CN104176753A - 从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉煤灰生产氧化铝和铝冶金领域，具体的说，是从粉煤灰中提取复合氧化铝，该复合氧化铝可作为铝电解槽的主要原料氧化铝的部分替代物用于生产铝硅基合金。本发明主要方案是：不需要将粉煤灰中可用成分之一例如氧化铝(Al₂O₃)、可用成分之一例如氧化硅(SiO₂)分别提取出来，仅将粉煤灰中的不用成分去除，或针对所需生产的铝硅基合金成分添加一些可用成分的氧化物，即可得到含氧化铝、氧化硅和其它可用成分的复合氧化铝，复合氧化铝可部分替代铝电解槽的主要原料氧化铝用于生产铝硅基合金。粉煤灰可用成分和无用成分的划分需根据粉煤灰的化学成分(或几种粉煤灰掺配后的粉煤灰化学成分)和所生产的铝硅基合金成分要求而定。

Description

从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法

技术领域

本发明属于粉煤灰生产氧化铝和铝冶金领域，具体的说，是从粉煤灰中提取复合氧化铝，该复合氧化铝可作为铝电解槽的主要原料氧化铝的部分替代物用于生产铝硅合金。 

背景技术

为方便叙述，文中所提到的物质名称和分子式对应关系如下： 

①氧化铝(Al₂O₃)，氧化硅(SiO₂)，氧化铁(Fe_xO_y)，氧化钙(CaO)，氧化镁(Mg_xO_y)，氧化钛(TiO₂)，稀土氧化物(Re_xO_y)，氧化钠(Na₂O)，氧化钾(K₂O)。 

②铝硅合金＝铝硅基合金(即：以铝硅为基本金属，还含有其它少量元素的合金)。 

粉煤灰是火力发电厂排出的由煤粉、煤泥等燃料经燃烧后形成的灰渣。我国是以煤为主要能源的国家，产生的粉煤灰是我国排量最大的工业废料。截至2011年12月，我国电力整体装机容量已经达到10.5万亿kW，其中火电占比72％，火电每年产生粉煤灰量约4.5亿吨，随着我国经济的持续增长，火电装机容量也不断增长，粉煤灰排放已经成为中国工业固体废物的最大单一污染源，抽样检测的粉煤灰样品中检测出20多种对环境和人体有害的物质，其中包括可能导致神经系统损伤、出生缺陷甚至癌症的重金属，据粗略估算，中国每年约有2.9万吨的镉、铬、砷、汞和铅这五种国家重点监控的重金属随粉煤灰的排放进入到自然环境中，针对部分火电厂灰场附近的地表水和地下井水的检测也显示出多种有害物质的浓度超过了国家的相关标准，粉煤灰中的有害物质已不可避免地污染了周围的土壤、空气和水，不仅威胁到附近居民的身体健康，还会通过食物链危害到更大的公众群体。目前，我国粉煤灰的总堆存量已经超过10亿吨，它不仅占用大量的土地，还常排放江河，使河道淤塞，河水变质，严重污染环境，因此是一个重要的污染源。 

经查询有关资料，我国典型的粉煤灰成分主要范围如下： 

成分

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO2

Na2O及K2O

烧失量

含量％

34～65

14～50

1～16

0～25

0～4

0～3

0.5～6

1～26

从上表看出，我国粉煤灰中主要含有氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)和其它氧化物等成分，因此对粉煤灰的资源化利用，即可以避免资源浪费以及固体废弃物对环境的污染，又可以对其中的有价元素及矿物进行回收利用，这不仅使污染排放问题得到部分解决，改善了环境，而且节约了我国矿产资源，为我国提供了又一条金属来源渠道。 

多年来，国内外普遍重视粉煤灰的资源综合利用，目前国内外把粉煤灰资源利用研究分为低、中、高三个方面：低技术主要将粉煤灰用于路坝修筑、工程回填、土壤改良等方面；中技术主要将粉煤灰用做建筑材料，如生产粉煤灰砖等；高技术领域的应用研究是指对粉煤灰中矿物质或有价元素的提取等方面。从目前国内外的应用情况看，低、中技术应用日臻完善，取得大量研究成果并付诸实施，高技术应用方面研究进展相对较慢，粉煤灰中各种有用元素如铝、硅等没有得到充分有效利用。 

目前，最接近本发明技术的是利用粉煤灰提取氧化铝及含硅副产品的各种技术，种类较多，已公开的主要发明专利技术如下： 

201310183496.6从粉煤灰中回收氧化铝、二氧化硅及其它金属成分的方法； 

201310137365.4用粉煤灰生产超细白炭黑、氢氧化铁和氧化铝的方法； 

201310027863.3一种粉煤灰生产微粉氢氧化铝的方法； 

201310026782.1一种粉煤灰硫酸铵混合焙烧生产冶金级砂状氧化铝的方法； 

201310026763.9粉煤灰硫酸铵混合焙烧制备氧化铝的方法； 

201310026762.4粉煤灰硫酸铵混合焙烧生产冶金级砂状氧化铝的方法； 

201310026696.0一种粉煤灰硫酸铵混合焙烧生产氧化铝的方法； 

201310024017.6一种从粉煤灰中提取氧化铝的工艺； 

201310006057.8一种由高铝粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201310006063.3一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201210438210.X一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201210339916.0用于酸浸法从粉煤灰中提取氧化铝的结晶浓缩装置； 

201210185594.9一种从粉煤灰生产高纯氧化铝并联产硅酸盐的工艺方法； 

201210170660.5采用酸法由粉煤灰制备氧化铝过程中的除杂方法； 

201210171285.6一种采用酸法由粉煤灰制备氧化铝过程中的除杂方法； 

201210163355.3粉煤灰基沸石/氧化铝复合吸附材料的制备方法； 

201210151928.0一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法； 

201210137924.7一种从高铝粉煤灰生产氧化铝工艺母液中富集镓的方法； 

201210124115.2用微波酸溶浸取粉煤灰中氧化铝的方法； 

201210124278.0低温酸溶浸取粉煤灰中氧化铝的方法； 

201210084915.6一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法； 

201210068769.8一种采用酸法由粉煤灰制备氧化铝过程中的除杂方法； 

201210060558.X基于硫酸铵活化工艺从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

201110452728.4粉煤灰提取氧化铝工艺过程中铝的后续处理方法； 

201110394344.1从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法； 

201110380162.9粉煤灰提取氧化铝、氧化镓、制取纳米氧化铝和聚硅酸硫酸铁的方法； 

201110342629.0一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201110342628.6利用粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201110287177.0一种粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201110286116.2一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201110284110.1一种由粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201110208684.0一种从粉煤灰中提取高纯超细氧化铝的方法； 

201110117710.9高铝粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙的方法； 

201110103782.8一种由粉煤灰提取氧化铝的方法； 

201110103861.9一种利用流化床粉煤灰制备冶金级氧化铝的方法； 

201110103785.1用粉煤灰生产超细氢氧化铝、氧化铝的方法； 

201110103721.1一种粉煤灰酸法生产氧化铝过程中酸的循环利用方法； 

201110089513.0高铝粉煤灰生产氧化铝、联产水泥及联产4A沸石分子筛的方法； 

201110002303.3一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

201110002293.3利用粉煤灰生产氧化铝的方法； 

201010601681.9粉煤灰生产冶金级氧化铝的方法； 

201010601489.X粉煤灰生产工业活性氧化铝的方法； 

201010601190.4一种粉煤灰生产超高纯度氧化铝及其综合利用的工艺方法； 

201010573688.4一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法； 

201010565571.1一种湿法从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

201010543248.4高铝粉煤灰两步碱溶法提取氧化铝和白炭黑的方法； 

201010300300.3用粉煤灰制备莫来石晶须或片状氧化铝的工艺； 

201010300143.6一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

201010294267.8粉煤灰生产砂状氧化铝的方法； 

201010240795.5利用粉煤灰制备氧化铝的方法； 

201010212294.6利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法； 

201010161876.6一种由粉煤灰提取氧化铝的方法； 

201010161879.X一种利用流化床粉煤灰制备冶金级氧化铝的方法； 

201010033333.6自粉煤灰脱钠脱硅灰中提取氧化铝的方法； 

201010013749.1一种从粉煤灰中提取高纯度氧化铝及硅胶的方法； 

201010013748.7一种从燃煤电厂粉煤灰中提取高纯氧化铝与硅胶的方法； 

200910055013.8一种低温活化粉煤灰的方法及其应用； 

200910029325.1利用粉煤灰生产氢氧化铝和硅酸及碳酸钠工艺方法； 

200910029328.5利用粉煤灰生产氢氧化铝和硅酸及纯碱工艺方法； 

200910026422.5利用粉煤灰生产氢氧化铝联产水泥工艺方法； 

200910026425.9利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥工艺方法； 

200910013290.2由高铝粉煤灰烧结熟料中快速溶出氧化铝的方法及装置； 

200810302421.4一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

200810115355.X一种从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法； 

200810115357.9一种从粉煤灰或炉渣中提取白炭黑的方法； 

200810112619.6一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统； 

200810084472.4从粉煤灰提氧化铝同时生成β-C2S及含镁胶凝材料法； 

200810051317.2用循环流化床粉煤灰制备超细氢氧化铝、氧化铝的方法； 

200810017869.1从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法； 

200810012852.7一种利用粉煤灰制备氧化铝联产水泥的方法； 

200710150915.0从粉煤灰中提取高纯超细氧化铝的方法； 

200710133216.5利用粉煤灰生产氢氧化铝和硅酸工艺方法； 

200710118679.4一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

200710116525.1一种利用粉煤灰制取白炭黑、煤粉和氢氧化铝的方法； 

200710110423.9新型粉煤灰提取氧化铝工艺； 

200710087028.3利用高铝粉煤灰制取氧化铝和白炭黑清洁生产工艺； 

200710065366.7一种从高铝粉煤灰中提取二氧化硅、氧化铝及氧化镓的方法； 

200710062534.7一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法； 

200710061662.X一种利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法； 

200710017453.5从粉煤灰中提取氧化铝及利用废渣生产水泥的方法； 

200710017304.9一种从高铝粉煤灰提取氧化铝及其废渣生产水泥的方法； 

200710012997.2一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法； 

200710010917.X一种由低铝硅比的含铝矿物制备氧化铝的方法； 

200610139420.3氧化铝自粉化熟料及其制备方法； 

200610048295.5一种由粉煤灰制取氧化铝的方法； 

200610017139.2一种制备氧化铝的方法； 

200610012780.7粉煤灰中提取氧化铝同时联产白炭黑的方法； 

200510048274.9一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法； 

200410090949.1利用粉煤灰和石灰石联合生产氧化铝和水泥的方法； 

200410062965.X一种生产氧化铝新工艺。 

以上各种专利技术均可归结为碱法、酸法和酸碱联合法三大类，说明如下： 

第1类方法简称为碱法，该法细分还包括石灰石烧结法、碱石灰烧结法等，均类似于目前用铝土矿生产冶金级氧化铝的方法，该法主要是通过加苛性碱或纯碱(或利用石灰石产生的纯碱)将粉煤灰中的氧化铝溶解成铝酸钠溶液，并将粉煤灰中的氧化硅等杂质过滤分离出去，然后将铝酸钠溶液再结晶出氢氧化铝，氢氧化铝经过焙烧脱水则生成氧化铝。一般的工序流程是：粉煤灰与石灰石混合、烧结、预脱硅、加苛性碱(即：氢氧化钠)、高温高压溶出、脱硅、沉降分离、种子分解、焙烧成氧化铝。该法存在生产流程长、能耗高、物料消耗多、生产成本高、废弃物量大等主要缺点，从经济性上看价值不大。 

第2类方法简称为酸法：该法细分还包括盐酸法、硫酸法等，通过加盐酸或硫酸等酸性物质将粉煤灰中的氧化铝溶解成氯化铝或硫酸铝，而氧化硅则不溶解或难溶解，然后将铝酸溶液浓缩冷却析出铝酸盐结晶，再经过焙烧升温脱水得到氧化铝。该种方法流程比碱法短，经济性较碱法好，但存在着其它杂质金属容易随铝进入溶液、影响氧化铝产品纯度、生产过程中酸带来的污染和危害不易解决、耐酸设备成本过高(有专家形象比喻：酸法提取铝，使用稀土钽铌合金做成的耐酸设备和管道，投资会大到无法估计，而且也不现实，钽铌资源那么少，做成粗大的管子，去生产廉价氧化铝，就好比建一个黄金通道，却用来运垃圾)等主要难题，例如：使用硫酸生产氧化铝效果没有使用盐酸好，生产过程需要密闭，排入大气会导致大气中产生酸雨，而使用盐酸则在整个生产过程中的密封是一个严重问题，因为生产过程中产生的氯气一旦泄漏会出现至人死亡的严重后果，会对人类和环境会产生重大隐患，历史上已有很多由于氯气泄漏至人死亡的教训。 

第3类方法简称为酸碱联合法：主要有碳酸钠烧结法、硫酸铵烧结法和氨法等。碳酸钠烧结法先用碳酸钠以一定比例和粉煤灰混合焙烧，然后用稀盐酸或稀硫酸进行溶解，生成硅胶和氯化铝或硫酸铝溶液，将硅胶过滤进一步制备白炭黑，对滤液除杂后加入苛性碱中和，溶液达到一定PH值后沉淀出氢氧化铝，然后经焙烧得到氧化铝。硫酸铵烧结法则将磨细的高铝粉煤灰与硫酸铵混合，在500℃左右条件下烧结，得到的孰料用低浓度硫酸浸出并在浸出液中通入氨气或氨水，得到NH₄Al(SO₄)₂12H₂O结晶，然后用苛性碱液提纯NH₄Al(SO₄)₂12H₂O结晶，分解后得到合乎要求的氢氧化铝，然后经焙烧得到氧化铝。氨法则是先用硫酸铵处理高铝粉煤灰，然后将处理后的物料加热至230～600℃制成含硫酸铝铵的孰料和氨气，然后用热水溶出硫酸铝铵并分离出硅渣，然后向硫酸铝铵溶液中加入氨气或氨水得到含杂质的粗氢氧化铝和硫酸铵溶液，然后粗氢氧化铝用循环的苛性碱溶液进行低温拜尔法处理，除去铁、钙杂质后，种分得氢氧化铝，然后经焙烧得到氧化铝。该类方法存在流程比酸法长、生产过程中要加入酸和碱两种外加物料导致成本较高、同时存在酸法和碱法的一些不利因素、含酸碱的废水和废渣不易处理等问题。 

这几类方法一些引证文件： 

①对高铝粉煤灰生产氧化铝技术及工业化生产技术路线的思考《轻金属2010第1期》； 

②以粉煤灰为原料生产氧化铝和硅胶的研究现状《轻金属2011第11期》； 

③高铝粉煤灰全资源化利用技术的研究开发《轻金属2012第9期》； 

④高铝粉煤灰作为铝土矿替代资源的现状和前景展望《轻金属2013第6期》； 

⑤粉煤灰提取氧化铝工艺研究进展《轻金属2013第11期》； 

⑥高铝粉煤灰预脱硅-硫酸浸出法制取氧化铝熟料窑烟气净化回收工艺探讨《轻金属2014第3期》。 

和本专利技术相比较而言，以上从粉煤灰中提取氧化铝及副产品各种现有技术主要缺点如下： 

①从粉煤灰生产氧化铝看，生产流程长，投资大，生产成本高(例如：据中国华电集团公司主席王树恩坦言，仅就粉煤灰提取氧化铝成本，比铝土矿提取氧化铝高出三五百元)； 

②目前利用粉煤灰生产氧化铝的各种生产方法其目的均为将粉煤灰中成分相对较少的氧化铝提取出来，而将粉煤灰中大量其它成分例如氧化硅作为副产品进行分离或作为杂质排出，导致生产氧化铝产生的废弃物量太大，并形成另一种大量的冶金废渣，增加我国环保压力，为了减少废渣量，必须配套建设能吃掉废渣的相应企业，例如建设大型联产水泥厂，原中国铝业郑州研究院院长李旺兴说：按照该工艺，每提炼1吨氧化铝，需要消耗3～3.5吨高铝粉煤灰，消耗8吨石灰石，最后产生10吨赤泥废渣，这样40万吨的氧化铝厂，需配套400万吨的水泥厂才能消耗这些废渣，说是废物利用，实际是废物越滚越大； 

③粉煤灰中主要氧化物之一的氧化硅被分离出去而白白浪费，若要提取出有价氧化硅，还需另加生产流程，导致流程更长，成本更高。该类方法中已经有一些方法将分离出去的氧化硅等物质再提取出来生产白炭黑(注：白炭黑是白色粉末状X射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称)、硅胶或硅酸盐等物质，但白炭黑等氧化硅类的市场容量在我国已经过于饱和，产能大量过剩； 

④高铝粉煤灰生产氧化铝技术大规模应用有一定难度，按湖南中大冶金设计有限公司的李明教授所言：尽管处理高铝粉煤灰的方法多种多样，目前高铝粉煤灰生产氧化铝还没有取得突破性进展，从微观上说，高铝粉煤灰自身的物相结构决定了粉煤灰生产氧化铝的利用难度；从其副产品氧化硅的市场容量情况来看，则制约了大规模利用高铝粉煤灰生产氧化铝的可能； 

⑤酸法或碱法生产过程中产生的酸或碱性废水废渣对环境有一定的影响。 

⑥我国的高铝粉煤灰资源有限，主要分布在内蒙、山西中北部和陕西北部，因此该技术在我国应用受到一定限制。 

⑦从粉煤灰→氧化铝→电解铝，氧化硅→硅，电解铝+硅→铝硅合金看，现有技术导致生产铝硅合金总的生产流程长，浪费了大量社会人力、物力和财力。 

发明内容

1.发明目的、原理及技术思想 

针对目前利用粉煤灰提取氧化铝两大类技术方法存在的生产流程长、成本高、废渣量大、大规模应用有困难等问题，以及从氧化铝→电解铝→铝基合金生产流程长等问题，本发明另辟蹊径，研究开发了从粉煤灰中提取复合氧化铝方法，而目前用粉煤灰生产供铝硅合金使用的复合氧化铝的方法未见诸报道。 

本发明技术思想说明如下： 

目前，铝以纯铝的形式消费量较少，铝的消费主要是以铝合金形式应用在各行各业中，铝合金约占铝消费量的80％，根据加入合金元素的种类、含量及合金性能，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。 

硅、镁元素在铸造铝合金和变形铝合金中具有较重要地位，硅可起到改善铝合金铸造性能以及提高合金强度及耐磨性等作用，镁可起到合金强化和耐腐蚀等作用，因此硅、镁 这两种元素在铝合金中得到广泛应用。此外钛、稀土等元素加入铝合金中也可起到强化、耐磨、耐腐蚀等作用。 

铸造铝合金分为6个系：铝铜系、铝铜硅系、铝硅系、铝镁系、铝锌镁系、铝锌系。其中铝硅系合金用量很大，据统计，铝硅系合金大约占铸造铝合金用量的80％，占铝消费总量的20～30％，铝硅系合金广泛用于汽车制造、矿山机械、农用机械和轻化工业等领域。 

变形铝合金分为1～8共8个系，其中4系是以硅为主要合金元素的铝合金，5系是以镁为主要元素的铝合金，6系是以镁和硅为主要合金元素的铝合金。 

通常对电解铝生产而言，铁(Fe)、硫(S)、钠(Na)、钾(K)、碳(C)等是不需要的元素，这些元素可导致铝电解槽的电流效率降低、产品品质下降、物料消耗增加等危害。 

从我国粉煤灰成分看，钠、钾、硫等元素的氧化物由于含量较少，对电解铝生产影响较小，可不予考虑。 

粉煤灰中的碳元素主要是少量未燃尽的碳，碳元素对电解铝生产不利，铝硅基合金中也不需要，因此粉煤灰中的碳元素应除去，但由于含量较少，也可不予考虑。 

粉煤灰中镁元素的氧化物含量也较少，由于镁在铝合金中起强化作用，是有益元素，此外氧化镁在铝电解槽中可转化为氟化镁，氟化镁具有降低电解质初晶温度，提高电流效率等好处，因此粉煤灰中的镁氧化物可保留。 

粉煤灰中钛元素的氧化物含量也较少，由于钛可使铝硅合金晶粒细化，对铝硅合金起强化作用，是有益元素，因此粉煤灰中的钛氧化物可保留。 

粉煤灰中钙元素的氧化物也是粉煤灰中含量相对较多的成分之一，氧化钙在铝电解槽内可转化为氟化钙，而氟化钙对降低铝损失有一定好处，因此粉煤灰中的钙氧化物可保留，但对于某些高钙粉煤灰则需要与其它的低钙粉煤灰进行调配，降低钙含量后再使用，或除钙后使用。 

有些粉煤灰化学成分中还含有稀土，稀土添加到铝硅合金中可明显改善铝硅合金的许多性能，如强度、耐磨性、导电性、抗腐蚀性等，因此粉煤灰中的稀土氧化物也可保留。 

粉煤灰中的铁元素通常是需要去除的主要杂质，但有些铝硅基合金产品对铁元素含量要求不限，该类产品主要用于炼钢脱氧剂和发热剂或金属热还原法炼镁的还原剂，如牌号为FeAl47Si10的硅铝合金，其铁含量可达40％。因此需根据进厂粉煤灰中含铁量的多少以及所生产的铝硅基合金成品对铁元素的限量来综合考虑是否从粉煤灰中去除铁元素的氧化物。 

因此，本发明核心技术思想如下： 

粉煤灰中主要含有氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)，这两种氧化物合计占粉煤灰总量至少50％以上，通常在60～90％之间，其中：氧化铝是铝电解槽的主要生产原料，氧化硅可在铝电解槽中被电解或被铝还原成金属硅，这两种物质经电解槽电解出来即是铝硅基合金，因此不须将粉煤灰中的氧化铝或氧化硅分别提取出来(即：将粉煤灰中含量较多的氧化铝和氧化硅等可用成分作为整体共同保留)，仅将粉煤灰中除氧化铝或氧化硅等可用成分以外的不用成分去除，去除不用成分后的剩余物质即为复合氧化铝，复合氧化铝可作为铝电解槽的主要原料氧化铝的部分替代物用来生产铝硅基合金。粉煤灰可用成分和不用成分的划分则依据粉煤灰的化学成分(或掺配后的粉煤灰化学成分)和所生产的铝硅基合金成分要求而定，可用成分予以保留，不用成分进行去除；如果复合氧化铝中某种成分达不到要求，根据铝硅合金的需要，复合氧化铝可添加该种成分以满足所生产的铝硅合金成分要求。复合氧化铝可用成分中除含有氧化铝或氧化硅两种主要可用成分外还含有其它可用成分例如氧化镁、氧化钙、氧化钛、稀土氧化物、氧化铁等。 

目前生产铝合金常用方法主要是熔配法，以生产铝硅合金为例，即先生产出纯硅、纯 铝，然后用纯硅、纯铝熔配成铝硅合金，大致主要分为五大步，说明如下： 

①粉煤灰→(大量氧化铝专业生产设备)→氧化铝、氧化硅 

②氧化铝→(铝电解槽)→纯铝 

③氧化硅→(电热还原法)→纯硅 

④纯硅+纯金属→(熔炼炉熔配)→含硅中间合金 

⑤纯铝+含硅中间合金→(熔炼炉熔配)→铝硅基合金 

如果需要掺配的合金元素越多，总的生产流程就会更长，而本专利技术将生产铝硅基合金主要生产工艺步骤简化如下： 

①粉煤灰→(少量设备)→复合氧化铝 

②复合氧化铝→(铝电解槽)→硅铝基合金 

因此本发明从粉煤灰中提取复合氧化铝，并采用复合氧化铝代替一部分氧化铝在铝电解槽中直接电解生产铝硅基合金，减少了从粉煤灰中提取有用成分的工作量，可使粉煤灰生产氧化铝生产流程及从氧化铝生产铝硅基合金生产流程大大简化，极大的减少废渣量，降低社会总投资，起到“四两拨千斤”功效，实现以较短的生产流程、较少的投资和较低的生产成本实现粉煤灰资源利用最大化。 

2.技术方案 

本发明技术方案如下： 

●不需要将粉煤灰中可用成分之一例如氧化铝(Al₂O₃)、可用成分之一例如氧化硅(SiO₂)分别提取出来，仅将粉煤灰中的不用成分去除，或针对所需生产的铝硅合金成分添加一些可用成分的氧化物，即可得到含氧化铝、氧化硅和其它可用成分的复合氧化铝，复合氧化铝可部分替代铝电解槽的主要原料氧化铝用于生产铝硅基合金。 

●粉煤灰可用成分和无用成分的划分需根据粉煤灰的化学成分(或几种粉煤灰掺配后的粉煤灰化学成分)和所生产的铝硅基合金成分要求而定。 

●如果复合氧化铝中某种成分达不到要求，根据铝硅合金的成分需要，可在复合氧化铝中添加该种成分以满足所生产的铝硅合金成分要求。 

●如果复合氧化铝中某种成分达不到要求，根据铝硅合金的成分需要，可在电解铝生产过程中添加该种成分。 

●复合氧化铝中可用成分之一为氧化镁(Mg_xO_y)。 

●复合氧化铝中可用成分之一为氧化钙(CaO)。 

●复合氧化铝中可用成分之一为氧化钛(TiO₂) 

●复合氧化铝中可用成分之一为稀土氧化物(Re_xO_y) 

●复合氧化铝中有用成分之一为其它元素或化合物(例如氧化铁、氧化钠、氧化钾，单质碳)，这些元素或化合物是从粉煤灰原有成分带来。 

复合氧化铝主要生产步骤如下： 

一.进厂粉煤灰根据化学成分进行分类存放。 

二.根据所需铝硅基合金的化学成分要求，有些复合氧化铝的生产需对不同成分的粉煤灰进行调配，或针对粉煤灰中某个含量少的成分添加该成分以使该成分在粉煤灰中的含量增高。例如：对高钙粉煤灰和低钙粉煤灰进行调配使高钙粉煤灰降低钙含量；对高铝粉煤灰与低铝粉煤灰进行调配以提高低铝粉煤灰的品质；对高铁粉煤灰与低铁粉煤灰进行调配以降低高铁粉煤灰的含铁量；添加一些氧化铝以提高复合氧化铝中氧化铝含量；添加一些氧化硅以提高复合氧化铝中氧化硅的含量；等等，依此类推。但需要说明的是，并不是所有粉煤灰都需要调配。 

三.根据粉煤灰的化学成分和所生产的铝硅合金产品元素要求，经去处不用成分后得到不同化学成分的复合氧化铝，举例可有以下几种，但不限于以下几种： 

·复合氧化铝1：通用型，主要通过将粉煤灰中的泥土等杂物去除，粒度均匀化(即：将粉煤灰筛分后将大块破碎)而得到，如果粉煤灰中泥土等杂物较少、粒度较均匀则不需这些工序； 

·复合氧化铝2：低铁型，主要利用低铁粉煤灰为原料得到或粉煤灰经去除氧化铁而得到，如果粉煤灰中氧化铁含量少则不需去除氧化铁工序； 

·复合氧化铝3：高铁型，主要利用高铁粉煤灰为原料制得，或添加少量铁氧化物而得到； 

·复合氧化铝4：高铝型，主要利用高铝粉煤灰为原料制得，或添加少量氧化铝而得到； 

·复合氧化铝5：高硅型，主要利用高硅粉煤灰为原料制得，或添加少量氧化硅而得到； 

·复合氧化铝6：含镁型，主要利用含镁粉煤灰为原料制得，或添加少量镁氧化物而得到； 

·复合氧化铝7：含钛型，主要利用含钛粉煤灰为原料制得，或添加少量钛氧化物而得到； 

·复合氧化铝8：高铝高硅低铁型，主要利用高铝高硅粉煤灰为原料制得，或添加少量氧化铝或氧化硅而得到； 

·复合氧化铝9：稀土型，主要利用含稀土的粉煤灰为原料制得，或添加少量稀土氧化物而得到； 

依此类推，根据粉煤灰的化学成分和所生产铝硅合金要求，可生产许多不同类型的复合氧化铝。 

3.本发明技术与现有技术比较 

目前，最接近本发明的现有技术的主要是利用高铝粉煤灰生产氧化铝的各种专利技术，该类技术的主要缺点如下： 

①从粉煤灰生产氧化铝看，生产流程长，投资大，生产成本高(例如：据中国华电集团公司主席王树恩坦言，仅就粉煤灰提取氧化铝成本，比铝土矿提取氧化铝高出三五百元)； 

②目前利用粉煤灰生产氧化铝的各种生产方法其目的均为将粉煤灰中成分相对较少的氧化铝提取出来，而将粉煤灰中大量其它成分例如氧化硅作为副产品进行分离或作为杂质排出，导致生产氧化铝产生的废弃物量太大，并形成另一种大量的冶金废渣，增加我国环保压力，为了减少废渣量，必须配套建设能吃掉废渣的相应企业，例如建设大型联产水泥厂，原中国铝业郑州研究院院长李旺兴说：按照该工艺，每提炼1吨氧化铝，需要消耗3～3.5吨高铝粉煤灰，消耗8吨石灰石，最后产生10吨赤泥废渣，这样40万吨的氧化铝厂，需配套400万吨的水泥厂才能消耗这些废渣，说是废物利用，实际是废物越滚越大； 

③粉煤灰中主要氧化物之一的氧化硅被分离出去而白白浪费，若要提取出氧化硅，还需另加生产流程，导致流程更长，成本更高。该类方法中已经有一些方法将分离出去的氧化硅等物质再提取出来生产白炭黑(注：白炭黑是白色粉末状X射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称)、硅胶或硅酸盐等物质，但白炭黑等氧化硅类的产品市场容量在我国已经过于过饱和，产能大量过剩； 

④高铝粉煤灰生产氧化铝技术大规模应用有一定难度，按湖南中大冶金设计有限公司的李明教授所言：尽管处理高铝粉煤灰的方法多种多样，目前高铝粉煤灰生产氧化铝还没 有取得突破性进展，从微观上说，高铝粉煤灰自身的物相结构决定了粉煤灰生产氧化铝的利用难度；从其副产品氧化硅的市场容量情况来看，则制约了大规模利用高铝粉煤灰生产氧化铝的可能； 

⑤酸法或碱法生产过程中产生的酸或碱性废水废渣对环境有一定的影响。 

⑥我国的高铝粉煤灰资源有限，主要分布在内蒙、山西中北部和陕西北部，因此该技术在我国应用受到一定限制。 

⑦从粉煤灰→氧化铝→电解铝，氧化硅→硅，电解铝+硅→铝硅合金看，现有技术导致生产铝硅合金总的生产流程长，浪费了大量社会人力、物力和财力。 

相比以上现有技术，本发明优点如下： 

①为粉煤灰生产氧化铝研发出了一条捷径：相比以往从粉煤灰提取氧化铝的各种技术，本发明技术生产复合氧化铝路径快捷，成本低，为粉煤灰资源高效利用提出了一个广阔空间，易于实施并见效，我国是电解铝生产大国，年产电解铝大约2000多万吨，年需氧化铝约4000多万吨，因此复合氧化铝有很大的应用空间。 

②节约了一定数量的氧化铝、氧化硅以及其它有价金属资源：我国年产电解铝大约2000万吨，每吨电解铝需消耗大约2吨氧化铝，以复合氧化铝替代氧化铝按20％的替代率、复合氧化铝中含氧化铝25％、含氧化硅45％计算，采用复合氧化铝年节约氧化铝资源约200万吨，年节约氧化硅资源约360万吨。 

③有效保护了环境，避免了二次污染：本发明技术基本将粉煤灰吃干榨尽，以我国年产电解铝大约2000万吨、每吨电解铝需消耗大约2吨氧化铝、粉煤灰替代氧化铝按20％的替代率计算，年消耗粉煤灰大约800万吨。 

④流程短，成本低：采用从粉煤灰中提取的复合氧化铝添加在铝电解槽中直接生产铝硅基合金，流程短，成本低，避免了走粉煤灰生产氧化铝和氧化硅、纯铝和纯硅、然后再生产铝硅合金的弯路，降低了总的社会投资，节约了大量社会人力、物力和财力。 

⑤产品品质好，含铝量高：从铝电解槽中电解出的铝硅合金质量比熔配法生产的硅铝合金要好：铝电解槽生产时原料均匀分散在电解槽炉膛内铝硅基合金液上部的保护层内，铝硅基合金液则位于铝电解槽的槽膛底部区域，该区域各合金元素以原子形态共同沉析出来形成合金液，由于铝硅基合金液上覆盖有较厚的保护层，使其免于与空气接触，因此减少了合金液中的吸氢量、减少氧化及挥发等二次烧损、避免了混合不均匀现象；保护层有强烈的溶解氧化物的能力，可避免铝硅基合金中出现氧化物夹杂；此外受磁场作用合金液层在槽膛内有一定的流动性，起到将各种元素混合均匀的效果。所以本发明技术能提高铝硅合金产品质量。 

综上所述，本发明方法具有流程短、成本低、废渣量少、实用性强等优点，应用后可节约大量社会人力、物力、财力，有效保护了社会环境。 

具体实施方式

本发明易于实施，举例如下： 

实施方案一：通用型复合氧化铝生产ZL101铸造铝合金

设某种进厂粉煤灰经过去除泥土等杂质、粒度均匀化后的化学成分如下： 

成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	其它杂质合计	烧失量
								含量％	50	28	6	1	6	2	7

ZL101铸造铝合金是用量较大的一种铝硅基合金，按国标GB/T1173其主要化学成分 

要求如下： 

成分	Si	Mg	Fe	Al
					含量平均值％	6.5～7.5	0.25～0.45	0.5～0.9	其余

经物料配平计算，每吨粉煤灰添加364.6kg氧化硅、18.2kg氧化镁即可配制成用于生产ZL101铝合金的复合氧化铝，计算如下表： 

按上表复合氧化铝的化学成分，以复合氧化铝添加量为铝电解槽正常需要氧化铝量的13.32％，经过铝电解槽电解可得到主要合金元素含量符合ZL101铸造铝合金成分要求的铝硅基合金，计算如下： 

氧化铝(Al₂O₃)为原料生产电解铝的单位消耗为1.920吨氧化铝/吨铝。 

氧化硅(SiO₂)理论单位消耗为2.143吨氧化硅/吨硅，考虑到实际损耗，硅的实际单位消耗调整为2.360吨氧化硅/吨硅。 

氧化铁(Fe₂O₃)理论单位消耗为1.430吨氧化铁/吨铁，考虑到实际损耗，铁的实际单位消耗调整为1.570吨氧化铁/吨铁。 

氧化镁(MgO)理论单位消耗为1.658吨氧化镁/吨镁，考虑到实际损耗，镁的实际单位消耗调整为1.82吨氧化镁/吨镁。 

氧化钙(CaO)在铝电解槽中可与铝电解槽中的氟化盐反应生产氟化钙，氟化钙是铝电解生产中广泛应用的一种添加剂，氟化钙具有降低铝电解槽中电解质的初晶温度，减少铝在电解质中的溶解，因此氧化钙的加入可相应减少铝电解槽中氟化钙的用量。氟化钙、氧化钙不参与电解，可不考虑。 

经铝电解槽电解得出的铝硅基合金成分计算如下： 

①铝电解槽所需氧化铝量：1920×(1-13.32％)＝1664.3kg 

②铝电解槽所需氧化铝量生产的铝量：1664.3÷1.92＝866.8kg 

③铝电解槽所需复合氧化铝量：1920×13.32％＝255.7kg 

④复合氧化铝中所生产的硅量：255.7×62.5％÷2.36＝67.8kg 

⑤复合氧化铝中所生产的铝量：255.7×20.2％÷1.92＝27kg 

⑥复合氧化铝中所生产的镁量：255.7×2.0％÷1.82＝2.9kg 

⑦复合氧化铝中所生产的铁量：255.7×4.3％÷1.57＝7.1kg 

⑧合计铝电解槽生产得到的金属铝、硅、镁、铁量为： 

866.8+67.8+27+2.9+7.1＝971.5kg 

⑨因此得出电解出的铝硅合金中主要元素含量为： 

铝92.0％、硅6.98％、镁0.29％、铁0.73％，符合ZLi01合金成分要求。 

⑩消耗的粉煤灰量： 

255.7×1000÷(1000+364.6+18.2)＝184.9kg 

通过以上计算表明，向铝电解槽中添加13.32％的复合氧化铝255.7kg、86.68％的氧化铝1664.3kg，可得到ZL101铸造铝合金971.5kg，并且消耗掉184.9kg粉煤灰，同时节省氧化硅资源92.5kg、节省氧化铝资源51.8kg、节约氧化镁1.8kg等。 

实施方案二：高镁型复合氧化铝生产4043变形铝合金

设某种进厂粉煤灰经过去除泥土等杂质、粒度均匀化后的化学成分如下： 

成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	其它杂质合计	烧失量
								含量％	48	28	6	3	6	2	7

4043变形铝合金是用量较大的一种铝硅基合金，按国标GB/T3190其主要化学成分要求如下： 

成分	Si	Mg	Fe	Al
					含量平均值％	4.5～6.0	0.8～1.3	0.8	其余

经物料配平计算，每吨粉煤灰需添加156.3kg氧化硅、67.7kg氧化镁即可配制成用于生产4043变形铝合金的复合氧化铝，计算如下表： 

按上表复合氧化铝的化学成分，以复合氧化铝添加量为铝电解槽正常需要氧化铝量的11.97％，经过铝电解槽电解可得到主要合金元素含量符合4043变形铝合金成分要求的铝硅基合金，计算如下： 

氧化铝(Al₂O₃)为原料生产电解铝的单位消耗为1.920吨氧化铝/吨铝。 

氧化硅(SiO₂)理论单位消耗为2.143吨氧化硅/吨硅，考虑到实际损耗，硅的实际单位消耗调整为2.360吨氧化硅/吨硅。 

氧化铁(Fe₂O₃)理论单位消耗为1.430吨氧化铁/吨铁，考虑到实际损耗，铁的实际单位消耗调整为1.570吨氧化铁/吨铁。 

氧化镁(MgO)理论单位消耗为1.658吨氧化镁/吨镁，考虑到实际损耗，镁的实际单位消耗调整为1.82吨氧化镁/吨镁。 

氧化钙(CaO)在铝电解槽中可与铝电解槽中的氟化盐反应生产氟化钙，氟化钙是铝电解生产中广泛应用的一种添加剂，氟化钙具有降低铝电解槽中电解质的初晶温度，减少铝在电解质中的溶解，因此氧化钙的加入可相应减少铝电解槽中氟化钙的用量。氟化钙、氧化钙不参与电解，可不考虑。 

经铝电解槽电解得出的铝硅基合金成分计算如下： 

①铝电解槽所需氧化铝量：1920×(1-11.79％)＝1690.1kg 

②铝电解槽所需氧化铝量生产的铝量：1690.1÷1.92＝880.3kg 

③铝电解槽所需复合氧化铝量：1920×11.97％＝229.8kg 

④复合氧化铝中所生产的硅量：226.4×52.0％÷2.36＝50.7kg 

⑤复合氧化铝中所生产的铝量：226.4×22.9％÷1.92＝27.4kg 

⑥复合氧化铝中所生产的镁量：226.4×8％÷1.82＝10.1kg 

⑦复合氧化铝中所生产的铁量：226.4×4.9％÷1.57＝7.2kg 

⑧合计铝电解槽生产得到的金属铝、硅、镁、铁量为： 

880.3+50.7+27.4+10.1+7.2＝975.6kg 

⑨因此电解出的铝硅合金中主要元素含量为： 

铝93.04％、硅5.2％、镁1.03％、铁0.73％，符合4043变形铝合金主要成分要求。 

⑩消耗的粉煤灰量：229.8×1000÷(1000+156.3+67.7)＝187.8kg 

通过以上计算表明，向铝电解槽中添加11.97％的复合氧化铝229.8kg、88.03％的氧化铝1690.1kg，可得到主要成分符合4043变形铝合金成分要求的铝硅基合金975.6kg，并且消耗掉187.8kg粉煤灰，同时节省氧化硅资源90.1kg、节省氧化铝资源52.6kg、节约氧化镁5.6kg等。 

上述实施举例仅用于对本发明的实施进行说明，其数据和计算方法并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其它实质等同数据或计算方法，均在本发明权利要求范围内。 

Claims (8)

1.从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，涉及利用粉煤灰生产氧化铝领域，其特征在于，不需要将粉煤灰中可用成分之一例如氧化铝(Al₂O₃)、可用成分之一例如氧化硅(SiO₂)分别提取出来，仅将粉煤灰中的不用成份去除，即可得到含氧化铝、氧化硅和其它可用成分的复合氧化铝，复合氧化铝可部分替代铝电解槽的主要原料氧化铝用于生产铝硅基合金。 

2.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，粉煤灰中可用成分和无用成分的划分需根据粉煤灰的化学成分(或几种粉煤灰掺配后的粉煤灰化学成分)和所生产的铝硅基合金成分要求而定。 

3.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，如果复合氧化铝中某种成分达不到要求，根据铝硅合金的成分需要，可在复合氧化铝中添加该种成分以满足所生产的铝硅合金达到成分要求。 

4.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，如果复合氧化铝中某种成分达不到要求，根据铝硅合金的成分需要，可在电解铝生产过程中添加该种成分以满足所生产的铝硅合金达到成分要求。 

5.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，复合氧化铝中可用成份之一为氧化镁(Mg_xO_y)。 

6.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，复合氧化铝中可用成份之一为氧化钛(TiO₂)。 

7.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，复合氧化铝中可用成份之一为稀土氧化物(Re_xO_y)。 

8.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取复合氧化铝的方法，其特征在于，复合氧化铝中可用成份之一为其它元素或化合物，这些元素或化合物由粉煤灰原有成分带来。