不同添加剂对镁铝尖晶石性能的改进
发布日期： 2020-03-17 14:50:29 阅读量（500） 作者：刘梓明镁铝尖晶石是一系列由AB2O4组成的等轴晶系的分子化合物，尖晶石的单位晶胞由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个在四面体间隙中的镁离子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。该结构形成八面体和四面体间隙，较小的三价离子填充八面间隙，二价离子填充四面体间隙。必须有两倍八面体的四面体间隙，才能与三价和二价离子数相适应。
不同添加剂对镁铝尖晶石性能的改进
(1)二氧化钛、二氧化锡、氧化锌作为添加剂的比较
对添加了TiO2的组分进行研究，由于不同组分的固溶体的存在。二氧化钛在尖晶石形成过程中起到改善尖晶石的机械性能。这是由于二价离子在缺陷反应中优先占据尖晶石结构中的八面体位置。在含有TiO2的镁铝尖晶石体系中，氧化镁融于尖晶石中，是镁铝尖晶石的晶格常数的减小，同时使尖晶石的变大。
与上文提到的TiO2相比，当加入SnO2作为基础的组分时为，生成的尖晶石材料的衍射峰密度减小，晶格参数增大，不同晶体排列方式不同，所形成的结构也大不相同，对于含镁量较高的组分中，SnO2会在方镁石溶解形成固溶体。加入TiO2和SnO2两种不同的物质作为添加剂，严格按照化学计量配比所加入的组分，其体积密度比含镁量高的组分低。从本质上说，尖晶石的形成是物质结构变大的一个过程，这意味着在合成过程中没有发生烧结是由于扩散控制的。在方镁石含量过剩的镁铝尖晶石体系中，有游离的氧化镁，这一部分有利的氧化镁在烧结过程中会熔解一些在尖晶石中，冷却过程中留在镁铝尖晶石中，致使体积密度逐渐增大、致密度提高。
添加ZnO时，反应生成的镁铝尖晶石和锌铝尖晶石二者的衍射峰和密度几乎相同，目前还不清楚它们是形成固溶体中还是各自独立存在。另外不同成分的产品中，方镁石的密度和衍射峰也非常相似，分析认为在相对较低的温度下反应生成尖晶石的时，ZnO没有发挥主要作用，但机械性能仍得到了提高，分析认为更好的烧结以及在尖晶石结构中发生少量的反序。
(2)TiO2作为添加剂来研究对镁铝尖晶石的影响
镁铝质耐火材料的使用性能不仅取决于生产方法，而且受到所用原料类型和用量的影响，当配料中所含的CaO/SiO2比例达到临界值时，材料中的Al2O3和CaO就会生成低熔相，会导致镁铝质耐火材料的高温性能降低，同时，镁铝质耐火材料自身的高温强度较低，在同高碱度熔渣接触时，由于材料中的Al2O3与熔渣反应，引起耐火材料的熔损。为了解决这些问题，可以在配料中加TiO2细粉，在尖晶石材料中加入适量的TiO2细粉能明显改善材料的烧结性能，加入TiO2的实验反应原理是在一定的温度下，首先和尖晶石生成固溶体，剩余的少量TiO2细粉与材料中SiO2、Fe2O3等杂质反应生成低熔点物相，促进了制品的烧结，在保证尖晶石的高温性能不被削减的情况下，生产工艺简单，经济效益好，可以生成含钛的高熔相，比如CaO·TiO2和2MgO·TiO2，使其性能优良，高温强度大，增强镁铝质耐火材料的使用性能。
镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)具有较高的熔点、热膨胀小、热应力低、热振稳定性好，而且具有相对稳定的化学性能，对碱性熔渣具有较强的抵抗能力，这也是铝镁尖晶石不烧砖得以广泛使用的主要原因，提高寿命的一种关键物质。由于近年来，人工合成尖晶石的技术的逐渐成熟，促使利用人工合成的镁铝尖晶石材料为原料直接生产钢包砖成为可能，并且使其性能得以改善，镁铝尖晶石具备优良的高温性能，是耐火材料中重要的组成部分，使镁铝尖晶石结合的镁质制品的优异性能。镁铝尖晶石结合的镁质制品具有熔点高(2135°C)，强度大，热膨胀率低，耐侵蚀等优点，是一种优良的耐火原料。近几年来，我国相继开发出许多新品种的合成镁铝尖晶石及其耐火材料，并且应用在热工设备如钢包、炼钢平炉、活性石灰窑和水泥回转窑等，表现出了优异的性能。
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