一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，步骤为：(1)将高铝粉煤灰、炭质还原剂进行破碎，外加粘结剂和水混合均匀后制团，烘干得干团块后进行还原反应，获得铝硅铁合金熔融体；(2)将熔融体在模具中进行浇铸，控制降温速度和时间，得到一级铝硅铁合金块；(3)将合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，低温加热，在超重力作用下，熔液通过多孔滤板后经冷却凝固得铝硅合金，熔渣为二级铝硅铁合金块；(4)将合金块继续加热至高温，在超重力作用下，熔液通过多孔滤板后经冷却凝固得铝硅铁合金，熔渣为工业硅或铝硅合金。本发明专利技术以粉煤灰为原料，来源广、成本低，且无工业废料，经分级提纯后得到多种高附加值产品。品。品。

【技术实现步骤摘要】
一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法


[0001]本专利技术属于冶金与环境的
，特别是涉及一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法。

技术介绍

[0002]目前已有的铝硅铁合金的生产方法有两种，即掺兑法和电热还原法。掺兑法是将电解生成的金属铝与电热法生产的工业硅铁熔融掺兑制得。但这种方法生产流程长，工艺复杂，生产成本高，耗能大，对环境影响大。电热还原法是以铝硅酸盐矿物为原料，以碳质材料为还原剂，经过电弧炉还原熔炼制备合金。该方法能够缩短工艺流程，降低生产成本。但电热还原法的原料主要为铝土矿、高岭石等含铝硅酸盐矿物，其生产受我国矿石资源的分布、储量、矿石特性等的影响。目前，我国铝土矿资源短缺，矿石资源紧缺不仅会增加生产成本，而且直接影响生产进行。因此，积极开拓非传统铝矿物生产铝硅铁合金，对于促进铝工业可持续发展具有十分重要的社会经济意义。
[0003]粉煤灰是燃煤电厂排放的一种固体废弃物，其含量约占燃煤总量的5％～20％。随着电力工业的迅猛发展，粉煤灰的排放量与日俱增，目前对粉煤灰的利用率只有40％左右，大部分仍占用大量土地堆存起来，污染环境，浪费资源，破环生态平衡。高铝粉煤灰是我国所特有的一种新型铝资源。这种粉煤灰中的氧化铝含量可以达到40～50％，远远高于普通粉煤灰中的含量，相当于中等品位级的铝土矿中氧化铝的含量，是非常宝贵的再生含铝矿物资源。现有技术中，专利CN1676630A公开了利用粉煤灰冶炼铝硅铁合金的方法、专利CN101469378A公开了一种利用高铝粉煤灰和磁珠制备铝硅铁合金的方法。因此，高铝粉煤灰可替代铝土矿、高岭石等天然矿物作为冶炼铝硅铁合金的原料，可缓解国内铝资源的紧张态势。
[0004]碳电热还原高铝粉煤灰制得的铝硅铁合金中铁含量较高，常以脆性的富铁金属间化合物形式存在，使其不能作为价值较高的铸造用硅铝合金使用，而主要作为炼钢脱氧剂被广泛应用于炼钢厂。但由于炼钢脱氧剂用量有限，且价格较低，从而制约了铝硅铁合金的应用市场。如果能对铝硅铁合金进行降铁处理，得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，无疑在产品的市场容量上还是在经济价值上均具有极大意义。
[0005]现有技术中，专利CN107794390A公开了“再生Al
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Si系铝合金除铁方法”，该方法加入的锶进行变质处理，使针状β
‑
铁相产生断裂、分解，并细化初晶硅，使组织分布更加均匀；锰对硼与铁反应产生Fe2B起到正相关作用，同时锰使β
‑
铁相转变为α
‑
铁相，起到沉淀的作用；硼与杂质铁反应生成的高熔点高密度的Fe2B化合物与熔液有高的密度差，这些富铁相在重力作用下沉降到坩埚底部，从而去除铝合金中杂质铁元素。专利CN108165810A公开了“一步法去除一次铝硅合金中铁和硅相的装置和工艺”，该方法在交变电磁场的作用下采取金属元素锰作除铁剂，与一次铝硅合金原料混合均匀，加热熔融，冷却后，合金中的硅和富铁相在磁场力和温度效应的联合作用下凝固并富集在底部，倾倒出上部的熔液，经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，最后将底部的初晶硅相和杂质铁相重熔后即得
到底部合金熔液。上述通过重力沉降分离铁相的方法存在着分离效率低、工艺复杂、生产成本高等缺点，很难在实际生产中应用。因此，亟需一种低成本、有效分离的相关方法、技术。
[0006]专利CN110904340A公开了“一种离心去除含铁混合物中有害元素和杂质的方法”，将铝硅铁高温熔融态混合物盛入离心旋转装置内，控制熔融态混合物的降温速度为0.1～160℃/min，离心温度为700～2600℃，让硅晶体析出、长大；而后在装置内对熔融态混合物制造超重力场进行离心分离得到硅，超重力系数为10～4500g，施加超重力场时装置内的温度不低于离心温度，并逐渐降温至凝固；熔融态混合物在离心超重力的作用下，铁的金属间化合物等物质在超重力场外围的沉降富集、而氧化物等低密度物质在超重力场内层上浮富集，从而金属产品得以净化除杂。该方法将超重力离心引入不同物相的分离中，分离效率较之前的自然重力分离得以大幅提高。但该工艺存在一个致命问题：离心分离是在高温液态下进行，而高温熔融铝合金液对各种金属材料均具有极强腐蚀性，所以很难低成本找到一种材料既能在高温下具有高强度且能够耐高温铝液侵蚀。所以该工艺无法进行高效、大规模的实际应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法。本专利技术能够有效降低铝硅铁合金中的铁含量，不仅可以生产出满足工业要求的铸造用铝硅合金，又可以得到脱氧剂用铝硅铁合金，以及酸洗除杂后作为生产太阳能级多晶硅的工业硅，无新的固废排放，不但解决了高铝粉煤灰的环境负荷问题，实现高铝粉煤灰资源的综合利用，还能产生显著的经济效益，符合国家节能减排的需求，具有广泛的工业化应用前景。
[0008]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0009]一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，步骤是：
[0010](1)将高铝粉煤灰、炭质还原剂进行破碎，并外加粘结剂和水充分混合均匀后制团，烘干得到干团块，而后投入电弧炉内进行还原反应，得到铝硅铁合金熔融体；
[0011](2)将熔融体在模具中进行浇铸，控制冷却降温速度和时间，让合金相析出、长大，而后自然冷却至室温，得到一级铝硅铁合金块；
[0012](3)将一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至580～650℃，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，熔渣为二级铝硅铁合金块；
[0013](4)将二级铝硅铁合金块继续加热至850～1050℃，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金，熔渣为工业硅或符合工业标准的铸造用铝硅合金，从而实现铝硅铁合金的分级提纯。
[0014]在上述方法中，步骤(1)所述高铝粉煤灰中Al2O3质量分数30～60％，SiO2质量分数30～60％，Fe2O3质量分数≤5％。
[0015]在上述方法中，步骤(1)所述高铝粉煤灰和炭质还原剂粒度均小于100目。
[0016]在上述方法中，步骤(1)所述炭质还原剂包括煤，石油焦，煅后无烟煤，焦炭，冶金
焦，选择其中一种或几种混合。
[0017]在上述方法中，步骤(1)所述炭质还原剂的碳含量为粉煤灰中金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90～95％。
[0018]在上述方法中，步骤(1)所述粘结剂加入质量为混合物料量的5～10％，制团压力为50～150MPa，团块烘干温度为150～200℃，烘干后球团水分不大于1％。
[0019]在上述方法中，步骤(1)所述电弧炉内还原反应温度为2200～2500℃。
[0020]在上述方法中，步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将高铝粉煤灰、炭质还原剂进行破碎，并外加粘结剂和水充分混合均匀后制团，烘干得到干团块，而后投入电弧炉内进行还原反应，得到铝硅铁合金熔融体；(2)将熔融体在模具中进行浇铸，控制冷却降温速度和时间，让合金相析出、长大，而后自然冷却至室温，得到一级铝硅铁合金块；(3)将一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至580～650℃，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，熔渣为二级铝硅铁合金块；(4)将二级铝硅铁合金块继续加热至850～1050℃，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金，熔渣为工业硅或符合工业标准的铸造用铝硅合金，从而实现铝硅铁合金的分级提纯。2.按照权利要求1所述的一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的高铝粉煤灰中Al2O3质量分数30～60％，SiO2质量分数30～60％，Fe2O3质量分数≤5％。3.按照权利要求1所述的一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的高铝粉煤灰和炭质还原剂粒度均小于100目。4.按照权利要求1所述的一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的炭质还原剂包括煤，石油焦，煅后无烟煤，焦炭，冶金焦，选择其中一种或几种混合。5.按照权利要求1所述的一种利用高铝粉煤灰制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的炭质还原剂的碳含量为粉煤灰中金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90～95％。6.按照权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程妍，魏存弟，徐少南，佐婧，
申请(专利权)人：内蒙古君成科技有限公司，
类型：发明
国别省市：