第九次课拜耳法生产氧化铝课件.
拜耳法氧化铝生产工艺
拜耳法氧化铝生产工艺
嘿，朋友们！今天咱来聊聊拜耳法氧化铝生产工艺，这可真是个有趣又重要的玩意儿啊！
你想想看，氧化铝就像是我们生活中的一个小魔术道具，而拜耳法就是那神奇的魔术手法。
它能把一些看起来普普通通的矿石变得闪闪发光，变成我们需要的氧化铝呢！
首先呢，这就像是一场烹饪，得先把原料准备好。
那些含铝的矿石就是我们的食材，得精挑细选，不能有杂质哦。
然后呢，就进入了关键的步骤啦！把矿石放到一个大熔炉里，就像在给它们洗一个热乎乎的澡，让它们开始发生奇妙的变化。
在这个过程中，温度啊、压力啊这些可都得把握得恰到好处，不然可就做不出美味的氧化铝啦！这就好比炒菜时火候的掌握，火大了会糊，火小了又不熟。
接着，一系列复杂的化学反应就开始啦！就好像一场盛大的舞会，各种分子在里面欢快地跳动、结合。
经过这一番折腾，氧化铝就慢慢现身啦！
然后呢，还要对氧化铝进行提纯和加工，把它变得更加纯净、更加完美。
这就像是给一件艺术品打磨、抛光，让它焕发出耀眼的光芒。
你说这拜耳法是不是很神奇？它就像一个默默工作的魔法师，在我们看不见的地方施展着它的魔法，为我们的生活带来了那么多的便利和惊喜。
咱们日常用的好多东西，像手机啊、电脑啊，里面都有氧化铝的功劳呢！没有拜耳法生产出来的氧化铝，这些高科技玩意儿可就没那么容易出现在我们身边啦！
所以啊，可别小看了这拜耳法氧化铝生产工艺，它可是我们现代生活的幕后英雄呢！它让我们的世界变得更加丰富多彩，更加充满活力。
怎么样，是不是对它刮目相看啦？。
氧化铝ppt课件
下仍能保持其性能不变；
水系流延成形 Al2O3陶瓷基片，利用非水系
（2 ）高强度 ，在很大压力梯度操作 流延成形可以制备表面光滑 、平整、致密
下 ， 不会被压缩或产生蠕变，机械性能好；度高的Al2O3陶瓷基片，但在制备工艺中，
（3 ）化学稳定性好 ，能耐强酸强碱 基片的烧结温度高、耗能大。 因此可以在
氧化铝陶瓷基片
Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海
Al2O3陶瓷基片具有机械强度高、绝缘
水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有 性好、避光性高等优良性能，广泛用于多层
大量的应用，陶瓷膜与有机高分子膜相比： 布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。
（1 ）耐高温 、热稳定性好 ，在高温
目前 ， 在工业应用中大部分都采用非
了氮化硅基陶瓷刀具材料及ZrO2相变增韧陶瓷刀具材料，80年代后期
到90年代，发展了晶须增韧陶瓷刀具材料。
增韧 Al2O3陶 瓷 刀 具 是 指 在 Al2O3基 体 中 添 加 增韧
或增强材料。 目前常用的增韧方法有：ZrO2相变增韧、晶须增韧、
第二相颗粒弥散增韧等。
.
3.氧化铝的应用
多通道管式陶瓷膜元件
CaO • Al2O3
-Al2O3
Al2O3有很多种晶型，目前发现的在十二种以上，其中 常见的有 、、、、、等。其中是高温稳定晶型， 其它均为不稳定的过渡晶型，在高温下可以转变为相。
.
1.氧化铝的结构与性质
图：-Al2O3晶体结构
-Al2O3为刚玉结构，属于三方晶系。正负 离子配位数为6:4，在三次轴平面内O2-作近似六 方密排（A-B-A-B），而Al3+则位于氧的八面体 间隙（在两氧离子层之间），填充三分之二八面 体间隙。
氧化铝的生产方法
氧化铝的生产方法
1. 碱法生产氧化铝，这就像是烹饪中的奇妙魔法！看啊，把铝土矿和苛性钠放一起，经过一系列反应，氧化铝就慢慢诞生啦。
就像我们用食材创造出美味佳肴一样神奇，不是吗？
2. 拜耳法，哇哦，这可是很重要的一种方法呢！想想看，通过精细的控制和操作，让铝土矿在特定条件下发生变化，进而得到氧化铝，这简直和艺术创作一样令人惊叹呀！
3. 酸法生产氧化铝，这可不容易呢！就像是攀登一座陡峭的山峰，需要勇气和技巧。
把矿石用酸处理，逐步提取出氧化铝，多么了不起呀！
4. 热法生产氧化铝也很厉害呀！高温之下的神奇转变，就如同凤凰涅槃一般，氧化铝浴火而生。
这过程多让人着迷，难道不是吗？
5. 联合法生产氧化铝，这可是多种方法的完美结合呀！就像一个优秀的团队，各展其长，共同打造出氧化铝这个“明星”产物，多神奇呀！
6. 电熔法生产氧化铝，哇，电流的奇妙力量让氧化铝得以出现。
就像一道闪电，瞬间带来惊喜，这不是很震撼吗？
7. 氯化法生产氧化铝，这个过程就好像一场神秘的化学反应盛宴！通过氯化物的参与，让氧化铝现身，真的太有意思啦！
我觉得这些生产氧化铝的方法都各有神奇之处，都在为氧化铝的产生贡献着力量，真的太了不起啦！。
拜耳法氧化铝生产工艺原理
拜耳法氧化铝生产工艺原理好嘞，今天咱们来聊聊拜耳法生产氧化铝的事儿。
说到氧化铝，嘿，很多人可能会想，这玩意儿有什么用呢？它在生活中可是个大忙人！比如说，它是铝土矿里的主要成分，经过拜耳法处理后，咱们就能提炼出铝，造飞机、汽车，甚至是你家里的铝箔，都少不了它的贡献。
拜耳法到底是个什么操作呢？简单说，就是把铝土矿里的铝提取出来的高招。
铝土矿被破碎、磨细，搞得跟粉末一样。
想想吧，就像咱们做菜的时候，要把大块肉切成小块，才能更好地入味。
然后，接下来就要用到一种神奇的东西——氢氧化钠。
这玩意儿可是个大力士，能把铝土矿中的铝给“溶解”掉。
就像把盐放进水里，盐会慢慢消失，铝也会在这个过程中被氢氧化钠给“搞定”。
这一混合物经过加热，变得热腾腾的，真是热火朝天。
这时候，铝就变成了可溶解的铝酸钠，其他杂质就乖乖沉底了。
这时候，你可能会想，哎呀，这样处理完了就完事儿了吧？其实不然，咱们还得继续“折腾”它。
加入水，冷却一下，形成一种叫做“铝土矿浆”的东西。
听起来高大上吧？实际上，就是铝酸钠和水的组合。
再之后，就轮到沉淀的环节了，铝土矿浆在重力的帮助下，铝酸钠慢慢沉淀下来。
然后，咱们把上面的水给倒掉，留下的就是铝酸钠溶液。
这里有个小窍门，就是要让它静静地待一会儿，时间久了，铝酸钠就会变得更加浓稠。
想象一下，像一个小孩静静地在角落里画画，不打扰别人，最后的作品可得意了。
最关键的一步来啦！把这些铝酸钠再进行加热，得到的就是白白的氧化铝。
就是这么简单！看吧，整个过程就像做饭，得耐心，得火候，一不小心就得重来。
但是，你别看它步骤简单，背后可蕴藏着化学的奥妙。
这个过程中的温度、压力、时间，每一个细节都不能马虎，稍微不小心，可能就会变成一锅粥。
你可能会问，这玩意儿有什么好处呢？氧化铝可不只是用来生产铝。
它在工业中也是个多面手，作为耐火材料、磨料，还能用在陶瓷和玻璃的制作中。
想想你家那闪亮的餐具，不就是得靠氧化铝的支持吗？拜耳法生产氧化铝就像是个大厨，运用各种“调料”和“火候”，把看似平凡的铝土矿，变成了生活中不可或缺的材料。
拜耳法生产氧化铝的原理
拜耳法生产氧化铝的原理拜耳法生产氧化铝，这可是个大话题啊，听起来很高大上，但其实过程还蛮简单的，就像做个大杂烩，材料多了点，但步骤还真不复杂。
氧化铝，这玩意儿可神奇了，铝的前身，很多地方都需要用到，像造飞机、做铝箔、甚至是牙膏里都有它的身影。
真是个多才多艺的小家伙，不知道你有没有想过，它是怎么来的呢？今天就来聊聊拜耳法，跟你说说这其中的故事。
得说说这“拜耳法”的来历，名字听着就有点高深。
其实这个方法是由一个叫拜耳的德国人发明的，嘿，这哥们儿当时可真是个牛人。
话说在19世纪末的时候，大家都在研究怎么从铝土矿中提取氧化铝，这玩意儿可不是说想弄就弄得出来的。
铝土矿，听起来就像个宝藏，里面藏着好多铝的成分，但是怎么把它们提炼出来呢？拜耳想了个办法，大家伙儿也觉得这主意不错，于是就开始广泛应用。
具体是怎么操作的呢？铝土矿要被破碎，想象一下，把大石头砸成小块，那样才能进行下一步处理。
这些小块要被加热和溶解。
哦，别小看这个步骤，得把矿石和氢氧化钠混合，这就像做菜时加点调料，能让后面的味道更鲜美。
氢氧化钠可不是个好东西，得小心点，搞不好就能弄得一团糟。
不过没关系，这就是科学嘛，搞得越复杂，越能出奇迹。
等到矿石和氢氧化钠在高温下相遇，形成了一种叫做铝酸钠的物质，哇，简直像变魔术一样。
然后，这个铝酸钠要经过冷却，接着进行沉淀。
这一步就像是滤水，杂质被筛掉，留下的就是比较纯净的铝酸钠了。
再往下走，咱们要把这个铝酸钠处理成氧化铝，得把它加热到一千多度。
你想啊，能在这么高的温度下还不蒸发，得有多坚强啊，真是给铝酸钠点个赞！这时候，氧化铝就大功告成了！看，光是这样简单几步，氧化铝就从铝土矿的“大哥”变成了“小弟”。
不过，别急，后面还有更精彩的内容。
氧化铝提炼出来后，大家还要经过一系列的处理，确保它的纯度和质量。
这就像是一个选美比赛，得筛选出最美的那一位，才能顺利出道，成为后面的铝制品。
拜耳法的优势可多着呢。
这种方法不仅能提取出高纯度的氧化铝，而且经济又实惠。
拜耳法生产氧化铝
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟拜耳法生产氧化铝所谓“拜耳法”系奥地利化学家K·J·Bayer 于1887 年发明的处理优质铝土矿制取氧化铝的一种方法。
拜耳法就是用含有大量游离苛性碱的循环母液处理铝土矿，溶出其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，往铝酸钠溶液中添加氢氧化铝晶种，经过一定时间的搅拌分解就可以析出氢氧化铝，分解母液经蒸发后用于溶出下一批铝土矿。
拜耳法生产中经常用到苛性比、硅量指数、循环效率、晶种系数等概念。
拜耳法就是用碱溶出铝土矿中的氧化铝。
工业上把溶液中以NaAlO2 和NaOH 形式存在的Na2O 叫做苛性碱（记作Na2Ok），以Na2CO3 形式存在的Na2O 叫做碳酸碱（记作Na2Oc），以Na2CO4 形式存在的Na2O 叫做硫酸碱（记作Na2O），所有形态的碱的总和称做全碱（记作Na2Ot）。
苛性比就是铝酸钠溶液中的Na2Ok 与Al2O3 的摩尔比，记作αko。
美国习惯用铝酸钠溶液中的Al2O3 与Na2Ok 的质量比表示，符号A/N。
硅量指数指铝酸钠溶液中的Al2O3 与SiO2 含量的比，符号A/S。
循环效率指铝酸钠溶液中的1t Na2O 在一次拜耳法循环中产出的Al2O3 的量（t），用E 表示。
它表明碱的利用率的高低。
晶种系数（种子比）指添加晶种氢氧化铝中的Al2O3 数量与分解原液中的Al2O3 数量之比。
分解离指分解出氢氧化铝中的Al2O3 数量占精液中所含Al2O3 数量之比。
计算式为：η=（1－αa/αm）×100%式中αa，αm-分别表示分解精液和分解母液的苛性比值。
拜耳法生产包括四个过程：（1）用αk=3.4的分解母液溶出铝土矿中的氧化铝，使溶出液的αk=1.6～1.5；（2）稀释溶出液，洗涤分离出精制铝酸溶液（精液）；（3）精液加晶种分解；（4）分解母液蒸发浓缩至苛性碱的浓度达到溶出要求（230～280g/L）。
拜耳法生产氧化铝的工艺流程如图1 所示。
拜耳法生产氧化铝的基本流程
氢氧化铝的焙烧
将洗涤后的氢氧化铝在高温下进行焙烧，使其脱水转化为氧化铝。
9
母液的回收与再利用
分解过程中产生的母液（含大量氢氧化钠的溶液）经过蒸发浓缩后，可以重新用于下一批铝土矿的溶出，实现循环利用。
10
产品包装与存储
将焙烧得到的氧化铝产品进行包装，并存储在干燥、通风的仓库中。
拜耳法生产氧化铝的基本流程
步骤编号
工艺流程
描中的杂质。
2
磨矿与制浆
将处理过的铝土矿与氢氧化钠溶液（称为“母液”）混合，通过球磨机形成矿浆。
3
高压溶出
矿浆在高压釜中进行加热和压力处理，使铝土矿中的氧化铝与氢氧化钠反应生成铝酸钠溶液。
4
溶出矿浆的稀释
溶出后的矿浆（称为“溶出矿浆”）进行稀释，降低其氧化铝浓度，以便于后续处理。
5
赤泥的分离与洗涤
通过沉降槽等设备，将赤泥（含铁、硅等杂质的固体废物）从铝酸钠溶液中分离出来，并对赤泥进行多次洗涤，回收其中的碱。
6
晶种分解
向净化后的铝酸钠溶液中添加晶种（即细小的氢氧化铝颗粒），并在控制温度、搅拌等条件下，使铝酸钠分解，析出氢氧化铝。
7
氢氧化铝的分级与洗涤
将分解得到的氢氧化铝浆液进行分级，得到不同粒度的氢氧化铝产品。对产品进行洗涤，去除其中的碱和其他杂质。
拜耳法的原理和基本流程课件
=[1-1/(A/S)] ×100%
No 式中A/S为铝土矿的铝硅比（质量比） Image ∴ A/S越高，矿石越容易溶解，理论溶出率越高。
拜耳法的原理和基本流程
第十三页，共五十页。
3.1.2．拜耳法的基本(jī ěn)流程
步骤：
溶出：得到铝酸钠溶液，使氧化铝与杂质分离
溶出压力
4kg/cm2
溶出碱浓度
120～140g/L
溶出后液苛性比（α）拜耳法的原1理.和5基0本～流1程.65
第十九页，共五十页。
一水铝石溶出反应(fǎnyìng)方程式： AlO N OaH O H 2O H 2 0 C 0 2NaA 4 l(OH)
• 一水软铝石的主要溶出条件：
溶出温度
铝溶出率。
拜耳法的原理和基本流程
第二十页，共五十页。
• 一水硬铝石的主要溶出反应方程式：
Al N O a O C O H a H 2 H O O 2 H C 4 0 Na4 A C ( O la ) 2 (H OH
• 反应式中的石灰(shíhuī)的加入量，一般为铝土矿石总重量的 3～7%。
铝土矿中含铁的矿物有氧化物、硫化物、硫酸盐、 碳酸盐以及硅酸盐。最常见的是氧化物，其中包括
(bāokuò)赤铁矿α–Fe2O3、水赤铁矿α–Fe2O3等。
在拜耳法溶出过程中，赤铁矿实际上不溶于碱， 全部进入沉淀中，成为赤泥的重要组成。
拜耳法的原理和基本流程
第二十七页，共五十页。
TiO2在溶出过程(guòchéng)中的行为
溶剂：循环母液中的主要成分有：NaOH、NaAlO2、 Na2CO3、 Na2SO4等。
Al2O3(1或3)H2O+2NaOH(aq)==2NaAlO2(aq)
氧化铝生产工艺拜耳法配料
配碱公式
石灰配入量
拜耳法配料加入的石灰量是以铝矿石中含氧化钛( Ti02) 量计算的，按其反应式要求氧化钙和氧化钛的摩尔比为 2:1。
Ca0：Ti02=2：1
(3)在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。 但配料时加入的碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回的 循环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸 钠和硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠 与母液本身的氧化铝化合，称为惰性碱。剩下的部分才是游 离苛性氧化钠，它对配料才是有效的。
配碱
单位矿石所需要的循环母液量L配碱量。 生产中，要求溶出液具有一定分子比。此指标是工厂根据具 体生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面的用碱量：
(1)铝酸钠结合碱。例如当规定的MR=1.45时，即是 溶出一个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有1. 45个分子的 氧化钠；
(2)与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一公斤的 氧化硅就要配入M(Kg)的苛性钠；
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——铝冶金学
2015年11月
铝冶金学
绪
论
1. 铝的特性与用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法 1. 拜耳法生产氧化铝 2. 烧结法生产氧化铝 3. 联合法生产氧化铝 1. 2. 3. 4. 铝电解用原材料制备 铝电解过程机理 铝电解生产过程 原铝的精炼
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氧化铝生产
金属铝生产
日常生活中的铝制品
铝合金门窗 饭盒 铝水壶 铝锅 自行车铝圈 铝汤匙 电饭煲内锅 摄影用三脚架 某些洗 衣机的内筒 铝芯电线 铝脸盆 但人类多吃铝，会造成脑中毒。如老年痴呆 铝箔广泛用于包装香烟、糖果等
铝的用途
铝在交通运输工业上的应用
近年来，汽车和铁路车辆的用铝量明显增多，其目的是为减轻车身的质量，以 求节省燃料。全铝汽车正在试制。电动汽车上用Al/空气电池作动力。因此，铝又被 誉为一种节能的材料。
分解母液蒸发的 目的 碳酸钠苛化的目 的 碳酸钠苛化的方 法
拜耳循环
高压溶出 溶出矿浆稀释
晶种分解
分解母液的蒸发
拜耳法循环图 200 ＝ ℃α 1.65
K
稀释矿浆
40
60 ℃
20
Al2O3/ ％ C
B
30 ℃
αK＝ 3.40
A D
10
20
Na2O ％
总结
拜耳法——主要内容
基本原理 工艺流程： 主要工序：原因、方法
高压溶出：各组分行为、添加石灰、苛性碱的原因、结疤现象 溶出矿浆稀释、赤泥洗涤：
晶种分解：机理
氢氧化铝分离、洗涤、焙烧 分解母液的蒸发与碳酸钠的苛化
铝的主要物理性质
铝是银白色的金属，具有良好的延展性 (1) 熔点 99.996%的纯铝熔点为933K（660℃）。 工业纯铝的最终凝固点575℃。 (2) 沸点 铝的沸点是2467℃。 (3) 熔化热和熔化熵 铝的熔化热在933K时为1070.21 KJ/mol。 熔化熵为11.5J/（mol· k）。
氢氧化铝分离、 洗涤、焙烧 分解母液的蒸发 与碳酸钠的苛化
提取
高压溶出
为什么补充苛 性碱
为什么添加石 灰
稀释矿浆
各组分的行为
氧化铝水合物
氧化硅
氧化铁 氧化钛 氧化钙、氧化 镁
影响铝土矿溶出过程的主要因素
主要的影响因素如下：
（1）溶出温度 （2）循环母液碱浓度和苛性比 （3）矿石粒度 （4）搅拌强度 （5）石灰添加量
1.
炼铝原料
3. 铝 的 生 产 方 法
铝矿石
生产氧化铝 纯氧化铝 电解制铝 原铝 精炼 铝锭 1. 拜耳法 2. 烧结法 3. 拜耳－烧结联合法
铝冶金学
绪
论
1. 铝的性质和用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法
氧化铝生产
1. 拜耳法 2. 烧结法 3. 拜耳－烧结联合法
金属铝生产
第二章 拜耳法生产氧化铝
拜耳法生产氧化铝基本原理 拜耳法生产氧化铝工艺流程 拜耳法生产氧化铝工序
拜耳法循环图
40
200℃
αK＝1.65
60℃
20
B
30℃
αK＝3.40
Al2O3/ ％
C A D 10 20
Na2O％
拜耳法工艺流程图
主要工序
预处理
浸出
高压溶出
稀释矿浆
溶出矿浆稀释和 赤泥分离洗涤 晶种分解
1. 2. 3. 4. 5. 6.
分解原液浓度和苛性比值 分解温度 晶种数量和品质 分解时间和母液苛性比 搅拌速度 杂质的影响
空气搅拌分解槽示意图
MIG型种分槽结构示意图
高压溶出
溶出矿浆稀释和赤 泥分离洗涤
晶种分解
氢氧化铝洗涤、焙 烧
稀释矿浆
分解母液的蒸发与 碳酸钠的苛化
铝的主要化学性质
(1) 化学活性很强，与氧猛烈反应的倾 向，在空气中铝的表明生成一层连续而 致密的氧化铝薄膜，使其不再继续氧化。 （良好的抗腐蚀能力） (2) 能与酸、碱溶液反应。
铝的用途
铝的传统用途
由于铝具有质轻（其密度相当于钢铁的1/3）、良好的导热性和导电性、 可加工性以及构成高强度、耐腐蚀性的合金等优良的性能，因而铝成为有色 金属当中应用最广泛的金属。铝工业现在是世界上最大的电化学工业，铝的 产量仅次于钢，居各种有色金属的首位。 铝在低温下的强度特性引人瞩目，它的强度随温度降低而增大。温度降 低到75K，铝也不变脆。 铝具有良好的防腐性能。在空气中铝表面生成一层光滑的、如金刚石一 样硬的氧化铝薄膜。 铝是一种优良的导电材料。 铝具有良好的导热性能。铝导热系数差不多是不锈钢的10倍。 铝还具有良好的光和热的反射能力 铝没有毒性，它不会影响它所包装的饮料和食品的味道和质量。 铝没有磁性，它不会产生附加磁场，所以在精密仪器中不会起干扰作用。 铝还易于加工。
一、绪论
1）Al：轻、强、美、可再生利用；
1 铝 的 特 性 与 用 途
2）产量：第二大金属，仅次于钢。2014年，全球
5390万吨/年，我国达2810万吨， 全球第一，
成为世界生产能力最大的铝工业大国；
3）用途广泛：包装、建筑、交通运输、国防、电子
电ห้องสมุดไป่ตู้、日用品及耐用消费品等。
2. 炼铝原料
铝土矿的化学成分和主要矿物成分
(4) 导热系数（或导热率） 固体铝在室温下的导热系数为（2.35~2.37） ×10-2W/（m· k）。 (5) 热膨胀系数 99.99%精铝凝固时的体积收缩率为6.5%。 (6) 密度 铝的实际密度值为2.6966~2.6988g/cm3。 (7) 导电性 高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为 （2.62~2.65）×10-8Ω·m-1。
结疤现象
结疤的形成 结疤的危害
结疤的清除
蒸气直接加热的高压溶出器组
高压溶出
各元素的溶出行为
溶出矿浆稀释
为什么要稀释？ 为什么用洗液稀释？
稀释矿浆
赤泥洗涤
叶滤
铝酸钠溶液的晶种分解
晶种分解的机理
晶种分解影响因素
晶种分解设备
晶种分解的主要影响因素
晶种分解的主要影响因素有：
铝在航空工业上的应用
铝材是飞机的主要结构材料，一般占 50％～80％。民用飞机铝材用量均在70％ 以上，在可以预见的将来，铝合金仍然会是飞机的主要结构材料 。 在军用飞机上，铝材同样是重要的结构材料，例如俄罗斯的CY－27飞机，铝合 金占60％；美国F－16，铝材占64％。 导弹与火箭的结构材料，也以铝合金为主。