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成。具體是：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附著于金屬鋁的表面。耐火材料屬資源型產業，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，既保護環境，又降低耐火材料企業的生產成本，對企業可持續發展具有一定幫助。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生的蒸氣壓過大而發生爆 裂的物質稱為防爆劑，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%，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：黃朝暉等人發明在高爐出鐵口炮泥中添加鋁灰0.4%~40%替代鋁質和硅質原料。其他原料是：工業級剛玉、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。其性能穩定，能滿足生產要求，并能降低生產成本。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，高質量的耐火原料才能生產好的產品。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，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%。可以替代鋁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，實現鋁與其他雜質分離之后，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，浸出液經過凈化，調整苛性比，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，于140℃，1.15MPa反應6h，經進一步固液分離、酸中和、水洗分離后，將產物置于輸出功率5W/g的波設備干燥活化7min，抽風速度為30m/min，*終可得Al?O?產品。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，降低燒結溫度，節約能源，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，生成前驅體碳酸鋁銨沉淀和硫酸銨溶液，經陳化，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，為了節能環保，降低生產成本，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?，Fe?O?，TiO?等氧化物，冷卻后經粉碎，磁選和篩分得到棕剛玉產品。其試用的鋁灰及棕剛玉產品的化學成分見表2。2.5合成Sialon粉：Sialon陶瓷是20世紀70年代后迅速發展起來的一類高溫結構材料，Sialon材料以優越的力學性能、熱學性能和化學穩定性，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)，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%，Fe?O?0.5%(質量分數)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?復合材料具有優異的高溫穩定性，耐磨性及力學性能，是一種優異的耐火材料。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：根據反應式6TiO?+8Al+3N?=6TiN+4Al?O?計算鋁灰和金紅石理論質量比為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℃煅燒的產品按理論用量合成的產物主要是TiN，α-Al?O?，少量倍長石和MgAl?O4。經計算，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，使金屬鋁部分轉變為Al?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、鋁礬土與硅石的質量分數比為：30%~80%：0~50%：10%~20%的范圍內，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，然后將工業鹽酸與一定量水放入反應器內，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，調節pH值為3.5~4.5，陳化15~24h，得到液體聚合氯化鋁產品。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合劑。康文通等[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—濃縮—冷卻結晶—硫酸鋁產品。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%

         輪圈，是輪胎內廓支撐輪胎的圓桶形的、中心裝在軸上的金屬部件。二、按材質分類：輪圈按照材料主要分為鐵輪圈和輕合金輪圈，而輕合金輪轂又以鋁合金與鎂合金產品為主。在今天的汽車市場中，鐵制輪圈已不多見，大多數車型使用的都是鋁合金輪圈，鋁車輪。制造鋁制輪圈所使用的鋁合金材料包括A356、6061等。其中，A356被鑄造鋁制輪圈大量選用。A356鋁合金具有比重小，耐侵蝕性好等特點，主要由鋁、硅、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鈦等金屬元素組成，鋁占92%左右，是一種技術成熟的鋁合金材料。制造鋁合金輪圈的原材料A356鋁錠↑↑三、鋁合金輪圈生產工藝：鋁合金輪圈比鋼輪圈更適合乘用車，目前其制造工藝基本可分為三種， 種是鑄造，目前大多數汽車廠商都選擇使用鑄造工藝。第二種是鍛造，多用于高端跑車、高性能車以及高端改裝市場。第三種較為特別，是*先由日本Enkei公司投入使用的MAT旋壓技術，目前此技術在國內的應用不如前兩種多。1、重力鑄造法：重力鑄造簡單的說，主要是靠鋁水自身的重力來沖填鑄模，是一種較為早期的鑄造方法。該法成本低、工序簡單且生產效率高，然而，澆注過程中夾雜物易卷入鑄件，有時還會卷入氣體，形成氣孔缺陷。重力鑄造生產的輪圈易產生縮孔縮松且內部質量較差，此外，鋁液流動性的限制也有可能導致造型復雜的輪轂良品率低。因此，汽車輪圈制造業已經很少使用該工藝了。2、低壓鑄造法：低壓鑄造是鋁液在壓力作用下充入模具，在有壓力的情況下進行凝固結晶的工藝。同樣的情況下，與重力鑄造相比，低壓鑄造輪轂內部組 織更為密實，強度更高。此外，低壓鑄造利用壓力充型和補充，極大簡化澆冒系統結構，使金屬液收得率可達90%。目前低壓鑄造已成為鋁輪圈生產的 工藝，國內多數鋁合金輪圈制造企業都采用此工藝生產。但低壓鑄造法也有其缺點：鑄造時間較長，加料、換模具耗時長，設備投資多等。 3、鍛造法：熱鍛（Hot forging）→RM鍛造（RM forging）→冷旋壓（Cold spinning）→熱處理（Heat treatment）→機加工（Machine work）→噴丸處理（Shot blast）→表面處理（Surface finishing）鍛造是固體到固體的變化，通過拍、壓、鍛等手段來形成輪轂樣式，這個過程不會發生液相變化，都是固體變化。所以它的力學性能比鑄造要高，具有強度高、抗蝕性好、尺寸精 確等優點。晶粒流向與受力的方向一致，因此強度、韌性與疲勞強度均顯著優于鑄造鋁輪圈。同時，鍛造鋁輪轂的典型伸長率為12%~17%，因而能很好的吸收道路的震動和應力。另外，鍛造鋁輪圈表面無氣孔，因而具有很好的表面處理能力。但是，鍛造鋁輪圈的*大缺點是生產工序多，生產成本比鑄造的高得多。雖然鍛造輪圈的性能更好，但汽車廠商在大部分車輛上還是主要使用鑄造輪圈，只有少部分豪華車配備鍛造輪圈。不過國內輪圈制造龍頭企業中戴卡已成功進入乘用車鍛造輪圈生產線并將鍛造輪圈的成本壓縮到了千元，并已經開始作為原配輪圈供應國內合資廠。4、擠壓鑄造法：擠壓鑄造也稱為液態模鍛，是集鑄造和鍛造特點于一體的工藝方法——將一定量的金屬液體直接澆入敞開的金屬型內，通過沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上，使之充填、成形和結晶凝固，并在結晶過程中產生一定量的塑性變形。優點：充型平穩，金屬直接在壓力下結晶凝固，所以鑄件不會產生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷，且組 織致密，機械性能比低壓鑄造件高且投資大大低于低壓鑄造法。缺點：與傳統鍛造產品一樣，需要銑削加工來完成輪輻的造型。日本已有相當部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產，從澆注金屬液到取出鑄件整個過程都由計算機來控制，自動化程度非常高。目前世界各國都把擠壓鑄造作為汽車鋁輪圈生產的方向之一。5、特種成型：旋壓技術：旋壓技術*先在日本投入使用，嚴格而言還應算是鑄造中的一種，指的是在輪圈整體鑄造出型后再利用專用設備對受力處進行旋轉加壓處理，使得被處理位置金屬內部分子排列發生改變，具體的分割面相比起一般鑄造產品呈現密度更高的纖維狀，從而改變整體金屬力學的工藝方法。旋壓技術制造的輪圈的質量、強度、延伸性等特性都已接近于鍛造輪圈，且現對于鍛造輪圈來說，更易生產。總的來說，MAT旋壓技術既可相對保證輪轂制造成本，同時還可使鑄造輪圈打造出與鍛造輪圈相近的重量和強度。只是國內技術不成熟，成本較高，故應用不多。