利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方法
2023-07-03 23:33:21 1
專利名稱：利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種冶金技術領域的生產鋁矽合金的方法，具體是一種利用 鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方法。
技術背景目前，世界上生產鋁矽系合金有兩種方法，即摻兌法和電熱法。摻兌法是將 電解生成的金屬鋁與電熱法生產的工業矽熔融摻兌製備得到；電熱法是將含氧化 鋁和二氧化矽的原料在高溫下直接還原，得到一次鋁矽合金，再經精煉，然後配 制各類牌號的鋁矽系合金。目前我國生產的鋁矽合金都是採用摻兌製得，能耗高， 生產成本高。電解法生產鋁需要先將鋁土礦製成氧化鋁，再電解生產鋁，需要建 設氧化鋁和電解鋁廠，投資大。電熱法生產鋁矽合金原料主要有高嶺土、鋁礬土和工業氧化鋁，還原劑主要 是煙煤和石油焦。高嶺土中氧化鋁含量低於氧化矽，電熱法通常生產含鋁量為 50 60%的鋁矽合金時，要配入工業氧化鋁或鋁礬土，工業氧化鋁和鋁礬土的成 本較高，大大提高了鋁矽合金的造價。生產工業氧化鋁的主要原料是鋁土礦，尤 其是我國鋁土礦資源有限，據國土資源部統計，截止到2003年底，全國探明儲 量5.4億噸，佔世界總儲量的不足2%，再加上近幾年電解鋁項目和氧化鋁項目 不斷上馬，對鋁礬土原料的需求成倍增長，按此發展速度，不需要多少年，我國 鋁磯土資源將面臨枯竭。鋁渣是熔煉精緻鋁材過程中產生的熔渣和浮皮，剛出爐 的鋁渣通常含有60% 70%的金屬鋁，經過鋁回收後，剩餘的鋁灰中仍含有15 一30%的金屬鋁，因品位低不值得進一步提取鋁而廢棄。據統計，每生產1000 噸鋁，就要產生25噸左右的鋁灰，僅上海地區每年就產生5萬噸左右的鋁灰， 其成分中鋁含量折算成三氧化二鋁為70%左右，處於鋁礬土中三氧化二鋁含量 範圍之內，鋁灰中存在的金屬鋁無需還原，可直接進入鋁矽合金，減少了還原劑 的加入量，降低了生產成本。煤矸石是一種固體廢棄物，其灰份的主要成分含二氧化矽和三氧化二鋁，即為高嶺土成分，而且煤矸石還含有固定碳，這樣能減少 還原劑的加入量，進一步降生產成本。經對現有技術的文獻檢索發現，公開號為CN100999790A的中國專利公開了 從煤矸石中精製鋁矽合金的方法，將從礦熱爐中還原得到的高矽合金加錳進行精 煉除矽、鐵等元素，得到共晶成分的鋁矽合金。由於煤矸石矽含量過高，生產的 高矽合金要精煉和過濾，增加了工序和成本；加錳精煉過程，大量的由礦熱爐還 原出來的金屬矽與錳形成合金而被除去，工序重複；精煉得到鋁含量在共晶成分 附近的鋁矽合金，限制了一次鋁矽合金的使用範圍。檢索中還發現，公開號 為CN10088622A的中國專利公開了利用鋁渣製造合金的方法，由於鋁渣成分的局 限性，即鋁含量過高，因而配入矽石、矽砂、粘土和膨潤土調整原料成分。矽石、 矽砂、粘土和膨潤土和鋁灰帶入的雜質含量較高，再加上採用自焙燒電極所帶入 的金屬鐵，使得鋁矽合金中鐵含量過高，該產品只能用於煉鋼的脫氧劑，無法用 來熔配鋁矽合金。發明內容本發明的目的是針對上述問題，提出了一種利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生 產鋁矽合金的方法，使其克服了單獨一種固體廢棄物成分的局限性，既降低了鋁 矽合金的成本，又消耗了容易造成環境汙染的廢棄物。本發明通過以下技術方案實現的，包括以下步驟第一步，備料及原材料預處理① 對鋁灰進行磁選除鐵預處理，經過預處理後鋁灰成份重量百分比A1203含量25 50%， A1含量15 30X, Si02含量5 15X， MgO含量5 10X， Ti02 含量1~3%, FeA含量〈2X， CaO含量2 6X。② 優選煤矸石，將其磨成粒度小於40目，進行磁選除鐵預處理。經預處理 後煤矸石主要成份重量百分比Al必含量20 33%， Si02含量26 39%， Ti02 含量0.20 0.45%， FeA含量0.20 0. 5%， CaO含量0.1 0. 4%，固定碳8 25%。如果煤矸石中的固定碳含量不足，可以利用後續步驟中的石油焦和稻殼炭來 補充。第二步，配料和制團按照重量百分比配料鋁灰5 25%、煤矸石60 95%和石油焦0 15%。 按照原料重量的15 20%加入紙漿廢液作為結合劑，混合制球，烘乾到水份小 於2%。所述石油焦中碳固定碳〉98%，粒度〈40目。 所述稻殼炭中固定碳〉40%，粒度l 6cm。所述結合劑採用造紙廠產生的紙漿廢液，其中含有效物質木質素酸鹽》55%。 第三步，電熱法製備鋁矽合金將乾燥後的料球和稻殼炭混合後送入功率16500KVA以上的三相交流電弧爐 或單電極直流電弧爐，稻殼炭按照料球重量的10 30%加入，在溫度超過2000 r的高溫下冶煉，每隔2 4小時，採用石墨燒穿器打開一次爐眼，放出鋁矽合 金，靜置除渣後鑄錠。與現有技術相比，本發明利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物作為主要原料，克服 了單獨一種固體廢棄物成分的局限性，煤矸石中含有固定碳，不足的固定碳選擇石油焦和由稻殼生產的稻殼炭來彌補，採用電熱法生產鋁矽合金。採用鋁灰和煤 矸石為主要原料，可生產鋁含量為50%以上的鋁矽合金，並且從礦熱爐生產得 到的一次鋁矽合金雜質元素含量低，不用精煉，鐵含量小於1%，鈦含量小於0. 5%， 能夠直接用於熔配鋁矽合金。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限 於下述的實施例。實施例h對鋁灰進行磁選除鐵預處理，經過預處理後鋁灰主要成份重量百分比A1A 含量35.65%, Al含量25.60%， Si02含量10. 52%， MgO含量7.82X， Ti02含 量2. 31%， FeA含量1.68%， CaO含量3.78X。優選煤矸石，將其磨成粒度小於40目，進行磁選除鐵預處理。經預處理後 煤矸石主要成份重量百分比八1203含量32.82%， Si02含量36.46%， Ti02含量 0.35%, FeA含量0.23%， CaO含量0.17X，固定碳14.50%。按重量百分比鋁灰15%、煤矸石75%和石油焦10%配料，外加原料重量的18%的紙漿廢液，混合均勻，制球，乾燥。乾燥後的料球和稻殼炭混合後一起放入 400KVA單電極直流電弧爐，電弧爐電壓33V，電流7000 9000A，稻殼炭按照料 球重量的18%加入，在溫度超過200(TC的高溫下冶煉。每隔2 4小時，採用石 墨燒穿器打開爐眼，放出鋁矽合金，靜置除渣後鑄錠。生產出的鋁矽合金中下列元素重量百分比為..鋁含量57.6%，矽含量37.8 %，鐵含量0.81%,鈦含量O. 48%，鈣含量0.23%。實施例2:對鋁灰進行磁選除鐵預處理.經過預處理後鋁灰主要成份重量百分比A1203 含量35.65%, Al含量25.60%， Si02含量10. 52% ， Mg0含量7.82X， Ti02含 量2. 31%， FeA含量1.68%， CaO含量3.78X。優選煤矸石，將其磨成粒度小於40目，進行磁選除鐵預處理。經預處理後 煤矸石主要成份重量百分比AU)3含量32.82%, Si02含量36.46%， Ti。2含量 0.35%， Fe203含量0.23%， CaO含量0.17X,固定碳14.50%。按重量百分比鋁灰20%、煤矸石70%和石油焦10%配料，外加原料重量的 16%的紙漿廢液，混合均勻，制球，乾燥。乾燥後的料球和稻殼炭混合後一起放 入400KVA單電極直流電弧爐，電弧爐電壓33V，電流7000 9000A，稻殼炭按照 料球重量的18%加入，在溫度超過2000'C的高溫下冶煉。每隔2 4小時，採用 石墨燒穿器打開爐眼，放出鋁矽合金，靜置除渣後鑄錠。生產出的鋁矽合金中下列元素重量百分比為鋁含量60. 1%，矽含量35.2 %，鐵含量0.89%，鈦含量0.52%，鈣含量0.27%。實施例3:對鋁灰進行磁選除鐵預處理，經過預處理後鋁灰主要成份重量百分比A1A 含量35.65%， A1含量25.60X， Si02含量10. 52%, MgO含量7.82W, 1102含 量2. 31%， FeA含量1.68%, Ca0含量3. 78%。優選煤矸石，將其磨成粒度小於40目，進行磁選除鐵預處理。經預處理後 煤矸石主要成份重量百分比A1A含量32.82%， Si02含量36.46%，丌02含量 0.35%, FeA含量0.23%， CaO含量0.17X，固定碳14.50%。按重量百分比鋁灰10%、煤矸石80%和石油焦10%配料，外加原料重量的 19%的紙漿廢液，混合均勻，制球，乾燥。乾燥後的料球和稻殼炭混合後一起放 入400KVA單電極直流電弧爐，電弧爐電壓33V，電流7000 9000A，稻殼炭按照 料球重量的15%加入，在溫度超過200(TC的高溫下冶煉。每隔2 4小時，採用 石墨燒穿器打開爐眼，放出鋁矽合金，靜置除渣後鑄錠。生產出的鋁矽合金中下列元素重量百分比為鋁含量50.6%，矽含量44.8 %，鐵含量O. 75%，鈦含量O. 40%，鈣含量0.24%。
權利要求
1、一種利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方法，其特徵在於，包括以下步驟第一步，備料及原材料預處理①對鋁灰進行磁選除鐵預處理，經過預處理後鋁灰主要成份重量百分比Al2O3含量25～50％，Al含量15～30％，SiO2含量5～15％，MgO含量5～10％，TiO2含量1～3％，Fe2O3含量＜2％，CaO含量2～6％；②優選煤矸石，將其磨成粒度小於40目，進行磁選除鐵預處理，經預處理後煤矸石主要成份重量百分比Al2O3含量20～33％，SiO2含量26～39％，TiO2含量0.20～0.45％，Fe2O3含量0.20～0.5％，CaO含量0.1～0.4％，固定碳8～25％；第二步，配料和制團按照重量百分比配料鋁灰5～25％、煤矸石60～95％和石油焦0～15％，按照原料重量的15～20％加入紙漿廢液作為結合劑，混合制球，烘乾到水份小於2％；第三步，電熱法製備鋁矽合金將乾燥後的料球和稻殼炭混合後送入三相交流電弧爐，稻殼炭按照料球重量的10～30％加入，在溫度超過2000℃的高溫下冶煉，每隔一段時間打開一次爐眼，放出鋁矽合金，靜置除渣後鑄錠。
2、 根據權利要求1所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方 法，其特徵是，所述石油焦中碳固定碳〉98%，粒度〈40目。
3、 根據權利要求1所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方 法，其特徵是，所述稻殼炭中固定碳>40%，粒度l 6cm。
4、 根據權利要求1所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方 法，其特徵是，所述結合劑採用造紙廠產生的紙漿廢液，其中含有效物質木質素 酸鹽》55%。
5、 根據權利要求1所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方 法，其特徵是，所述三相交流電弧爐，其功率16500KVA以上。
6. 根據權利要求1或5所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金 的方法，其特徵是，所述電弧爐，為單電極直流電弧爐。
7. 根據權利要求1所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方 法，其特徵是，所述每隔一段時間，是指每隔2 4小時。
8. 根據權利要求1所述的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方 法，其特徵是，所述打開一次爐眼，是採用石墨燒穿器打開。
全文摘要
一種冶金技術領域的利用鋁灰和煤矸石複合廢棄物生產鋁矽合金的方法，步驟為第一步，備料及原材料預處理①對鋁灰進行磁選除鐵預處理；②優選煤矸石，將其磨成粒度小於40目，進行磁選除鐵預處理；第二步，配料和制團按照重量百分比配料鋁灰5～25％、煤矸石60～95％和石油焦0～15％，按照原料重量的15～20％加入紙漿廢液作為結合劑，混合制球，烘乾到水份小於2％；第三步，電熱法製備鋁矽合金。本發明克服了單獨一種固體廢棄物成分的局限性，既降低了鋁矽合金的成本，又消耗了容易造成環境汙染的廢棄物。
文檔編號C22B7/00GK101270412SQ20081003613
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月17日 優先權日2008年4月17日
發明者孫寶德, 俊 王, 陳海, 黃耀濱 申請人:上海交通大學;上海新格有色金屬有限公司