CN109536727B - 一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法,按以下步骤进行:(1)将粉煤灰、碳质还原剂及添加剂分别粉碎筛分细粉;(2)将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉混合制成A混合粉料,加水压制成A球团;(3)将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉、添加剂细粉和含铁物质混合制成B混合粉料,加水压制成B球团;(4)将A球团和B球团烘干,按比例混合后进行碳热还原反应,温度1400~2200℃,时间30~120min;(5)分离出渣料后将合金熔体浇铸。本发明的方法提高粉煤灰的回收率和经济附加值,充分利用粉煤灰中硅、铝、铁等有价金属,减少资源浪费,变废为宝,实现资源的循环利用。

Description

一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域,特别涉及一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法。
背景技术
粉煤灰是能源及动力行业的主要固体排放物,随着工业化的快速发展,其排放量也在不断增加,随之而来的环境问题也日益严重;粉煤灰的主要成分是硅、铝、铁等金属的氧化物,因此具有很大的回收利用价值;长期以来,企业主要采用堆积、填埋等方式处理粉煤灰以减少其对环境的污染,在回收利用方面也是用作建筑材料等经济附加值很低的回收方式;这样的处理方式一方面需要占用大量的土地资源,另一方面也是对资源的一种浪费。
硅铁铝合金作为炼钢脱氧剂和碳热法炼镁的还原剂具有广泛的工业前景,目前生产硅铁铝合金的主要方法是熔融金属对掺法和高品质铝土矿碳热还原法;熔融金属对掺法需要纯度极高的单质铝和工业硅,因此工艺复杂、能耗极高;高品质铝土矿碳热还原法受制于当前日渐枯竭的自然资源现状,其发展前景也有很大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法,针对目前粉煤灰利用率低及硅铁铝合金制备工艺存在不足的现状,采用粉煤灰与还原剂和添加剂混合制团,再高温还原的方式,使粉煤灰中的金属氧化物被还原成单质并在高温下互溶,生成高附加值合金,同时减少环境污染。
本发明的方法按以下步骤进行:
(1)将粉煤灰、碳质还原剂及添加剂分别粉碎,再筛分出粒径≤500μm的部分,分别获得粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉;所述的碳质还原剂为木炭、石油焦、活性炭、有机碳质还原剂和烟煤中的一种或多种,所述的有机碳质还原剂选用蔗糖或葡萄糖;所述的添加剂为Na2CO3、NaCl、BaCO3、NaOH和BaOH中的一种或多种;
(2)将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉混合均匀制成A混合粉料,混合比例按碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:(0.8~2),添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的0.5~5%;向A混合粉料中加水并用压球机压制成A球团,水的用量为A混合粉料总质量的7~15%;
(3)将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉、添加剂细粉和含铁物质混合均匀制成B混合粉料,混合比例按碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:(25~60),含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的5~25%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的0.3~3%;所述的含铁物质为铁精矿、废铁屑、工业铁精粉、Fe2O3粉体和FeO粉体中的一种或多种;向B混合粉料中加水并用压球机压制成B球团,水的用量为B混合粉料总质量的1~3%;
(4)将A球团和B球团烘干去除水分,再混合后置于矿热炉中进行碳热还原反应,反应温度1400~2200℃,时间30~120min;其中A球团和B球团混合时的质量比为1:(0.4~2.5);
(5)碳热还原反应完成后,将生成的渣料和合金熔体分离,合金熔体浇铸获得硅铁铝合金。
上述的步骤(2)中,用压球机压制成A球团的压制压力为20~40MPa,球团的直径为25~100mm。
上述的步骤(3)中,用压球机压制成B球团的压制压力为20~40MPa,球团的直径为25~100mm。
上述的含铁物质中,废铁屑为工业废铁屑,粒径≤1mm;铁精矿的铁品位TFe55~65%,粒径5~10mm;工业铁精粉的铁品位TFe≥65%,粒径90~200μm;Fe2O3粉体的粒径≤1mm;FeO粉体的粒径≤1mm。
上述的步骤(5)中,硅铝铁合金中铁、硅和铝以外的成分为杂质元素,其质量百分比≤3%。
上述的粉煤灰的成分按质量百分比含SiO2+Al2O3+Fe2O3≥75%。
与现有回收处理技术及硅铁铝合金制备技术相比,本发明的优点是:
(1)为解决粉煤灰排放带来的环境污染、土地浪费等各种负面问题提供一条新的途径;
(2)提高粉煤灰的回收率和经济附加值,充分利用粉煤灰中硅、铝、铁等有价金属,减少资源浪费,变废为宝,实现资源的循环利用;
(3)促进火电产业和煤炭行业可持续发展,延伸煤炭产业链;
(4)较传统的铝硅铁合金生产工艺,流程更为简单、能耗更低,可有效节约成本。
(5)以粉煤灰为原料代替高岭土来制备硅铁铝合金,可有效节约铝土矿资源。
以粉煤灰为原料制备硅铁铝合金,使粉煤灰中的A12O3、SiO2及Fe2O3在高温下碳热还原形成金属单质,同时金属单质在高温下无限互溶形成合金;粉煤灰作为低廉的原材料制成可利用的产品,不但可以降低硅铁铝合金的能耗及生产成本,而且还可降低自然资源的消耗,将有害的粉煤灰转化为高附加值的合金产品,变废为宝;回收利用粉煤灰,有利于降低粉煤灰的管理费用和腾出大量土地,减少对环境的污染;同时可促进火电产业和煤炭行业可持续发展,延伸煤炭产业链。
附图说明
图1为本发明的用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的粉煤灰来自新疆某热电厂。
本发明实施例中的粉煤灰的成分按质量百分比含SiO2+Al2O3+Fe2O3≥75%。
本发明实施例中采用的废铁屑为工业废铁屑,粒径≤1mm。
本发明实施例中采用的铁精矿的铁品位TFe55~65%,粒径5~10mm。
本发明实施例中采用的工业铁精粉的铁品位TFe≥65%,粒径90~200μm。
本发明实施例中采用的Fe2O3粉体的粒径≤1mm。
本发明实施例中采用的FeO粉体的粒径≤1mm。
本发明实施例中采用的Na2CO3、NaCl、BaCO3、NaOH和BaOH为市购分析纯产品。
本发明施例中采用的木炭、活性炭、烟煤和石油焦为市购工业级产品。
本发明实施例中获得的硅铝铁合金中铁、硅和铝以外的成分为杂质元素,其质量百分比≤3%。
本发明实施例中硅和铝的收率为50~65%。
本发明实施例中烘干去除水分的温度100±5℃,时间10~24h。
实施例1
流程如图1所示;
将粉煤灰、碳质还原剂及添加剂分别粉碎,再筛分出粒径≤500μm的部分,分别获得粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉;所述的碳质还原剂为木炭;所述的添加剂为Na2CO3
将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉混合均匀制成A混合粉料,混合比例按碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:0.8,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的0.5%;向A混合粉料中加水并用压球机压制成A球团,水的用量为A混合粉料总质量的7%;其中用压球机压制成A球团的压制压力20MPa,球团的直径25mm;
将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉、添加剂细粉和含铁物质混合均匀制成B混合粉料,混合比例按碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:25,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的5%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的0.3%;所述的含铁物质为铁精矿;向B混合粉料中加水并用压球机压制成B球团,水的用量为B混合粉料总质量的1%;其中用压球机压制成B球团的压制压力20MPa,球团的直径25mm;
将A球团和B球团烘干去除水分,再混合后置于矿热炉中进行碳热还原反应,反应温度1400℃,时间120min;其中A球团和B球团混合时的质量比为1:2.5;
(5)碳热还原反应完成后,将生成的渣料和合金熔体分离,合金熔体浇铸获得硅铁铝合金。
实施例2
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为石油焦;添加剂为NaCl;
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:1,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的1%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的8%;压制压力30MPa,球团的直径50mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:30,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的10%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的1%;含铁物质为废铁屑;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的1.5%;压制压力30MPa,球团的直径50mm;
(4)碳热还原反应的温度1600℃,时间100min;A球团和B球团的质量比为1:2.2。
实施例3
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为活性炭;添加剂为BaCO3
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:1.2,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的1.5%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的9%;压制压力40MPa,球团的直径100mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:35,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的15%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的1.5%;含铁物质为工业铁精粉;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的2%;压制压力40MPa,球团的直径100mm;
(4)碳热还原反应的温度1700℃,时间90min;A球团和B球团的质量比为1:2。
实施例4
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为蔗糖;添加剂为NaOH;
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:1.4,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的2%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的14%;压制压力25MPa,球团的直径30mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:40,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的20%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的2%;含铁物质为Fe2O3粉体和FeO粉体的等质量混合物;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的2.5%;压制压力25MPa,球团的直径30mm;
(4)碳热还原反应的温度1800℃,时间80min;A球团和B球团的质量比为1:1.6。
实施例5
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为葡萄糖;添加剂为BaOH;
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:1.6,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的2.5%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的10%;压制压力35MPa,球团的直径60mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:45,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的25%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的2.5%;含铁物质为铁精矿、废铁屑和工业铁精粉的等质量混合物;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的3%;压制压力35MPa,球团的直径60mm;
(4)碳热还原反应的温度1900℃,时间70min;A球团和B球团的质量比为1:1.2。
实施例6
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为蔗糖、葡萄糖和烟煤的等质量混合物;添加剂为Na2CO3、NaCl、BaCO3、NaOH和BaOH的等质量混合物;
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:1.8,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的3%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的12%;压制压力30MPa,球团的直径50mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:50,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的20%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的3%;含铁物质为Fe2O3粉体;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的2.5%;压制压力30MPa,球团的直径50mm;
(4)碳热还原反应的温度2000℃,时间60min;A球团和B球团的质量比为1:1。
实施例7
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为木炭、石油焦和活性炭的等质量混合物;添加剂为Na2CO3、NaCl和BaCO3的等质量混合物;
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:2,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的4%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的13%;压制压力40MPa,球团的直径80mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:55,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的15%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的1.4%;含铁物质为FeO粉体;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的1.5%;压制压力40MPa,球团的直径80mm;
(4)碳热还原反应的温度2100℃,时间40min;A球团和B球团的质量比为1:0.8。
实施例8
方法同实施例1,不同点在于:
(1);碳质还原剂为烟煤;添加剂为BaCO3、NaOH和BaOH的等质量混合物;
(2)A混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:1.5,添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的5%;制成A球团时水的用量为A混合粉料总质量的15%;压制压力40MPa,球团的直径70mm;
(3)B混合粉料的混合比例按:碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:60,含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的10%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的2.8%;含铁物质为工业铁精粉、Fe2O3粉体和FeO粉体的等质量混合物;制成B球团时水的用量为B混合粉料总质量的2%;压制压力40MPa,球团的直径70mm;
(4)碳热还原反应的温度2200℃,时间30min;A球团和B球团的质量比为1:0.4。

Claims (2)

1.一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法,其特征在于按以下步骤进行:
(1)将粉煤灰、碳质还原剂及添加剂分别粉碎,再筛分出粒径≤500μm的部分,分别获得粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉;所述的碳质还原剂为木炭、石油焦、活性炭、有机碳质还原剂和烟煤中的一种或多种,所述的有机碳质还原剂选用蔗糖或葡萄糖;所述的添加剂为Na2CO3、NaCl、BaCO3、NaOH和BaOH中的一种或多种;所述的粉煤灰的成分按质量百分比含SiO2+Al2O3+ Fe2O3≥75%;
(2)将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和添加剂细粉混合均匀制成A混合粉料,混合比例按碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:(0.8~2),添加剂细粉占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的0.5~5%;向A混合粉料中加水并用压球机压制成A球团,水的用量为A混合粉料总质量的7~15%;用压球机压制成A球团的压制压力为20~40MPa,球团的直径为25~100mm;
(3)将粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉、添加剂细粉和含铁物质混合均匀制成B混合粉料,混合比例按碳质还原剂细粉和粉煤灰细粉的质量比为1:(25~60),含铁物质占粉煤灰细粉和碳质还原剂细粉总质量的5~25%,添加剂细粉占粉煤灰细粉、碳质还原剂细粉和含铁物质总质量的0.3~3%;所述的含铁物质为铁精矿、废铁屑、工业铁精粉、Fe2O3粉体和FeO粉体中的一种或多种;向B混合粉料中加水并用压球机压制成B球团,水的用量为B混合粉料总质量的1~3%;用压球机压制成B球团的压制压力为20~40MPa,球团的直径为25~100mm;所述的含铁物质中,废铁屑为工业废铁屑,粒径≤1mm;铁精矿的铁品位TFe55~65%,粒径5~10mm;工业铁精粉的铁品位TFe≥65%,粒径90~200μm;Fe2O3粉体的粒径≤1mm;FeO粉体的粒径≤1mm;
(4)将A球团和B球团烘干去除水分,再混合后置于矿热炉中进行碳热还原反应,反应温度1400~2200℃,时间30~120min;其中A球团和B球团混合时的质量比为1:(0.4~2.5);
(5)碳热还原反应完成后,将生成的渣料和合金熔体分离,合金熔体浇铸获得硅铁铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种用粉煤灰碳热还原制备硅铁铝合金的方法,其特征在于步骤(5)中,硅铝铁合金中铁、硅和铝以外的成分为杂质元素,其质量百分比≤3%。
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