原料组成对多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷显微结构与性能的影响

利用原位分解合成法,以轻烧MgO、Fe2O3和Al(OH)3为原料,成功制备了多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷,并研究原料组成对其显微结构与性能的影响。研究结果表明:当理论镁铁铝复合尖晶石含量为0%(质量分数,下同)时,试样中颈部连接形成较少,耐压强度较低;当理论镁铁铝复合尖晶石含量为4%~16%时,试样中生成的液相量增多,物质运输速率加大,形成的颈部连接较多,耐压强度较高;当理论镁铁铝复合尖晶石含量为24%时,试样中镁铁铝复合尖晶石生成带来的体积膨胀增多,增大颗粒间距,颈部连接的形成减少,试样的耐压强度减小。同时,当理论镁铁铝复合尖晶石含量为12%~16%时,多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷具有较高的显气孔率(22.3%~24.6%)、较低的体积密度(2.75~2.80 g/cm^(3))和较高的耐压强度(100.6~123.1 MPa)。

铁方镁石中金属铁生成的合金反应实验及其地球物理涵义

研究下地幔物质组成和性质是地球动力学的重要课题.铁方镁石(Mg_(0.8)Fe_(0.2)O)是下地幔中的主要组成矿物之一,在适当的温度、压强和氧逸度条件下铁方镁石中的二价铁可以通过化学还原反应得到电子形成0价的金属铁.如果有金属生成,则它对下地幔的环境和矿物的物理化学性质具有重要的影响,金属铁会更容易捕获水而降低下地幔中名义无水矿物熔点导致出现部分熔融,金属铁的出现还会影响C、N、H等元素的分布.而实际下地幔中具有等诸多金属元素,会与形成的金属铁形成合金.目前没有关于金属铁形成的合金反应的公开研究,因此本文进行高温高压实验研究铁方镁石中的金属铁生成以及伴随的合金反应,实验温度范围为1573~1773 K,压强范围0~23 GPa.并对高温高压实验后回收的样品进行扫描电镜分析和电子探针分析,通过分析发现采用的钛、铬和碳化钛控制氧逸度的材料会在高温高压实验过程中与铁方镁石形成的金属铁发生合金反应,实验中所有生成的金属铁均以合金的形式存在且合金中的铁含量分布不均匀,同时在样品区域和氧逸度控制材料中出现了反应区,反应区主要成分为氧化镁和控制氧逸度的金属材料氧化物反应得到的尖晶石相矿物.从本文的实验看来采用金属材料控制氧逸度不可避免与铁方镁石产生的金属铁发生反应,需要根据合金的成分制定新的氧逸度计算方法或者采用其他氧逸度控制材料.

水泥窑用方镁石-铁铝尖晶石砖的性能研究

以电熔镁砂、铁粉、氧化铁粉和-αAl2O3粉为原料,制备方镁石-铁铝尖晶石砖,研究了烧结温度和铁加入量对方镁石-铁铝尖晶石砖性能的影响,采用XRD和SEM对试样的物相组成和显微结构进行了分析和表征。结果表明,提高烧结温度有利于方镁石-铁铝尖晶石砖性能的提高,1 500℃烧成的试样最致密,综合性能较好,增大铁加入量不利于方镁石-铁铝尖晶石砖性能的提高。与直接结合镁铬砖相比,方镁石-铁铝尖晶石砖的常温耐压强度、抗折强度和热震稳定性较好,挂窑皮性和抗侵蚀性与其相近。

FeAl_2O_4对方镁石-铁铝尖晶石质耐火材料性能的影响

以高纯镁砂（5～2、≤2和≤0．088mm）、电熔铁铝尖晶石（3～1和≤0．088mm）为原料，亚硫酸纸浆废液为结合剂，配料混练后机压成型为Ф36mm×36mm及25mm×25mm×140mm的试样，经110℃24h烘干，然后于1650℃3h热处理。采用热膨胀仪、弹性模量仪、SEM等对试样进行了分析研究，分别研究了FeAl2O4粒度（3～1或≤0．088mm）及加入量（质量分数为0、2％、4％、6％、8％、10％、12％）对方镁石一铁铝尖晶石质耐火材料性能的影响。结果表明：随着FeAl2O4添加量的增加，试样的常温强度、线膨胀系数、弹性模量降低。FeAl2O4以细粉形式加入时，试样的常温强度、弹性模量比以颗粒形式加入的要大；加入约4％（W）FeAl2O4就能明显改善镁质制品的抗热震性，其抗热震提高的机制以微裂纹增韧为主；固定尖晶石加入量为8％（W），尖晶石以细粉形式加入时，试样中FeAl2O4可完全反应为（Mg，Fe）Al2O4，以颗粒形式加入时，仅会在颗粒周围生成少量（Mg，Fe）Al2O4。

SiO_2含量对合成铁铝尖晶石的影响

为了研究以矾土做原料合成铁铝尖晶石时其SiO2成分对合成铁铝尖晶石的影响,以氧化铁粉、α-Al2O3粉和碳粉为原料,分别加入质量分数为0、2%、5%和8%的SiO2粉,在氮气气氛中分别于1 400、1 450、1 500、1 550℃保温4 h合成铁铝尖晶石。通过对所合成铁铝尖晶石的烧结性能、物相组成及微观结构进行分析,研究了SiO2加入量对铁铝尖晶石合成及烧结性能的影响。结果表明:氮气气氛下,加入2%(w)SiO2能够促进铁铝尖晶石的合成及烧结;加入大于5%(w)SiO2时,试样的体积密度迅速下降,SiO2与氧化铁生成大量的低熔点液相,Al2O3则以刚玉相存在,反而阻碍铁铝尖晶石相的生成。采用特级矾土为原料合成铁铝尖晶石时,由于矾土中杂质SiO2和TiO2以及R2O的大量存在,导致矾土基铁铝尖晶石的体积密度更低,烧结性能更差,用其制备的方镁石-铁铝尖晶石制品的性能较差。可见,合成铁铝尖晶石以矾土为原料是不合适的。

镁铁铝复合尖晶石砖抗水泥熟料和抗碱盐侵蚀性能研究

为分析水泥窑用镁铁铝复合尖晶石砖的侵蚀机制,对经高温烧成的商品高铁镁砂-镁铝尖晶石砖、方镁石-铁铝尖晶石砖和镁铝尖晶石砖分别进行了1 450℃4 h的抗碱盐和抗水泥熟料侵蚀试验,并对侵蚀后试样进行了SEM扫描电镜和EDS物相分析。结果表明:高铁镁砂-镁铝尖晶石砖的抗碱盐侵蚀性和抗水泥熟料侵蚀性均最好,方镁石-铁铝尖晶石砖次之,镁铝尖晶石砖相对较差。这是因为高铁镁砂-镁铝尖晶石砖结构最为致密,体系中Fe元素以固溶体的形式存在,高温烧成时结构稳定,没有像方镁石-铁铝尖晶石砖中二次尖晶石的形成和Fe元素的变价带来的微裂纹,没有Fe元素的扩散造成的孔洞,使得碱蒸气不易渗入;体系中的Fe元素与水泥熟料反应生成高黏度的铁酸钙和铁酸铝相,阻止了水泥熟料的进一步渗透。

Effects of Ti-and Mg-bearing minerals on hydrothermal formation of hydroandradite

The effects of Ti-and Mg-bearing minerals on the crystal structure,morphology,particle size distribution,and formation mechanism of efficient desilication product of hydroandradite(HA)during hydrothermal conversion in a synthetic sodium aluminate solution were investigated via X-ray diffractometer,scanning electron microscope and particle size analyzer.During HA formation,anatase,rutile,and periclase dissolved in sodium aluminate solution engage in ion substitution reactions between Ti4+and Si4+,and between Mg^(2+)and Ca^(2+),respectively.However,dissolved hydromagnesite cannot enter into the HA.The content of HA after the hydrothermal reactions changes slightly with the increase of anatase and periclase contents,but it notably decreases with increased quantities of rutile and hydromagnesite.Ti-bearing minerals reduce the particle size and enhance the specific surface area of HA,whereas Mg-bearing minerals exert the opposite effect.The morphology of HA with Ti-and Mg-bearing minerals changes from spherical particles to flocculent structure and hexagonal plate-like particles.

方镁石–铁铝尖晶石材料与水泥熟料间的作用行为

方镁石–铁铝尖晶石耐火材料在水泥回转窑烧成带取得良好使用效果,这与其高温下同水泥熟料之间的反应行为密不可分。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪与Factsage模拟等手段研究了镁砂和铁铝尖晶石颗粒以及方镁石–铁铝尖晶石砖高温下与水泥熟料的作用行为。结果表明:镁砂具有优异的抗水泥熟料侵蚀性能,铁铝尖晶石与水泥熟料高温反应生成大量高温液相,并逐渐被蚕蚀。对于方镁石–铁铝尖晶石砖,方镁石物相和铁铝尖晶石颗粒高温下抵抗水泥熟料侵蚀表现出协同作用。以方镁石为主晶相的基质与水泥物料反应生成高熔点物相,在晶界相内形成骨架结构,提高了晶界相的高温粘度,促进了水泥熟料与耐火材料的结合。同时,铁铝尖晶石与方镁石之间的离子交换促进了铁铝尖晶石颗粒与方镁石基质的结合,抑制了高温下与水泥物料反应时长石类低熔点相的产生,提高了铁铝尖晶石的高温稳定性,有利于该类耐火砖在烧成带使用时窑皮的稳定。