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?從澆注料逸出時會形成毛細(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，會出現(xiàn)鼓脹開裂，鋁灰還能促進(jìn)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(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，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(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(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，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(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，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(dāng)鋁灰過量50%時，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%

       鋁及其鋁合金在大氣中很易被腐蝕和氧化。通常情況下，其產(chǎn)品必須經(jīng)過表面處理來提高使用性能。傳統(tǒng)方法主要是采用化學(xué)氧化和直流陽極氧化處理，傳統(tǒng)方法缺陷眾多，如表面粗糙、質(zhì)軟、硬度低、耐磨性、抗蝕性和絕緣絕熱性差等。而采用脈沖陽極氧化的鋁及其鋁合金產(chǎn)品的氧化膜結(jié)構(gòu)具有均勻致密、純度高、孔隙率低等優(yōu)勢。目前，脈沖陽極氧化是鋁合金工業(yè)*有前途的陽極氧化方法。在工業(yè)發(fā)展中*值得關(guān)注的兩個問題分別是：（1）陽極氧化參數(shù)對各種鋁合金涂層的機(jī)械性能的影響；（2）降低陽極氧化設(shè)備的成本而不降低涂層性能。為了更好更快的工業(yè)應(yīng)用，來自波蘭的研究人員研究了脈沖陽極氧化的鍍液溫度以及電流密度對機(jī)械強(qiáng)度的影響。新研究表明，在脈沖電流對5005鋁合金進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化過程中，提高鍍液溫度不會降低鍍層的耐磨性和抗刮性等力學(xué)性能，進(jìn)而有利于保持陽極氧化裝置的成本效益。相關(guān)論文以題為“Mechanical properties of a pulsed anodised 5005 aluminium alloy”于2月15日發(fā)表在Surface and Coatings Technology。鋁灰是一次和二次鋁工業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物。主要有三方面的來源，一是氧化鋁通過電化學(xué)法熔煉金屬鋁產(chǎn)生的鋁灰，為30~50kg/t鋁。二是金屬鋁在鑄錠、多次重熔、配制合金、零部件澆鑄等過程產(chǎn)生的鋁灰，為30~40kg/t鋁。以上鋁灰稱為一次鋁灰，也稱為白灰，目前大部分企業(yè)將金屬鋁含量較高的一次鋁灰回收利用。三是指二次鋁工業(yè)，即將廢棄的鋁制品及其加工產(chǎn)生的廢屑，回收一次鋁灰過程產(chǎn)生的廢棄物等，稱為二次鋁灰，也稱黑灰，目前回收率一般在75%~85%，為150~250kg/t鋁。估計我國每年產(chǎn)生鋁灰在250萬t以上。一次鋁灰回收金屬鋁的工藝技術(shù)已趨成熟，并投入工業(yè)化生產(chǎn)，但二次鋁灰的回收或利用仍處于研究階段，大量的鋁灰渣堆積或填埋。歐洲把鋁灰定為有害廢棄物，主要危害為滲出性或在遇水及潮濕的空氣中極易反應(yīng)生成有害、有毒的氣體，如氨氣、甲烷、氫氣等，未處理的鋁灰對地下水及空氣會造成污染，并占用土地。