一、尖晶石的结构
尖晶石族矿物是一系列与镁铝尖晶石MA类质同像结构的晶体。镁铝尖晶石属立方品系，其品体结构如图所示。
镁铝尖晶石的晶体结构由上图可知，镁铝尖晶石的晶胞由4个A块和4个B块组成。在A和B块中，氧离子按照面心立方点阵形作最紧密堆积，再由Mg2+进入A块的四面体空隙，充填A块中2个四面体空位，也就是晶胞四面体空位的1/8。接着，Al3进入A块和B块中的八面体空隙，占据晶胞八面体总空隙的1/2。如以X代表Mg+,Y代表A12+,整个尖晶石晶胞共有8个X、16个Y和32个O2-,得出尖晶石晶胞的通式为X,Y16O32,简约后写作XY2O3。
反尖晶石结构是正尖晶石结构中8个X占据的四面体空位改为8个Y占据，被挤出的8个X和剩余的8个Y占据剩余的正尖晶石结构中的16个八面体空位。
铝镁尖晶石砖二、铬铁矿
铬铁矿的一般化学式为（Mg,Fe)(Cr,Al,Fe).该类矿物的R2O2中广泛存在Cr2O3、A12O3、Fe2O2之间的替换，RO之间广泛存在FeO、MgO之间的替换。主要的矿物有纯铬铁矿FeCr2O4、镁铬铁矿（Mg,Fe)Cr2O4、铝铬铁矿Fe(Cr,Al)O4和铁富铬尖晶石（Mg,Fe)(Cr,Al)2O4.在各种铬铁矿中，Cr2O3的含量为18%~62%,FeO为0~18%,MgO为6%~16%,Al2O,为铬铁矿的一般化学式为（Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)2O4。该类矿物的R2O2中广泛存在Cr2O2、A12O3、Fe2O3之间的替换，RO之间广泛存在FeO、MgO之间的替换。主要的矿物有纯铬铁矿FeCr2O4、镁铬铁矿（Mg,Fe)Cr2O4、铝铬铁矿Fe(Cr,Al)O4和铁富铬尖晶石（Mg,Fe)(Cr,A1)2O4。在各种铬铁矿中Cr2O2的含量为18%~62%,FeO为0~18%,MgO为6%~16%,Al2O3为0~33%,Fe2O3为2%~30%。此外，铬铁矿还含≤2%的TiO2、≤1%的MnO和0.2%的V2O3。铬铁矿为等轴晶系矿物，n=2.07~2.16,相对密度4.0~.8.硬度5.5~5.7。
铬铁矿是工业用铬的唯一矿物原料。铬是一种重要的战略资源，铬最主要的用途是用来增加钢的硬度、韧性、延性、耐热性、耐磨性和抗蚀性，大量用于制作不锈钢、耐热钢、特殊合金。例如，铬与镇、钻、钧、铝、银等金属制成的合金，广泛用于制造舰船、飞机、坦克、装甲车、枪炮等军工产品。铬是极为重要的电镀材料。铬还广泛用于制作焊条、磁性材料、催化剂等原料。品质稍次的铬铁矿用于耐火材料行业，主要用来提高镁质耐火材料的耐高温、抗侵蚀、耐热震性能。品质更低的铬铁矿用于制造辉绿岩铸石。
世界铬铁矿储量充足，铬铁矿的储量基础为68亿吨，与年产量相比铬铁矿的资源静态保证年限为年。但是，铬铁矿主要集中分布在南非、津巴布韦、前苏联、印度、芬兰、巴西、土耳其和菲律宾等国家。其中，南非占有世界储量的68.5%,津巴布韦占有10.1%,前苏联占9.2%,印度占4.2%,芬兰占2.1%。但是，我国铬铁矿的储量只占世界总储量的0.7%。
我国铬铁矿资源主要位于西藏、内蒙古、新疆和甘肃，上述四个省、自治区铬铁矿石储量合计占全国络铁矿总储量的85%左右。我国铬铁矿床规模较小，目前尚未发现有储量大于万吨的大型矿床，即使资源储量超过万吨的中型矿床也只有4个，其余均为资源储量在万吨以下的小型矿床，矿山位于边远地区，运输线长，交通不便，开发利用条件不佳。目前，我国每年需要大约使用万吨铬铁矿石，其中94%需要进口。
火法冶炼铬铁合金用铬铁矿石的工业指标见下表
火法冶炼铬铁合金用铬铁矿石的工业指标电炉冶炼铬铁合金时，要求铬铁矿石的块度为40~60mm;高铝冶炼碳素铬铁时，块度为20~75mm。
化工行业用铬铁矿石要求Cr2O3≥30%,CrQO2/Fe2O2%~2.5%。辉绿岩铸石用铬铁矿要求Cr2O3为10%~20%,SiO%。
我国黑色冶金行业标准YB-91规定了用于耐火材料和铬铁合金的铬精矿的化学成分指标，见下表。
铬精矿的化学成分指标三、镁铬尖晶石
镁铬尖晶石为等轴晶系矿物，硬度5.5,相对密度4.43,折射率n=2.00但没有磁性，镁铬砂是以天然镁质原料如菱镁石、轻烧镁粉与铬铁矿为原料，按设计要求进行配合，细磨、压球、锻烧或经过电熔得到的以镁铬尖晶石为主要成分的原料，我国黑色治金工业标准YB/T-规定了电熔镁铬砂的技术条件，见下表。
电熔镁铬砂的技术条件制造烧结镁铬砂时，将轻烧镁粉和精选铬矿按设计要求配比，经进一步磨细、压球后，在氧化性气氛下经~℃锻烧，制得锻烧镁铬砂。电熔镁铬砂以轻烧镁粉和精选铬矿为原料，经配合、熔融后制成。电熔镁铬砂结晶完善、组织致密、气孔率低、直接结合程度高。因此，熔铸再结合镁铬砖具有极好的耐侵蚀性，被广泛用于侵蚀十分苛刻的场合。但是，熔铸再结合镁铬砖的抗热震性次于由镁砂和络铁矿制得的直接结合镁铬砖。
四、镁铝尖晶石
1.原料性质
铁铝尖晶石（MA)的化学式为MgO·A12O3,其中MgO占28.2%,Al2O3占71.8%。镁铝尖晶石是一种高熔点、热膨胀系数小、热导率低、热震稳定性好、抗侵蚀能力强的耐火原料。
镁铝尖晶石属于等轴晶系矿物，n=1.,硬度=8,相对密度3.55,熔点℃。高纯的镁铝尖晶石无色，但含微量.Cr+时呈红色，含Cr+15%时呈绿色，含少量Fe3+时为草绿色，含Fe2+时呈天蓝色。自然条件下形成的镁铝尖晶石晶体的化学稳定性很好，因而常见于漂砂矿床中。发育良好、成分纯净的镁铝尖晶石晶体不水化，也不与酸反应。
2.烧结镁铝尖晶石
MgO-Al2O3系统的相图如下图所示，系统中唯一的二元化合物为镁铝尖晶石MA。
MgO-Al2O3系统的相图由上图可知，镁铝尖晶石对MgO和Al2O3的固溶范围很宽。在℃左右，镁铝尖晶石可以固溶约10%的MgO,或者高达20%的Al2O3。尖晶石的合成反应可以看成半径较大的氧离子近似不动，而铝、镁离子在氧离子堆积体内相互扩散的过程。合成中，氧化镁和氧化铝接触反应形成镁铝尖晶石中间层，镁铝尖晶石中间层靠近方镁石的部分为富镁尖晶石，靠近氧化铝的部分为富铝尖晶石，中间的部分则为Mg2+、AP+的扩散通道。
合成时，以轻烧镁粉、工业氧化铝或优质砚土为原料，经配合、磨细、成型、锻烧制得镁铝尖晶石原料。从合成镁铝尖晶石的机理可以推知：增大原料细度、提高成型压力、升高合成温度都有利于合成反应。换句话说，减小扩散距离、增大接触面积、提高扩散能力都有利于镁铝尖晶石的合成反应。李如棒等研究了原料粒度、成型压力、烧结温度对合成镁铝尖晶石影响。
我国黑色冶金工业标准YB/T-规定了烧结镁铝尖晶石砂的技术条件，见下表。
烧结镁铝尖晶石砂的技术条件3.电熔镁铝尖晶石
电熔镁铝尖晶石采用轻烧镁粉、工业铝氧或优质砚土为原料，经配合、熔融、冷却、破碎后制成。电熔镁铝尖晶石的主要优点是晶体发育好、晶粒尺寸大、组织结构致密，抗侵蚀性强。下表显示了电熔镁铝尖晶石的技术指标。
电熔镁铝尖晶石的技术指标需要指出，钢铁工业用镁铝尖晶石耐火材料主要依靠MA吸收渣中的FcO2、CaO,提高渣的熔点，降低渣的侵蚀能力来延长耐火材料的使用寿命。因而，富铝镁铝尖晶石具有更强吸收渣中FeO,、CaO,形成FeO·AI2O2或CaO·6AI2O2的能力。静态堆塌抗渣法和动态回转抗渣法实测结果都表明，在MgO-尖晶石浇注料基质中添加富铝尖晶石的试样具有较好的抗渣渗透性能，这种尖晶石吸收渣中Fe2O3、CaO的能力是化学计量镁铝尖晶石的3~5倍。
五、铁铝尖晶石
铁铝尖晶石（FA)的化学式为FeO·Al2O2,其中FeO占41.34%,AI2O3占58.66%,为等轴晶系黑色矿物，n=1.83,硬度7.5,相对密度4.39,℃时不一致熔融为含铁液相和刚玉。如下图所示是FeO-Al2O3系统相图。
FeO-Al2O3系统相图铁铝尖晶石FA需严格控制成分、温度、气氛才能合成。方镁石M-铁铝尖晶石砖也需要严格控制工艺条件才能制造。制砖时，铁铝尖晶石以细粒形式加入。烧成中，铁铝尖晶石和基质中的氧化镁反应：FA中的FeO氧化扩散至镁砂中，形成MgO·Fe2O3或（Mg,Fe)O·Fe2O3,以提高耐火材料的挂窑皮性；M中Mg2+扩散进入FA,在FA的边缘形成MA,减缓了FA中FeO的进一步氧化，并提高耐火材料的抗热震性。不过，铁铝尖晶石的熔点较低，方镁石-铁铝尖晶石砖的Fe2O3+Al2O2含量又高达7%~11%。所以铁铝尖晶石砖不耐烧蚀，必须维护好窑皮才能使这种材料获得足够的使用寿命。