CN108147443B - 从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，获取粉煤灰、碳质还原剂和含铁粉料，分别研磨至50目以上的粉末状，并且按照一定比例混合均匀，再将混合物料放入到加热炉内加热一定时间后冷却至室温，再通过磁选的方式对得到的反应物进行分离。本申请从粉煤灰中提取氧化铝与硅铁合金，使用火力发电厂产生的粉煤灰为原料，不仅解决了火力发电厂固体废弃物的污染问题，从废弃物中提取高附加值产品，极大的提高了经济效益；另外和传统酸法或碱法的工艺方法相比，不产生赤泥和脱硅废液，对环境保护贡献更大。

Description

从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法。
背景技术
据统计，2015年全国粉煤灰排放量约为5.8亿吨，而且随着电力行业的发展，粉煤灰的排放量呈逐年递增的趋势。产量巨大的粉煤灰处理不当，对空气、水、土壤及人体健康会造成消极的影响。目前粉煤灰的利用多为造砖、筑路等低附加值的利用。而粉煤灰中含有大量的氧化铝和二氧化硅，它们是具有开发利用价值的二次资源。
硅铁合金可以作为炼钢的脱氧剂，生产铸铁的球化剂，还是很重要的一种炼镁的还原剂。在炼钢工业中，每生产1t钢大约消耗3~5kg硅铁合金，而且每生产1t金属镁大约消耗1.2t硅铁合金，由于节能减排、汽车轻量化的趋势，使得镁合金的需求量日益增大，因此硅铁合金的需求量也不断增加。同时，随着我国经济的快速发展，对铝的需求量也日渐增加，而我国优质铝土矿资源不足，长期依赖进口，因此对铝土矿替代资源的研究也逐渐成为热点。
目前制备硅铁合金的主要方法为：用硅石、焦炭和铁屑作为原料，用电炉冶炼硅铁合金。传统制备硅铁合金的方法需要消耗大量电能，制备成本高。目前从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要分为酸法和碱法，其中酸法包括硫酸法、盐酸法和硫酸铝铵法，碱法包括石灰石烧结法和碱石灰烧结法。这些从粉煤灰中提取氧化铝的方法未对粉煤灰中的Si、Fe元素加以利用，同时还会产生赤泥或脱硅废液。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种提高粉煤灰的回收利用附加值，并降低硅铁合金制备能源消耗的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，包括以下步骤：
（1）获取粉煤灰和碳质还原剂，碳质还原剂研磨成粉末状，再将粉煤灰与碳质还原剂按照质量比为10∶1～20的配比混合均匀；
（2）然后再获取含铁粉料，按照其与粉煤灰的质量比0.5～20∶10的配比加入到步骤（1）中得到的混合物中混合均匀；
（3）将步骤（2）中得到的混合物放入到加热炉内，在800～1500℃的温度下反应10～180分钟，自然冷却至室温得到硅铁合金和氧化铝混合物；
（4）通过磁选的方式对步骤（3）中得到的混合物进行分离得到硅铁合金和氧化铝。
在本发明中，粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰的主要成分为SiO2（含量20~60wt%）、Al2O3（含量15~65wt%）和Fe2O3（含量1~8wt%）。按照一定的质量比将粉煤灰、碳质还原剂和含铁粉料混合均匀后放入到加热炉中进行反应，在碳热还原的过程中，随着一氧化碳分压的降低，粉煤灰中的莫来石相可以更充分地分解为氧化铝和二氧化硅，二氧化硅在碳热还原过程生成碳化硅；而在添加含铁粉料进行碳热还原的条件下，莫来石相中的二氧化硅更易被还原成硅，并与金属铁结合生成硅铁合金，最后通过磁选的方式，将硅铁合金分离出来，剩下氧化铝。
作为优化，向步骤（2）中得到的混合物内加入粘接剂使其凝结成若干团状体。使用粘接剂将粉末状的反应物粘接在一起，使其成团更好的进行反应。
作为优化，所述碳质还原剂为木炭、石油焦、焦炭、生物质或煤中的一种或几种的混合物。其中生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料以及农林废弃物等。生物质能是可再生能源的重要组成部分，生物质能的高效开发利用，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用，并且价格低廉，来源广泛。
作为优化，所述含铁粉料为铁屑、钢屑、铁矿粉、Fe2O3、Fe3O4或FeO中的一种或几种的混合物。在含铁粉料存在条件下，莫来石可以在更低的温度下被还原，并生成硅铁合金。
作为优化，所述粉煤灰、所述碳质还原剂和所述含铁粉料均为50目以上粉状。
作为优化，在步骤（3）加热炉加热的过程中持续向加热炉内通入惰性气体，使反应在惰性气氛下直至反应完成；或在步骤（3）中持续对加热炉内抽真空，使反应在真空环境中进行，直至反应完成。通入惰性气体能够避免反应物受到干扰，同时，惰性气体的通入，可稀释反应产生的CO，降低CO气体分压，另外还可以通过抽真空的方法（真空冶金）来降低反应产生的CO的分压，可使反应所需的温度降低，更好的进行反应。
综上所述，本发明的有益效果在于：本申请从粉煤灰中提取氧化铝与硅铁合金，使用火力发电厂产生的粉煤灰为原料，不仅解决了火力发电厂固体废弃物的污染问题，从废弃物中提取高附加值产品，极大的提高了经济效益；另外和传统酸法或碱法的工艺方法相比，不产生赤泥和脱硅废液，对环境保护贡献更大。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本具体实施方式中的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，包括以下步骤：
（1）获取粉煤灰(含二氧化硅为26wt%、三氧化二铝为62wt%)和木炭，并分别研磨成50目的粉末状，再将粉煤灰与木炭按照质量比为10∶3的配比混合均匀；
（2）然后再获取Fe2O3，研磨成50目的粉末状，按照其与粉煤灰的质量比4∶10的配比加入到步骤（1）中得到的混合物中混合均匀，然后在得到的混合物内加入粘接剂使其凝结成若干团状体，其中按照粉煤灰与粘接剂质量比为10∶2的配比添加；
（3）将步骤（2）中得到的混合物放入到加热炉内，向加热炉内通入Ar气体使反应物处于Ar气氛中，在1200℃的温度下反应20分钟，自然冷却至室温得到硅铁合金和三氧化二铝混合物；
（4）通过磁选（磁场强度为0.07T）的方式对步骤（3）中得到的混合物进行分离得到硅铁合金（杂质含量1.2%）和三氧化二铝（品位81.5%）。
实施例2
作为本发明的另外一种具体实施方式，本具体实施方式中的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，包括以下步骤：
（1）获取粉煤灰(含二氧化硅为43wt%、三氧化二铝为39wt%)和石油焦，并分别研磨成50目的粉末状，再将粉煤灰与石油焦按照质量比为10∶4的配比进行混合均匀；
（2）然后再获取铁屑，研磨成50目的粉末状，按照其与粉煤灰的质量比5∶10的配比加入到步骤（1）中得到的混合物中进行混合均匀，然后在得到的混合物内加入粘接剂使其凝结成若干团状体，其中按照粉煤灰与粘接剂质量比为10∶2的配比添加；
（3）将步骤（2）中得到的混合物放入到加热炉内，向加热炉内通入N2气体使反应物处于N2气氛中，在1000℃的温度下反应80分钟，自然冷却至室温得到硅铁合金和三氧化二铝混合物；
（4）通过磁选（磁场强度为0.06T）的方式对步骤（3）中得到的混合物进行分离得到硅铁合金（杂质含量1.5%）和三氧化二铝（品位81.3%）。
实施例3
作为本发明的另外一种具体实施方式，本具体实施方式中的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，包括以下步骤：
（1）获取粉煤灰(含二氧化硅为60wt%、三氧化二铝为19wt%)和煤，并分别研磨成50目的粉末状，再将粉煤灰与煤按照质量比为10∶5的配比进行混合均匀；
（2）然后再获取Fe3O4，研磨成50目的粉末状，按照其与粉煤灰的质量比8∶10的配比加入到步骤（1）中得到的混合物中进行混合均匀，然后在得到的混合物内加入粘接剂使其凝结成若干团状体，其中按照粉煤灰与粘接剂质量比为10∶2的配比添加；
（3）将步骤（2）中得到的混合物放入到加热炉内，然后持续对加热炉内抽真空，使反应处于真空环境中，在950℃的温度下反应120分钟，自然冷却至室温得到硅铁合金和三氧化二铝混合物；
（4）通过磁选（磁场强度为0.07T）的方式对步骤（3）中得到的混合物进行分离得到硅铁合金（杂质含量1.7%）和三氧化二铝（品位80.6%）。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取粉煤灰和碳质还原剂，碳质还原剂研磨成粉末状，再将粉煤灰与碳质还原剂按照质量比为10∶1～20的配比混合均匀；
(2)然后再获取含铁粉料，按照其与粉煤灰的质量比0.5～20∶10的配比加入到步骤(1)中得到的混合物中混合均匀；
(3)将步骤(2)中得到的混合物放入到加热炉内，在800～1000℃的温度下反应10～180分钟，加热炉加热的过程中持续向加热炉内通入惰性气体，使反应在惰性气氛下直至反应完成，或持续对加热炉内抽真空，使反应在真空环境中进行，直至反应完成，自然冷却至室温得到硅铁合金和氧化铝混合物；
(4)通过磁选的方式对步骤(3)中得到的混合物进行分离得到硅铁合金和氧化铝。
2.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，其特征在于：向步骤(2)中得到的混合物内加入粘结剂使其凝结成若干团状体。
3.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，其特征在于：所述碳质还原剂为木炭、石油焦、焦炭、生物质或煤中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，其特征在于：所述含铁粉料为铁屑、钢屑、铁矿粉、Fe2O3、Fe3O4或FeO中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝并制备硅铁合金的方法，其特征在于：所述粉煤灰、所述碳质还原剂和所述含铁粉料均为50目以上粉状。
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