Magnesio-alluminio/magnesio-cromo/ferro-alluminio spinello struttura a sabbia fase cristallina e indice

1. Sabbia di spinello di magnesia-allumina.

Formula chimica dello spinello di magnesio-alluminio MgAl2O4 o MgO-Al2O3, contenuto teorico ω(MgO) = 28,3%, ω(Al2O3) = 71,7%. Lo spinello di magnesia-allumina naturale si trova raramente e tutte le applicazioni industriali sono prodotti sintetici. Lo spinello di magnesia-allumina ha una buona resistenza all'erosione, all'abrasione e una buona stabilità agli shock termici. In base al metodo di sintesi si divide in metodo di sinterizzazione e metodo di elettrofusione.
Il punto di fusione della soluzione solida di Mg-Al spinello è di 2135℃. A causa della reazione tra MgO e Al2O3 per formare lo spinello, si verifica un'espansione di volume compresa tra 5% e 8%, che pone alcune difficoltà al processo di densificazione della sintesi dello spinello Mg-Al. La sintesi dello spinello Mg-Al appartiene alla reazione di fase solida, che può essere vista come un accumulo compatto di ioni di ossigeno di raggio maggiore, mentre gli ioni di Mg e Al di raggio minore si diffondono l'un l'altro nel quadro dell'accumulo compatto di ioni di ossigeno fissi.
(1) Sabbia di magnesia-allumina spinello sinterizzata.
Lo spinello sintetico sinterizzato è solitamente costituito da MgO di elevata purezza leggermente bruciato (frazione di massa di impurità inferiore a 3%) e allumina industriale o allumina mista a macinazione, pallinatura, calcinazione in forno rotativo ad alta temperatura o in forno a fiamma rovesciata. Viene utilizzato soprattutto nella preparazione del forno da cemento con magnesite a mattoni spinello.

La tabella seguente mostra l'indice tecnico tipico della sabbia di spinello ricca di magnesia.

Le caratteristiche microstrutturali dello spinello di magnesia-allumina sinterizzato dipendono dal tipo di materia prima e dai parametri del processo di sintesi. Gli esperimenti hanno scelto come materie prime per la sintesi dello spinello ricco di magnesio la polvere di allumina industriale e la polvere di ossido di magnesio leggermente bruciata prodotta da un'azienda. La fase cristallina principale dello spinello ricco di magnesio è costituita da spinello di magnesia-allumina e magnesite; la dimensione dei grani di spinello di magnesia-allumina è di 10-30μm, la distribuzione intergranulare di cristalli di magnesite granulare, la dimensione dei grani di spinello di magnesia-allumina è inferiore.
(2) Sabbia di magnesia-allumina spinello elettrofusa.
Lo spinello di magnesia-allumina elettrofuso è composto da magnesite e allumina industriale come materie prime, utilizzando un forno ad arco elettrico per fondere e sintetizzare lo spinello, che ha le caratteristiche di un processo semplice e di grandi cristalli con alta densità dello spinello sintetizzato. Lo spinello sintetico a fusione elettrica è spesso utilizzato come materia prima per forni di raffinazione, piastre scorrevoli e altri prodotti a base di spinello.

La tabella seguente mostra l'indice tecnico tipico della sabbia di magnesio alluminio spinello fusa elettricamente.

La microstruttura dello spinello di magnesia-allumina elettrofuso è caratterizzata dalla fase cristallina principale spinello di magnesia-allumina con una piccola quantità di magnesia-olivina. I cristalli di spinello sono completi e grossolani, superiori a diverse centinaia di micron, con un'elevata densità.
2. Sabbia di spinello di magnesio-cromo.
La sabbia di magnesia-cromo spinello è una materia prima refrattaria complessa di magnesia ottenuta per sintesi artificiale con cristallo di base di magnesia e spinello secondario come minerale principale. Il sistema Mg0-Cr2O3 è molto simile a MgO-Al2O3 e nel sistema è presente uno spinello di magnesia-cromo composto MgO-Cr2O3, che costituisce la base teorica della sintesi della sabbia di magnesia-cromo spinello. Di solito lo spinello di magnesia e cromo e la sabbia di magnesia producono mattoni di magnesia e cromo, in particolare mattoni di magnesia e cromo combinati direttamente, ampiamente utilizzati nella metallurgia, nei materiali da costruzione e in altri settori industriali.

Attualmente, sul mercato sono ampiamente diffuse la sabbia al magnesio-cromo 20 e la sabbia al magnesio-cromo 36. Di solito il grado della sabbia al magnesio-cromo è legato al contenuto di ossido di cromo nella sabbia al magnesio-cromo. La tabella seguente mostra l'indice tecnico tipico della sabbia al magnesio-cromo.

La microstruttura della sabbia di magnesia-cromo è caratterizzata dalla fase cristallina principale magnesite e dallo spinello di magnesia-cromo. Dal diagramma della morfologia delle lastre chiare, si può notare che il grigio è la fase cristallina principale della magnesite, il bianco è lo spinello secondario di desolvatazione, il grigio-bianco è la fase di silicato e i grani di magnesite sono combinati dalla fase spinello e dal silicato tra loro. Rispetto alla sabbia di magnesio-cromo elettrofusa a 20 cromo, la sabbia di magnesio-cromo a 36 cromo ha una dimensione cristallina dello spinello maggiore e presenta un fenomeno di aggregazione dello spinello.
3. Sabbia di spinello di ferro e alluminio

Lo spinello di ferro-alluminio è un minerale raro in natura. La formula chimica è FeAl2O4. Si tratta di un sistema cristallino ortoclinico e isometrico, con cristallizzazione prevalentemente ottaedrica. Il suo punto di fusione è 1780℃. È l'unico composto stabile del sistema FeO-Al2O3. Lo spinello FeO-Al ha buone proprietà, con un elevato punto di fusione (1780℃) e un basso coefficiente di espansione termica. Se aggiunto ai mattoni refrattari, lo spinello ferro-alluminio conferisce ai mattoni eccellenti proprietà fisico-chimiche. Tuttavia, è raro che esista in natura e deve essere sintetizzato artificialmente, generalmente con metodi di elettrofusione e sinterizzazione per sintetizzare lo spinello di ferro-alluminio.
Osservando il diagramma di fase del sistema FeO-Al2O3, si scopre che esiste un composto fuso con un punto di fusione di 1780°C inferiore a 1750°C è un composto stabile solo nella regione in cui l'ossido ferroso FeO può esistere in modo stabile per garantire che il composto formato con Al2O3 sia FeO-Al2O3 spinello. Nelle condizioni al di fuori della regione di presenza stabile del FeO, il prodotto ottenuto dall'azione dell'ossido di ferro e dell'Al23 è difficile che sia uno spinello FeO-Al2O3, ma può essere una soluzione solida contenente una grande quantità o principalmente Fe2O3-Al2O3.
Dalla morfologia della microstruttura dello spinello di ferro-alluminio elettrofuso e dello spinello di ferro-alluminio sinterizzato, sembra che la fase cristallina principale di entrambi sia lo spinello di ferro-alluminio. La differenza è che la dimensione dei cristalli dello spinello ferro-alluminio fuso è grande, raggiungendo diverse centinaia di micron, e la densità delle materie prime è alta, ma l'uniformità non è elevata e la fase di impurità è concentrata. La dimensione dei cristalli dello spinello di ferro-alluminio sinterizzato è compresa tra 20 e 40 m, la dimensione dei cristalli è più uniforme, la densità delle materie prime non è elevata, contiene più pori aperti e la dimensione dei pori è maggiore.