CN113913621A - 一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法 - Google Patents

一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，步骤为：(1)将高铝煤矸石、炭质还原剂进行破碎，外加粘结剂和水混合均匀后制团，烘干得干团块后进行还原反应，获得铝硅铁合金熔融体；(2)将熔融体在模具中进行浇铸，控制降温速度和时间，得到一级铝硅铁合金块；(3)将合金块装入能加热的超重力离心装置内，低温加热，在超重力作用下，熔液通过多孔滤板后经冷却凝固得铝硅合金，熔渣为二级铝硅铁合金块；(4)将合金块继续加热至高温，在超重力作用下，熔液通过多孔滤板后经冷却凝固得铝硅铁合金，熔渣为工业硅或铝硅合金。本发明实现了对煤矸石中铝、硅、铁资源的综合利用，得到多种附加值更高、符合市场需要的产品。

Description

一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法
技术领域
本发明属于冶金与环境的技术领域，特别是涉及一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法。
背景技术
煤矸石是成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机矿物知混合岩，采煤时和煤一并采出。相关数据表明，煤矸石的产量约占煤炭产量的10％，我国煤矸石的累积存量已达70多亿吨。目前尚未进行大规模综合利用，占用农田，对环境造成污染，而且长期堆放发生自燃，产生有害气体，对环境造成严重污染。煤矸石中含有大量的氧化铝、氧化硅，其中高铝煤矸石的氧化铝含量比较高，通常为30％以上，可以作为一种再生资源代替铝土矿、硅石等天然矿物通过冶金工艺生产铝硅铁合金，缓解国内铝资源的紧张态势。鉴于此，开发利用煤矸石资源，实现利益的最大化，对我国铝业可持续发展与合理利用国家资源具有十分重要的社会经济意义。
目前，铝硅铁合金的生产方法有两种，即掺兑法和电热还原法。掺兑法是将纯铝与硅铁按一定比例熔融掺兑制得。但该方法使用的原料铝和硅铁都是高能耗产品，熔炼过程中，铝和硅均有一定烧损，故生产成本较高。电热还原法是以铝硅酸盐矿物为原料，以碳质材料为还原剂，经过电弧炉还原熔炼制备合金。该方法不仅能够缩短工艺流程，降低生产成本，还可以利用粘土、蓝晶石、煤矸石、粉煤灰等非铝土矿资源，符合我国铝矿资源特点。现有技术中，专利CN1654689A公开了一种用煤矸石为原料生产铝硅铁合金的方法、专利CN101942561A公开了一种利用煤矸石制备铝硅铁合金的方法、专利CN101469378A公开了一种利用高铝粉煤灰和磁珠制备铝硅铁合金的方法。
碳电热还原高铝煤矸石制得的铝硅铁合金中铁含量较高，常以脆性的富铁金属间化合物形式存在，使其不能作为价值较高的铸造用硅铝合金使用，而主要作为炼钢脱氧剂被广泛应用于炼钢厂。但由于炼钢脱氧剂用量有限，且价格较低，从而制约了铝硅铁合金的应用市场。如果能对铝硅铁合金进行降铁处理，得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，无疑在产品的市场容量上还是在经济价值上均具有极大意义。
现有技术中，专利CN107794390A公开了“再生Al-Si系铝合金除铁方法”，该方法加入的锶进行变质处理，使针状β-铁相产生断裂、分解，并细化初晶硅，使组织分布更加均匀；锰对硼与铁反应产生Fe2B起到正相关作用，同时锰使β-铁相转变为α-铁相，起到沉淀的作用；硼与杂质铁反应生成的高熔点高密度的Fe2B化合物与熔液有高的密度差，这些富铁相在重力作用下沉降到坩埚底部，从而去除铝合金中杂质铁元素。专利CN108165810A公开了“一步法去除一次铝硅合金中铁和硅相的装置和工艺”，该方法在交变电磁场的作用下采取金属元素锰作除铁剂，与一次铝硅合金原料混合均匀，加热熔融，冷却后，合金中的硅和富铁相在磁场力和温度效应的联合作用下凝固并富集在底部，倾倒出上部的熔液，经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，最后将底部的初晶硅相和杂质铁相重熔后即得到底部合金熔液。上述通过重力沉降分离铁相的方法存在着分离效率低、工艺复杂、生产成本高等缺点，很难在实际生产中应用。因此，亟需一种低成本、有效分离的相关方法、技术。
专利CN110904340A公开了“一种离心去除含铁混合物中有害元素和杂质的方法”，将铝硅铁高温熔融态混合物盛入离心旋转装置内，控制熔融态混合物的降温速度为0.1～160℃/min，离心温度为700～2600℃，让硅晶体析出、长大；而后在装置内对熔融态混合物制造超重力场进行离心分离得到硅，超重力系数为10～4500g，施加超重力场时装置内的温度不低于离心温度，并逐渐降温至凝固；熔融态混合物在离心超重力的作用下，铁的金属间化合物等物质在超重力场外围的沉降富集、而氧化物等低密度物质在超重力场内层上浮富集，从而金属产品得以净化除杂。该方法将超重力离心引入不同物相的分离中，分离效率较之前的自然重力分离得以大幅提高。但该工艺存在一个致命问题：离心分离是在高温液态下进行，而高温熔融铝合金液对各种金属材料均具有极强腐蚀性，所以很难低成本找到一种材料既能在高温下具有高强度且能够耐高温铝液侵蚀。所以该工艺无法进行高效、大规模的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法。本发明实现了对高铝煤矸石中铝、硅、铁资源的全元素综合利用，能够有效降低铝硅铁合金中的铁含量，得到附加值更高的、符合市场需要的铸造用铝硅合金、脱氧剂用铝硅铁合金以及酸洗除杂后作为生产太阳能级多晶硅的工业硅，无新的固废排放，解决了高铝煤矸石长期堆放造成的资源浪费和环境污染问题，缓解了我国铝土矿资源紧缺的问题，具有广泛的工业化应用前景。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，步骤是：
(1)将高铝煤矸石、炭质还原剂进行破碎，并外加粘结剂和水充分混合均匀后制团，烘干得到干团块，而后投入电弧炉内进行还原反应，得到铝硅铁合金熔融体；
(2)将熔融体在模具中进行浇铸，控制冷却降温速度和时间，让合金相析出、长大，而后自然冷却至室温，得到一级铝硅铁合金块；
(3)将一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至580～650℃，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，熔渣为二级铝硅铁合金块；
(4)将二级铝硅铁合金块继续加热至850～1050℃，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金，熔渣为工业硅或符合工业标准的铸造用铝硅合金，从而实现铝硅铁合金的分级提纯。
在上述方法中，步骤(1)所述高铝煤矸石中Al2O3质量分数30～60％，SiO2质量分数30～60％，Fe2O3质量分数≤5％。
在上述方法中，步骤(1)所述高铝粉煤灰和炭质还原剂粒度均小于100目。
在上述方法中，步骤(1)所述炭质还原剂包括煤，石油焦，煅后无烟煤，焦炭，冶金焦，选择其中一种或几种混合。
在上述方法中，步骤(1)所述炭质还原剂的碳含量为煤矸石中金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90～95％。
在上述方法中，步骤(1)所述粘结剂加入质量为混合物料量的5～10％，制团压力为50～150MPa，团块烘干温度为150～200℃，烘干后球团水分不大于1％。
在上述方法中，步骤(1)所述电弧炉内还原反应温度为2200～2500℃。
在上述方法中，步骤(2)所述熔融体降温到1400℃后，进行浇铸，而后以1～20℃/min速度降温到580～1050℃，保温30～120min。
在上述方法中，步骤(3)所述一级铝硅铁合金块加热至580～650℃后保温60～300min，超重力系数为200～500g，分离时间为5～15min。
在上述方法中，步骤(4)所述二级铝硅铁合金块加热至850～1050℃后保温60～300min，超重力系数为200～500g，分离时间为5～15min。
在上述方法中，步骤(4)所述加热温度不高于900℃，熔渣为符合工业标准的铸造用铝硅合金；加热温度高于900℃时，熔渣为工业硅。
在上述方法中，步骤(3)和(4)所述多孔滤板为S310耐高温不锈钢过滤器。
在上述方法中，步骤(3)和(4)所述超重力分离为连续处理或间歇性批处理。
在上述方法中，步骤(3)和(4)所述不仅可以生产出满足工业要求的铸造用铝硅合金，又可以得到脱氧剂用铝硅铁合金，以及酸洗除杂后作为生产太阳能级多晶硅的工业硅。
本发明是基于以下事实来完成的：
1、在铝硅铁熔融体降温结晶过程中，利用铝硅铁熔融体的偏析净化原理，让较纯净的硅晶体先析出、长大，控制降温曲线使硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，利用析出硅晶体原子结构排列的自身规律生长所形成的独特骨架结构；随着温度的进一步降低，针状或片状的铁相开始晶出，与结晶硅共同构成骨架结构；继续降温，熔融态的铝硅合金凝固存在于硅相及铁相形成的骨架空隙中形成固体块。
2、将铝硅铁熔融体冷却形成的一级铝硅铁合金块再加热熔融时，因铝硅合金、铁相及初晶硅熔融温度的不同，可选取特定低温熔融温度，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态，而后通过在超重力场作用下，能够分离为符合工业使用标准的铸造用铝硅合金和二级铝硅铁合金块；二级铝硅铁合金块进一步在高温熔融，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态，而后在超重力作用下，分离得到脱氧剂用铝硅铁合金和工业硅或者符合工业标准的铸造用铝硅合金，从而实现铝硅铁合金的分级提纯。
3、在超重力离心过程中，片状结晶硅(及低温过滤时的针状或片状铁相)形成的骨架结构成为了很好的自身过滤装置，从而实现了低温和高温阶段的有效分离、过滤。
本发明具有的优点：利用高铝煤矸石为原料，克服现有除铁技术的局限性，提出一种高效、环保并能够连续、大规模生产的方法，实现了对高铝煤矸石中铝、硅、铁资源的全元素综合利用，能够有效降低铝硅铁合金中的铁含量，得到附加值更高的、符合市场需要的铸造用铝硅合金、脱氧剂用铝硅铁合金以及酸洗除杂后作为生产太阳能级多晶硅的工业硅，无新的固废排放，解决了高铝煤矸石长期堆放造成的资源浪费和环境污染问题，缓解了我国铝土矿资源紧缺的问题，符合国家节能减排的需求，有着极大的应用价值。本方法也适用于低品位铝土矿和其他非铝土矿再生资源生产的铝硅铁合金，以提高生产效益。
附图说明
图1是本发明的铝-硅-铁三元合金相图。
图2是本发明的工艺流程。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其工艺流程图如图2所示，包括以下步骤：
将高铝煤矸石1t和煤破碎至粒度小于100目，均匀混合后形成混合物料，其中煤矸石成分中Al2O3质量分数为48.32％、SiO2质量分数为46.54％、Fe2O3质量分数为0.63％，煤的碳含量为煤矸石中的金属氧化物与碳完全反应所需碳量90％，而后依次加入混合物料质量6％的亚硫酸纸浆粘结剂、10％的水进行混料，然后将混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为100MPa，将制好的球团在120℃烘干脱水，获得干团块，要求水分不超过1％；然后将干团块放入到电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为2200～2500℃，获得的铝硅铁合金熔体，当熔融体降温到1400℃时，在模具中进行浇铸，而后3℃/min降温到830℃，在该温度下保温60min，冷却至室温后得到一级铝硅铁合金块496.32kg。一级铝硅铁合金块中Al质量分数为51.84％、Si质量分数为44.01％、Fe质量分数为2.70％。如图1所示，本发明合金相图显示，当冷却温度降到950～1000℃时，硅晶体先析出、长大，随着冷却温度降低，熔体中硅含量逐渐减少，当温度降到750～800℃时，针状或片状的铁相开始晶出，继续降温到577℃以下，熔融态的铝硅合金凝固存在于硅相形成的骨架空隙中形成固体块。
将100kg一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至650℃，保温180min，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金54.21kg，其中Fe质量分数为0.55％，Si质量分数为12.23％，熔渣为二级铝硅铁合金块45.79kg；将45.79kg二级铝硅铁合金块继续加热至950℃，保温180min，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金25.93kg，其中Fe质量分数为9.03％，Si质量分数为67.97％，熔渣为工业硅19.86kg，工业硅纯度为99.47％。
实施例2
一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其工艺流程图如图2所示，包括以下步骤：
将高铝煤矸石1t和煤破碎至粒度小于100目，均匀混合后形成混合物料，其中煤矸石成分中Al2O3质量分数为48.32％、SiO2质量分数为46.54％、Fe2O3质量分数为0.63％，煤的碳含量为煤矸石中的金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90％，而后依次加入混合物料质量6％的亚硫酸纸浆粘结剂、10％的水进行混料，然后将混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为100MPa，将制好的球团在120℃烘干脱水，获得干团块，要求水分不超过1％；然后将干团块放入到电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为2200～2500℃，获得的铝硅铁合金熔体，当熔融体降温到1400℃时，在模具中进行浇铸，而后2℃/min降温到700℃，在该温度下保温60min，继续降温得到一级铝硅铁合金块496.32kg。一级铝硅铁合金块中Al质量分数为51.84％、Si质量分数为44.01％、Fe质量分数为2.70％。如图1所示，本发明合金相图显示，当冷却温度降到950～1000℃时，硅晶体先析出、长大，随着冷却温度降低，熔体中硅含量逐渐减少，当温度降到750～800℃时，针状或片状的铁相开始晶出，继续降温到577℃以下，熔融态的铝硅合金凝固存在于硅相形成的骨架空隙中形成固体块。
将100kg一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至650℃，保温180min，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金50.05kg，其中Fe质量分数为0.37％，Si质量分数为11.58％，熔渣为二级铝硅铁合金块49.95kg；将49.95kg二级铝硅铁合金块继续加热至850℃，保温180min，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔过滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金22.92kg，其中Fe质量分数为10.17％，Si质量分数为64.62％，熔渣为符合工业标准的铸造用铝硅合金27.03kg，其中Fe质量分数为0.68％，Si质量分数为86.58％。
实施例3
一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其工艺流程图如图2所示，包括以下步骤：
将高铝煤矸石1t和煤破碎之粒度小于100目，均匀混合后形成混合物料，其中煤矸石成分中Al2O3质量分数为48.32％、SiO2质量分数为46.54％、Fe2O3质量分数为0.63％，煤的碳含量为煤矸石中的金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90％，而后依次加入混合物料质量6％的亚硫酸纸浆粘结剂、10％的水进行混料，然后将混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为100MPa，将制好的球团在120℃烘干脱水，获得干团块，要求水分不超过1％；然后将干团块放入到电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为2200～2500℃，获得的铝硅铁合金熔体，当熔融体降温到1400℃时，在模具中进行浇铸，而后2℃/min降温到700℃，在该温度下保温60min，继续降温得到一级铝硅铁合金块496.32kg。一级铝硅铁合金块中Al质量分数为51.84％、Si质量分数为44.01％、Fe质量分数为2.70％。如图1所示，本发明合金相图显示，当冷却温度降到950～1000℃时，硅晶体先析出、长大，随着冷却温度降低，熔体中硅含量逐渐减少，当温度降到750～800℃时，针状或片状的铁相开始晶出，继续降温到577℃以下，熔融态的铝硅合金凝固存在于硅相形成的骨架空隙中形成固体块。
将100kg一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至650℃，保温300min，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金50.92kg，其中Fe质量分数为0.41％，Si质量分数为11.75％，熔渣为二级铝硅铁合金块49.08kg；将49.08kg二级铝硅铁合金块继续加热至850℃，保温300min，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔过滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金23.23kg，其中Fe质量分数为9.96％，Si质量分数为66.90％，熔渣为符合工业标准的铸造用铝硅合金25.85kg，其中Fe质量分数为0.69％，Si质量分数为86.99％。
实施例4
一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其工艺流程图如图2所示，包括以下步骤：
将高铝煤矸石1t和煤破碎至粒度小于100目，均匀混合后形成混合物料，其中煤矸石成分中Al2O3质量分数为47.56％、SiO2质量分数为39.80％、Fe2O3质量分数为1.65％，煤的碳含量为煤矸石中的金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90％，而后依次加入混合物料质量6％的亚硫酸纸浆粘结剂、10％的水进行混料，然后将混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为100MPa，将制好的球团在120℃烘干脱水，获得干团块，要求水分不超过1％；然后将干团块放入到电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为2200～2500℃，获得的铝硅铁合金熔体，当熔融体降温到1400℃时，在模具中进行浇铸，而后5℃/min降温到650℃，在该温度下保温60min，继续降温得到一级铝硅铁合金块476.69kg。一级铝硅铁合金块中Al质量分数为53.46％、Si质量分数为39.43％、Fe质量分数为5.20％。如图1所示，本发明合金相图显示，当冷却温度降到900～950℃时，硅晶体先析出、长大，随着冷却温度降低，熔体中硅含量逐渐减少，当温度降到800～850℃时，针状或片状的铁相开始晶出，继续降温到577℃以下，熔融态的铝硅合金凝固存在于硅相形成的骨架空隙中形成固体块。
将100kg一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至650℃，保温180min，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔过滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金52.13kg，其中Fe质量分数为0.37％，Si质量分数为11.09％，熔渣为二级铝硅铁合金块47.87kg；将47.87kg二级铝硅铁合金块继续加热至1050℃，保温180min，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔过滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金33.00kg，其中Fe质量分数为15.04％，Si质量分数为57.09％，熔渣为工业硅14.87kg，工业硅纯度为99.58％。
实施例5
一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其工艺流程图如图2所示，包括以下步骤：
将高铝煤矸石1t和煤破碎成至粒度小于100目，均匀混合后形成混合物料，其中煤矸石成分中Al2O3质量分数为47.56％、SiO2质量分数为39.80％、Fe2O3质量分数为0.93％，煤的碳含量为煤矸石中的金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90％，而后依次加入混合物料质量6％的亚硫酸纸浆粘结剂、10％的水进行混料，然后将混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为100MPa，将制好的球团在120℃烘干脱水，获得干团块，要求水分不超过1％；然后将干团块放入到电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为2200～2500℃，获得的铝硅铁合金熔体，当熔融体降温到1400℃时，在模具中进行浇铸，而后3℃/min降温到850℃，在该温度下保温60min，继续降温得到一级铝硅铁合金块476.69kg。一级铝硅铁合金块中Al质量分数为53.46％、Si质量分数为39.43％、Fe质量分数为5.20％。如图1所示，本发明合金相图显示，当冷却温度降到950～1000℃时，硅晶体先析出、长大，随着冷却温度降低，熔体中硅含量逐渐减少，当温度降到800～850℃时，针状或片状的铁相开始晶出，继续降温到577℃以下，熔融态的铝硅合金凝固存在于硅相形成的骨架空隙中形成固体块。
将100kg一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至600℃，保温180min，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔过滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金52.90kg，其中Fe质量分数为0.63％，Si质量分数为12.45％，熔渣为二级铝硅铁合金块47.10kg；将47.10kg二级铝硅铁合金块继续加热至900℃，保温180min，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态，启动离心机，超重力系数为212g，分离时间为10min，在超重力作用下，熔体通过多孔过滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金23.10kg，其中Fe质量分数为20.35％，Si质量分数为49.27％，熔渣为符合工业标准的铸造用铝硅合金24.00kg，其中Fe质量分数为0.69％，Si质量分数为89.43％。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将高铝煤矸石、炭质还原剂进行破碎，并外加粘结剂和水充分混合均匀后制团，烘干得到干团块，而后投入电弧炉内进行还原反应，得到铝硅铁合金熔融体；(2)将熔融体在模具中进行浇铸，控制冷却降温速度和时间，让合金相析出、长大，而后自然冷却至室温，得到一级铝硅铁合金块；(3)将一级铝硅铁合金块装入带加热装置的超重力离心装置内，加热至580～650℃，使铝硅熔融而初晶硅和铁相仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，熔渣为二级铝硅铁合金块；(4)将二级铝硅铁合金块继续加热至850～1050℃，使铁相熔融而初晶硅仍保持固态；启动离心机，在超重力作用下，熔体通过多孔滤板实现分离，熔液经冷却凝固后得到脱氧剂用铝硅铁合金，熔渣为工业硅或符合工业标准的铸造用铝硅合金，从而实现铝硅铁合金的分级提纯。
2.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的高铝煤矸石中Al2O3质量分数30～60％，SiO2质量分数30～60％，Fe2O3质量分数≤5％。
3.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的原料高铝煤矸石和炭质还原剂粒度均小于100目。
4.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的炭质还原剂包括煤，石油焦，煅后无烟煤，焦炭，冶金焦，选择其中一种或几种混合。
5.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的炭质还原剂的碳含量为煤矸石中金属氧化物与碳完全反应所需碳量的90～95％。
6.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的粘结剂加入质量为混合物料量的5～10％，制团压力为50～150MPa，团块烘干温度为150～200℃，烘干后球团水分不大于1％。
7.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的电弧炉内还原反应温度为2200～2500℃。
8.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的熔融体降温到1400℃后，进行浇铸，而后以1～20℃/min速度降温到580～1050℃，保温30～120min。
9.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的一级铝硅铁合金块加热至580～650℃后保温60～300min，超重力系数为200～500g，分离时间为5～15min。
10.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的二级铝硅铁合金块加热至850～1050℃后保温60～300min，超重力系数为200～500g，分离时间为5～15min。
11.按照权利要求10所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的加热温度不高于900℃，熔渣为符合工业标准的铸造用铝硅合金；加热温度高于900℃时，熔渣为工业硅。
12.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中，所述的多孔滤板为S310耐高温不锈钢过滤器。
13.按照权利要求1所述的一种利用高铝煤矸石制备铝硅铁合金并分级提纯的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中，所述的超重力分离为连续处理或间歇性批处理。
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