与钢铁、水泥行业不同的是，炼铜行业中用其他材料代替通常使用的镁铬砖还要进行长期的研究。有分析预测，优质尖晶石或镁尖晶石耐火材料比较有潜力作为无铬耐火材料用于有色冶炼行业。关于在镁质材料中添加锡石（SnO2）研制的MgO-Al2O3-SnO2系新材料的主要性能以及试制的烧成耐火材料的性能已有所报道，说明用锡石改性的镁砖很有开发前景。但是，由于SnO2在高温下易挥发，在烧成砖中的SnO2含量会变少，针对这一问题，波兰的研究人员研究了SnO2改性的两种类型的不烧耐火材料：化学结合镁质材料和水结合尖晶石质材料。该试验材料的抗侵蚀性及其他性能证明，在包括炼铜设备在内的低温冶炼设备上可以使用这种新型耐火材料来代替烧成的镁铬砖。
    试验使用材料有Al2O3含量为72%的电熔镁铝尖晶石，MgO含量为98%的镁砂熟料，SnO2含量为90%的锡石粉。锡石原料可以使用经过退火的锡石和镁砂-锡石共烧熟料。
    在制备化学结合的镁质材料时使用硫酸镁溶液作结合剂，为了提高试样在中温阶段的机械性能，添加了少量硼酸。
    在制备水结合的尖晶石-锡石浇注料时使用了Al2O3粉和硅微粉、高铝水泥、钢纤维和三聚磷酸钠。
    制备化学结合试样时先在颗粒料中加入3.5%的结合剂剂搅拌后再加入细粉混练，然后以120 MPa的压力制成Φ50 mm×50 mm的试样，试样干燥后在不同的温度下烧成，保温4 h。
    SnO2改性的尖晶石浇注料试样采用振动浇注成型，加水量5％~6%，钢纤维加入量3%。试样干燥后在不同温度下烧成。
    试样经150~1 400 ℃处理后测定其体积密度、显气孔率、常温耐压强度等性能，选择一部分试样测定其抗热震性(1 000 ℃－水冷)、荷重软化温度、热膨胀率和抗侵蚀性。并分析其相组成和显微结构。两种类型的试样的基本性能特点见表1。
表1 MgO-SnO2试样和镁铝尖晶石－锡石浇注料经不同温度处理后的基本性能
热处理温度/℃ 性能 MgO-SnO2试样 镁铝尖晶石－锡石浇注料
  MgO
（对比样） MgO＋SnO2复合熟料 MgO＋退火锡石 MA浇注料（对比样） MA+SnO2 MA＋SnO2＋钢纤维
150 体积密度/(g•cm-3) 2.84 2.85 2.83 2.88 2.99 3.06
 耐压强度/MPa 55.2 39.5 33.8 89.0 74.0 101.3
600 体积密度/(g•cm-3) 2.81 2.82 2.81 2.97 2.93 2.94
 显气孔率/% 17.5 19.4 19.8 13.7 15.6 17.6
 耐压强度/MPa 52.4 37.0 32.3 93.8 90.8 93.3
800 体积密度/(g•cm-3) 2.81 2.80 2.80 2.88 2.94 2.96
 显气孔率/% 18.1 19.5 20.1 14.4 16.1 17.3
 耐压强度/MPa 30.8 29.7 25.4 82.5 95.5 84.8
1000 体积密度/(g•cm-3) 2.78 2.79 2.77 2.86 2.93 2.95
 显气孔率/% 18.6 19.9 19.7 17.6 17.2 18.2
 耐压强度/MPa 33.0 29.0 20.6 75.8 97.0 92.4
1200 收缩率/% 0.1 0.0 0.0 －0.4 －0.4 －0.3
 体积密度/(g•cm-3) 2.78 2.79 2.77 2.87 2.95 2.96
 显气孔率/% 17.1 18.7 19.9 17.6 17.4 18.6
 耐压强度/MPa 44.2 30.0 27.0 88.7 94.2 97.2
 抗热震性/次 8 6 6 19.6 11.6 ＞30
1400 收缩率/% 0.1 0.0 0.0 －0.5 －0.5 －0.3
 体积密度/(g•cm-3) 2.78 2.76 2.77 2.90 2.97 2.99
 显气孔率/% 16.8 18.6 18.9 15.4 16.4 16.7
 耐压强度/MPa 65.3 54.2 47.3 81.3 83.4 70.4
 抗热震性/次 6 5 4 3.6 4.3 14.3
 荷软（0.5%）/℃ 1434 1277 1298 1369 1391 1385
 膨胀率（1000℃）/% 1.31 1.27 1.24   
    从镁质材料试验结果看出，含有锡石的试样的荷重软化温度比对比试样的低约100℃，这说明镁质试样的烧结开始温度比MgO-SnO2试样的低。MgO-SnO2试样抗热震性稍低于对比试样。镁铝尖晶石－锡石浇注料试样经1 400 ℃处理后试样的相组成分析发现，在4号试样中存在有尖晶石、刚玉和钙长石。5号、6号试样中还有锡石，其数量与其在初始混合料中的含量成比例。锡石中的微量夹杂物进入到了浇注料的基质中。
    与MgO-SnO2型试样相反，镁铝尖晶石浇注料的基本性能不受热处理温度变化的影响不明显，比较稳定。可能是由于SnO2在尖晶石体系中的反应能力较低，具有较少的可渗透的气孔系统。惟一的差别比较大的性能是经1 400 ℃处理的试样的抗热震性，添加钢纤维是改善抗热震性比较有效的措施。与镁铬砖相比，所有的MgO-SnO2试样以及镁铝尖晶石－锡石浇注料试样的抗阳极铜与阳极炉渣的侵蚀性能都相当好。
    总的来说，化学结合的MgO-SnO2材料的基本性能处于比较满意的水平，但是，如果只使用硫酸镁结合剂，其在中温范围内常温耐压强度会下降。应该进行进一步的研究，开发出效果更好的结合剂。铝镁尖晶石－锡石浇注料的性能比较好：常温耐压强度高且稳定，气孔率适中，尤其是其具有很好的抗侵蚀性，可以在铜生产设备中作为含氧化铬耐火材料的替代材料使用。（程庆先编译自俄刊《耐火材料与工程陶瓷》2010，№4/5）