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铝灰再利用中的关键技术：镁铝尖晶石材料制备过程分析

目录

铝灰再利用技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

镁铝尖晶石材料简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

2.1镁铝尖晶石的性质与应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

2.2制备镁铝尖晶石的工艺流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

前处理技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.1铝灰预处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.2溶剂选择与回收．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

合成工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

4.1沉淀法制备镁铝尖晶石．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

4.2熔融法制备镁铝尖晶石．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

4.3化学气相沉积法制备镁铝尖晶石．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

结晶与后处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

5.1结晶控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

5.2热处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

镁铝尖晶石性能评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

6.1物理性能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

6.2化学性能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

6.3工艺优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

应用前景与挑战．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

7.1应用领域．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

7.2技术挑战与解决方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

1.铝灰再利用技术概述

随着全球工业的快速发展，铝加工行业的副产物——铝灰的数量日益增多，其对环境的压力也日益凸显。铝灰主要来源于铸造冷却剂（铝英石、熔模）的旧砂再生、铝锭炉渣、铝液处理过程中的浮渣以及铝制品加工过程中的废料等。据统计，每生产一吨铝，大约会产生0.30.5吨的铝灰。这些铝灰中含有约5%15%的金属铝、10%~20%的氧化铝以及多种杂质，如硅、钠、钙、镁等氧化物，若不及时有效地进行处理和再利用，不仅会造成资源的浪费，还会因堆放或非法倾倒而引发土壤污染、水体污染、大气污染等一系列环境问题，甚至威胁到人类健康。

近年来，铝灰的资源化再利用已成为材料科学与环境工程交叉领域的研究热点。通过科学有效地提取和利用铝灰中蕴含的有价组分，不仅可以变废为宝，实现资源的循环利用，减轻环境负担，同时还能降低铝生产的成本，具有显著的经济效益和社会效益。当前，铝灰再利用技术路线多样，主要包括物理法、化学法以及生物法等。其中物理法如机械分离和浓相输送技术，主要侧重于通过物理手段从铝灰中分离出金属铝或高纯度氧化铝；化学法如酸浸、碱浸、熔炼等，则旨在通过化学反应将铝灰中的有用成分溶解出来，制备出具有特定性能的化学品或合金；生物法则利用微生物的作用来分解和转化铝灰中的有害物质，实现环境修复和资源回收的双重目标。

【表】列出了几种主要的铝灰成分及其典型含量范围，以供参考：

成分(Component)

典型含量范围(TypicalContentRange)

备注(Remarks)

氧化铝(Al?O?)

10%~20%

主要有价成分

金属铝(Al)

5%~15%

可回收利用

氧化硅(SiO?)

5%~15%

主要杂质

氧化钠(Na?O)

0%~5%

主要杂质

氧化钙(CaO)

0%~3%

主要杂质

氧化镁(MgO)

0%~2%

主要杂质

灰分(Ash)

10%~