Κρυσταλλική φάση και δείκτης δομής σπινέλιου άμμου μαγνησίου-αλουμινίου/μαγνησίου-χρωμίου/σιδήρου-αλουμινίου

1. Άμμος από σπινέλιο μαγνησίας-αλουμίνας.

Σπινέλιο μαγνησίου-αλουμινίου χημικός τύπος MgAl2O4 ή MgO-Al2O3, θεωρητική περιεκτικότητα ω(MgO) = 28,3%, ω(Al2O3) = 71,7%. Το φυσικό σπινέλιο μαγνησίας-αλουμίνας συναντάται σπάνια και όλες οι βιομηχανικές εφαρμογές είναι συνθετικά προϊόντα. Το σπινέλιο αλουμίνας μαγνησίας έχει καλή αντοχή στη διάβρωση, την τριβή και καλή σταθερότητα σε θερμικό σοκ. Σύμφωνα με τη μέθοδο σύνθεσης χωρίζεται σε μέθοδο πυροσυσσωμάτωσης και μέθοδο ηλεκτροσυγκόλλησης.
Το σημείο τήξης του στερεού διαλύματος σπινέλιου MgAl είναι 2135℃. Λόγω της αντίδρασης του MgO και του Al2O3 για το σχηματισμό σπινέλιου, υπάρχει περίπου 5% έως 8% διαστολή όγκου, η οποία δημιουργεί κάποιες δυσκολίες στη διαδικασία σύνθεσης του σπινέλιου Mg-Al για την πύκνωση. Η σύνθεση του σπινέλιου Mg-Al ανήκει στην αντίδραση στερεάς φάσης, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ότι τα ιόντα οξυγόνου μεγαλύτερης ακτίνας κάνουν συμπαγή συσσώρευση, ενώ τα ιόντα Mg και Al μικρότερης ακτίνας διαχέονται μεταξύ τους στο πλαίσιο της σταθερής συμπαγούς συσσώρευσης ιόντων οξυγόνου.
(1) Άμμος από σπινέλιο μαγνησίας-αλουμίνας που έχει υποστεί πυροσυσσωμάτωση.
Το πυροσυσσωματωμένο συνθετικό σπινέλιο είναι συνήθως υψηλής καθαρότητας ελαφρώς καμένο MgO (κλάσμα μάζας ακαθαρσιών μικρότερο από 3%) και βιομηχανική αλουμίνα ή αλουμίνα που αναμιγνύεται με άλεση, σφαιροποίηση, σε περιστροφικό κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας ή πυράκτωση σε κλίβανο με ανεστραμμένη φλόγα. Χρησιμοποιείται κυρίως για την παρασκευή κλιβάνου τσιμέντου με μαγνησίτη ένα τούβλο σπινέλιο.

Ο ακόλουθος πίνακας δείχνει τον τυπικό τεχνικό δείκτη της άμμου σπινελίου πλούσιας σε μαγνησία.

Τα μικροδομικά χαρακτηριστικά του πυροσυσσωματωμένου σπινέλιου μαγνησίας-αλουμίνας εξαρτώνται από τον τύπο της πρώτης ύλης και τις παραμέτρους της διαδικασίας σύνθεσης. Στα πειράματα επιλέχθηκε βιομηχανική σκόνη αλουμίνας και ελαφρά καμένη σκόνη οξειδίου του μαγνησίου που παράγεται από μια εταιρεία ως πρώτες ύλες για τη σύνθεση σπινέλιου πλούσιου σε μαγνήσιο. Η κύρια κρυσταλλική φάση του σπινέλιου πλούσιου σε μαγνήσιο είναι το σπινέλιο μαγνησίας-αλουμίνας και ο μαγνησίτης, το μέγεθος των κόκκων του σπινέλιου μαγνησίας-αλουμίνας είναι 10-30μm, η ενδοκοκκική κατανομή των κοκκωδών κρυστάλλων μαγνησίτη, το μέγεθος των μικρότερων από τους κόκκους του σπινέλιου μαγνησίας-αλουμίνας.
(2) Ηλεκτροσυγκολλημένη άμμος σπινέλιου μαγνησίας-αλουμίνας.
Το ηλεκτροσυγκολλημένο σπινέλιο μαγνησίας-αλουμίνας κατασκευάζεται από μαγνησίτη και βιομηχανική αλουμίνα ως πρώτες ύλες, χρησιμοποιώντας κλίβανο ηλεκτρικού τόξου για την τήξη και τη σύνθεση σπινέλιου, το οποίο έχει τα χαρακτηριστικά της απλής διαδικασίας και των μεγάλων κρυστάλλων με υψηλή πυκνότητα του συντιθέμενου σπινέλιου. Το συνθετικό σπινέλιο ηλεκτρικής τήξης χρησιμοποιείται συχνά ως πρώτη ύλη για φούρνους εξευγενισμού, πλάκες ολίσθησης και άλλα προϊόντα σπινέλιου.

Ο ακόλουθος πίνακας δείχνει τον τυπικό τεχνικό δείκτη τεχνικής άμμου από σπινέλιο αλουμινίου μαγνησίου.

Η μικροδομή του σπινέλιου μαγνησίας-αλουμίνας που έχει υποστεί ηλεκτροσυγκόλληση χαρακτηρίζεται από την κύρια κρυσταλλική φάση σπινέλιου μαγνησίας-αλουμίνας με μικρή ποσότητα μαγνησίας-ολιβίνης. Οι κρύσταλλοι του σπινέλιου είναι πλήρεις και χονδροειδείς, πάνω από μερικές εκατοντάδες μικρά, με υψηλή πυκνότητα.
2. Άμμος σπινέλιο μαγνησίου-χρωμίου.
Το σύστημα Mg0-Cr2O3 είναι πολύ παρόμοιο με το MgO-Al2O3, και υπάρχει ένα σύνθετο μαγνησία-χρώμιο σπινέλιο MgO-Cr2O3 στο σύστημα, το οποίο αποτελεί τη θεωρητική βάση της σύνθεσης μαγνησίας-χρωμίου σπινέλιο άμμου. Συνήθως το σπινέλιο μαγνησίας-χρωμίου και η σύνθετη κατασκευή άμμου μαγνησίας-χρωμίου από τούβλα μαγνησίας-χρωμίου, ειδικά τα άμεσα συνδυασμένα τούβλα μαγνησίας-χρωμίου, χρησιμοποιούνται ευρέως στη μεταλλουργία, τα δομικά υλικά και άλλους βιομηχανικούς τομείς.

Επί του παρόντος, η αγορά χρησιμοποιεί ευρέως κυρίως 20 άμμο μαγνησίου-χρωμίου και 36 άμμο μαγνησίου-χρωμίου. Συνήθως ο βαθμός της άμμου μαγνησίου-χρωμίου σχετίζεται με την περιεκτικότητα του οξειδίου του χρωμίου στην άμμο μαγνησίου-χρωμίου. Ο ακόλουθος πίνακας δείχνει τον τυπικό τεχνικό δείκτη άμμου μαγνησίου-χρωμίου.

Η μικροδομή της άμμου μαγνησίας-χρωμίου χαρακτηρίζεται από την κύρια κρυσταλλική φάση μαγνησίτη και σπινέλιο μαγνησίας-χρωμίου. Από το διάγραμμα μορφολογίας του φωτοφύλλου της, φαίνεται ότι το γκρι είναι η κύρια κρυσταλλική φάση του μαγνησίτη, το λευκό είναι το δευτερεύον σπινέλιο της αποσαθρώσεως, το γκρι-λευκό είναι η πυριτική φάση και οι κόκκοι μαγνησίτη συνδυάζονται από τη φάση του σπινέλιου και το πυριτικό μεταξύ τους. Σε σύγκριση με την ηλεκτροσυγκολλημένη άμμο μαγνησίου-χρωμίου 20 χρωμίου, το κρυσταλλικό μέγεθος του σπινέλιου της άμμου μαγνησίου-χρωμίου 36 χρωμίου είναι μεγάλο και υπάρχει φαινόμενο συσσωμάτωσης σπινέλιου.
3. Άμμος σπινέλιου σιδήρου-αλουμινίου：

Ο σπινέλλος σιδήρου-αλουμινίου είναι ένα σπάνιο ορυκτό στη φύση. Ο χημικός του τύπος είναι FeAl2O4. Πρόκειται για ορθοκλινές, ισομερές κρυσταλλικό σύστημα, κυρίως οκταεδρικής κρυστάλλωσης. Το σημείο τήξης του είναι 1780℃. Είναι η μόνη σταθερή ένωση του συστήματος FeO-Al2O3. Το σπινέλιο FeO-Al έχει καλές ιδιότητες, με υψηλό σημείο τήξης (1780℃) και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Όταν προστίθεται σε πυρίμαχα τούβλα, το σπινέλιο σιδήρου-αλουμινίου προσδίδει εξαιρετικές φυσικοχημικές ιδιότητες στα τούβλα. Ωστόσο, σπάνια υπάρχει στη φύση και πρέπει να συντίθεται τεχνητά, γενικά με μεθόδους ηλεκτροσυγκόλλησης και πυροσυσσωμάτωσης για τη σύνθεση σπινέλιου σιδήρου-αλουμινίου.
Παρατηρώντας το διάγραμμα φάσεων του συστήματος FeO-Al2O3, διαπιστώνεται ότι υπάρχει μια λιωμένη ένωση με σημείο τήξης 1780°C κάτω από τους 1750°C είναι μια σταθερή ένωση μόνο στην περιοχή όπου το σιδηρούχο οξείδιο FeO μπορεί να υπάρξει σταθερά για να εξασφαλιστεί ότι η ένωση που σχηματίζεται με το Al2O3 είναι το σπινέλιο FeO-Al2O3. Και στις συνθήκες εκτός της περιοχής σταθερής παρουσίας του FeO, το προϊόν που λαμβάνεται από τη δράση του οξειδίου του σιδήρου και του Al23 είναι δύσκολο να πούμε ότι είναι σπινέλιο FeO-Al2O3, αλλά μπορεί να είναι ένα στερεό διάλυμα που περιέχει μεγάλη ποσότητα ή κυρίως Fe2O3-Al2O3.
Από τη μορφολογία της μικροδομής του σπινέλιου σιδήρου-αλουμινίου με ηλεκτροσυγκόλληση και του σπινέλιου σιδήρου-αλουμινίου με πυροσυσσωμάτωση, φαίνεται ότι η κύρια κρυσταλλική φάση και των δύο είναι το σπινέλιο σιδήρου-αλουμινίου. Η διαφορά είναι ότι το μέγεθος των κρυστάλλων του σπινέλιου σιδήρου-αλουμινίου με τήξη είναι μεγάλο, φθάνοντας σε αρκετές εκατοντάδες μικρόμετρα, και η πυκνότητα των πρώτων υλών είναι υψηλή, αλλά η ομοιομορφία δεν είναι υψηλή και η φάση των προσμίξεων είναι συγκεντρωμένη. Το μέγεθος του κρυστάλλου του συμπυκνωμένου σπινέλιου σιδήρου-αλουμινίου κυμαίνεται μεταξύ 20 ~ 40m, το μέγεθος του κρυστάλλου είναι πιο ομοιόμορφο Η πυκνότητα της πρώτης ύλης δεν είναι υψηλή, περιέχει περισσότερους ανοιχτούς πόρους και το μέγεθος των πόρων είναι μεγαλύτερο.