任城镁铝尖晶石(简称Spinel)的化学式为MgAl2O4或MgO。Al2O3,理论含量MgO28.3%,Al2O371.7%。天然镁铝尖晶石极少发现,工业上应用的全部是人工合成产品。
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砖窑,不但避免了铬公害,而且具有极好的抗剥落性;二是用于制作钢包浇注料,大大提高钢包衬的抗侵蚀能力。其应用范围还在不断扩大,如镁铝尖晶石制品用于有色冶金、玻璃工业等。镁铝尖晶石是极具发展前景的耐火原料。
镁铝尖晶石的合成工艺如下所示:
1.原料
MgO原料:烧结氧化镁或海水镁砂、轻烧镁粉、氢氧化镁、碳酸镁等。
Al2O3原料:煅烧氧化铝、工业氧化铝、铝矾土、板状氧化铝、电熔刚玉、氢氧化铝等。
实践表明,制造烧结尖晶石最合适的Al2O3原料是煅烧氧化铝,其次是板状氧化铝,高活性的氢氧化铝和化学惰性的电熔刚玉不适合用作合成尖晶石的原料:在含镁原料中,烧结氧化镁是更好的MgO来源。我国开发的铝矾土基尖晶石则以I等铝矾土与轻烧镁粉为原料。
合成工艺
首先将MgO原料与含Al2O3原料进行共同混磨,混磨细度是关键的工艺参数。以煅烧氧化铝和烧结氧化镁为原料合成镁铝尖晶石时,若在1680℃烧成,则原料必须粉磨至小于0.04mm(50%~70%应小于5-10μm)。磨细后的原料经压球或成坯供烧成。
镁铝尖晶石的合成也有一步煅烧与二步煅烧之分。一步锻烧是将生料坯体在高温下一次烧成,即尖晶石的生成和烧结一次完成。由于MgO与Al2O3在1000~1400℃反应生成尖晶石时会产生明显的膨胀对烧结致密不利。因而一步煅烧镁铝尖晶石往往需要较高的温度,高纯尖晶石的烧结温度通常在1750~1850℃。二步锻烧法之步是将海合料坯体在1300~1500℃下煅烧使尖晶石的生成量达到85%~90%,其余为未反应的MgO和α-Al2O3。例如富镁尖晶石中两者的残余里分别为。如果步的煅烧温度太高,使尖晶石的生成量达更大,则它的比表面积与烧结活性都会下降。经步煅烧后的尖晶石通常称作活性尖晶石或轻烧尖晶石。将活性尖晶石磨细后(-325目,<44μm占)再压坯或成球进行第二步煅烧。由于尖晶石的形成在步时已完成大部分,因此活性尖晶石在烧结时不产生膨胀(见图1)。活性尖晶石粉具有极好的热活性和烧结性。用的活性尖晶石在1750℃下烧结可达到3.45g/cm3的体积密度,为理论密度的96%,这一过程约产生17%的体积收缩。