鋁灰的化學成分由于原料組成及工藝等不同，具有較明顯的差異性，主要由金屬鋁、氧化鋁及鹽熔劑等的混合物構(gòu)成。具體是：Al10%~30%，Al?O320%~40%,Si，Mg，F(xiàn)e氧化物7%~15%，K，Na，Ca，Mg氯化物和少量氟化物15%~30%。其中部分氧化物和氯化物附著于金屬鋁的表面。耐火材料屬資源型產(chǎn)業(yè)，化學成分及類型多種多樣，具有容納各種原材料的空間。鋁灰的化學成分與耐火材料的主要原料鋁礬土相近，可以考慮直接或經(jīng)加工處理后成為耐火原料,為鋁灰的有效利用開辟一條新途徑，既保護環(huán)境，又降低耐火材料企業(yè)的生產(chǎn)成本，對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有一定幫助。鋁灰加入耐火材料配料中的應用：1.1作為防爆劑：能改善不定形耐火材料襯體的透氣性，防止襯體在烘烤過程中由于產(chǎn)生的蒸氣壓過大而發(fā)生爆 裂的物質(zhì)稱為防爆劑，也稱為快干劑(可快速烘烤的添加劑)。不定形耐火材料的防爆劑有活性金屬鋁粉，鋁粉與H?O反應生成Al(OH)?，并放出H?，在澆注料尚未凝固前，H?從澆注料逸出時會形成毛細排氣孔，從而提高其排氣性。王立旺[1]采用鋁灰替代鋁粉作防爆劑，用于鐵溝澆注料，其鋁灰的化學成分是：Al31.63%，Al?O?18.15%，AlN9.25%，MgO6.16%，SiO?12.21%，F(xiàn)e?O?7.27%，CaO2.23%，Na?O2.15%，K?O1.03%，TiO?2.04%，Cr?O?0.58%，其他7.33%。其中的Al，AlN能水化放出氣體。試驗得出鐵溝澆注料中加入w(鋁灰)4%，能很好地起到防爆作用，鋁灰加入過多，會出現(xiàn)鼓脹開裂，鋁灰還能促進鐵溝料硬化，縮短施工時間。1.2加入高爐出鐵口炮泥中：黃朝暉等人發(fā)明在高爐出鐵口炮泥中添加鋁灰0.4%~40%替代鋁質(zhì)和硅質(zhì)原料。其他原料是：工業(yè)級剛玉、碳化硅、中溫瀝青顆粒粉、蘇州土細粉、焦炭粉等，以焦油及改性瀝青和酚醛樹脂為結(jié)合劑，混合攪拌均勻，過真空練泥機擠出后，即得到炮泥。其性能穩(wěn)定，能滿足生產(chǎn)要求，并能降低生產(chǎn)成本。1.3代替煅燒鋁礬土：有人研究在澆注料、預制件和耐火粘土制品中加入鋁灰取代煅燒的鋁礬土，而鋁灰無需煅燒，可直接作原料，大約用量在5%。利用鋁灰加工配制耐火材料，眾所周知，原料是耐火材料的基礎(chǔ)，高質(zhì)量的耐火原料才能生產(chǎn)好的產(chǎn)品。對耐火原料基本要求就是耐火性能，即耐火度1580℃以上的原材料才能作為耐火原料。鋁灰中除了Al?O?以外，還含有較多耐火性能較低的雜質(zhì)成分，因此，一般不能用鋁灰直接配制耐火材料，需要進一步加工處理，除去雜質(zhì)，提高Al?O?含量，才能考慮用作耐火材料。以下就鋁灰加工處理方法作簡要介紹。2.1鋁灰的浮選法提純：劉瑞瓊等采用油酸鈉為捕收劑，當pH值固定在8.6左右，捕收劑用量為1000g/t時，浮選后鋁灰w(Al?O?)含量由原來43.14%提高到86.41%,回收率68.89%?？梢蕴娲X礬土冶煉氧化鋁基電熔材料。2.2制取α-Al?O?：α-Al?O?是剛玉等高級耐火材料的主要原料。用鋁灰提取的基本原理是：在400~600℃的溫度下，鋁灰中的金屬鋁、氧化鋁與NaOH和NaNO?反應生成可溶于水的金屬鹽，并用水將其溶出，實現(xiàn)鋁與其他雜質(zhì)分離之后，使用晶種分解法處理含鋁溶液，*終得到α-Al?O?。得出的制備條件是：堿灰比(mNaOH/m鋁灰)1.3，鹽灰比(mNaNO?/m鋁灰)0.7，按比例要求配合，混合均勻，在500℃下熔煉，熔煉時間60min;用去離子水在60℃恒溫水溶中浸出熔煉產(chǎn)物，浸出時間30min，固液比1∶4，鋁浸出率*高達92.71%，浸出后抽濾，固液分離，浸出液經(jīng)過凈化，調(diào)整苛性比，晶種分解和煅燒獲得氧化鋁。謝剛等人采用加壓堿浸、波活化輔助的方法回收鋁灰中氧化鋁。首先將鋁灰破碎、篩分、水洗，與NaOH溶液按固液比1∶7混合攪拌均勻，然后在高壓釜內(nèi)，于140℃，1.15MPa反應6h，經(jīng)進一步固液分離、酸中和、水洗分離后，將產(chǎn)物置于輸出功率5W/g的波設(shè)備干燥活化7min，抽風速度為30m/min，*終可得Al?O?產(chǎn)品。還有人通過王水浸取法及添加氧化釔制備高硬度γ-Al?O?。首先鋁灰在室溫下溶解在王水中，然后在pH為9~10的條件下沉淀，加入0~20%氧化釔粒子，經(jīng)壓實后于1550~1650℃煅燒可得高硬度γ-Al?O?。2.3制取納米氧化鋁：在剛玉耐火制品中引入α-Al?O?粉，降低燒結(jié)溫度，節(jié)約能源，提高其性能。例如：在用電熔剛玉(Al?O?99.5%)的配料中，加入4%~8%的α-Al?O?粉和1%~2%的α-Al?O?納米粉，制品的燒成溫度由1700~1800℃降至1400℃。劉曉紅等采用硫酸浸取鋁灰制備納米氧化鋁的工藝方法是：首先在80℃攪拌條件下，用硫酸溶液多次浸取鋁灰中的鋁離子，經(jīng)過濾分離得到硫酸鋁溶液，然后將碳酸氫銨溶液加入到硫酸鋁溶液中，在40℃條件下攪拌反應60min，生成前驅(qū)體碳酸鋁銨沉淀和硫酸銨溶液，經(jīng)陳化，真空抽濾分離，硫酸鋁銨沉淀洗滌干燥后于1200℃煅燒1h，得到粒徑約70nm的α-Al?O?粉。2.4利用鋁灰冶煉棕剛玉：耐火材料用棕剛玉一般是用特級鋁礬土冶煉而成，Al?O?含量94.5%~97%，是中、耐火材料的主要原料，尤其不定形耐火材料用量較多。近年來，為了節(jié)能環(huán)保，降低生產(chǎn)成本，有人在研究用鋁灰冶煉棕剛玉，其中劉瑞瓊等[5]試驗的低溫冶煉制備棕剛玉的效果較好。其生產(chǎn)過程是：將1份鋁灰(小于0.10mm)放入2~5份90~100℃熱水中，浸泡6~10h，將水排出，并加入排出等質(zhì)量的90~100℃熱水浸泡2~14h，浸泡為放熱反應，不斷攪拌，保持水溫90~100℃，確保鋁灰不沉積，將浸泡后的鋁灰分離出來后用流動水漂洗，漂洗水流為3~6m/min，然后用真空過濾機過濾，再經(jīng)80~110℃烘干至水分低于20%，即完成預處理。在電弧爐中熔煉：在鋁灰中加入0.5%~4%的沉淀劑鐵屑，在爐中1700~1800℃冶煉6~8h，熔融還原鋁灰中的SiO?，F(xiàn)e?O?，TiO?等氧化物，冷卻后經(jīng)粉碎，磁選和篩分得到棕剛玉產(chǎn)品。其試用的鋁灰及棕剛玉產(chǎn)品的化學成分見表2。2.5合成Sialon粉：Sialon陶瓷是20世紀70年代后迅速發(fā)展起來的一類高溫結(jié)構(gòu)材料，Sialon材料以優(yōu)越的力學性能、熱學性能和化學穩(wěn)定性，被認為是*有希望的高溫陶瓷材料之一。Sialon為Si?N4-AlN-Al2O?-SiO?系固溶體，采用純化學原料制備，成本高。李家鏡等[6]采用鋁灰、炭黑和粉煤灰為原料，用碳熱鋁熱復合還原氮化工藝制備Sialon粉體。試用鋁灰及粉煤灰的化學成分如表3。稱好料，進行球磨12h(用Si?N4球，無水乙醇為介質(zhì))，然后進行干燥、過篩、壓成圓片，再進行煅燒，自然冷卻后磨成粉，研究了原料組成、合成溫度對生成物相的影響。結(jié)果表明：在原料中當Si/Al為1(鋁灰為33%，粉煤灰為50%)時，加入17%炭黑，合成溫度1450℃，得到的主要物相為Si?Al?O?N(5β-Sialon，Z=3)和SiAl4O?N(415R)的產(chǎn)物;在Si/Al為1.5時，加入80%粉煤灰，1450℃可制備較純的Si?Al?O?N5粉。2.6制備鎂鋁尖晶石：鎂鋁尖晶石是重要的耐火原料，以它為顆粒，鎂砂為細粉，制備與剛玉配制鋼包用澆注料。李曉娜[7]以鋁灰、鋁礬土和電熔鎂砂為原料，鐵屑為沉淀劑，焦炭為還原劑，采用高溫電熔法合成富鋁鎂鋁尖晶石。試驗表明：加入鋁灰20%，40%，60%生產(chǎn)的鎂鋁尖晶石，其綜合指標超過鋁礬土基鎂鋁尖晶石的技術(shù)指標;加入40%鋁灰時，綜合指標*好，其含Al?O?82.48%，SiO?0.35%，MgO14.10%，CaO1.12%，F(xiàn)e?O?0.5%(質(zhì)量分數(shù))顯氣孔率0.9%，體積密度3.48g/cm3，耐火度>1800℃;鋁灰加入40%，60%生產(chǎn)的尖晶石中含有六鋁酸鈣(CA6)相。2.7制備TiN-Al?O?復相耐火原料：TiN-Al?O?復合材料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，耐磨性及力學性能，是一種優(yōu)異的耐火材料。劉海濤等[8]以金紅石和鋁灰為原料，以鋁灰中的金屬鋁為還原劑，采用鋁熱還原氮化法合成TiN-Al?O?復合粉體。試驗用鋁灰及金紅石的化學成分見表4。其原理是：根據(jù)反應式6TiO?+8Al+3N?=6TiN+4Al?O?計算鋁灰和金紅石理論質(zhì)量比為16∶27。具體做法是：先稱好料，放入球磨機中，干磨12h，以40MPa壓力，干壓成型坯體，然后放入石墨坩堝，在流動氨氣中，600~1400℃，保溫5h煅燒。在1300℃煅燒的產(chǎn)品按理論用量合成的產(chǎn)物主要是TiN，α-Al?O?，少量倍長石和MgAl?O4。經(jīng)計算，TiN為30.4%，α-Al?O?為45.8%，隨鋁灰增加α-Al?O?增多，TiN減少，當鋁灰過量50%時，TiN為26.4%，α-Al?O?為55.0%。TiN-Al?O?復合材料的抗折強度達520.2MPa。2.8電熔莫來石：陳海等[9]利用鋁灰電熔莫來石。具體步驟是： 步是鋁灰預處理過程，首先在1100℃下煅燒鋁灰，使金屬鋁部分轉(zhuǎn)變?yōu)锳l?O?，然后將煅燒的鋁灰放入水槽中，加入鹽酸進行清洗，然后烘干;第二步是電熔，按鋁灰、鋁礬土與硅石的質(zhì)量分數(shù)比為：30%~80%：0~50%：10%~20%的范圍內(nèi)，混合均勻后加入電弧爐中，熔煉，倒出，冷卻，破粉碎，分選，得到莫來石。利用鋁灰制取耐火材料結(jié)合劑3.1合成聚合氯化鋁：聚合氯化鋁又稱堿式氯化鋁，簡稱PAC，是介于AlCe?和Al(OH)?之間的水解產(chǎn)物，其化學通式為(Al(2OH)nCe6-n)m，其中m<10，n=1~5。聚合氯化鋁分為固體和液體兩種，固體通常為黃色或無色的樹脂狀產(chǎn)品，Al?O?含量40%~50%;液體呈無色，黃褐色或黑色，Al?O?含量10%以上。聚合氯化鋁可作為定型耐火制品、耐火可塑料、搗打料和澆注料結(jié)合劑，對堿化度和密度有一定要求，一般要求堿化度為46%~72%，密度為1.17~1.23g/cm3。謝英惠等[10]研究以鋁灰為原料制取聚合氯化鋁。其中中和法是將燒堿和鹽酸分別與鋁灰反應，產(chǎn)生鋁酸鈉和三氯化鋁，然后以合適的配比合成聚合氯化鋁。而酸溶法是將鋁灰和鹽酸反應一次直接產(chǎn)出液體聚合氯化鋁。具體操作是：用水洗法除去水溶解的鹽類，處理后鋁灰Al?O?含量30%左右，然后將工業(yè)鹽酸與一定量水放入反應器內(nèi)，攪拌并用水浴加熱，稱取鋁灰逐步加入鹽酸溶液中，反應放熱，反應溫度96℃，時間6~12h，反應結(jié)束加入一定水稀釋物料，試驗認為，鋁灰∶HCe∶水為3∶1∶3，反應6~8h為宜，調(diào)節(jié)pH值為3.5~4.5，陳化15~24h，得到液體聚合氯化鋁產(chǎn)品。3.2制取硫酸鋁：將硫酸鋁溶于水中，可作為定型和不定型耐火材料的結(jié)合劑。由于硫酸鋁溶液呈酸性，因此主要用于酸性和中性耐火材料結(jié)合劑?？滴耐ǖ萚11]研究的以鋁灰為原料制備硫酸鋁的工藝流程是：鋁灰—加入硫酸和水進行反應—過濾除去濾餅—濾液除去雜質(zhì)—濃縮—冷卻結(jié)晶—硫酸鋁產(chǎn)品。其中反應時間3h，硫酸濃度30%，硫酸用量1.05(以硫酸實際用量與理論用量之比表示)，pH值為3，收率達93.2%

         鋁中雜質(zhì)對性能的影響---1.合金元素影響：銅元素-鋁銅合金富鋁有些548時，銅在鋁中的較大溶解度為5.65%,溫度降到302時，銅的溶解度為0.45%。銅是重要的合金元素，有必定的固溶強化效果，此外時效分出的CuAl2有著顯著的時效強化效果。鋁合金中銅含量一般在2.5%~5%，銅含量在4%~6.8%時強化效果較好，所以大有些硬鋁合金的含銅量處于這規(guī)模。鋁銅合金中能夠富含較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。硅元素-Al—Si合金系富鋁有些在共晶溫度577時，硅在固溶體中的較大溶解度為1.65%。雖然溶解度隨溫度下降而削減，介這類合金一般是不能熱處理強化的。鋁硅合金具有極好的鍛造功能和抗蝕性。若鎂和硅一起參加鋁中構(gòu)成鋁鎂硅系合金，強化相為MgSi。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73:1。規(guī)劃Al-Mg-Si系合金成分時，基體上按此份額裝備鎂和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，為了進步強度，參加適當?shù)你~，一起參加適當?shù)你t以抵消銅對立蝕性的晦氣影響。Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁有些Mg2Si在鋁中的較大溶解度為1.85%，且隨溫度的下降而減速小。變形鋁合金中，硅獨自參加鋁中只限于焊接資料，硅參加鋁中亦有必定的強化效果。鎂元素-Al-Mg合金系平衡相圖富鋁有些雖然溶解度曲線標明，鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，但是在大有些工業(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于6%，而硅含量也低，這類合金是不能熱處理強化的，但是可焊性杰出，抗蝕性也罷，并有中等強度。鎂對鋁的強化是顯著的，每增加1%鎂，抗拉強度大概升高瞻遠34MPa。假如參加1%以下的錳，能夠彌補強化效果。因而加錳后可下降鎂含量，一起可下降熱裂傾向，別的錳還能夠使Mg5Al8化合物均勻沉淀，改進抗蝕性和焊接功能。錳元素-Al-Mn合金系平平衡相圖有些在共晶溫度658時，錳在固溶體中的較大溶解度為1.82%。合金強度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時，延伸率達較大值。Al-Mn合金對錯時效硬化合金，即不可熱處理強化。錳能阻撓鋁合金的再結(jié)晶進程，進步再結(jié)晶溫度，并能顯著細化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細化首要是經(jīng)過MnAl6化合物彌散質(zhì)點對再結(jié)晶晶粒長大起阻止效果。MnAl6的另一效果是能溶解雜質(zhì)鐵，構(gòu)成(Fe、Mn)Al6，減小鐵的有害影響。錳是鋁合金的重要元素，能夠獨自參加構(gòu)成Al-Mn二元合金，更多的是和其它合金元素一起參加，因而大多鋁合金中均富含錳。鋅元素-Al-Zn合金系平衡相圖富鋁有些275時鋅在鋁中的溶解度為31.6%，而在125時其溶解度則下降到5.6%。鋅獨自參加鋁中，在變形條件下對鋁合金強度的進步非常有限，一起存在應力腐蝕開裂、傾向，因而約束了它的運用。在鋁中一起參加鋅和鎂，構(gòu)成強化相Mg/Zn2，對合金發(fā)生顯著的強化效果。Mg/Zn2含量從0.5%進步到12%時，可顯著增加抗拉強度和屈從強度。鎂的含量超越構(gòu)成Mg/Zn2相所需超硬鋁合金中，鋅和鎂的份額操控在2.7擺布時，應力腐蝕開裂抗力較大。如在Al-Zn-Mg基礎(chǔ)上參加銅元素，構(gòu)成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基強化效果在所有鋁合金中較大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金資料。2.量元素的影響：鐵和硅--鐵在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛鋁合金中，硅在Al-Mg-Si系鍛鋁中和在Al-Si系焊條及鋁硅鍛造合金中，均作為合金元素加的，在基它鋁合金中，硅和鐵是常見的雜質(zhì)元素，對合金功能有顯著的影響。它們首要以FeCl3和游離硅存在。在硅大于鐵時，構(gòu)成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時，構(gòu)成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。當鐵和硅份額不當時，會引起鑄件發(fā)生裂紋，鑄鋁中鐵含量過高時會使鑄件發(fā)生脆性。鈦和硼-鈦是鋁合金中常用的增加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中心合金方式參加。鈦與鋁構(gòu)成TiAl2相，成為結(jié)晶時的非自覺中心，起細化鍛造安排和焊縫安排的效果。Al-Ti系合金發(fā)生包反應時，鈦的臨界含量約為0.15%，假如有硼存在則減速小到0.01%。鉻-鉻在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常見的增加元素。600℃時，鉻在鋁中溶解度為0.8%，室溫時基本上不溶解。鉻在鋁中構(gòu)成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金屬間化合物，阻止再結(jié)晶的形核和長大進程，對合金有必定的強化效果，還能改進合金耐性和下降應力腐蝕開裂敏感性。但會場增加淬火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色。鉻在鋁合金中的增加量一般不超越0.35%，并隨合金中過渡元素的增加而下降。鍶-鍶是外表活性元素，在結(jié)晶學上鍶能改變金屬間化合物相的行動。因而用鍶元素進行蛻變處理能改進合金的塑性加工性和終究產(chǎn)品質(zhì)量。因為鍶的蛻變有效時刻長、效果和再現(xiàn)性好等長處，近年來在Al-Si鑄造合金中替代了鈉的運用。對揉捏用鋁合金中參加0.015%~0.03%鍶，使鑄錠中β-AlFeSi相成為漢字形α-AlFeSi相，削減了鑄錠均勻化時刻60%~70%，進步資料力學功能和塑性加工性;改進成品外表粗糙度。對于高硅(10%~13%)變形鋁合金中參加0.02%~0.07%鍶元素，可使初晶削減至較低極限，力學功能也顯著進步，抗拉強度бb由233MPa進步到236MPa，屈從強度б0.2由204MPa提高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在過共晶Al-Si合金中參加鍶，能減小初晶硅粒子尺寸，改進塑性加工功能，可順暢地熱軋和冷軋。鋯元素-鋯也是鋁合金的常用增加劑。一般在鋁合金中參加量為0.1%~0.3%，鋯和鋁構(gòu)成ZrAl3化合物，可阻止再結(jié)晶進程，細化再結(jié)晶晶粒。鋯亦能細化鍛造安排，但比鈦的效果小。有鋯存在時，會下降鈦和硼細化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，因為鋯對淬火敏感性的影響比鉻和錳的小，因而宜用鋯來替代鉻和錳細化再結(jié)晶安排。雜質(zhì)元素-稀土元素參加鋁合金中，使鋁合金熔鑄時增加成分過冷，細化晶粒，削減二次晶距離，削減合金中的氣體和攙雜，并使攙雜相趨于球化。還可下降熔體外表張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝功能有著顯著的影響。各種稀土參加量約為0.1%at%為好?；旌舷⊥?La-Ce-Pr-Nd等混合)的增加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時效G?P區(qū)構(gòu)成的臨界溫度下降。含鎂的鋁合金，能激起稀土元素的蛻變效果。