CN101337683A - 一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以高铁铝土矿为原料工业化生产多种产品的组合生产方法，该组合生产方法首先对高铁铝土矿用盐酸作为浸出介质进行加压浸出，铁以离子形式进入盐酸中形成铁的氯化物，而铝则留在固体铝土矿中，从而使铁与铝得到分离；然后对盐酸浸出液进行焙烧，得到铁红和氯化氢气体，氯化氢气体用洗涤水吸收成为盐酸，盐酸可以循环使用；然后对上层产物进行熔炼、定向结晶制备出硅含量为14wt％以下的共晶铝硅合金，从而使目前尚无法利用的高铁铝土矿得到综合利用。

Description

一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法

技术领域

本发明涉及一种分离获得合金材料的生产方法，更特别地说，是指一种从高铁铝土矿中分别制得共晶铝硅合金、铁红和太阳能级多晶硅的组合生产方法。

背景技术

我国高铁铝土矿储量非常丰富，据地质勘查部门的资料分析，其远景储量达20亿吨以上，这些高铁铝土矿是我国铝工业和钢铁工业潜在的矿产资源。高铁铝土矿中的氧化铝(50wt％左右)和氧化铁(13wt％左右)含量均较低，达不到各自工业利用品位的要求，但高铁铝土矿中的主要有用矿物硬水铝石、针铁矿和赤铁矿或其他铁矿之和占矿物总量的70wt％左右。因此，这些高铁铝土矿具有较好的综合开发利用价值。目前，我国已每年从国外进口铝土矿1200万吨。在这种情况下，开发利用高铁铝土矿资源，对我国铝业可持续发展以及合理利用国家资源具有十分重要的社会经济意义。

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。由含氧化铝为50～60wt％配制成含铝85wt％以上的铝硅合金需要配入大量的原铝。

发明内容

本发明的目的是提出一种以高铁铝土矿为原料工业化生产多种产品的组合生产方法，该组合生产方法首先对高铁铝土矿用盐酸作为浸出介质进行加压浸出，铁以离子形式进入盐酸中形成铁的氯化物，而铝则留在固体铝土矿(上层产物)中，从而使铁与铝得到分离；然后对盐酸浸出液(下层产物)进行焙烧，得到铁红和氯化氢气体，氯化氢气体用洗涤水吸收成为盐酸，盐酸可以循环使用；然后对上层产物进行熔炼、定向结晶制备出硅含量为14wt％以下的共晶铝硅合金，从而使目前尚无法利用的高铁铝土矿得到综合利用。

本发明是一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，该方法有下列制备步骤：

第一步：物料准备

采用破碎机将高铁铝土矿破碎至0.1～25mm粒度，制得粉碎物料；

将粉碎物料采用磨矿设备进行研磨，制得研磨粉材；

将研磨粉材采用分级机选出50～150μm粒度，制得高铁铝土矿细粉；

在本发明中，分级机未选取的研磨粉材可以继续采用磨矿设备进行研磨。

本发明人对不同地区采得的高铁铝土矿的成分进行分析得到：氧化铁Fe₂O₃为15～20wt％、硅酸铁FeSiO₃为3～10wt％、氧化铝Al₂O₃为55～60wt％、氧化硅SiO₂为3～10wt％，余量为其它杂质。杂质中一般为碳酸盐矿物(如碳酸镁、碳酸钙和白云石)、硅酸盐矿物。

第二步：制浸出物

(A)将高铁铝土矿细粉和质量百分比浓度为10～25％的盐酸溶液放入搅拌设备中进行混合均匀制得矿浆；

搅拌速度200～400转/分钟；

用量：1g的高铁铝土矿细粉中加入300～400ml的盐酸；

(B)将矿浆加入高压釜中，在釜内压力0.25～0.4MPa、温度110～130℃条件下搅拌反应10～60min后制得浸出物；

(C)将浸出物采用自来水冲洗方式进行洗涤过滤分离，获得上层产物和下层产物；在本发明中，第一分离设备的过滤网上的产物为上层产物，过滤网下方的产物为下层产物。

对(C)步骤制得的上层产物进行成分分析，100g的上层产物中含有70～75g的氧化铝Al₂O₃、0.5～1g的氧化铁Fe₂O₃和余量的氧化硅SiO₂；

对(C)步骤制得的下层产物进行成分分析，100ml的下层产物中含有20～45g的氯化铁FeCl₂，5～8g的氯化钙CaCl₂，1～5g的氯化镁MgCl₂；

第三步：焙烧制铁红

将下层产物放入焙烧设备中，在温度400～500℃下焙烧30～150min后，制得铁红；

铁红中90wt％以上是Fe₂O₃，CaO为5wt％左右，少量的MgO。

下层产物在高温条件下分解为氯化氢气体、氧化铁Fe₂O₃、氧化镁MgO和氧化钙CaO，其化学反应式为：

4FeCl₂+O₂+4H₂O＝2Fe₂O₃+8HCl↑；

CaCl₂+H₂O＝CaO+2HCl↑；

MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl↑；

在此步骤中，焙烧设备对下层产物进行高温处理后，采用抽排方式进行排出氯化氢气体。然后将氯化氢气体的管道与自来水管道连通，使氯化氢气体生成质量百分比浓度为10％～25％的盐酸供搅拌设备重复使用。本发明对盐酸的循环使用，能够减少除铁作业对环境的再次污染，另一方面也降低了生产成本。

此步骤作为本发明在提取铝硅合金中的一个附属产品。

第四步：制共晶铝硅合金

(A)将上层产物、石英、还原剂、粘结剂和水加入制球设备中制得粒度为60～120mm的球团；

所述还原剂是烟煤与石油焦的混合物；

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；

用量：100g的上层产物中加入85～95g烟煤，20～30g石油焦，10～20g粘结剂，60～65g石英，15～30g的自来水；

(B)将粒度为60～120mm的球团在温度150～300℃下干燥10～60min后，制得干燥球团；

(C)将干燥球团放入矿热电弧炉中，在温度1900～2200℃下冶炼5～15min后，制得粗铝硅合金；

本发明人对所述粗铝硅合金的成分进行分析得到：铝含量58～60wt％，硅含量30～40wt％，铁含量1.0～2.0wt％和余量的杂质。该杂质为钙、碳等。

(D)将粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，加入脱水干燥的氯化钠和冰晶石，在900℃～1000℃条件下保温5～15min进行除去渣料处理；然后加入纯度为70.00～99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20～30min后，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物；

100g的粗铝硅合金中加入5～10g的氯化钠，1～5g的冰晶石；

所述渣料是Al₂O₃、SiO₂、SiC、Al₄C₃+Al₂OC；

其中锰硅铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅铁化合物的上方；

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；

在此步骤中，一定纯度的金属锰加入，使所述粗铝硅合金中的铁和硅元素进行反应生成锰硅铁化合物。

(E)加热第二分离设备中的陶瓷过滤层至900℃～950℃；然后将(D)步骤制得的具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物放入第二分离设备的陶瓷过滤层上，调节第二分离设备的炉内气压为800～1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；

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陶瓷材料。

将(E)步骤制得的铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为56～65wt％的铝，30～40wt％的硅，0.1～0.3wt％的铁，余量为杂质。此处的杂质是微量的锰硅铁化合物。

(F)将(E)步骤制得的铝硅合金放入定向结晶炉中，在温度580～600℃条件下制得共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物；

(G)加热第三分离设备中的陶瓷过滤层至620℃～630℃；然后将(F)步骤制得的共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物放入第三分离设备中，调节第三分离设备的炉内气压为800～1000Pa负压值，过滤分离出共晶铝硅合金；

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陶瓷材料。

将(G)步骤制得的共晶铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为84～88wt％铝，11～14wt％硅，余量为铁和杂质。经测试共晶铝硅合金符合国家标准GB/T 8733-2000的使用要求。

此步骤中，陶瓷过滤层上方为高纯硅沉淀物，陶瓷过滤层下方为共晶铝硅合金。

第五步：制太阳能级多晶硅

将高纯硅沉淀物放入真空蒸馏设备中，在真空度1～5×10^-1Pa，温度1200～1450℃的条件下，蒸馏4～16小时后，制得太阳级多晶硅材料。

对太阳能级多晶硅材料进行纯度分析，其纯度为99.99990～99.99995％。

本发明的一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，具有以下特点：

(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)高铁铝土矿中铁铝得到有效分离，盐酸加压浸出，反应速度快，效率高；

(3)该组合生产方法制得的产品有铁红、共晶铝硅合金和太阳能级多晶硅，附加值高；

(4)盐酸能够循环利用，实现清洁生产。

附图说明

图1是本发明制备过程的流程框图。

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。

本发明是一种高铁铝土矿综合利用的方法，该方法首先对高铁铝土矿用盐酸作为浸出介质进行加压浸出，铁以离子形式进入盐酸中形成铁的氯化物，而铝则留在固体铝土矿(上层产物)中，从而使铁与铝得到分离；然后对盐酸浸出液(下层产物)进行焙烧，得到铁红和氯化氢气体，氯化氢气体用洗涤水吸收成为盐酸，盐酸可以循环使用；然后对上层产物进行熔炼、定向结晶制备出硅含量在14wt％以下的共晶铝硅合金，从而使目前尚无法利用的高铁铝土矿得到综合利用。

本发明公开的一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法中能够得到一种主要产物(共晶铝硅合金)、两种附属产物。所述的附属产物一个是铁红(即90wt％以上是Fe₂O₃，且含有少量的MgO和CaO)，另一个是太阳能级多晶硅。

请参见图1所示，本发明是一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，该方法有下列制备步骤：

第一步：物料准备

采用破碎机将高铁铝土矿破碎至0.1～25mm粒度，制得粉碎物料；

将粉碎物料采用磨矿设备进行研磨，制得研磨粉材；

将研磨粉材采用分级机选出50～150μm粒度，制得高铁铝土矿细粉；

在本发明中，分级机未选取的研磨粉材可以继续采用磨矿设备进行研磨。

本发明人对不同地区采得的高铁铝土矿的成分进行分析得到：氧化铁Fe₂O₃为15～20wt％、硅酸铁FeSiO₃为3～10wt％、氧化铝Al₂O₃为55～60wt％、氧化硅SiO₂为3～10wt％，余量为其它杂质。杂质中一般为碳酸盐矿物(如碳酸镁、碳酸钙和白云石)、硅酸盐矿物。

第二步：制浸出物

(A)将高铁铝土矿细粉和质量百分比浓度为10～25％的盐酸溶液放入搅拌设备中进行混合均匀制得矿浆；搅拌速度200～400转/分钟；

用量：1g的高铁铝土矿细粉中加入300～400ml的盐酸；

(B)将矿浆加入高压釜中，在釜内压力0.25～0.4MPa、温度110～130℃条件下搅拌反应10～60min后制得浸出物；

(C)将浸出物采用自来水冲洗方式进行洗涤过滤分离，获得上层产物和下层产物；在本发明中，第一分离设备的过滤网上的产物为上层产物，过滤网下方的产物为下层产物。

对(C)步骤制得的上层产物进行成分分析，100g的上层产物中含有70～75g的氧化铝Al₂O₃、0.5～1g的氧化铁Fe₂O₃和余量的氧化硅SiO₂；

对(C)步骤制得的下层产物进行成分分析，100ml的下层产物中含有20～45g的氯化铁FeCl₂，5～8g的氯化钙CaCl₂，1～5g的氯化镁MgCl₂；

第三步：焙烧制铁红

将下层产物放入焙烧设备中，在温度400～500℃下焙烧30～150min后，制得铁红；

铁红中90wt％以上是Fe₂O₃，CaO为5wt％左右，少量的MgO。

下层产物在高温条件下分解为氯化氢气体、氧化铁Fe₂O₃、氧化镁MgO和氧化钙CaO，其化学反应式为：

4FeCl₂+O₂+4H₂O＝2Fe₂O₃+8HCl↑；

CaCl₂+H₂O＝CaO+2HCl↑；

MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl↑；

在此步骤中，焙烧设备对下层产物进行高温处理后，采用抽排方式进行排出氯化氢气体。然后将氯化氢气体的管道与自来水管道连通，使氯化氢气体生成质量百分比浓度为10％～25％的盐酸供搅拌设备重复使用。本发明对盐酸的循环使用，能够减少除铁作业对环境的再次污染，另一方面也降低了生产成本。

此步骤作为本发明在提取铝硅合金中的一个附属产品。

第四步：制共晶铝硅合金

(A)将上层产物、石英、还原剂、粘结剂和水加入制球设备中制得粒度为60～120mm的球团；

所述还原剂是烟煤与石油焦的混合物；

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；

用量：100g的上层产物中加入85～95g烟煤，20～30g石油焦，10～20g粘结剂，60～65g石英，15～30g的自来水；

(B)将粒度为60～120mm的球团在温度150～300℃下干燥10～60min后，制得干燥球团；

(C)将干燥球团放入矿热电弧炉中，在温度1900～2200℃下冶炼5～15min后，制得粗铝硅合金；

本发明人对所述粗铝硅合金的成分进行分析得到：铝含量58～60wt％，硅含量30～40wt％，铁含量1.0～2.0wt％和余量的杂质。该杂质为钙、碳等。

(D)将粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，加入脱水干燥的氯化钠和冰晶石，在900℃～1000℃条件下保温5～15min进行除去渣料处理；然后加入纯度为70.00～99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20～30min后，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物；

100g的粗铝硅合金中加入5～10g的氯化钠，1～5g的冰晶石；

所述渣料是Al₂O₃、SiO₂、SiC、Al₄C₃+Al₂OC；

其中锰硅铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅铁化合物的上方；

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；

在此步骤中，一定纯度的金属锰加入，使所述粗铝硅合金中的铁和硅元素进行反应生成锰硅铁化合物。

(E)加热第二分离设备中的陶瓷过滤层至900℃～950℃；然后将(D)步骤制得的具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物放入第二分离设备的陶瓷过滤层上，调节第二分离设备的炉内气压为800～1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；

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陶瓷材料。

将(E)步骤制得的铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为56～65wt％的铝，30～40wt％的硅，0.1～0.3wt％的铁，余量为杂质。此处的杂质是微量的锰硅铁化合物。

(F)将(E)步骤制得的铝硅合金放入定向结晶炉中，在温度580～600℃条件下制得共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物；

(G)加热第三分离设备中的陶瓷过滤层至620℃～630℃；然后将(F)步骤制得的共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物放入第三分离设备中，调节第三分离设备的炉内气压为800～1000Pa负压值，过滤分离出共晶铝硅合金；

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陶瓷材料。

将(G)步骤制得的共晶铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为84～88wt％铝，11～14wt％硅，余量为铁和杂质。经测试共晶铝硅合金符合国家标准GB/T 8733-2000的使用要求。

此步骤中，陶瓷过滤层上方为高纯硅沉淀物，陶瓷过滤层下方为共晶铝硅合金。

第五步：制太阳能级多晶硅

将高纯硅沉淀物放入真空蒸馏设备中，在真空度1～5×10^-1Pa，温度1200～1450℃的条件下，蒸馏4～16小时后，制得太阳级多晶硅材料。

对太阳能级多晶硅材料进行纯度分析，其纯度为99.99990～99.99995％。

实施例1：

第一步：物料准备

采用破碎机将高铁铝土矿破碎至0.1～25mm粒度，制得粉碎物料；

将粉碎物料采用磨矿设备进行研磨，制得研磨粉材；

将研磨粉材采用分级机选出50～150μm粒度，制得高铁铝土矿细粉；

在本发明中，分级机未选取的研磨粉材可以继续采用磨矿设备进行研磨；

本发明人对新疆阿克苏地区采得的高铁铝土矿的成分进行分析得到：氧化铁Fe₂O₃为20wt％、硅酸铁FeSiO₃为5wt％、氧化铝Al₂O₃为58wt％、氧化硅SiO₂为6wt％，余量为其它杂质。杂质中一般为碳酸盐矿物(如碳酸镁、碳酸钙和白云石)、硅酸盐矿物。

第二步：制浸出物

(A)将高铁铝土矿细粉和质量百分比浓度为19％的盐酸溶液放入搅拌设备中进行混合均匀制得矿浆；搅拌速度300转/分钟；

用量：1g的高铁铝土矿细粉中加入400ml的盐酸；

(B)将矿浆加入高压釜中，在釜内压力0.25MPa、温度130℃条件下搅拌反应30min后制得浸出物；

(C)将浸出物采用自来水冲洗方式进行洗涤过滤分离，获得上层产物和下层产物；

对(C)步骤制得的上层产物进行成分分析，100g的上层产物中含有73g的氧化铝Al₂O₃、0.5g的氧化铁Fe₂O₃和余量的氧化硅SiO₂；

对(C)步骤制得的下层产物进行成分分析，100ml的下层产物中含有45g的氯化铁FeCl₂，5g的氯化钙CaCl₂，3g的氯化镁MgCl₂；

第三步：焙烧制铁红

将下层产物放入焙烧设备中，在温度500℃下焙烧30min后，制得铁红；铁红中90wt％以上是Fe₂O₃，CaO为5wt％左右，少量的MgO。

下层产物在高温条件下分解为氯化氢气体、氧化铁Fe₂O₃、氧化镁MgO和氧化钙CaO，其化学反应为：

4FeCl₂+O₂+4H₂O＝2Fe₂O₃+8HCl↑；

CaCl₂+H₂O＝CaO+2HCl↑；

MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl↑；

在此步骤中，焙烧设备对下层产物进行高温处理后，采用抽排方式进行排出氯化氢气体。然后将氯化氢气体的管道与自来水管道连通，使氯化氢气体生成质量百分比浓度为19％的盐酸供搅拌设备重复使用。本发明对盐酸的循环使用，能够减少除铁作业对环境的再次污染，另一方面也降低了生产成本。

此步骤作为本发明在提取铝硅合金中的一个附属产品。

第四步：制共晶铝硅合金

(A)将上层产物、石英、还原剂、粘结剂和水加入制球设备中制得粒度为60～120mm的球团；

所述还原剂是烟煤与石油焦的混合物；

所述粘结剂是木质素磺酸钙；

用量：100g的上层产物中加入95g烟煤，20g石油焦，20g粘结剂，65g石英，15g的自来水；

(B)将粒度为60～120mm的球团在温度300℃下干燥30min后，制得干燥球团；

(C)将干燥球团放入矿热电弧炉中，在温度1900℃下冶炼10min后，制得粗铝硅合金；

本发明人对所述粗铝硅合金的成分进行分析得到：铝含量60wt％，硅含量38wt％，铁含量1.0wt％和余量的杂质。该杂质为钙、碳等。

(D)将粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，加入脱水干燥的氯化钠和冰晶石，在1000℃条件下保温10min进行除去渣料处理；然后加入纯度为99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌30min后，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物；

100g的粗铝硅合金中加入10g的氯化钠，3g的冰晶石；

所述渣料是Al₂O₃、SiO₂、SiC、Al₄C₃+Al₂OC；

其中锰硅铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅铁化合物的上方；

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倍；在此步骤中，一定纯度的锰加入，使所述粗铝硅合金中的铁和硅元素进行反应生成铁锰硅化合物。

(E)加热第二分离设备中的陶瓷过滤层至950℃；然后将(D)步骤制得的具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物放入第二分离设备的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；

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(E)步骤制得的铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为60wt％铝，35wt％硅，0.1wt％铁，余量为杂质。

(F)将(E)步骤制得的铝硅合金放入定向结晶炉中，在温度600℃条件下制得共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物；

(G)加热第三分离设备中的陶瓷过滤层至630℃；然后将(F)步骤制得的共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物放入第三分离设备中，调节第三分离设备的炉内气压为1000Pa负压值，过滤分离出共晶铝硅合金；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。此步骤中，陶瓷过滤层上方为高纯硅沉淀物渣料，陶瓷过滤层下方为共晶铝硅合金。

将(G)步骤制得的共晶铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为84wt％铝，13wt％硅，余量为铁和杂质。经测试共晶铝硅合金符合国家标准GB/T 8733-2000的使用要求。

第五步：制太阳能级多晶硅

将高纯硅沉淀物放入真空蒸馏设备中，在真空度3×10^-1Pa，温度1450℃的条件下，蒸馏8小时后，制得太阳级多晶硅材料。

对太阳能级多晶硅材料进行纯度分析，其纯度为99.99995％。

实施例2：

第一步：物料准备

采用破碎机将高铁铝土矿破碎至0.1～25mm粒度，制得粉碎物料；

将粉碎物料采用磨矿设备进行研磨，制得研磨粉材；

将研磨粉材采用分级机选出50～150μm粒度，制得高铁铝土矿细粉；

在本发明中，分级机未选取的研磨粉材可以继续采用磨矿设备进行研磨；

高铁铝土矿的成分为：氧化铁Fe₂O₃为15wt％、硅酸铁FeSiO₃为10wt％、氧化铝Al₂O₃为60wt％、氧化硅SiO₂为3wt％，余量为其它杂质。杂质中一般为碳酸盐矿物(如碳酸镁、碳酸钙和白云石)、硅酸盐矿物。

第二步：制浸出物

(A)将高铁铝土矿细粉和质量百分比浓度为25％的盐酸溶液放入搅拌设备中进行混合均匀制得矿浆；搅拌速度200转/分钟；

用量：1g的高铁铝土矿细粉中加入350ml的盐酸；

(B)将矿浆加入高压釜中，在釜内压力0.4MPa、温度110℃条件下搅拌反应60min后制得浸出物；

(C)将浸出物采用自来水冲洗方式进行洗涤过滤分离，获得上层产物和下层产物；对(C)步骤制得的上层产物进行成分分析，100g的上层产物中含有70g的氧化铝Al₂O₃、1g的氧化铁Fe₂O₃和余量的氧化硅SiO₂；

对(C)步骤制得的下层产物进行成分分析，100ml的下层产物中含有30g的氯化铁FeCl₂，8g的氯化钙CaCl₂，2g的氯化镁MgCl₂；

第三步：焙烧制铁红

将下层产物放入焙烧设备中，在温度400℃下焙烧150min后，制得铁红；铁红中90wt％以上是Fe₂O₃，CaO为5wt％左右，少量的MgO。

下层产物在高温条件下分解为氯化氢气体、氧化铁Fe₂O₃、氧化镁MgO和氧化钙CaO，其化学反应为：

4FeCl₂+O₂+4H₂O＝2Fe₂O₃+8HCl↑；

CaCl₂+H₂O＝CaO+2HCl↑；

MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl↑；

在此步骤中，焙烧设备对下层产物进行高温处理后，采用抽排方式进行排出氯化氢气体。然后将氯化氢气体的管道与自来水管道连通，使氯化氢气体生成质量百分比浓度为25％的盐酸供搅拌设备重复使用。本发明对盐酸的循环使用，能够减少除铁作业对环境的再次污染，另一方面也降低了生产成本。

此步骤作为本发明在提取铝硅合金中的一个附属产品。

第四步：制共晶铝硅合金

(A)将上层产物、石英、还原剂、粘结剂和水加入制球设备中制得粒度为60～120mm的球团；

所述还原剂是烟煤与石油焦的混合物；

所述粘结剂是木质素磺酸镁；

用量：100g的上层产物中加入85g烟煤，20g石油焦，10g粘结剂，60g石英，30g水；

(B)将粒度为60～120mm的球团在温度150℃下干燥60min后，制得干燥球团；

(C)将干燥球团放入矿热电弧炉中，在温度2200℃下冶炼5min后，制得粗铝硅合金；

本发明人对所述粗铝硅合金的成分进行分析得到：铝含量58wt％，硅含量40wt％，铁含量2.0wt％和余量的杂质。该杂质为钙、碳等。

(D)将粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，加入脱水干燥的氯化钠和冰晶石，在900℃条件下保温5min进行除去渣料处理；然后加入纯度为85.00％的金属锰块，采用电磁搅拌20min后获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物；

100g的粗铝硅合金中加入8g的氯化钠，5g的冰晶石；

所述渣料是Al₂O₃、SiO₂、SiC、Al₄C₃+Al₂OC；

其中锰硅铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅铁化合物的上方；

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1.5倍；在此步骤中，一定纯度的锰加入，使所述粗铝硅合金中的铁和硅元素进行反应生成铁锰硅化合物。

(E)加热第二分离设备中的陶瓷过滤层至900℃；然后将(D)步骤制得的具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物放入第二分离设备的陶瓷过滤层上，调节炉内腔中气压为800Pa负压值，过滤出铝硅合金；所述陶瓷过滤层厚度为10mm，其陶瓷材料为碳化硅陶瓷材料。

将(E)步骤制得的铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为65wt％铝，33wt％硅，0.3wt％铁，余量为杂质。

(F)将(E)步骤制得的铝硅合金放入定向结晶炉中，在温度580～600℃条件下制得共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物；

(G)加热第三分离设备中的陶瓷过滤层至620℃；然后将(F)步骤制得的共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物放入第三分离设备中，调节第三分离设备的炉内气压为800Pa负压值，过滤分离出共晶铝硅合金；所述陶瓷过滤层厚度为10mm，其陶瓷材料为碳化硅陶瓷材料

将(G)步骤制得的共晶铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为88wt％铝，11.5wt％硅，余量为铁和杂质。经测试共晶铝硅合金符合国家标准GB/T 8733-2000的使用要求。

此步骤中，陶瓷过滤层上方为高纯硅沉淀物，陶瓷过滤层下方为共晶铝硅合金。

第五步：制太阳能级多晶硅

将高纯硅沉淀物放入真空蒸馏设备中，在真空度4×10^-1Pa，温度1200℃的条件下，蒸馏12小时后，制得太阳级多晶硅材料。

对太阳能级多晶硅材料进行纯度分析，其纯度为99.99990％。

实施例3：

第一步：物料准备

采用破碎机将高铁铝土矿破碎至0.1～25mm粒度，制得粉碎物料；

将粉碎物料采用磨矿设备进行研磨，制得研磨粉材；

将研磨粉材采用分级机选出50～150μm粒度，制得高铁铝土矿细粉；

在本发明中，分级机未选取的研磨粉材可以继续采用磨矿设备进行研磨；

高铁铝土矿的成分为：氧化铁Fe₂O₃为17wt％、硅酸铁FeSiO₃为5wt％、氧化铝Al₂O₃为60wt％、氧化硅SiO₂为8wt％，余量为其它杂质。杂质中一般为碳酸盐矿物(如碳酸镁、碳酸钙和白云石)、硅酸盐矿物。

第二步：制浸出物

(A)将高铁铝土矿细粉和质量百分比浓度为10％的盐酸溶液放入搅拌设备中进行混合均匀制得矿浆；搅拌速度400转/分钟；用量：1g的高铁铝土矿细粉中加入350ml的盐酸；

(B)将矿浆加入高压釜中，在釜内压力0.4MPa、温度130℃条件下搅拌反应10min后制得浸出物；

(C)将浸出物采用自来水冲洗方式进行洗涤过滤分离，获得上层产物和下层产物；对(C)步骤制得的上层产物进行成分分析，100g的上层产物中含有75g的氧化铝Al₂O₃、0.5g的氧化铁Fe₂O₃和余量的氧化硅SiO₂；

对(C)步骤制得的下层产物进行成分分析，100ml的下层产物中含有20g的氯化铁FeCl₂，6.5g的氯化钙CaCl₂，5g的氯化镁MgCl₂；

第三步：焙烧制铁红

将下层产物放入焙烧设备中，在温度450℃下焙烧100min后，制得铁红；铁红中90wt％以上是Fe₂O₃，CaO为5wt％左右，少量的MgO。

下层产物在高温条件下分解为氯化氢气体、氧化铁Fe₂O₃、氧化镁MgO和氧化钙CaO，其化学反应为：

4FeCl₂+O₂+4H₂O＝2Fe₂O₃+8HCl↑；

CaCl₂+H₂O＝CaO+2HCl↑；

MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl↑；

在此步骤中，焙烧设备对下层产物进行高温处理后，采用抽排方式进行排出氯化氢气体。然后将氯化氢气体的管道与自来水管道连通，使氯化氢气体生成质量百分比浓度为10％的盐酸供搅拌设备重复使用。本发明对盐酸的循环使用，能够减少除铁作业对环境的再次污染，另一方面也降低了生产成本。

此步骤作为本发明在提取铝硅合金中的一个附属产品。

第四步：制共晶铝硅合金

(A)将上层产物、石英、还原剂、粘结剂和水加入制球设备中制得粒度为60～120mm的球团；所述还原剂是烟煤与石油焦的混合物；所述粘结剂是粘土；

用量：100g的上层产物中加入90g烟煤，30g石油焦，15g粘结剂，65g石英，25g水；

(B)将粒度为60～120mm的球团在温度200℃下干燥15min后，制得干燥球团；

(C)将干燥球团放入矿热电弧炉中，在温度2100℃下冶炼15min后，制得粗铝硅合金；

本发明人对所述粗铝硅合金的成分进行分析得到：铝含量60wt％，硅含量35wt％，铁含量1.5wt％和余量的杂质。该杂质为钙、碳等。

(D)将粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，加入脱水干燥的氯化钠和冰晶石，在950℃条件下保温15min进行除去渣料处理；然后加入纯度为90.00％的金属锰块，采用电磁搅拌25min后获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物；100g的粗铝硅合金中加入7g的氯化钠，1g的冰晶石；

所述渣料是Al₂O₃、SiO₂、SiC、Al₄C₃+Al₂OC；

其中锰硅铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅铁化合物的上方；

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1.5倍；在此步骤中，一定纯度的锰加入，使所述粗铝硅合金中的铁和硅元素进行反应生成铁锰硅化合物。

(E)加热第二分离设备中的陶瓷过滤层至950℃；然后将(D)步骤制得的具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物放入第二分离设备的陶瓷过滤层上，调节第二分离设备的炉内气压为900Pa负压值，过滤出铝硅合金；所述陶瓷过滤层厚度为15mm，其陶瓷材料为硼化钛陶瓷材料。

将(E)步骤制得的铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为57wt％铝，40wt％硅，0.2wt％铁，余量为杂质。

(F)将(E)步骤制得的铝硅合金放入定向结晶炉中，在温度580℃条件下制得共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物；

(G)加热第三分离设备中的陶瓷过滤层至630℃；然后将(F)步骤制得的共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物放入第三分离设备中，调节第三分离设备的炉内气压为900Pa负压值，过滤分离出共晶铝硅合金；所述陶瓷过滤层厚度为15mm，其陶瓷材料为硼化钛陶瓷材料

将(G)步骤制得的共晶铝硅合金采用GB/T6987.1～6987.24或GB/T7999的规定测试其组份，主要为84wt％铝，14wt％硅，余量为铁和杂质。经测试共晶铝硅合金符合国家标准GB/T 8733-2000的使用要求。

此步骤中，陶瓷过滤层上方为高纯硅沉淀物，陶瓷过滤层下方为共晶铝硅合金。

第五步：制太阳能级多晶硅

将高纯硅沉淀物放入真空蒸馏设备中，在真空度2×10^-1Pa，温度1200℃的条件下，蒸馏16小时后，制得太阳级多晶硅材料。

对太阳能级多晶硅材料进行纯度分析，其纯度为99.99993％。

Claims (7)

1、一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于有下列步骤：

第一步：物料准备

采用破碎机将高铁铝土矿破碎至0.1～25mm粒度，制得粉碎物料；

将粉碎物料采用磨矿设备进行研磨，制得研磨粉材；

将研磨粉材采用分级机选出50～150μm粒度，制得高铁铝土矿细粉；

第二步：制浸出物

(A)将高铁铝土矿细粉和质量百分比浓度为10～25％的盐酸溶液放入搅拌设备中进行混合均匀制得矿浆；

搅拌速度200～400转/分钟；

用量：1g的高铁铝土矿细粉中加入300～400ml的盐酸；

(B)将矿浆加入高压釜中，在釜内压力0.25～0.4MPa、温度110～130℃条件下搅拌反应10～60min后制得浸出物；

(C)将浸出物采用自来水冲洗方式进行洗涤过滤分离，获得上层产物和下层产物；

对(C)步骤制得的上层产物进行成分分析，100g的上层产物中含有70～75g的氧化铝Al₂O₃、0.5～1g的氧化铁Fe₂O₃和余量的氧化硅SiO₂；

对(C)步骤制得的下层产物进行成分分析，100ml的下层产物中含有20～45g的氯化铁FeCl₂，5～8g的氯化钙CaCl₂，1～5g的氯化镁MgCl₂；

第三步：焙烧制铁红

将下层产物放入焙烧设备中，在温度400～500℃下焙烧30～150min后，制得铁红；

铁红中90wt％以上是Fe₂O₃，CaO为5wt％左右，少量的MgO；

下层产物在高温条件下分解为氯化氢气体、氧化铁Fe₂O₃、氧化镁MgO和氧化钙CaO，其化学反应式为：

4FeCl₂+O₂+4H₂O＝2Fe₂O₃+8HCl↑；

CaCl₂+H₂O＝CaO+2HCl↑；

MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl↑；

第四步：制共晶铝硅合金

(A)将上层产物、石英、还原剂、粘结剂和水加入制球设备中制得粒度为60～120mm的球团；

所述还原剂是烟煤与石油焦的混合物；

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；

用量：100g的上层产物中加入85～95g烟煤，20～30g石油焦，10～20g粘结剂，60～65g石英，15～30g的自来水；

(B)将粒度为60～120mm的球团在温度150～300℃下干燥10～60min后，制得干燥球团；

(C)将干燥球团放入矿热电弧炉中，在温度1900～2200℃下冶炼5～15min后，制得粗铝硅合金；

(D)将粗铝硅合金经抬包转运至第一反应炉中，加入脱水干燥的氯化钠和冰晶石，在900℃～1000℃条件下保温5～15min进行除去渣料处理；然后加入纯度为70.00～99.99％的金属锰块，采用电磁搅拌20～30min后，获得具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物；

100g的粗铝硅合金中加入5～10g的氯化钠，1～5g的冰晶石；

所述渣料是Al₂O₃、SiO₂、SiC、Al₄C₃+Al₂OC；

其中锰硅铁化合物在第一反应炉的底部，铝硅合金在锰硅铁化合物的上方；

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；

(E)加热第二分离设备中的陶瓷过滤层至900℃～950℃；然后将(D)步骤制得的具有分层结构的铝硅合金和锰硅铁化合物放入第二分离设备的陶瓷过滤层上，调节第二分离设备的炉内气压为800～1000Pa负压值，过滤出铝硅合金；

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陶瓷材料；

(F)将(E)步骤制得的铝硅合金放入定向结晶炉中，在温度580～600℃条件下制得共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物；

(G)加热第三分离设备中的陶瓷过滤层至620℃～630℃；然后将(F)步骤制得的共晶铝硅合金和高纯硅沉淀物放入第三分离设备中，调节第三分离设备的炉内气压为800～1000Pa负压值，过滤分离出共晶铝硅合金；

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陶瓷材料；

第五步：制太阳能级多晶硅

将高纯硅沉淀物放入真空蒸馏设备中，在真空度1～5×10^-1Pa，温度1200～1450℃的条件下，蒸馏4～16小时后，制得太阳级多晶硅材料。

2、根据权利要求1所述的以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于：第一步骤中的所述高铁铝土矿的成分是氧化铁Fe₂O₃为15～20wt％、硅酸铁FeSiO₃为3～10wt％、氧化铝Al₂O₃为55～60wt％、氧化硅SiO₂为3～10wt％，余量为其它杂质。

3、根据权利要求1所述的以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于：第三步骤中，焙烧设备对下层产物进行高温处理后，采用抽排方式进行排出氯化氢气体；然后将氯化氢气体的管道与自来水管道连通，使氯化氢气体生成质量百分比浓度为10％～25％的盐酸供搅拌设备重复使用。

4、根据权利要求1所述的以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于：第四步骤中经(C)步制得的粗铝硅合金的成分为铝含量58～60wt％，硅含量30～40wt％，铁含量1.0～2.0wt％和余量的杂质。

5、根据权利要求1所述的以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于：第四步骤中经(E)步制得的铝硅合金成分为56～65wt％的铝，30～40wt％的硅，0.1～0.3wt％的铁，余量为杂质。

6、根据权利要求1所述的以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于：第四步骤中经(G)步制得的共晶铝硅合金成分为84～88wt％铝，11～14wt％硅，余量为铁和杂质。

7、根据权利要求1所述的以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法，其特征在于：第五步骤制得的太阳能级多晶硅材料的纯度为99.99990～99.99995％。

Images