尖晶石质耐火原料.docx

尖晶石质耐火原料目录1 .尖晶石的结构12 .铭铁矿23 .火法冶炼铝铁合金用珞铁矿石的工业指标34 .镁铝尖晶石45 .镁铝尖晶石55.1.原料性质55.2.烧结镁铝尖晶石55.3.电熔镁铝尖晶石75.4.镁铝尖晶石性能和合成的基本原理及方法75.5.铁铝尖晶石91 .尖晶石的结构尖晶石族矿物是一系列与镁铝尖晶石MA类质同像结构的晶体。镁铝尖晶石属立方品系，其品体结构如图1所示。镁铝尖晶石的晶体结构OMg24；AP,1OO2-图1镁铝尖晶石晶体结构由图1可知，镁铝尖晶石的晶胞由4个A块和4个B块组成。在A和B块中，氧离子按照面心立方点阵形作最紧密堆积，再由Mg?+进入A块的四面体空隙，充填A块中2个四面体空位，也就是晶胞四面体空位的1/8。接着，AF+进入A块和B块中的八面体空隙，占据晶胞八面体总空隙的1/2。如以X代表Mg?+,Y代表AF+,整个尖晶石晶胞共有8个X、16个Y和32个O?-,得出尖晶石晶胞的通式为X8Yi6O32,简约后写作XY2O4O反尖晶石结构是正尖晶石结构中8个X占据的四面体空位改为8个Y占据，被挤出的8个X和剩余的8个Y占据剩余的正尖晶石结构中的16个八面体空位。2 .铭铁矿铭铁矿的一般化学式为(Mg,Fe)(Cr,A1,FeJ2O4,该类矿物的R2O3中广泛存在52。3、A12O3.Fe2O3之间的替换，RO之间广泛存在FeO、Mgo之间的替换。主要的矿物有纯铭铁矿FeCrzOc镁铭铁矿(Mg,Fe)Cr204>铝铭铁矿Fe(Cr,A1)2O4和铁富铭尖晶石(Mg,Fe)(Cr,A+O4在各种铭铁矿中，的含量为18%62%,Feo为018%,MgO为6%16%,A12O3,为铭铁矿的一般化学式为(Mg,Fe)(Cr,A1Fe)204o该类矿物的R2O3中广泛存在仃2。3、A1203>Fe2O3之间的替换，RO之间广泛存在FeO、MgO之间的替换。主要的矿物有纯格铁矿FeCr2O4、镁铝铁矿(Mg,Fe)Cr204铝铭铁矿Fe(Cr,A1)204和铁富格尖晶石(Mg,Fe)(Cr,A1)2O40在各种格铁矿中52。3的含量为18%62%,FeO为018%,MgO为6%16%,A12O30-33%,Fe2O3为2%30%。此外，倍铁矿还含2%的Tio2，1%的MnO和v.2%的V2O3。格铁矿为等轴晶系矿物，n=2.07216,相对密度4.0.8,硬度5.55.7。铭铁矿是工业用铭的唯一矿物原料。铭是一种重要的战略资源，铭最主要的用途是用来增加钢的硬度、韧性、延性、耐热性、耐磨性和抗蚀性，大量用于制作不锈钢、耐热钢、特殊合金。例如，铭与锲、钻、被、铝、银等金属制成的合金，广泛用于制造舰船、飞机、坦克、装甲车、枪炮等军工产品。铭是极为重要的电镀材料。格还广泛用于制作焊条、磁性材料、催化剂等原料。品质稍次的铝铁矿用于耐火材料行业，主要用来提高镁质耐火材料的耐高温、抗侵蚀、耐热震性能。品质更低的格铁矿用于制造辉绿岩铸石。图2镁铝尖晶石砖世界铭铁矿储量充足，倍铁矿的储量基础为68亿吨，与1992年产量相比铭铁矿的资源静态保证年限为132年。但是，铭铁矿主要集中分布在南非、津巴布韦、前苏联、印度、芬兰、巴西、土耳其和菲律宾等国家。其中，南非占有世界储量的68.5%,津巴布韦占有10.1%,前苏联占9.2%,印度占4.2%,芬兰占2.1%。但是，我国珞铁矿的储量只占世界总储量的0.7%。我国络铁矿资源主要位于西藏、内蒙古、新疆和甘肃，上述四个省、自治区格铁矿石储量合计占全国络铁矿总储量的85%左右。我国格铁矿床规模较小，目前尚未发现有储量大于500万吨的大型矿床，即使资源储量超过IOo万吨的中型矿床也只有4个，其余均为资源储量在100万吨以下的小型矿床，矿山位于边远地区，运输线长，交通不便，开发利用条件不佳。目前，我国每年需要大约使用300万吨铭铁矿石，其中94%需要进口。火法冶炼铭铁合金用铭铁矿石的工业指标见表Io表1火法冶炼铭铁合金用将铁矿石的工业指标/依Cg/%CrjOjFesOj磷/%SiO1%用途T>30>3一<1.2氟化情佚U>45>2.5<0.03<0.OS<6中任遥加微磁情铁In4O2.5<0.07<0.05<6电炉碳震珞铁IV>32急2.5<0.0S<0.OS射左翼南队3 .火法冶炼将铁合金用铝铁矿石的工业指标电炉冶炼铝铁合金时，要求格铁矿石的块度为4060mm;高铝冶炼碳素格铁时，块度为2075mm0化工行业用格铁矿石要求Cr2O33%,Si02+A1203+Fe203%<2.5%o辉绿岩铸石用铭铁矿要求Cr2O3为10%20%,SiO2<10%o我国黑色冶金行业标准YB4066-91规定了用于耐火材料和格铁合金的格精矿的化学成分指标，见表20表2将精矿化学成分/%种类Cr,O>>S.O,G-SOA501.0G50BSO1.SG-WC502.0G-45A451.0G-45B451.SG-4SC4S2.0G40402.0G-4OB402.5G-35353.0G-30304.04 .镁铭尖晶石镁铭尖晶石为等轴晶系矿物，硬度5.5,相对密度4.43,折射率n=2.00但没有磁性，镁铭砂是以天然镁质原料如菱镁石、轻烧镁粉与铭铁矿为原料，按设计要求进行配合，细磨、压球、锻烧或经过电熔得到的以镁格尖晶石为主要成分的原料，我国黑色治金工业标准YB/T132-1997规定了电熔镁络砂的技术条件，见表3。表3电熔镁络砂技术条件冷类MxO/%)SiO,/%CaO/Fc,O>CiOj体枳定度/(gcm3)FMCS-15b681.01O7/9IS3.60FMCS-18b651.11.18/10183.70FMCS-ZOaZb601.21.28/11203.70FMCS-25bSO1.31.310/13253.75FMCS-30b421.41.411/14姬3.；节制造烧结镁铭砂时，将轻烧镁粉和精选铭矿按设计要求配比，经进一步磨细、压球后，在氧化性气氛下经17001900°C锻烧，制得锻烧镁倍砂。电熔镁铝砂以轻烧镁粉和精选铝矿为原料，经配合、熔融后制成。电熔镁铝砂结晶完善、组织致密、气孔率低、直接结合程度高。因此，熔铸再结合镁路砖具有极好的耐侵蚀性，被广泛用于侵蚀十分苛刻的场合。但是，熔铸再结合镁格成的抗热震性次于由镁砂和络铁矿制得的直接结合镁铭砖。5 .镁铝尖晶石5.1.原料性质铁铝尖晶石(MA)的化学式为MgOA123,其中MgO占28.2%,A12O371.8%0镁铝尖晶石是一种高熔点、热膨胀系数小、热导率低、热震稳定性好、抗侵蚀能力强的耐火原料。镁铝尖晶石属于等轴晶系矿物，n=1.715,硬度=8,相对密度3.55,熔点21350Co高纯的镁铝尖晶石无色，但含微量C/+时呈红色，含C+>15%时呈绿色，含少量Fe?+时为草绿色，含Fe?+时呈天蓝色。自然条件下形成的镁铝尖晶石晶体的化学稳定性很好，因而常见于漂砂矿床中。发育良好、成分纯净的镁铝尖晶石晶体不水化，也不与酸反应。5.2.烧结镁铝尖晶石MgO-A12O3系统的相图如图3所示，系统中唯一的二元化合物为镁铝尖晶石MAoOOO5O721Oo5OoIAM,+1M"+MA”MAi*+1刚玉+1M”+刚玉E2O0.20.40.60.81.0MgOA1Q图3MgO-A2O3系统的相图由上图可知，镁铝尖晶石对Mgo和AI2O3的固溶范围很宽。在2000°C左右,镁铝尖晶石可以固溶约10%的MgO,或者高达20%的AI2O3。尖晶石的合成反应可以看成半径较大的氧离子近似不动，而铝、镁离子在氧离子堆积体内相互扩散的过程。合成中，氧化镁和氧化铝接触反应形成镁铝尖晶石中间层，镁铝尖晶石中间层靠近方镁石的部分为富镁尖晶石，靠近氧化铝的部分为富铝尖晶石，中间的部分则为Mg?+、AF+的扩散通道。合成时，以轻烧镁粉、工业氧化铝或优质砚土为原料，经配合、磨细、成型、锻烧制得镁铝尖晶石原料。从合成镁铝尖晶石的机理可以推知：增大原料细度、提高成型压力、升高合成温度都有利于合成反应。换句话说，减小扩散距离、增大接触面积、提高扩散能力都有利于镁铝尖晶石的合成反应。李如棒等研究了原料粒度、成型压力、烧结温度对合成镁铝尖晶石影响。我国黑色冶金工业标准YB/T131-1997规定了烧结镁铝尖晶石砂的技术条件，见表4o表4烧结镁铝尖晶石砂的技术条件«美A11Os/MgO/"s<<)1体根遭度/(gcm,)能度绢成HMAS-75747622T40.203.2SHMASCO64-6632340.253.20030mm箕中小于Imm/f不超过5%HMAS5858-6228-324.003.00HMASS454-5634363.SO3.ISHMAS-5019-5147490.353.25:-5.3.电熔镁铝尖晶石电熔镁铝尖晶石采用轻烧镁粉、工业铝氧或优质砚土为原料，经配合、熔融、冷却、破碎后制成。电熔镁铝尖晶石的主要优点是晶体发育好、晶粒尺寸大、组织结构致密，抗侵蚀性强。表5显示了电熔镁铝尖晶石的技术指标。表5电熔镁铝尖晶石的技术指标ftftAM-50AM-70AM-85AM-90A11()i53.774.1283.7683.12M8O43.9224.6615.5711.24CaO0.640.390.160.14SiQt0.430.290.190.16Fe>O>3.50.190.130.143.53.353,393.4收尺'JVmm8S6331101H-180,-220.-Z40,-320需要指出，钢铁工业用镁铝尖晶石耐火材料主要依靠MA吸收渣中的FcO2、CaO,提高渣的熔点，降低渣的侵蚀能力来延长耐火材料的使用寿命。因而，富铝镁铝尖晶石具有更强吸收渣中FeO,、CaO,形成FeOA12O3或CaO6A12O3的能力。静态堆塌抗渣法和动态回转抗渣法实测结果都表明，在MgO-尖晶石浇注料基质中添加富铝尖晶石的试样具有较好的抗渣渗透性能，这种尖晶石吸收渣中Fe2O3.CaO的能力是化学计量镁铝尖晶石的35倍。5.4.镁铝尖晶石性能和合成的基本原理及方法镁铝尖晶石是具有尖晶石结构的氧化物中的一种，化学表达式为MgA12O4,矿物尖晶石是Mgo-AI2。3二元系统的唯一化合物。在镁铝尖晶石结构中，其他较小尺寸的离子均可以替代镁离子和铝离子，从而保持电化学平衡，这种电化学平衡使尖晶石具备较高的抗钢渣的侵蚀性能。镁铝尖晶石是高熔点(2135°C)的耐火材料。表6在体积密度、热导率和热膨胀系数等性能指标上将尖晶石相、MgO和A1?”