鋁灰的化學(xué)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(xué)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(xué)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(hù)環(huán)境，又降低耐火材料企業(yè)的生產(chǎn)成本，對(duì)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(yīng)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(yīng)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(shí)會(huì)形成毛細(xì)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(xué)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(yàn)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(huì)出現(xiàn)鼓脹開裂，鋁灰還能促進(jìn)鐵溝料硬化，縮短施工時(shí)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(jí)剛玉、碳化硅、中溫瀝青顆粒粉、蘇州土細(xì)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(jī)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(yù)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(duì)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(jìn)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(jiǎn)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(dāng)pH值固定在8.6左右，捕收劑用量為1000g/t時(shí)，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(jí)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(yīng)生成可溶于水的金屬鹽，并用水將其溶出，實(shí)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(shí)間60min;用去離子水在60℃恒溫水溶中浸出熔煉產(chǎn)物，浸出時(shí)間30min，固液比1∶4，鋁浸出率*高達(dá)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(yīng)6h，經(jīng)進(jìn)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(fēng)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(shí)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(yīng)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(jí)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(yàn)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(yīng)，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(dòng)水漂洗，漂洗水流為3~6m/min，然后用真空過濾機(jī)過濾，再經(jīng)80~110℃烘干至水分低于20%，即完成預(yù)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(xué)成分見表2。2.5合成Sialon粉：Sialon陶瓷是20世紀(jì)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(xué)性能、熱學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，被認(rèn)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(xué)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(fù)合還原氮化工藝制備Sialon粉體。試用鋁灰及粉煤灰的化學(xué)成分如表3。稱好料，進(jìn)行球磨12h(用Si?N4球，無水乙醇為介質(zhì))，然后進(jìn)行干燥、過篩、壓成圓片，再進(jìn)行煅燒，自然冷卻后磨成粉，研究了原料組成、合成溫度對(duì)生成物相的影響。結(jié)果表明：在原料中當(dāng)Si/Al為1(鋁灰為33%，粉煤灰為50%)時(shí)，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(shí)，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(xì)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(yàn)表明：加入鋁灰20%，40%，60%生產(chǎn)的鎂鋁尖晶石，其綜合指標(biāo)超過鋁礬土基鎂鋁尖晶石的技術(shù)指標(biāo);加入40%鋁灰時(shí)，綜合指標(biāo)*好，其含Al?O?82.48%，SiO?0.35%，MgO14.10%，CaO1.12%，F(xiàn)e?O?0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?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(fù)相耐火原料：TiN-Al?O?復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，耐磨性及力學(xué)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(fù)合粉體。試驗(yàn)用鋁灰及金紅石的化學(xué)成分見表4。其原理是：根據(jù)反應(yīng)式6TiO?+8Al+3N?=6TiN+4Al?O?計(jì)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(jī)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(dòng)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(zhǎng)石和MgAl?O4。經(jīng)計(jì)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(dāng)鋁灰過量50%時(shí)，TiN為26.4%，α-Al?O?為55.0%。TiN-Al?O?復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度達(dá)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(yù)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(jìn)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?jǐn)?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(jiǎn)稱PAC，是介于AlCe?和Al(OH)?之間的水解產(chǎn)物，其化學(xué)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(duì)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(yīng)放熱，反應(yīng)溫度96℃，時(shí)間6~12h，反應(yīng)結(jié)束加入一定水稀釋物料，試驗(yàn)認(rèn)為，鋁灰∶HCe∶水為3∶1∶3，反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)—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(yīng)時(shí)間3h，硫酸濃度30%，硫酸用量1.05(以硫酸實(shí)際用量與理論用量之比表示)，pH值為3，收率達(dá)93.2%

         鋁型材擠壓車間關(guān)鍵工序操作規(guī)程：1.根據(jù)作業(yè)計(jì)劃單選定符合計(jì)劃單的模具，平模：460℃---480℃B.分流模：480℃---500℃。模具在爐中的停留時(shí)間較長(zhǎng)不超過8小時(shí)，裝模過程應(yīng)迅速快捷，而且要防止模具冷卻。2.盛錠筒必須保持干凈，無嚴(yán)重磨損或大肚，否則，擠壓產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)夾渣或氣泡。鋁型材擠壓車間關(guān)鍵工序操作規(guī)程3.不允許鋁合金圓鑄錠在地面上滾動(dòng)，凡是表面有泥沙、灰塵時(shí)，均應(yīng)清理干凈后再入爐加熱。鋁棒加熱爐的溫度設(shè)定加熱階段設(shè)定300℃-450℃，鋁棒上機(jī)時(shí)溫度控制，根據(jù)壁厚應(yīng)符合T≥1.4mm以溫度控制在440℃-540℃，T＜1.4mm溫度控制在400℃-540℃，具體情況根據(jù)品種、模具結(jié)構(gòu)、合金種類而定。4.鋁合金圓鑄錠在入爐加熱之前，應(yīng)作表面質(zhì)量自檢，自檢由主機(jī)手負(fù)責(zé)，凡是有明顯夾渣、冷隔、中心裂紋和彎曲的圓鑄錠，都不應(yīng)入爐加熱，應(yīng)將其挑選出來退回熔鑄車間。5.采用加溫100℃/1小時(shí)的梯溫形式，將盛錠筒加溫至380℃---420℃。盛錠筒端面溫度為280℃---360℃6.盛錠筒與模具配合的端面應(yīng)平整無損傷和粘鋁，否則擠壓時(shí)會(huì)跑料。擠壓過程中，擠壓班長(zhǎng)要每隔10-20個(gè)鑄錠用手提測(cè)溫儀測(cè)量一次溫度，并如實(shí)作好記錄，以便隨時(shí)掌握鑄錠溫度變化情況，保持正常擠壓溫度。7.擠壓時(shí)，要注意壓力的變化。起壓時(shí)不超過210kg/cm2，正常擠壓時(shí)，壓力會(huì)隨過程下降，若在起壓后超過1分鐘壓力不下降，則應(yīng)停止擠壓，以防損壞設(shè)備和模具。鋁型材擠壓車間關(guān)鍵工序操作規(guī)程8.應(yīng)根據(jù)不同合金的不同特性控制擠壓速度，低雜質(zhì)合金擠壓速度可高些，高雜質(zhì)合金擠壓速度會(huì)慢些。若鋁棒溫度偏高，應(yīng)減低擠壓速度，若想加大擠壓速度，應(yīng)將鋁棒溫度控制低些。9.為了控制好力學(xué)性能出料口的溫度較低必須≥500℃。10.首件檢查：上模擠壓出來的第1支型材應(yīng)將其料頭切下500mm長(zhǎng)留給修模作依據(jù)，第1支與第2支棒切下500mm長(zhǎng)交巡檢員作外觀尺寸和形位公差檢查，以確認(rèn)是否符合圖紙尺寸及裝配關(guān)系要求，從而判定該模具可否繼續(xù)生產(chǎn)。11.為了防止模具端面、盛錠筒端面和擠壓墊片端面粘鋁，允許在模具端面和墊片端面上涂少量脫模油脂，但要盡量少涂或不涂，而且不允許涂及模具型腔和盛錠筒內(nèi)壁，以免油脂污染型材。12.要正確使用擠壓墊片，保護(hù)擠壓墊片不被碰傷。當(dāng)擠壓墊片磨損太大，變成圓角，清缸不干凈時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換新墊片。每次擠壓時(shí)，都要特別注意墊片是否已放好，防止因擠壓墊片沒放好造成設(shè)備事故。13.鋁材擠壓過程中應(yīng)注意液壓油溫度的變化：當(dāng)油溫升高到約45-50℃時(shí)，擠壓力會(huì)大大下降，擠壓機(jī)會(huì)變得無力，此時(shí)應(yīng)停機(jī)并設(shè)法將油溫降下來，然后才能再開機(jī)擠壓。14.鋁型材擠壓機(jī)噸位(噸)60010001650，每套模具一次擠壓鑄錠數(shù)(個(gè))100-15060-8040-80。15.為了防止擠壓死區(qū)的氣體及臟物流入鋁型材和為了保護(hù)擠壓桿不致破壞，限定壓余長(zhǎng)度不許過厚，也不允許過簿，壓余控制15-30mm厚度。16.6063擠壓鋁型材T6淬火采用強(qiáng)制風(fēng)冷，T5自然冷卻，型材流出后不可小于80℃/分的速度冷卻至170℃以下。6061擠壓型材淬火采用強(qiáng)風(fēng)、水霧或直接水冷方式，并要在2-3分鐘將溫度降至200℃以下。17.鋁型材在冷床上要冷卻到50℃以下才能進(jìn)行拉直。型材拉直時(shí)，其拉直量應(yīng)控制在1-2%左右，超厚型材的拉直變形量允許稍大一些，但不許超過3%。，拉直時(shí)，要注意保護(hù)裝飾面不被擦傷，盡可能做到以非裝飾面接觸棚架輸送帶。18.鋁型材在定尺之前，應(yīng)清楚其長(zhǎng)度公差要求。若客戶有特殊要求時(shí)，應(yīng)按客戶要求執(zhí)行；若無特殊要求，長(zhǎng)度公差一律按+15mm控制，以倍尺交貨時(shí)，總偏差為+20mm。校好定尺位后，切出第1支型材時(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度是否符合要求，必須是正偏差，不許負(fù)偏差，確認(rèn)無錯(cuò)后，開始成批定尺鋸切。19.為防止鋁型材擦傷，不要將型材疊起來鋸切，型材前進(jìn)時(shí)，應(yīng)先將鋸臺(tái)上的鋁屑吹掃干凈。20.鋸切時(shí)，應(yīng)在鋸片涂油潤(rùn)滑，但要防止?jié)櫥驼车戒X型材表面上。20鋸切后鋁型材的鋸口應(yīng)垂直于軸線，鋸口應(yīng)無毛刺、飛邊和扭歪變形。為了有漂亮的鋸口，應(yīng)經(jīng)常保持鋸片的鋒利，應(yīng)注意鋸片上的積鋁，當(dāng)鋸片不夠鋒利時(shí)，應(yīng)及時(shí)換下來打磨鋸齒或換用新鋸片。21.定尺后的鋁型材應(yīng)用壓縮空氣吹干凈鋁屑，然后裝框。22.鋁型材定尺后，大料逐支檢查，中小料按10%的比例抽查，檢查的內(nèi)容是平面度、彎曲度、扭擰度、張口、收口、表面質(zhì)量。23.鋁型材定尺并檢查合格后，要兩人輕輕地抬著放于料框中，小心擺放整齊，不要互相碰撞和磨擦。裝框時(shí)應(yīng)戴干凈的紗手套，手套不能有油、水和其他臟物。裝框時(shí)，長(zhǎng)料、重料在框下層，短料、輕料在框上層。24.放完一層后，根據(jù)鋁型材長(zhǎng)度及其承受自重的程度，適當(dāng)放4-8支橫隔條，再放第二層鋁型材，不允許型材垂彎及疊起堆放。25.凡是細(xì)料縱向不能通風(fēng)的實(shí)心鋁型材，應(yīng)使用帶通風(fēng)孔的小方管橫隔條分層隔開，以便于時(shí)效通風(fēng)傳熱。26.較上一層鋁型材的平面要低于料框的平面，以防疊框時(shí)壓壞型材。