[發明專利]以鋁灰為原料電弧爐冶煉制取鋁硅鐵的方法

有效

• 申請號: 201910404301.3
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110016557B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 羅洪杰;王耀武;梁英堅;吳林麗;高國磊;曲楊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22B4/06
• 分類號: C22B4/06;C22B7/02;C22C1/02;C22C1/06;C22C28/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明提供了以鋁灰為原料電弧爐冶煉制取鋁硅鐵合金的方法，以二次鋁灰為原料，以鋁電解槽廢陰極炭塊為還原劑，以粉煤灰為添加劑來調節原料中的鋁含量、以硅藻土廢渣為添加劑來調節原料中的硅含量，在電弧爐內高溫還原以氧化鋁和氧化硅為主的物料進而制備一定成分鋁硅鐵合金；在高溫還原過程中實現鋁灰中氮化鋁的分解和廢陰極炭塊中氰化物的分解，以及物料中氟化物、氯化物和堿金屬的揮發與回收，這種配料方式不但利用了多種廢棄物，而且容易配制各種成分的鋁硅鐵合金，進而適應電弧爐的冶煉過程，使冶煉過程和合金成分易于調控，有利于降低了生產成本，也為后續處理創造了條件。

技術領域

本發明涉及電冶金領域，尤其涉及一種以鋁灰為原料電弧爐冶煉制取鋁硅鐵的方法。

背景技術

鋁硅鐵生產方法主要分為金屬熔配法和電熱還原法。金屬熔配法是利用純的金屬鋁、硅、鐵按照一定的比例在熔融狀態下對摻而形成合金；電熱還原法是以含有鋁、硅、鐵的氧化物為原料，以碳質材料為還原劑，經過電弧爐還原熔煉制備合金。其中金屬熔配法存在純金屬的重新加熱、二次燒損和生產成本高等問題。而電熱還原法也存在純的礦物原料短缺、生產過程經濟性差等問題。

在鋁電解、鋁加工、廢鋁重熔回收過程中均產生大量的鋁灰。目前處理這些鋁灰的方法主要是：鋁灰經過篩分后，對大塊的鋁灰進行重熔獲得金屬鋁；或利用炒灰機處理鋁灰來回收其中的金屬鋁，而篩分下來或炒灰機處理后剩余的鋁灰，通常稱之為二次鋁灰，目前主要采用填埋或堆存形式處理二次鋁灰。鋁冶煉和加工過程中產生的鋁灰通常含有50-80％的金屬鋁，經過常規的回收處理后，剩余的二次鋁灰主要成分為金屬鋁、氧化鋁和氮化鋁，其中含有5-10％的金屬鋁，40％以上的氧化鋁和10-25％的氮化鋁。根據各廠家所用精煉方式不同，鋁灰中還含有5-10％的氟化物和氯化物。由于鋁灰中含有大量的氮化鋁遇水會生成氨氣，同時鋁灰中含有的氯化物和氟化物也會溶于水，在2016年鋁灰已被國家環保部列入危險廢棄物名錄。目前對二次鋁灰的處理方法不僅沒有利用其中的有價資源，而且存在巨大的生態風險。

鋁電解槽是生產金屬鋁的主要設備。鋁電解槽在破損大修后，會產生大量的電解槽大修渣。大修渣由陰極炭塊、陰極糊、耐火磚、保溫磚、防滲料和絕熱板等組成。進一步可將大修渣分為廢陰極炭塊(陰極炭塊、陰極糊)和被氟鹽電解質侵蝕的廢耐火材料內襯(耐火磚、保溫磚、防滲料)兩個主要部分，而廢陰極炭塊與廢耐火材料的質量比例約各占50％。目前，每生產一噸金屬鋁產生5-10kg的廢陰極炭塊和5-10kg的廢耐火材料。廢陰極炭塊的主要成分是碳質材料，除了碳質材料外，組分最多的就是電解質。廢陰極炭塊中電解質組份主要有NaF、Na₃AlF₆、Na₅Al₃F₁₄和CaF₂等。鋁電解廢陰極炭塊中炭含量一般在60％-70％，電解質組分含量15-25％。此外，鋁電解廢陰極中存在4％-8％的堿金屬，主要是金屬鈉。當電解質成分中有鉀鹽時，廢陰極炭塊中還存在金屬鉀。除上述三種主要成分外，廢陰極炭塊中還含有少量的碳化物、氮化物、氧化物和氰化物，其中氰化物含量約占廢陰極炭總質量的0.1％-0.2％。廢陰極炭塊中的NaCN、復雜氰化物和氟化物是危害環境的主要因素。氰化物和大多數的氟化物都是溶于水的，長期堆積的廢舊陰極炭塊會污染地下水和地表水，對環境造成嚴重污染。對于鋁電解槽廢陰極炭塊的處理分為兩類，一類是處理技術，即使廢陰極炭塊材料被無害化后填埋或被其它工業所利用，如高溫水解技術、燃燒發電技術、制作鋼鐵工業的造渣劑、用作水泥行業的燃料和礦物原料、轉化為可填埋的惰性材料等；另一類是回收利用技術，主要是回收廢陰極炭塊中的氟化物和炭，如濕法浸出回收氟化物、作為陰極、陽極炭塊添加劑，浮選法分離氟化物電解質和炭塊等，但現有廢陰極炭塊的處理尚未達到工業化水平。