镁铝尖晶石的制备

综合设计性实验

———镁铝尖晶石的制备与性能检测实验

学校：攀枝花学院

院系：材料工程学院

专业：材料科学与工程

班级： 2014级1班

指导教师：李亮

学生：冯扬

学号： 201411101021

实验地点：工程实训中心

同组人：杜燕、方公军、董志雄、夏良华

实验时间：2017.5.8～2017.5.31

攀枝花学院本科学生产品实训任务书

注：任务书由指导教师填写。

目录

1 绪论 (1)

1.1 镁铝尖晶石 (1)

1.1.1 镁铝尖晶石的分类 (1)

1.2 镁铝尖晶石的用途 (1)

1.3 产品标准 (1)

1.4 产品的市场状况 (2)

2 原料的选择及设备 (3)

2.1 原料的选择 (3)

2.2 设备 (4)

3 产品实训过程 (5)

3.1 实验流程图 (5)

3.2 实验配方 (5)

3.3 实验过程 (5)

3.3.1 配料及混合搅拌 (5)

3.3.2 浇注成型 (6)

3.3.3 镁铝尖晶石的烧成 (7)

3.3.4 出炉 (8)

4 性能检测 (10)

4.1 测定收缩率 (10)

4.2 测定吸水率 (10)

4.3 试样体积密度 (11)

4.4 测试抗折强度 (11)

5 数据分析 (13)

5.1 对收缩率的数据分析 (13)

5.2 对吸水率的数据分析 (13)

5.3 对体积密度的数据分析 (13)

5.4 对强度的数据分析 (13)

5.5 对结果的评价 (13)

5.6 与产品标准的对比 (14)

6 总结 (15)

7 心得体会 (16)

8 参考文献 (16)

1绪论

1.1镁铝尖晶石

镁铝尖晶石属于一种镁铝氧化物，其主要成分为氧化铝和氧化镁。镁铝尖晶石有天然形成和人工合成两种，其化学式为MgAl2O4或者MgO·Al2O3。尖晶石理论含量为：MgO=28.3%、Al2O3=71.7%，天然铝镁尖晶石极少发现，工业上应用的镁铝尖晶石全部都是人工合成的。

1.1.1镁铝尖晶石的分类

我国镁铝尖晶石采用烧结法和电熔法两种生产工艺。原料主要是菱镁矿和工业氧化铝粉或铝矾土。按氧化镁和氧化铝的指标不同，分富镁尖晶石和富铝尖晶石并应用不同领域。

1、按生产工艺或方法分：烧结镁铝尖晶石（烧结尖晶石）和电熔铝镁尖晶石（电熔尖晶石）。

2、按生产原料可以划分：铝矾土基镁铝尖晶石与氧化铝基镁铝尖晶石。（烧结或电熔）

3、按含量和性能划分为：富镁尖晶石、富铝尖晶石以及活性尖晶石。

1.2镁铝尖晶石的用途

镁铝尖晶石具有良好的抗侵蚀能力、抗磨蚀能力，热震稳定性好。其最主要的用途：

一是代替镁铬砂制造镁铝尖晶石砖用于水泥回转窑，不但避免了铬公害，而且具有良好的抗剥落性；

二是铝镁尖晶石用于制作钢包浇注料，大大提高钢板衬的抗侵蚀能力。使其广泛应用于炼钢用耐火材料。优质预合成尖晶石的制取为不定形及定形高纯耐火材料的生产提供了新的原料。

1.3产品标准

本实验所得的产品为铝矾土基镁铝尖晶石。根据中华人民共和国国家标准GB/T26264-2011，铝矾土级烧结镁铝尖晶石产品理化指标体积密度要求达到3.15g/cm³，对吸水率没有明确标准，但根据文献资料来看在相同情况下应尽可能的小一些。具体的一些理化指标如表1.1所示

表1.1 铝矾土基镁铝尖晶石理化指标

项目Al2O3％MgO％SiO2％体密g/cm3气孔率% 烧结尖晶石% 硅酸盐%

指标56-62 28-32 <4.0 <3.0 <9.0 85-90 10

1.4产品的市场状况

我国目前生产的隔热耐火材料主要为硅质、粘土质、高铝质和刚玉质。其中以高纯莫来石和刚玉质（包括氧化铝空心球）轻质耐火材料制品使用性能最为优良。但是在实际应用中，还是存在着许多不尽如人意的地方。如莫来石质隔热耐火材料使用温度低、高温收缩性大、体积稳定性差、抵抗化学侵蚀的能力不强，且生产成本较高。刚玉质隔热耐火材料体积密度和导热系数较大，隔热效果差，生产成本极高，而且在温度波动较大的场合使用时寿命很低。

镁铝尖晶石隔热耐火材料可以从根本上解决目前存在的问题。充分利用镁铝尖晶石的抗侵蚀、抗热震等高温性能，开发出高强度、耐侵蚀、隔热三重功效的新型耐火材料。既填补了镁铝尖晶石的使用空白，又为隔热耐火材料增添了新品种。

目前，日本的耐火材料生产中不定形耐火材料约占51%。在欧洲及北美这一趋势却并不十分明显，因为不定形耐火材料内衬需要一套施工工艺及设备。耐火材料用尖晶石的价格随品级和粒度不同而已。一般来讲，电熔尖晶石的价格要比煅烧尖晶石的价格高，但近年来两者之间的差额有所缩小

2原料的选择及设备

2.1原料的选择

镁铝尖晶石的原料主要有三部分：MgO源、Al2O3或铝氧源、添加剂

⑴MgO源

MgO源主要有：菱镁矿、轻烧镁粉、碳酸镁氢氧化镁等。本次实验我们采用的是电熔镁砂粉。电熔镁砂粉的主要氧化物组成为MgO及少量的CaO、SiO2，其中MgO的含量可占总含量的95%以上。电熔镁砂粉的主要化学组成见表2.1。

表2.1 电熔镁砂粉的基本化学组成

MgO/% CaO/% SiO2/%

≥ 95.0 ≤ 2.0 ≤ 2.2

⑵Al2O3源

Al2O3源主要有铝矾土生料、铝矾土欠烧料、铝矾土熟料、工业氧化铝等。本此实验采用的是特级钒土。特级矾土的主要成分为Al2O3，其含量可占总含量的85%以上，还含有SiO2、TiO2、Fe2O3等，大多数都对镁铝尖晶石的烧结有促进作用。

⑶添加剂

添加剂有促进晶体生长、再结晶及降低烧结温度等作用。目前，常常引入的添加剂有Si02等。由于Si02能通过生成堇青石液相，从而促进尖晶石的烧结。资料表明，在合成尖晶石的原料中，外加3％Si02经1620～1650℃烧成，可以合成致密的尖晶石。

⑷减水剂

减水剂是一种在维持坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。加入原料拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善原料拌合物的流动性。

图 1 实验所用原料