尖晶石族礦物鎂鋁尖晶石與鉻鐵礦詳解
作者：admin 發布時間：2019-12-26 10:06:57 點擊率：1055
通常所說的尖晶石是指所有屬于尖晶石族的礦物，狹義的尖晶石僅指鎂鋁尖晶石。
尖晶石族礦物的化學通式為：AB2O,,或RO·R2O3.其中A為Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+Co2+、Ni2+等二價正離子，B為AP+、Fe+、Cr+等三價正離子。尖晶石族礦物都是等軸晶系礦物。
該族礦物根據其成分中三價離子的不同，分為三個系列：1)尖晶石系列（鋁尖晶石）；2)磁鐵礦系列（鐵-尖晶石）；3)鉻鐵礦系列（鉻-尖晶石）。這三個系列之間，存在著不同的類質同象關系。尖晶石系列與磁鐵礦系列之間為連續類質同象：尖晶石系列與鉻鐵礦系列為不連續的類質同象：磁鐵礦系列與鉻鐵礦系列之間為連續的類質同象。
1.鎂鋁尖晶石
鎂鋁尖品石的化學式為MgO·A12O2,MgO28.2%,Al2O,71.8%,它具有良好的性質，但天然的較少，不能滿足工業的需求，因此世界各國的耐火材料行業都在開發合成尖晶石原料，目前合成尖晶石原料有四種不同的形式：電熔尖晶石；燒結尖晶石砂；燒結方鎂石一尖晶石砂；輕燒尖晶石。國內已能生產，主要產地（或單位）有吉林梅河口、湖南冷水灘耐火材料廠，洛陽耐火材料研究院，遼寧鎂礦公司，江蘇江都等。
(1)鎂鋁尖晶石的合成
合成尖晶石的反應式為：
A12O3+MgO→MgA12O1(或寫成MgO·Al2O3)(AV約8%)
AI2O2的來源有工業氧化鋁和特級高鋁硯土生料
MgO的來源有：菱鎂礦或輕燒鎂石粉。
合成鎂鋁尖晶石有兩個途徑：以工業氧化鋁和輕燒鎂石粉（或菱鎂礦）為原料，在高溫下般燒而成；以特級硯土生料和輕燒鎂石粉（或菱鎂礦）為原料，在高溫下鍛燒而成。鍛燒的方法采用電熔法或燒結法。當采用燒結法合成尖晶石時，于900C開始反應，在1400C已經進行得很激烈；至1500C合成即趨完成。但是由于尖晶石的再結晶能力很弱，合成溫度都在1650C以上。在合成時由于伴隨有6.9%的體積膨脹，加以尖晶石的再結晶能力弱，其體積密度比由電熔法合成的尖晶石要低。鎂鋁尖晶石的合成過程的關鍵是原料MgO與ALO的配比，即MgO/ALO2的值。一般情況下認為MgO/A12O3大于1比較理想，可得到較為致密的鐵鋁尖晶石熟料從而提高制品的高溫性能；從應用的角度講，MgO/A12O2值增加，鎂鋁尖晶石熟料的脆性減弱，可使制品熱震穩定性增強。
原料的粒度對鎂鋁尖晶石的合成有較大影響，粒度愈細，合成尖晶石的反應愈完全。故在合成尖晶石工藝中，原料都經混合細磨工序。
(2)合成鎂鋁尖晶石的化學成分
電熔鎂鋁尖晶石的組成與性質、燒結鎂鋁尖晶石的組成與性質。
(3)鎂鋁尖晶石的性質
尖品石在熔點、熱膨脹、硬度等方面都是較優良的材料。此外，尖晶石礦物的化學性質較穩定，抵抗堿性熔渣侵蝕的能力強，亦能抗熔化金屬的侵蝕。
(4)鎂鋁尖晶石的應用
以鎂鋁尖晶石為主體原料的尖晶石耐火材料如：方鎂石一尖晶石磚，尖晶石一方鎂石磚，尖晶石磚等已應用在鋼鐵、水泥、玻璃等工業部門，并不斷開發新的領域。
2.鉻鐵礦
(1)鉻鐵礦化學成分和性質
在鉻鐵礦中，成分比較復雜，廣泛存在Cr,O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO五種基本組成的類質同象置換。因而名稱很不統一，本手冊所用名稱及其化學式如下：鐵鉻鐵礦（鎂鉻礦、鎂鉻尖晶石）MgCr2O,或MgO、Cr2O3,含Cr2O379.04%;鉻鐵礦（Mg.Fe)Cr2O,或（Mg,Fe)O,Cr2O3,含Cr2O250~65%;亞鐵鉻鐵礦（鐵鉻尖晶石）FeCr.O1或FeO-Cr2O2,含Cr2O367.91%
鋁鉻鐵礦Fe(Cr,A1)01,含Cr2O32~38%;
硬鉻尖晶石（Mg.Fe)(Cr,A1)2O1,含Cr2O332~50%。
通常人們所說的鉻鐵礦，在其成分中或多或少地存在著鎂，而純凈的FeCr2O,在地殼中很少見到，因此本手冊將鉻鐵礦這個常用名稱用（Mg,Fe)Cr2O,表示。
鉻鐵礦主要產于超基性巖，常與橄欖石、蛇紋石共生。我國主要產地有西藏、新疆等地。
(2)鉻鐵礦石技術要求
按化學成分將耐火材料用鉻礦石分為四個等級。
(3)鉻鐵礦的性質
鉻鐵礦為等軸晶系，a0=0.8305~0.8344nm,晶體結構屬正常尖晶石型，晶體呈細小八面體，但很少見，通常成粒狀和塊狀集合體，黑色，條痕褐色。硬度5.5~6.5,無解理，性脆，密度4.2~4.8g/cm²。熔點高（2180C),膨脹系數（100~1100C)8.2×10-6/C。具弱磁性，含鐵量高者磁性較強。抗渣性強，與任何爐渣不起反應。
鉻鐵礦的熱膨脹，約在850C以上顯著增加，到高溫反又發生收縮，約從1500℃呈現急劇收縮。但由于鉻鐵礦可以固溶體吸收MgO,結果會引起晶格膨脹，也就是說在鉻鐵礦中添加MgO加熱時，可以消除它的燒成收縮。
(4)鉻鐵礦的應用
鉻鐵礦主要用來煉鉻鐵。鉻鐵主要用作特種鋼的加入料，以增加鋼的硬度、韌性、延性耐熱性、耐磨性和防蝕性，還可用來煉制不銹鋼。低品級的鉻鐵礦是鎂鉻質，鉻鎂質耐火材料的基本原料，是輝綠巖鑄石的配料。輝綠巖鑄石使用鉻鐵礦作結晶劑，可加速結晶作用鎂鉻（或鉻鎂質）耐火材料應用于爐外精煉爐、水泥回轉窯，煉銅轉爐等爐窯。
尖晶石族礦物的化學通式為：AB2O,,或RO·R2O3.其中A為Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+Co2+、Ni2+等二價正離子，B為AP+、Fe+、Cr+等三價正離子。尖晶石族礦物都是等軸晶系礦物。
該族礦物根據其成分中三價離子的不同，分為三個系列：1)尖晶石系列（鋁尖晶石）；2)磁鐵礦系列（鐵-尖晶石）；3)鉻鐵礦系列（鉻-尖晶石）。這三個系列之間，存在著不同的類質同象關系。尖晶石系列與磁鐵礦系列之間為連續類質同象：尖晶石系列與鉻鐵礦系列為不連續的類質同象：磁鐵礦系列與鉻鐵礦系列之間為連續的類質同象。
1.鎂鋁尖晶石
鎂鋁尖品石的化學式為MgO·A12O2,MgO28.2%,Al2O,71.8%,它具有良好的性質，但天然的較少，不能滿足工業的需求，因此世界各國的耐火材料行業都在開發合成尖晶石原料，目前合成尖晶石原料有四種不同的形式：電熔尖晶石；燒結尖晶石砂；燒結方鎂石一尖晶石砂；輕燒尖晶石。國內已能生產，主要產地（或單位）有吉林梅河口、湖南冷水灘耐火材料廠，洛陽耐火材料研究院，遼寧鎂礦公司，江蘇江都等。
(1)鎂鋁尖晶石的合成
合成尖晶石的反應式為：
A12O3+MgO→MgA12O1(或寫成MgO·Al2O3)(AV約8%)
AI2O2的來源有工業氧化鋁和特級高鋁硯土生料
MgO的來源有：菱鎂礦或輕燒鎂石粉。
合成鎂鋁尖晶石有兩個途徑：以工業氧化鋁和輕燒鎂石粉（或菱鎂礦）為原料，在高溫下般燒而成；以特級硯土生料和輕燒鎂石粉（或菱鎂礦）為原料，在高溫下鍛燒而成。鍛燒的方法采用電熔法或燒結法。當采用燒結法合成尖晶石時，于900C開始反應，在1400C已經進行得很激烈；至1500C合成即趨完成。但是由于尖晶石的再結晶能力很弱，合成溫度都在1650C以上。在合成時由于伴隨有6.9%的體積膨脹，加以尖晶石的再結晶能力弱，其體積密度比由電熔法合成的尖晶石要低。鎂鋁尖晶石的合成過程的關鍵是原料MgO與ALO的配比，即MgO/ALO2的值。一般情況下認為MgO/A12O3大于1比較理想，可得到較為致密的鐵鋁尖晶石熟料從而提高制品的高溫性能；從應用的角度講，MgO/A12O2值增加，鎂鋁尖晶石熟料的脆性減弱，可使制品熱震穩定性增強。
原料的粒度對鎂鋁尖晶石的合成有較大影響，粒度愈細，合成尖晶石的反應愈完全。故在合成尖晶石工藝中，原料都經混合細磨工序。
(2)合成鎂鋁尖晶石的化學成分
電熔鎂鋁尖晶石的組成與性質、燒結鎂鋁尖晶石的組成與性質。
(3)鎂鋁尖晶石的性質
尖品石在熔點、熱膨脹、硬度等方面都是較優良的材料。此外，尖晶石礦物的化學性質較穩定，抵抗堿性熔渣侵蝕的能力強，亦能抗熔化金屬的侵蝕。
(4)鎂鋁尖晶石的應用
以鎂鋁尖晶石為主體原料的尖晶石耐火材料如：方鎂石一尖晶石磚，尖晶石一方鎂石磚，尖晶石磚等已應用在鋼鐵、水泥、玻璃等工業部門，并不斷開發新的領域。
2.鉻鐵礦
(1)鉻鐵礦化學成分和性質
在鉻鐵礦中，成分比較復雜，廣泛存在Cr,O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO五種基本組成的類質同象置換。因而名稱很不統一，本手冊所用名稱及其化學式如下：鐵鉻鐵礦（鎂鉻礦、鎂鉻尖晶石）MgCr2O,或MgO、Cr2O3,含Cr2O379.04%;鉻鐵礦（Mg.Fe)Cr2O,或（Mg,Fe)O,Cr2O3,含Cr2O250~65%;亞鐵鉻鐵礦（鐵鉻尖晶石）FeCr.O1或FeO-Cr2O2,含Cr2O367.91%
鋁鉻鐵礦Fe(Cr,A1)01,含Cr2O32~38%;
硬鉻尖晶石（Mg.Fe)(Cr,A1)2O1,含Cr2O332~50%。
通常人們所說的鉻鐵礦，在其成分中或多或少地存在著鎂，而純凈的FeCr2O,在地殼中很少見到，因此本手冊將鉻鐵礦這個常用名稱用（Mg,Fe)Cr2O,表示。
鉻鐵礦主要產于超基性巖，常與橄欖石、蛇紋石共生。我國主要產地有西藏、新疆等地。
(2)鉻鐵礦石技術要求
按化學成分將耐火材料用鉻礦石分為四個等級。
(3)鉻鐵礦的性質
鉻鐵礦為等軸晶系，a0=0.8305~0.8344nm,晶體結構屬正常尖晶石型，晶體呈細小八面體，但很少見，通常成粒狀和塊狀集合體，黑色，條痕褐色。硬度5.5~6.5,無解理，性脆，密度4.2~4.8g/cm²。熔點高（2180C),膨脹系數（100~1100C)8.2×10-6/C。具弱磁性，含鐵量高者磁性較強。抗渣性強，與任何爐渣不起反應。
鉻鐵礦的熱膨脹，約在850C以上顯著增加，到高溫反又發生收縮，約從1500℃呈現急劇收縮。但由于鉻鐵礦可以固溶體吸收MgO,結果會引起晶格膨脹，也就是說在鉻鐵礦中添加MgO加熱時，可以消除它的燒成收縮。
(4)鉻鐵礦的應用
鉻鐵礦主要用來煉鉻鐵。鉻鐵主要用作特種鋼的加入料，以增加鋼的硬度、韌性、延性耐熱性、耐磨性和防蝕性，還可用來煉制不銹鋼。低品級的鉻鐵礦是鎂鉻質，鉻鎂質耐火材料的基本原料，是輝綠巖鑄石的配料。輝綠巖鑄石使用鉻鐵礦作結晶劑，可加速結晶作用鎂鉻（或鉻鎂質）耐火材料應用于爐外精煉爐、水泥回轉窯，煉銅轉爐等爐窯。
