铝灰在耐火材料行业的8大应用
铝灰是一次和二次铝工业中产生的废弃物。主要有三方面的来源，一是氧化铝通过电化学法冶炼金属铝产生的铝灰，为30~50kg/t铝。 二是金属铝在铸锭、多次重熔、提炼合金、零部件铸铁等过程产生的铝灰，为30~40kg/t铝。以上铝灰称作一次铝灰，也称作白灰，目前大部分企业将金属铝含量较高的一次铝灰重复使用利用。
铝灰是一次和二次铝工业中产生的废弃物。主要有三方面的来源，一是氧化铝通过电化学法冶炼金属铝产生的铝灰，为30~50kg/t铝。
二是金属铝在铸锭、多次重熔、提炼合金、零部件铸铁等过程产生的铝灰，为30~40kg/t铝。以上铝灰称作一次铝灰，也称作白灰，目前大部分企业将金属铝含量较高的一次铝灰重复使用利用。
三是指二次铝工业，将要荒废的铝制品及其加工产生的废屑，重复使用一次铝灰过程产生的废弃物等，称作二次铝灰，也称之为黑灰，目前回收率一般在75%~85%，为150~250kg/t铝。估算我国每年产生铝灰在250万t以上。一次铝灰重复使用金属铝的工艺技术已趋成熟期，并投放工业化生产，但二次铝灰的重复使用或利用仍正处于研究阶段，大量的铝灰渣冲刷或填平。欧洲把铝灰订为危害废弃物，主要危害为渗出性或在遇水及干燥的空气中不易反应分解危害、剧毒的气体，如氨气、甲烷、氢气等，处理方式的铝灰对地下水及空气不会导致污染，并闲置土地。
铝灰的化学成分由于原料构成及工艺等有所不同，具备较显著的差异性，主要由金属铝、氧化铝及盐熔剂等的混合物包含。明确是：Al10%~30%，Al?O320%~40%,Si，Mg，Fe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吸附于金属铝的表面。耐火材料科资源型产业，化学成分及类型多种多样，具备容纳各种原材料的空间。
铝灰的化学成分与耐火材料的主要原料铝矾土相似，可以考虑到必要或经加工处置后沦为耐火原料,为铝灰的有效地利用修筑一条新途径，既保护环境，又减少耐火材料企业的生产成本，对企业可持续发展具备一定协助。铝灰重新加入耐火材料配料中的应用于1.1作为防护剂能提高不定形耐火材料衬体的透气性，避免衬体在烤制过程中由于产生的蒸气力过大而再次发生轰 瓣的物质称作防护剂，也称作快干剂(可较慢烤制的添加剂)。不定形耐火材料的防护剂有活性金属铝粉，铝粉与H?O反应分解Al(OH)?，并释放出H?，在浇注料仍未凝结前，H?从浇注料逸出时会构成毛细分列气孔，从而提升其排气性。
王立旺[1]使用铝灰替代铝粉不作防护剂，用作铁沟浇注料，其铝灰的化学成分是：Al31.63%，Al?O?18.15%，AlN9.25%，MgO6.16%，SiO?12.21%，Fe?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能水化释放出气体。试验得出结论铁沟浇注料中重新加入w(铝灰)4%，能很好地起着防护起到，铝灰重新加入过多，不会经常出现鼓胀裂开，铝灰还能增进铁沟料硬化，延长施工时间。
1.2重新加入高炉出有铁口炮泥中黄朝晖等人发明者在高炉出有铁口炮泥中加到铝灰0.4%~40%替代铝质和硅质原料。其他原料是：工业级刚玉、碳化硅、中温沥青颗粒粉、苏州土细粉、焦炭粉等，以焦油及改性沥青和酚醛树脂为融合剂，混合加热均匀分布，过真空苦练泥机吸管后，即获得炮泥。
其性能平稳，能符合生产拒绝，并能降低生产成本。1.3替换焙烧铝矾土有人研究在浇注料、预制件和耐火粘土制品中重新加入铝灰代替焙烧的铝矾土，而铝灰需要焙烧，可必要不作原料，约用量在5%。
利用铝灰加工提炼耐火材料众所周知，原料是耐火材料的基础，高质量的耐火原料才能生产好的产品。对耐火原料基本拒绝就是耐火性能，即耐火度1580℃以上的原材料才能作为耐火原料。铝灰中除了Al?O?以外，还所含较多耐火性能较低的杂质成分，因此，一般无法用铝灰必要提炼耐火材料，必须更进一步加工处置，除去杂质，提升Al?O?含量，才能考虑到用于耐火材料。
以下就铝灰加工处置方法不作详细讲解。2.1铝灰的浮选法制备刘瑞琼等使用油酸钠为捕收剂，当pH值相同在8.6左右，捉收剂用量为1000g/t时，浮选后铝灰w(Al?O?)含量由原本43.14%提升到86.41%,回收率68.89%。可以替代铝矾土冶金氧化铝恩电熔材料。2.2制备-Al?O?-Al?O?是刚玉等高级耐火材料的主要原料。
用铝灰萃取的基本原理是：在400~600℃的温度下，铝灰中的金属铝、氧化铝与NaOH和NaNO?反应分解可水溶液水的金属盐，并用水将其溶出，构建铝与其他杂质分离出来之后，用于晶种分解成法处置不含铝溶液，*惜获得-Al?O?。得出结论的制取条件是：碱灰比(mNaOH/m铝灰)1.3，盐灰比(mNaNO?/m铝灰)0.7，按比例拒绝因应，混合均匀分布，在500℃下冶炼，冶炼时间60min;用去离子水在60℃恒温水溶中浸出冶炼产物，浸出时间30min，固液比1∶4，铝浸出亲率*高达92.71%，浸出后抽滤，固液分离出来，浸出液经过净化，调整苛性比，晶种分解成和焙烧取得氧化铝。谢刚等人使用冷却碱洗、微波活化辅助的方法重复使用铝灰中氧化铝。
首先将铝灰碎裂、筛分、水洗，与NaOH溶液按固液比1∶7混合加热均匀分布，然后在高压釜内，于140℃，1.15MPa反应6h，经更进一步固液分离出来、酸中和、水洗分离出来后，将产物置放输出功率5W/g的微波设备潮湿活化7min，抽风速度为30m/min，*惜可得Al?O?产品。还有人通过王水浸禅及加到氧化钇制取高硬度-Al?O?。
首先铝灰在室温下沉淀在王水中，然后在pH为9~10的条件下溶解，重新加入0~20%氧化钇粒子，经压实后于1550~1650℃焙烧可得高硬度-Al?O?。2.3制备纳米氧化铝在刚玉耐火制品中引进-Al?O?粉，减少工件温度，节约能源，提升其性能。
例如：在用电熔刚玉(Al?O?99.5%)的配料中，重新加入4%~8%的-Al?O?微粉和1%~2%的-Al?O?纳米粉，制品的烧制温度由1700~1800℃降到1400℃。刘晓红等使用硫酸浸取铝灰制取纳米氧化铝的工艺方法是：首先在80℃加热条件下，用硫酸溶液多次浸取铝灰中的铝离子，经过滤器分离出来获得硫酸铝溶液，然后将碳酸氢铵溶液重新加入到硫酸铝溶液中，在40℃条件下加热反应60min，分解前驱体碳酸铝铵溶解和硫酸铵溶液，经陈化，真空抽滤分离出来，硫酸铝铵溶解洗净潮湿后于1200℃焙烧1h，获得粒径大约70nm的-Al?O?粉。2.4利用铝灰冶金棕刚玉耐火材料用棕刚玉一般是用特级铝矾土冶金而出，Al?O?含量94.5%~97%，是中、高档耐火材料的主要原料，特别是在不定形耐火材料用量较多。
近年来，为了节能环保，降低生产成本，有人在研究用铝灰冶金棕刚玉，其中刘瑞琼等[5]试验的低温冶金制取棕刚玉的效果较好。其生产过程是：将1份铝灰(大于0.10mm)放进2~5份90~100℃热水中，洗净6~10h，将水排泄，并重新加入排泄等质量的90~100℃热水洗净2~14h，洗净为放热反应，大大加热，维持水温90~100℃，保证铝灰不沉积，将洗净后的铝灰分离出来后用流动水漂洗，漂洗水流为3~6m/min，然后用真空过滤机过滤器，向西南80~110℃浸泡至水分高于20%，即已完成预处理。在电弧炉中冶炼：在铝灰中重新加入0.5%~4%的沉淀剂铁屑，在炉中1700~1800℃冶金6~8h，熔融还原成铝灰中的SiO?，Fe?O?，TiO?等氧化物，加热后经消灭，磁选和筛分获得棕刚玉产品。其试用的铝灰及棕刚玉产品的化学成分闻表格2。
2.5制备Sialon粉Sialon陶瓷是20世纪70年代后很快发展一起的一类高温结构材料，Sialon材料以良好的力学性能、热学性能和化学稳定性，被指出是*有期望的高温陶瓷材料之一。Sialon为Si?N4-AlN-Al2O?-SiO?系由固溶体，使用显化学原料制取，成本高。
李家镜等[6]使用铝灰、炭黑和粉煤灰为原料，用碳冷铝冷填充还原成氮化工艺制取Sialon粉体。试用铝灰及粉煤灰的化学成分如表格3。
称之为好料，展开球篦12h(用Si?N4球，无水乙醇为介质)，然后展开潮湿、过筛、压成圆片，再行展开焙烧，大自然加热后磨成粉，研究了原料构成、制备温度对生成物相的影响。结果表明：在原料中当Si/Al为1(铝灰为33%，粉煤灰为50%)时，重新加入17%炭黑，制备温度1450℃，获得的主要物相为Si?Al?O?N(5-Sialon，Z=3)和SiAl4O?N(415R)的产物;在Si/Al为1.5时，重新加入80%粉煤灰，1450℃可制取较纯的Si?Al?O?N5粉。
2.6制取镁铝尖晶石镁铝尖晶石是最重要的耐火原料，以它为颗粒，镁砂为细粉，制取与刚玉提炼钢包用浇注料。李晓娜[7]以铝灰、铝矾土和电熔镁砂为原料，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，使用高温电熔法制备富铝镁铝尖晶石。试验指出：重新加入铝灰20%，40%，60%生产的镁铝尖晶石，其综合指标多达铝矾土基镁铝尖晶石的技术指标;重新加入40%铝灰时，综合指标*好，其不含Al?O?82.48%，SiO?0.35%，MgO14.10%，CaO1.12%，Fe?O?0.5%(质量分数)贞气孔率0.9%，体积密度3.48g/cm?，耐火度1800℃;铝灰重新加入40%，60%生产的尖晶石中所含六铝酸钙(CA6)互为。2.7制取TiN-Al?O?始互为耐火原料TiN-Al?O?复合材料具备出色的高温稳定性，耐磨性及力学性能，是一种出色的耐火材料。
刘海涛等[8]以金红石和铝灰为原料，以铝灰中的金属铝为还原剂，使用铝冷还原成氮化法制备TiN-Al?O?填充粉体。试验用铝灰及金红石的化学成分闻表格4。其原理是：根据反应式6TiO?+8Al+3N?=6TiN+4Al?O?计算出来铝灰和金红石理论质量之比16∶27。
具体做法是：再行称之为好料，放进球磨机中，干磨12h，以40MPa压力，干压成型坯体，然后放进石墨坩埚，在流动氨气中，600~1400℃，保温5h焙烧。在1300℃焙烧的产品按理论用量制备的产物主要是TiN，-Al?O?，少量倍长石和MgAl?O4。经计算出来，TiN为30.4%，-Al?O?为45.8%，随铝灰减少-Al?O?激增，TiN增加，当铝灰过量50%时，TiN为26.4%，-Al?O?为55.0%。
TiN-Al?O?复合材料的抗折强度约520.2MPa。2.8电熔莫来石陈海等[9]利用铝灰电熔莫来石。具体步骤是：第 一步是铝灰预处理过程，首先在1100℃下焙烧铝灰，使金属铝部分改变为Al?O?，然后将焙烧的铝灰放进水槽中，重新加入盐酸展开清除，然后浸泡;第二步是电熔，按铝灰、铝矾土与硅石的质量分数比为：30%~80%：0~50%：10%~20%的范围内，混合均匀分布后重新加入电弧炉中，冶炼，推倒出有，加热，斩消灭，分选，获得莫来石。利用铝灰制备耐火材料融合剂3.1制备单体氯化铝单体氯化铝又称碱式氯化铝，全称PAC，是介于AlCe?和Al(OH)?之间的水解产物，其化学通式为(Al(2OH)nCe6-n)m，其中m10，n=1~5。
单体氯化铝分成液体和液体两种，液体一般来说为黄色或无色的树脂状产品，Al?O?含量40%~50%;液体呈圆形无色，黄褐色或黑色，Al?O?含量10%以上。单体氯化铝可作为定型耐火制品、耐火可塑料、破打料和浇注料融合剂，对碱化度和密度有一定拒绝，一般拒绝碱化度为46%~72%，密度为1.17~1.23g/cm?。谢英惠等[10]研究以铝灰为原料制备单体氯化铝。其中中和法是将烧碱和盐酸分别与铝灰反应，产生铝酸钠和三氯化铝，然后以适合的用料制备单体氯化铝。
而酸溶法是将铝灰和盐酸反应一次必要生产量液体单体氯化铝。具体操作是：用水洗法除去水沉淀的盐类，处置后铝灰Al?O?含量30%左右，然后将工业盐酸与一定量水放进反应器内，加热后用水浴加热，称取铝灰逐步重新加入盐酸溶液中，反应放热反应，反应温度96℃，时间6~12h，反应完结重新加入一定水溶解物料，试验指出，铝灰∶HCe∶水为3∶1∶3，反应6~8h为宜，调节pH值为3.5~4.5，陈化15~24h，获得液体单体氯化铝产品。3.2制备硫酸铝将硫酸铝水溶液水中，可作为定型和不定型耐火材料的融合剂。
由于硫酸铝溶液呈酸性，因此主要用作酸性和中性耐火材料融合剂。康文通等[11]研究的以铝灰为原料制取硫酸铝的工艺流程是：铝灰重新加入硫酸和水展开反应过滤器除去滤饼滤液除去杂质稀释加热结晶硫酸铝产品。其中反应时间3h，硫酸浓度30%，硫酸用量1.05(以硫酸实际用量与理论用量之比回应)，pH值为3，收率约93.2%。
结束语一次铝灰重复使用金属铝的工艺技术已渐渐渐趋成熟期，并投放工业化生产，但萃取金属铝后的铝灰渣，特别是在是二次铝灰的重复使用或综合利用仍正处于研究阶段。国内外学者对重复使用氧化铝的工艺技术积极开展大量深入研究，分别使用水解法、酸浸法、碱浸法、碱性冶炼法、射频等离子法等顺利重复使用了铝灰渣中的氧化铝，生产出有单体氯化铝、硫酸铝及电熔棕刚玉，与其他物质制备镁铝尖晶石、Sialon材料、TiN-Al?O?复合材料等。这对耐火材料的持续获取了先决条件，今后应当作好研究成果转化成为企业生产。
建议铝业生产部门与耐火材料企业牵头正式成立铝灰的重复使用利用公司，生产耐火材料部门必须的上述有关产品。这样不但做废物有效地利用，还能做节能减排，保护环境，减少企业生产成本。
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