鐵山鎂鋁尖晶石(簡(jiǎn)稱(chēng)Spinel)的化學(xué)式為MgAl2O4或MgO。Al2O3，理論含量MgO28.3%，Al2O371.7%。天然鎂鋁尖晶石極少發(fā)現(xiàn)，工業(yè)上應(yīng)用的全部是人工合成產(chǎn)品。
鎂鋁尖晶石具有良好的抗侵蝕能力、抗磨蝕能力，熱震穩(wěn)定性好。其最主要的用途：一是代替鎂鉻砂制造鎂鋁尖晶石磚用于水泥回磚窯，不但避免了鉻公害，而且具有極好的抗剝落性；二是用于制作鋼包澆注料，大大提高鋼包襯的抗侵蝕能力。其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，如鎂鋁尖晶石制品用于有色冶金、玻璃工業(yè)等。鎂鋁尖晶石是極具發(fā)展前景的耐火原料。
鎂鋁尖晶石的合成工藝如下所示：
1.原料
MgO原料：燒結(jié)氧化鎂或海水鎂砂、輕燒鎂粉、氫氧化鎂、碳酸鎂等。
Al2O3原料：煅燒氧化鋁、工業(yè)氧化鋁、鋁礬土、板狀氧化鋁、電熔剛玉、氫氧化鋁等。
實(shí)踐表明，制造燒結(jié)尖晶石最合適的Al2O3原料是煅燒氧化鋁，其次是板狀氧化鋁，高活性的氫氧化鋁和化學(xué)惰性的電熔剛玉不適合用作合成尖晶石的原料：在含鎂原料中，燒結(jié)氧化鎂是更好的MgO來(lái)源。我國(guó)開(kāi)發(fā)的鋁礬土基尖晶石則以I等鋁礬土與輕燒鎂粉為原料。
合成工藝
首先將MgO原料與含Al2O3原料進(jìn)行共同混磨，混磨細(xì)度是關(guān)鍵的工藝參數(shù)。以煅燒氧化鋁和燒結(jié)氧化鎂為原料合成鎂鋁尖晶石時(shí)，若在1680℃燒成，則原料必須粉磨至小于0.04mm(50%~70%應(yīng)小于5-10μm)。磨細(xì)后的原料經(jīng)壓球或成坯供燒成。
鎂鋁尖晶石的合成也有一步煅燒與二步煅燒之分。一步鍛燒是將生料坯體在高溫下一次燒成，即尖晶石的生成和燒結(jié)一次完成。由于MgO與Al2O3在1000~1400℃反應(yīng)生成尖晶石時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的膨脹對(duì)燒結(jié)致密不利。因而一步煅燒鎂鋁尖晶石往往需要較高的溫度，高純尖晶石的燒結(jié)溫度通常在1750~1850℃。二步鍛燒法之步是將海合料坯體在1300~1500℃下煅燒使尖晶石的生成量達(dá)到85%~90%，其余為未反應(yīng)的MgO和α-Al2O3。例如富鎂尖晶石中兩者的殘余里分別為。如果步的煅燒溫度太高，使尖晶石的生成量達(dá)更大，則它的比表面積與燒結(jié)活性都會(huì)下降。經(jīng)步煅燒后的尖晶石通常稱(chēng)作活性尖晶石或輕燒尖晶石。將活性尖晶石磨細(xì)后(-325目，<44μm占)再壓坯或成球進(jìn)行第二步煅燒。由于尖晶石的形成在步時(shí)已完成大部分，因此活性尖晶石在燒結(jié)時(shí)不產(chǎn)生膨脹(見(jiàn)圖1)。活性尖晶石粉具有極好的熱活性和燒結(jié)性。用的活性尖晶石在1750℃下燒結(jié)可達(dá)到3.45g/cm3的體積密度，為理論密度的96%，這一過(guò)程約產(chǎn)生17%的體積收縮。
