尖晶石族矿物镁铝尖晶石与铬铁矿详解

通常所说的尖晶石是指所有属于尖晶石族的矿物，狭义的尖晶石仅指镁铝尖晶石。
 
尖晶石族矿物的化学通式为：AB2O,,或RO·R2O3.其中A为Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+Co2+、Ni2+等二价正离子，B为AP+、Fe+、Cr+等三价正离子。尖晶石族矿物都是等轴晶系矿物。
 
该族矿物根据其成分中三价离子的不同，分为三个系列：1)尖晶石系列（铝尖晶石）；2)磁铁矿系列（铁-尖晶石）；3)铬铁矿系列（铬-尖晶石）。这三个系列之间，存在着不同的类质同象关系。尖晶石系列与磁铁矿系列之间为连续类质同象：尖晶石系列与铬铁矿系列为不连续的类质同象：磁铁矿系列与铬铁矿系列之间为连续的类质同象。
 
1.镁铝尖晶石
 
镁铝尖品石的化学式为MgO·A12O2,MgO28.2%,Al2O,71.8%,它具有良好的性质，但天然的较少，不能满足工业的需求，因此世界各国的耐火材料行业都在开发合成尖晶石原料，目前合成尖晶石原料有四种不同的形式：电熔尖晶石；烧结尖晶石砂；烧结方镁石一尖晶石砂；轻烧尖晶石。国内已能生产，主要产地（或单位）有吉林梅河口、湖南冷水滩耐火材料厂，洛阳耐火材料研究院，辽宁镁矿公司，江苏江都等。
 
(1)镁铝尖晶石的合成
 
合成尖晶石的反应式为：
 
A12O3+MgO→MgA12O1(或写成MgO·Al2O3)(AV约8%)
 
AI2O2的来源有工业氧化铝和特级高铝砚土生料
 
MgO的来源有：菱镁矿或轻烧镁石粉。
 
合成镁铝尖晶石有两个途径：以工业氧化铝和轻烧镁石粉（或菱镁矿）为原料，在高温下般烧而成；以特级砚土生料和轻烧镁石粉（或菱镁矿）为原料，在高温下锻烧而成。锻烧的方法采用电熔法或烧结法。当采用烧结法合成尖晶石时，于900C开始反应，在1400C已经进行得很激烈；至1500C合成即趋完成。但是由于尖晶石的再结晶能力很弱，合成温度都在1650C以上。在合成时由于伴随有6.9%的体积膨胀，加以尖晶石的再结晶能力弱，其体积密度比由电熔法合成的尖晶石要低。镁铝尖晶石的合成过程的关键是原料MgO与ALO的配比，即MgO/ALO2的值。一般情况下认为MgO/A12O3大于1比较理想，可得到较为致密的铁铝尖晶石熟料从而提高制品的高温性能；从应用的角度讲，MgO/A12O2值增加，镁铝尖晶石熟料的脆性减弱，可使制品热震稳定性增强。
 
原料的粒度对镁铝尖晶石的合成有较大影响，粒度愈细，合成尖晶石的反应愈完全。故在合成尖晶石工艺中，原料都经混合细磨工序。
 
(2)合成镁铝尖晶石的化学成分
 
电熔镁铝尖晶石的组成与性质、烧结镁铝尖晶石的组成与性质。
 
(3)镁铝尖晶石的性质
 
尖品石在熔点、热膨胀、硬度等方面都是较优良的材料。此外，尖晶石矿物的化学性质较稳定，抵抗碱性熔渣侵蚀的能力强，亦能抗熔化金属的侵蚀。
 
(4)镁铝尖晶石的应用
 
以镁铝尖晶石为主体原料的尖晶石耐火材料如：方镁石一尖晶石砖，尖晶石一方镁石砖，尖晶石砖等已应用在钢铁、水泥、玻璃等工业部门，并不断开发新的领域。


 
2.铬铁矿
 
(1)铬铁矿化学成分和性质
 
在铬铁矿中，成分比较复杂，广泛存在Cr,O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO五种基本组成的类质同象置换。因而名称很不统一，本手册所用名称及其化学式如下：铁铬铁矿（镁铬矿、镁铬尖晶石）MgCr2O,或MgO、Cr2O3,含Cr2O379.04%;铬铁矿（Mg.Fe)Cr2O,或（Mg,Fe)O,Cr2O3,含Cr2O250~65%;亚铁铬铁矿（铁铬尖晶石）FeCr.O1或FeO-Cr2O2,含Cr2O367.91%
 
铝铬铁矿Fe(Cr,A1)01,含Cr2O32~38%;
 
硬铬尖晶石（Mg.Fe)(Cr,A1)2O1,含Cr2O332~50%。
 
通常人们所说的铬铁矿，在其成分中或多或少地存在着镁，而纯净的FeCr2O,在地壳中很少见到，因此本手册将铬铁矿这个常用名称用（Mg,Fe)Cr2O,表示。
 
铬铁矿主要产于超基性岩，常与橄榄石、蛇纹石共生。我国主要产地有西藏、新疆等地。
 
(2)铬铁矿石技术要求
 
按化学成分将耐火材料用铬矿石分为四个等级。
 
(3)铬铁矿的性质
 
铬铁矿为等轴晶系，a0=0.8305~0.8344nm,晶体结构属正常尖晶石型，晶体呈细小八面体，但很少见，通常成粒状和块状集合体，黑色，条痕褐色。硬度5.5~6.5,无解理，性脆，密度4.2~4.8g/cm²。熔点高（2180C),膨胀系数（100~1100C)8.2×10-6/C。具弱磁性，含铁量高者磁性较强。抗渣性强，与任何炉渣不起反应。
 
铬铁矿的热膨胀，约在850C以上显著增加，到高温反又发生收缩，约从1500℃呈现急剧收缩。但由于铬铁矿可以固溶体吸收MgO,结果会引起晶格膨胀，也就是说在铬铁矿中添加MgO加热时，可以消除它的烧成收缩。
 
(4)铬铁矿的应用
 
铬铁矿主要用来炼铬铁。铬铁主要用作特种钢的加入料，以增加钢的硬度、韧性、延性耐热性、耐磨性和防蚀性，还可用来炼制不锈钢。低品级的铬铁矿是镁铬质，铬镁质耐火材料的基本原料，是辉绿岩铸石的配料。辉绿岩铸石使用铬铁矿作结晶剂，可加速结晶作用镁铬（或铬镁质）耐火材料应用于炉外精炼炉、水泥回转窑，炼铜转炉等炉窑。