Kinetic analysis of low-temperature MgAl2O4 formation from brucite with α-Al2O3 nanoparticles

A. Oliva Gallegos¹, R. Rodríguez Batista¹, M. Hernández Reséndiz¹, L. V. García Quiñonez², C. Gómez Rodríguez³, D. Fernández González⁴, L. F. Verdeja González⁵ and G. A. Castillo Rodriguez^1,*

1 Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME), Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), Av. Universidad S/N, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza, México C.P. 66450.

2 Centro de Investigación en Recursos Energéticos y Sustentables, Universidad Veracruzana, Campus Coatzacoalcos, Av. Universidad km. 7.5 Col. Santa Isabel.

3 Departamento de Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad Veracruzana, Universidad Veracruzana, Campus Coatzacoalcos, Av. Universidad km. 7.5 Col. Santa Isabel.

4 Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología-Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CINN-CSIC), Universidad de Oviedo (UO), Principado de Asturias (PA), El Entrego, Asturias, España.

5 Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, Universidad de Oviedo, Oviedo/Uviéu, Asturias, España.

* Correspondencia: alan.castillo@uanl.mx; Tel.: +52 83294020 Ext. 5730

https://doi.org/10.59335/kyig7130

Summary

This paper presents a detailed analysis of the synthesis of spinel MgAl2O4, a material with key in-dustrial applications, through the calcination of brucite and alumina. The study reveals that a longer heat treatment time at 960°C favors the formation of spinel with spherical morphology and reduces the presence of MgO in irregular agglomerates. XRD analyses confirm the progressive phase transformation, while SEM-EDS provides evidence of chemical composition. These findings support the use of the Avrami equation to model spinel formation kinetics and highlight the importance of optimizing calcination parameters to improve material properties. The study concludes with an improved route for the efficient production of MgAl2O4, which could significantly influence its application in demanding environments.

Resumen

Este artículo presenta un análisis detallado de la síntesis de espinela MgAl2O4, un material con aplicaciones industriales clave, a través de la calcinación de brucita y alúmina. El estudio revela que un mayor tiempo de tratamiento térmico a 960°C favorece la formación de espinela con morfología esférica y reduce la presencia de MgO en aglomerados irregulares. Los análisis de DRX confirman la progresiva transformación de fase, mientras que SEM-EDS proporciona evidencia de la composición química. Estos hallazgos apoyan el uso de la ecuación de Avrami para modelar la cinética de formación de espinela y destacan la importancia de optimizar los parámetros de calcinación para mejorar las propiedades del material. El estudio concluye con una ruta mejorada para la producción eficiente de MgAl2O4, que podría influir significativamente en su aplicación en entornos exigentes.

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