CN100425714C - 从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法，精制步骤首先用常规方法除渣，然后在第一反应炉中按要求配入一定量的锰块，电磁搅拌，梯度降低到590～610℃获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；然后进行第二反应炉中作过滤处理，漏斗中的过滤层为多孔陶瓷，过滤时保持过滤炉内腔中气压为800～1000Pa的负压值；在过滤炉中根据用户要求和国家标准配入合金元素，铸锭，产品中铝含量百分比在85%以上。本方法充分利用铝硅合金共晶温度性质同时除硅、铁和钛，生产流程短、成本低，且无工业废料。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取方法，更特别地说，是指一种从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法。
背景技术
目前我国铝硅合金都是采用兑掺法生产的，即用熔盐电解法生产的原铝和用碳热法生产的工业硅经过重熔、按比例熔融混合制得。这样从矿石到成品要经过氧化铝厂、电解铝厂、工业硅厂等多道工序才能完成，生产流程长、能耗高，使铝硅合金成本居高不下，生产过程对环境影响很大。为了降低铝硅合金生产成本，有报道用铝硅矿如铝矾土等高铝矿物为原料在矿热电弧炉中生产铝硅合金的方法，这种短流程碳热还原方法比兑掺法带来更大的社会效益和经济效益。但用这种碳热法生产的粗铝硅合金目前通常在除杂后采用稀释法即加入原铝的方法来配制铸造铝硅合金。由含铝为(重量百分比)50％～60％配制成含铝85％以上的铝硅合金需要配入大量的原铝。由于原铝价格高，因此，稀释法配制铸造铝硅合金大大降低了这种碳热还原法带来的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提出一种精制以煤矸石或粉煤灰为原料生产的铝硅合金的方法，解决了由碳热还原法从以煤矸石或粉煤灰为原料生产的粗铝硅合金，然后通过稀释法来配制成铸造铝硅合金的问题。
本发明是一种从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法，其有下列精制步骤：
第一步：将粒度小于0.5mm的65～80wt％煤矸石或粉煤灰、15～20wt％还原剂、5～15wt％粘结剂混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为60～120mm；然后将制得的球团在150～300℃进行干燥，干燥至含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
所述还原剂是烟煤或焦碳或烟煤与石油焦按重量比8∶2～6∶4混合物；
所述粘结剂是木质素磺酸钙或木质素磺酸镁或亚硫酸盐纸浆废液或粘土；
第二步：将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂进行除渣，处理后保温900℃～1000℃；加入纯度为70.00～99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20～30min后；然后采用梯度降温10～50℃/min方式，降温到590～610℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的0.8～1.5倍与所述粗铝硅合金中钛含量的0.9～1.7倍之和；
所述混合熔剂的用量是所述粗铝硅合金重量的1～10‰；
所述氯化钠与冰晶石的重量比为8∶2～7∶3；
第三步：加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至620℃～630℃；然后将第二步骤制得的除渣后的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为800～1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭；
所述陶瓷过滤层厚度为10～20mm，其陶瓷材料为多孔的铝硅质陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料或硼化钛陶瓷材料。
所述的从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法，其制得的铝硅合金锭材组份为85.5～96.5wt％铝，3.0～13.0wt％硅，0.1～0.5wt％铁，0.00～0.35wt％钛，余量为其他杂质。
与已有的稀释法技术相比，本发明精制方法有以下特点：
(1)不用配入价格很高的原铝，也能得到符合GB/T 8733-2000国家标准的铝硅合金，其成本低，经济效益好；
(2)在一个工序中合理利用铝硅合金共晶温度性质，同时除硅、除铁和除钛，节省工时，降低成本。
(3)可生产含铝不同的各种牌号的铝硅合金。以这些铝硅合金为主熔配其它元素，可生产出以铝硅为主的其它合金。
(4)滤渣可用作钢液脱氧和脱磷，可作还原剂用于冶炼硅锰合金、热法炼镁，并且可作冶炼铸铁的一种炉料组分，无工业废料。
附图说明
图1是本发明精制方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法，该精制方法有下列步骤：
第一步：将粒度小于0.5mm的65～80wt％煤矸石或粉煤灰、15～20wt％还原剂、5～15wt％粘结剂混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为60～120mm；然后将制得的球团在150～300℃进行干燥，干燥至含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
所述还原剂是烟煤或焦碳或烟煤与石油焦按重量比8∶2～6∶4混合物；
所述粘结剂是木质素磺酸钙或木质素磺酸镁或亚硫酸盐纸浆废液或粘土。
本步骤中将干燥的球团采用矿热电弧炉的高温冶炼方法，是一个较为常规的方式，在本发明中引用的矿热法无特别之处，故未作详细说明。
本发明人对所述粗铝硅合金的成份进行分析得到：铝含量50～60wt％，硅含量30～40wt％，铁含量1.0～2.0wt％，钛含量0.5～1wt％，钙含量0.2～0.5wt％，碳含量1～1.5wt％，余量为其它杂质。
第二步：将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比为8∶2～7∶3)进行除渣(所述渣料是Al2O3、SiO2、SiC、Al4C3+Al2OC、CaO)，处理后保温900℃～1000℃；加入纯度为70.00～99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20～30min后；然后采用梯度降温10～50℃/min方式，降温到590～610℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的0.8～1.5倍与所述粗铝硅合金中钛含量的0.9～1.7倍之和；
所述混合熔剂的用量是所述粗铝硅合金重量的1～10‰；
在此步骤中，一定纯度的锰加入，使所述粗铝硅合金中的铁、钛和硅元素进行反应生成铁锰硅化合物和钛锰硅化合物；
采用梯度降温方式能够有效地使铝硅合金中的硅析出并沉淀出来。
第三步：加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至620℃～630℃；然后将第二步骤制得的除渣(所述渣料是Al2O3、SiO2、SiC、Al4C3+Al2OC、CaO)后的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为800～1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为10～20mm，其陶瓷材料为多孔的铝硅质陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料或硼化钛陶瓷材料。
采用陶瓷过滤层进行过滤是滤出锰硅钛铁化合物滤渣，其操作可以是待过滤结束后将带渣的过滤漏斗移走并且排空漏斗，然后将排出的半凝固熔液和滤渣送入感应炉重新熔炼后，将不熔化的滤渣分离出来，将所得到的熔液进行铸锭；也可以将从滤渣中的排出的滤液返回至第二步骤中进行再次处理，以减少原料的浪费。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为85.5～96.5wt％铝，3.0～13.0wt％硅，0.1～0.5wt％铁，0.00～0.35wt％钛，余量为其他杂质，符合国家标准GB/T 8733-2000。
在第二步骤的第一反应炉中是对粗铝矿合金进行电磁搅拌加锰处理。
在第三步骤的第二反应炉中是对铝硅合金和锰硅钛铁化合物进行过滤出锰硅钛铁化合物处理和对铝矿合金进行铸锭处理。
本发明制备得到的铝硅合金锭材可以直接作为市售商品，也可以根据用户要求再在第三步骤中在铸锭之前加入其他合金元素后再铸成锭材。
实施例1：从煤矸石中精制铝硅合金
将粒度小于0.5mm的80wt％煤矸石、15wt％焦碳、5wt％木质素磺酸钙混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为100mm；然后将制得的球团在150℃进行干燥，含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比为8∶2)进行除渣，处理后保温1000℃；加入纯度为99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20min后；然后采用梯度降温35℃/min方式，降温到590℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的1.1倍与所述粗铝矿合金中钛含量的1.2倍之和；
加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至620℃；然后将第二步骤制得的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为800Pa的负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为20mm，其陶瓷材料为多孔的碳化硅陶瓷材料。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材测试其组份，主要为86.8wt％铝，12.6wt％硅，0.4wt％铁，0.15wt％钛，余量为其他杂质。
实施例2：从煤矸石中精制铝硅合金
将粒度小于0.5mm的65wt％煤矸石、20wt％烟煤、15wt％亚硫酸盐纸浆废液混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为110mm；然后将制得的球团在200℃进行干燥，含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比为7∶3)进行除渣，处理后保温950℃；加入纯度为70.00％的金属锰块，采用电磁搅拌25min后；然后采用梯度降温25℃/min方式，降温到610℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的1.4倍与所述粗铝矿合金中钛含量的1.7倍之和；
加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至630℃；然后将第二步骤制得的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为1000Pa的负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为15mm，其陶瓷材料为多孔的硼化钛陶瓷材料。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材测试其组份，主要为88.4wt％铝，10.6wt％硅，0.3wt％铁，0.1wt％钛，其余为其它杂质。
实施例3：从煤矸石中精制铝硅合金
将粒度小于0.5mm的75wt％煤矸石、18wt％烟煤与石油焦按重量比8∶2混合物、7wt％木质素磺酸镁混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为120mm；然后将制得的球团在300℃进行干燥，含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比6∶4)进行除渣，处理后保温900℃；加入纯度为90.00％的金属锰块，采用电磁搅拌20min后；然后采用梯度降温50℃/min方式，降温到600℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的1.3倍与所述粗铝矿合金中钛含量的1.3倍之和；
加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至625℃；然后将第二步骤制得的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为950Pa的负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为15mm，其陶瓷材料为多孔的铝硅质陶瓷材料。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材测试其组份，主要为90.3wt％铝，9.1wt％硅，0.2wt％铁，0.3wt％钛，其余为其它杂质。
实施例4：从粉煤灰中精制铝硅合金
将粒度小于0.5mm的65wt％粉煤灰、20wt％烟煤、15wt％烟煤与石油焦按重量比7∶3混合物混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为100mm；然后将制得的球团在150℃进行干燥，含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比6∶4)进行除渣，处理后保温1000℃；加入纯度为99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20min后；然后采用梯度降温35℃/min方式，降温到590℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的1.1倍与所述粗铝矿合金中钛含量的1.2倍之和；
加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至620℃；然后将第二步骤制得的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为800Pa的负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为20mm，其陶瓷材料为多孔的铝硅质陶瓷材料。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材测试其组份，主要为87.8wt％铝，10.9wt％硅，0.4wt％铁，0.25wt％钛，余量为其他杂质。
实施例5：从粉煤灰中精制铝硅合金
将粒度小于0.5mm的80wt％粉煤灰、15wt％焦碳、5wt％亚硫酸盐纸浆废液混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为100mm；然后将制得的球团在200℃进行干燥，含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比7∶3)进行除渣，处理后保温900℃；加入纯度为90.％的金属锰块，采用电磁搅拌25min后；然后采用梯度降温45℃/min方式，降温到595℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的1.3倍与所述粗铝矿合金中钛含量的1.3倍之和；
加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至625℃；然后将第二步骤制得的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为900Pa的负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为15mm，其陶瓷材料为多孔的碳化硅陶瓷材料。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材测试其组份，主要为89.4wt％铝，9.9wt％硅，0.2wt％铁，0.1wt％钛，余量为其他杂质。
实施例6：从粉煤灰中精制铝硅合金
将粒度小于0.5mm的75wt％粉煤灰、15wt％烟煤、10wt％木质素磺酸钙混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为80mm；然后将制得的球团在300℃进行干燥，含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂(氯化钠与冰晶石的重量比8∶2)进行除渣，处理后保温950℃；加入纯度为85.99％的金属锰块，采用电磁搅拌30min后；然后采用梯度降温25℃/min方式，降温到610℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的1.3倍与所述粗铝矿合金中钛含量的1.4倍之和；
加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至630℃；然后将第二步骤制得的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为1000Pa的负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭。
所述陶瓷过滤层厚度为20mm，其陶瓷材料为多孔的硼化钛陶瓷材料。
将第三步骤制得的铝硅合金锭材测试其组份，主要为91.0wt％铝，8.0wt％硅，0.2wt％铁，0.2wt％钛，余量为其他杂质。
Claims (1)
1、一种从煤矸石或粉煤灰中精制铝硅合金的方法，其特征在于有下列精制步骤：
第一步：将粒度小于0.5mm的65～80wt％煤矸石或粉煤灰、15～20wt％还原剂、5～15wt％粘结剂混合后，放入球团设备中进行制球，球团粒度为60～120mm；然后将制得的球团在150～300℃进行干燥，干燥至含水份小于1wt％；然后将干燥后的球团放入矿热炉中，采用矿热法生产出粗铝硅合金；
所述还原剂是烟煤或焦碳或烟煤与石油焦按重量比8∶2～6∶4混合物；
所述粘结剂是木质素磺酸钙或木质素磺酸镁或亚硫酸盐纸浆废液或粘土；
第二步：将第一步骤制得的粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，采用脱水干燥的氯化钠和冰晶石混合熔剂进行除渣，处理后保温900℃～1000℃；加入纯度为70.00～99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20～30min后；然后采用梯度降温10～50℃/min方式，降温到590～610℃，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅钛铁化合物；
其中锰硅钛铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅钛铁化合物的上方；
所述金属锰块的粒度小于50mm，锰的加入量是所述粗铝硅合金中铁含量的0.8～1.5倍与所述粗铝硅合金中钛含量的0.9～1.7倍之和；
所述混合熔剂的用量是所述粗铝硅合金重量的1～10‰；
所述氯化钠与冰晶石的重量比为8∶2～7∶3；
第三步：加热第二反应炉中的陶瓷过滤层至620℃～630℃；然后将第二步骤制得的除渣后的铝硅合金和锰硅钛铁化合物放入第二反应炉的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为800～1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；然后将铝硅合金铸锭；
所述陶瓷过滤层厚度为10～20mm，其陶瓷材料为多孔的铝硅质陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料或硼化钛陶瓷材料。
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