促进烧结的进行。Cooper等人发现镁尖晶石砖中含40%氧化镁会提高其热性能和腐蚀性能。 印度有大量的菱镁矿储备,其中含有限制其在高温下应用的杂质,如CaO、SiO2和Fe2O3。在目前的研究中,天然菱镁矿中有有害杂质SiO2和CaO,作为用来研发富氧化镁的镁铝尖晶石骨料,并将其与合成煅烧氧化镁制备的骨料进行比较。 2实验 研究中使用的原料为Salem天然菱镁矿、Nedmag苛性煅烧氧化镁以及Hindalco煅烧氧化铝(SRM30)。Salem菱镁矿研磨并过筛,达到60英国标准筛。制备两批试样,一批使用Salem菱镁矿(SS),另一批使用Nedmag氧化镁(NS),煅烧氧化铝含量保持相同。MgO∶Al2O3之比保持2∶1,即两批试样中Al2O3为56%和MgO为44%。为了将菱镁矿转变为氧化镁,含有Salem菱镁矿的试样在850℃下煅烧2h。这些试样分别在氧化锆研钵中使用局部稳定氧化锆(PSZ)作为研磨介质在乙醇中进行研磨。得到的研磨液先自然干燥一整夜,再在炉中经100℃±5℃干燥24h。干燥材料被压碎而不再成团,并过100网筛从而得到理想的细粉。粉末与作为粘结剂的5%聚乙烯醇(PVA)溶液均匀混合,并在单位压力100MPa下单向施压制成棒状(尺寸为60mm×6mm×6mm)和球状(囟20mm×5mm)试样。棒状试样和球状试样自然干燥24h后再在炉中110℃±5℃进行干燥。在大气中利用垂直热机械分析仪(TMA)研究试样的膨胀性。干燥试样随后在1500~1600℃范围内烧结。在程序控制的电炉中的氧化气氛下进行烧制,从室温加热至1000℃的加热速率保持在5℃·min-1,从1000℃加热至峰值温度的加热速率保持在3℃·min-1,并在最高温度下保温2h,然后自然冷却到室温。对烧结试样的体积密度、显气孔率、高温抗折强度、微观结构和相组成进 ·94·镁铝尖晶石粉体的制备方法
镁铝尖晶石
镁铝尖晶石砖性能特点
黄振飞课程方案(镁铝尖晶石合成)
高性能钢包耐火材料用镁铝尖晶石
镁铝尖晶石质耐火材料
镁铝尖晶石微粉的合成方法
镁铝尖晶石粉体的制备方法
镁铝尖晶石透明陶瓷的制备与性能研究讲解
铝镁质耐火浇注料
镁铬尖晶石
镁铝尖晶石的制备
水泥窑用无铬砖介绍(中英文终稿)
富含氧化镁的镁铝尖晶石的致密性和材料性能