铁铝尖晶石的合成机制
发布日期： 2020-03-19 14:22:26 阅读量（366） 作者：张红铁铝尖晶石主要以FeO+Al2O3=FeO·Al2O3的形式合成。铁铝尖晶石的形成，必须先保证氧化亚铁(FeO)稳定存在。也就是说，只有在“FeO”稳定存在区域内的温度与氧分压下形成的才是FeO·Al2O3尖晶石。由图1可知：FeO在低温下(<570℃)不能稳定存在，但随着温度的升高(>570℃)，FeO能稳定存在的P(O2)区域逐渐增大。可见，FeO在高温下较为稳定。
图1 Fe-O系各级氧化物的热力学稳定区域图
由图2可以看出：1500℃时，Fe3O4与FeAl2O4尖晶石存在一个完全固溶区域(图2中阴影部分)，而且随着氧分压的降低，等温截面曲线逐渐靠近FeO-Al2O3边线，当氧分压为7×H10-5Pa时，等温截面曲线几乎与FeO-Al2O3边线重合。可见，降低氧分压有利于铁铝尖晶石的生成。如果按照铁铝尖晶石的理论组成配料，由图3可知:在氧分压lg[p(O2)/pθ]<-5.5时，即为尖晶石稳定存在区域;随着氧分压的降低与温度的升高，Al2O3将固溶进尖晶石中形成富铝尖晶石，FeO可完全转化为FeAl2O4。
图2 1500℃时FeO-Fe2O3-Al2O3，系统在不同氧分压条件下的等温截面图
图3 FeO-Fe2O3-Al2O3系统在1500℃时的尖晶石稳定区域图
铁铝尖晶石的合成机制根据合成时气氛的不同大致存在以下三种情况。
(1)通过控制碳加入量来营造还原气氛，Fe2O3、Al2O3，加热后会发生如下反应:
根据热力学计算，反应(3)的开始反应温度为1100℃，而(1)和(2)在高于1457℃才能反应。铁铝尖晶石的合成反应(3)受生成FeO的反应(2)控制。
Al2O3的熔点为2050℃，因此铁铝尖晶石的合成反应在开始时为固-固反应，随着温度的升髙，体系的液相量增多，固-液反应成为主要反应，反应加剧，尖晶石大量生成。在碳过剩条件下，氧化铁(或Fe粉)与Al2O3合成铁铝尖晶石是很困难的，合成时要合理控制碳的加入量，使营造的还原气氛既不能太强也不能太弱，这是能否合成铁铝尖晶石的关键。
(2)通入惰性气体(氩气、氮气)，假定通入N2使体系O2分压为0.5Pa保持不变，Fe2O3、Al2O3粉为原料时会发生如下反应：
由此可知，在1473~2160℃，FeO是稳定存在的，反应生成FeAl2O4是可行的，并且降低氧分压有利于铁铝尖晶石的合成。
(3)在真空条件下，Al粉、Fe2O3粉、Al2O3粉经加热(1500-3000℃)后会先后发生以下反应:
反应(8)是蔓延高温合成反应(SHS)，厲固相反应烧结，反应迅速，要求原料粒度很细;另外，还原剂Al粉加入量也是关键的因素。该合成法不再需要控制弱还原气氛，工艺比较易于控制。
相关阅读
免责声明：
本站部分文章来源于互联网，编辑转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点核对其真实性负责。
如涉及作品内容、版权和其他问题请书面发函至本公司，我们将在第一时间处理。
