铁铝尖晶石的提出及合成工艺-耐火材料行业知识-耐火砖高铝砖刚玉砖浇注料河南耐火材料厂-宏泰耐材

铁铝尖晶石的提出及合成工艺

1.铁铝尖晶石的提出

镁铬砖中的铬和铁有利于窑皮的形成。但是高温条件下，镁铬砖中的 Fe3+不稳定，向 Fe2+转变；温度降低时，Fe2+又变回 Fe3+，产生体积变化，所以，尽管镁铬材料的高温性能非常出色，挂窑皮性也很好，但是，在回转窑频繁的停窑过程中，常出现结构疏松、强度降低，或断砖剥落等现象，这是镁铬砖最致命的弱点。

为使无铬的镁质材料具有良好的窑皮形成能力，铁的保留是非常必要的，但关键是控制铁的价态为 Fe2+，避免其在 2 价和 3 价之间频繁变化。亚铁化合物中能够在低温下稳定存在的，目前可用于耐火材料的仅有铁铝尖晶石，由此，铁铝尖晶石即成为镁铁尖晶石砖中 Fe、Al 元素的引入来源。但是如何稳定控制铁的价态为 Fe2+，进而合成铁铝尖晶石，是镁铁尖晶石砖研制的关键，也是奥镁公司独家拥有专利多年和国内外诸多企业一直未能取得突破的原因。

P.M. Botta、刘会林、张君博等人都曾用烧结法合成铁铝尖晶石，但均存在其他组分，不是纯净的铁铝尖晶石，原因在于烧结合成工艺中的气氛很难精确控制。

即使采用烧结工艺在高温状态合成出了铁铝尖晶石，但是冷却到常温后也不一定都以 Fe2+存在。C.E.Meyers 等人从测定晶格常变化上得到 FeO2Al2O3 在 1280℃、1380℃和 1500℃时存在的特性：氧分压很低、温度区域也很窄，而且很容易向尖晶石固溶体[Fe(Fe1-xAlx)2O4]过渡，因此，合成物相纯度较高的铁铝尖晶石的困难是非常大的，也未有相关理论参考。

2.铁铝尖晶石的合成

经研究后采用在 CO（g)、CO2（g)等复合气氛下烧结的工艺合成铁铝尖晶石。在固体碳过剩条件下的碳-氧平衡体系，FeO 稳定存在的条件为：温度约为 668℃～711℃，区间仅为 43℃；CO约为 47%～63%，CO2 约为 37%～53%。这个条件非常苛刻，也很难实现。

为合成出铁铝尖晶石，如何保证 CO 和 CO2 的体积分数，以及如何实现较低温度下的反应组分的扩散和加快反应的进程是铁铝尖晶石合成中的关键。