CN115652370A - 一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，包括以下步骤：S1、对铝灰渣进行磁选并粉碎，得到粉碎铝灰渣；S2、将冰晶石基电解质加入电解槽并加热至熔融状态；S3、将粉碎铝灰渣加入电解槽中搅拌并电解，得到铝硅合金；S4、检测铝硅合金中元素含量，测定铝硅合金中的硅含量和铝含量；S5、若硅含量不在1～3wt％或者铝含量不在94～97wt％，向电解槽中添加硅砂或氧化铝；S6、电解获得含有1～3wt％硅元素，94～97wt％铝元素的铝硅合金。本发明使用熔盐电解方法，氧化损失较小，具有回收率高的特点，做到了对铝灰渣中铝硅元素的精准回收利用，实现了固体废弃物的无害化和资源化，还可根据电解生产的铝硅合金元素分析，灵活调整配料，生产出含硅量合适的铝硅合金。

Description

一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法

技术领域

本发明涉及铝灰渣再利用技术领域，具体涉及一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法。

背景技术

虽然我国是世界第一大产铝国，铝土矿资源总储量较为丰富，但80％以上的储量为中低品位矿，而铝的生产需要消耗大量的优质铝土矿资源，所以我国铝土矿资源后备储量不足，每年需要大量进口国外资源我国铝土矿的对外依存度已连续多年超过50％。而在原铝及再生铝生产加工过程中每生产一吨原生铝或者再生铝会形成10～20％的铝灰渣，由此可以间接大致计算出我国2020年产生的铝灰渣高达500万吨以上，所以铝灰渣的资源化再利用十分必要。

根据所用原料和生产目的的不同，铝灰渣的组成和含量会有较大区别，但通常都含有金属铝，铝的氧化物、氮化物和碳化物，氯盐，电解质，其他金属氧化物以及一些其他成分。铝灰渣中含有很多直接或间接危害环境的元素或化合物，如铝灰渣中的氮化铝遇水会生成氨气，含有的氯化物和氟化物也会溶于水对环境造成污染，国家在2016年已将铝灰列入危险废弃物名录，因此对铝灰渣的去污染化处理也十分必要。

而近年来研究较多的化学药剂处理、热处理等方法存在产品不纯、二次污染严重且成本过高等一系列问题，无法完全无害化和资源化的解决处理处置问题，还存在铝回收率低，杂质含量高，铝灰渣中除铝外的其他金属元素并未充分回收等各种问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，涉及金属再生和危险废弃物综合回收利用领域，利用该方法可制备出化学性质稳定且可控制合金中铝硅含量的铝硅合金。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，包括以下步骤：

S1、对铝灰渣进行磁选并粉碎，得到粉碎铝灰渣；

S2、将冰晶石基电解质加入电解槽并加热至熔融状态；

S3、将粉碎铝灰渣加入电解槽中搅拌并电解，得到铝硅合金；

S4、检测铝硅合金中元素含量，测定铝硅合金中的硅含量和铝含量；

S5、若硅含量不在1～3wt％或者铝含量不在94～97wt％，向电解槽中添加硅砂或氧化铝；

S6、电解获得含有1～3wt％硅元素，94～97wt％铝元素的铝硅合金。

其中，粉碎铝灰渣中铝的含量为45wt％～55wt％，硅的含量为1wt％～3wt％，铁含量≤5wt％，镁的含量为5～7wt％，钠的含量为2～4wt％，钙的含量为1～3wt％，电解的电解质过热度为10～20℃。

本方案中除铁后的铝灰渣直接混合氧化铝加入电解槽电解，在回收铝灰渣过程不仅可以从铝灰渣中回收铝硅元素以制备铝硅合金，其中含有的镁、钠、钙等原属于电解质中的微量元素不需要任何处理，且能循环利用其中的电解质成分以降低电解成本，熔盐中的铝硅合金与熔盐熔融体分离后，含有害物质的熔盐熔融体可进行重复利用，做到了对铝灰渣中铝硅元素的精准回收利用，并且有效降低了化学试剂的消耗，降低制备铝硅合金的成本，实现了固体废弃物的无害化和资源化；本方案还利用该方法及设备根据电解生产的铝硅合金元素分析，灵活调整配料，生产出含硅量合适的铝硅合金。

进一步地，所述步骤S5包括：

S51、若硅含量<1wt％，则添加硅砂；若铝含量<94wt％，则添加氧化铝；

S52、添加的硅砂或氧化铝按照粉碎铝灰渣量的10％进行配比，重复步骤S3、S4，若硅的含量仍不足，添加的硅砂配比按粉碎铝灰渣量的30％、50％、80％逐步增加，直至满足要求为止，若铝的含量仍不足，添加的氧化铝配比按粉碎铝灰渣量的30％、50％、80％逐步增加，直至满足要求为止。

通过对物料配比的控制，进而控制铝硅合金中硅元素含量，生产出硅含量合适的铝硅合金。

进一步地，所述冰晶石基电解质包括2～5wt％的氟化镁、2～3wt％的氟化锂、2～6wt％的氟化钙、2～5wt％的氟化钾、2～5wt％的氧化铝、3～7wt％的氟化铝和余量的冰晶石。

进一步地，所述冰晶石基电解质的熔融温度为950～980℃。

进一步地，所述冰晶石的分子比为2.2～2.8。

进一步地，粉碎铝灰渣、硅砂和氧化铝的粒径不大于200μm。

进一步地，步骤S3中，粉碎铝灰渣占全部熔盐含量的8～15wt％。

进一步地，步骤S3中，电解的还原电压为0.3-2V。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用铝电解槽处理铝灰渣制备铝硅合金，使用熔盐电解方法，相较于其他热处理回收方法，氧化损失较小，因而具有回收率高的特点；除铁后的铝灰渣直接混合氧化铝加入电解槽电解，其中含有的镁、钠、钙等原属于电解质中的微量元素不需要任何处理，因而相对于其他铝灰渣回收方法流程更短。

2、本发明中将熔盐中的铝硅合金与熔盐熔融体分离后，含有害物质的熔盐熔融体可进行重复利用，这将有效降低了化学试剂的消耗，降低制备铝硅合金的成本，并且本方法做到了对铝灰渣中铝硅元素的回收利用，由此实现了固体废弃物的无害化和资源化。

3、本发明利用氧化铝电解铝灰渣来制备铝硅合金，铝灰渣中除铁、硅、铝外的其他微量元素难以被电解出，因此铝硅合金中主要杂质为铁元素，因而得到的铝硅合金具有纯度高、化学稳定性高的特点。

4、本发明通过对物料配比的控制，进而控制铝硅合金中硅元素含量，生产出硅含量合适的铝硅合金，不仅解决了其他铝灰渣处理方式中元素含量不稳定的问题，且生产出特定硅含量的铝硅合金有利于增加经济效益。

附图说明

图1为本发明利用铝灰渣回收制备铝硅合金的流程示意图；

图2为本发明利用铝灰渣回收制备铝硅合金的的装置；

图3为图2中的加热保温机构；

图4为图2中的伸缩机构。

图中：1-轴杆；2-缸筒；3-密封盖；4-螺丝钉；5-炉盖；6-出气管；7-炉体；8-加热保温机构；9-轴伸缩杆；10-阴极石墨棒；11-旋转叶片；12-进气管；13-石墨坩埚；14-熔融电解质；15-阳极石墨棒；16-螺丝钉；17-缸筒；18-热电偶；19-电源；20-计算机；21-伸缩机构；22-电阻丝；23-石英保温棉；24-石棉砖；25-炉筒；26-伸缩按钮；27-导电丝；28-机械棒；29-控制线路。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明的制备流程如图1所示，所采用的装置如图2-4所示，铝灰渣中除铁、硅、铝外的其他微量元素难以被电解出，因此电解前首先需要将铝灰渣放入磁选机中进行磁选，去除其中的铁，除铁后的铝灰渣放入刚玉球磨机，球磨至铝灰渣粒径≤200um，得到粉碎铝灰渣，相比于传统球磨机，不易有铁的污染。

将冰晶石基电解质通过密封盖3加入石墨坩埚13，通过进气管12通入氩气，由出气管6排出，开启电炉加热至950～980℃并保温，使熔盐全部充分熔化；此时旋转叶片11位于熔盐液面之上；

其中，电解的电解质为冰晶石基熔融盐，包括2～5wt％的氟化镁、2～3wt％的氟化锂、2～6wt％的氟化钙、2～5wt％的氟化钾、2～5wt％的氧化铝、3～7wt％的氟化铝和余量的冰晶石，冰晶石分子比为：2.2～2.8。

然后将粉碎铝灰渣通过密封盖3加入冰晶石基熔融盐内，其中粉碎铝灰渣占全部熔盐含量的8～15wt％；加料后通过伸长轴伸缩管9，放低旋转叶片11位于熔盐液面之下，开启电机进行搅拌，使混合物料和熔盐熔融体进行充分混合，搅拌结束后，缩短轴伸缩管9，使旋转叶片11脱离熔盐液面，需要说明的是，本申请对搅拌机构的结构没有特别的限定，搅拌机构只要能够将熔盐熔融体14内的物料进行充分搅拌即可。

其后通过伸缩按钮26左右移动调节控制线路29的松紧，实现机械棒28的上下摆动，进而控制导电丝27在电阻炉内的长度，最终实现调节石墨电极15与物料的相对距离通电电解，使得电解的还原电压为0.3-2V。

电解结束后打开炉盖5，取出已冷却固化的熔融盐，将电解槽底部沉淀的铝硅合金与电解质进行分离，得到铝硅合金，并进行XRF元素含量检测。

通过对物料配比的控制，进而控制铝硅合金中硅元素含量，生产出硅含量合适的铝硅合金，不仅解决了其他铝灰渣处理方式中元素含量不稳定的问题，且生产出特定硅含量的铝硅合金有利于增加经济效益，具体步骤如下：

若XRF检测硅含量＜1wt％，则将粉碎铝灰渣与粒径≤200um的硅砂分别按照10％、30％、50、80％粉碎铝灰渣进行配料，混合物料占全部熔盐含量的8～15wt％；混合物料通过密封盖3加入石墨坩埚13中，通过旋转叶片11搅拌与熔融冰晶石基电解质熔盐充分混合，并进行电解，检测铝硅合金是否符合要求，不符合要求则继续增加硅砂含量；

若XRF检测铝含量＜94wt％，则将粉碎铝灰渣与粒径≤200um的氧化铝分别按照10％、30％、50、80％粉碎铝灰渣进行配料，混合物料占全部熔盐含量的8～15wt％；混合物料通过密封盖3加入石墨坩埚13中，通过旋转叶片11搅拌与熔融冰晶石基电解质熔盐充分混合，并进行电解，检测铝硅合金是否符合要求，不符合要求则继续增加氧化铝含量。

下面通过以下具体实施例来详细说明，对铝灰渣进行XRF、XRD检测，得到实施例中铝灰渣的元素成分如表1所示：

表1铝灰渣元素成分数据表

Al	47443
		O	31542
Mg	6.613
		Na	3.072
Ca	2.607
		Si	2.344
Fe	1474
		Cl	1133
S	1.053
		Ba	1.047
K	0.578
		Ti	0.492
F	0.167
		Mn	0.15
Zn	0101
		Sr	0.076
P	0.034
		Cu	0.03
Ni	0.016
		Cr	0.015
Zr	0012

实施例1

S1、对铝灰渣进行磁选除铁并粉碎，得到粉碎物料，所述粉碎物料中铝的含量为47.443wt％，硅的含量为2.344wt％，铁的含量为1.474wt％，且粉碎铝灰渣粒径≤200um；

S2、将所述电解质加热至980℃并保温，使熔盐全部充分熔化；所述电解的电解质过热度为20℃；所述电解的电解质为冰晶石基熔融盐，包括2wt％的氟化镁、2wt％的氟化锂、4wt％的氟化钙、2wt％的氟化钾、2wt％的氧化铝、6.5wt％的氟化铝和余量的冰晶石；所述冰晶石分子比为2.5；

S3、将占全部熔盐含量的12wt％的所述粉碎铝灰渣加入冰晶石基熔融盐内；加料后开启电机进行搅拌，使混合物料和熔盐熔融体进行充分混合；调节石墨电极15与物料的相对距离通电电解，所述电解的还原电压为1.2V；电解结束后将电解槽底部沉淀的铝硅合金与电解质进行分离，得到铝硅合金。

S4、利用XRF检测铝硅合金元素含量，测定铝硅合金中硅含量占1～3wt％，铝含量占94～97wt％，满足成品要求，得到最终的铝硅合金。

实施例2

S1、对铝灰渣进行磁选除铁并粉碎，得到粉碎物料，所述粉碎物料中铝的含量为47.443wt％，硅的含量为2.344wt％，铁的含量为1.474wt％，且粉碎铝灰渣粒径≤200um；

S2、将所述电解质加热至980℃并保温，使熔盐全部充分熔化；所述电解的电解质过热度为20℃；所述电解的电解质为冰晶石基熔融盐，包括2wt％的氟化镁、2wt％的氟化锂、4wt％的氟化钙、2wt％的氟化钾、2wt％的氧化铝、6.5wt％的氟化铝和余量的冰晶石；所述冰晶石分子比为2.5；

S3、将占全部熔盐含量的10wt％的所述粉碎铝灰渣加入冰晶石基熔融盐内；加料后开启电机进行搅拌，使混合物料和熔盐熔融体进行充分混合；调节石墨电极15与物料的相对距离通电电解，所述电解的还原电压为1V；电解结束后将电解槽底部沉淀的铝硅合金与电解质进行分离，得到铝硅合金。

S4、利用XRF检测铝硅合金元素含量，测定铝硅合金中硅含量是否占1～3wt％，铝含量是否94～97wt％；

S5、若XRF检测硅含量<1wt％，则将粉碎铝灰渣与粒径≤200um的硅砂按照10％粉碎铝灰渣进行配料，所述混合物料占全部熔盐含量的10wt％；混合物料与熔融冰晶石基电解质熔盐充分搅拌混合，并进行电解，检测铝硅合金是否符合要求，不符合要求则继续增加为30％、50％、80％硅砂含量，直至满足要求为止。

若XRF检测铝含量<94wt％，则将粉碎铝灰渣与粒径≤200um的氧化铝分别按照10％粉碎铝灰渣进行配料，所述混合物料占全部熔盐含量的10wt％；混合物料与熔融冰晶石基电解质熔盐充分混合，并进行电解，检测铝硅合金是否符合要求，不符合要求则继续增加为30％、50％、80％氧化铝含量，直至满足要求为止。

S6、电解获得含有1～3wt％硅元素，94～97wt％铝元素的铝硅合金。

实施例3

S1、对铝灰渣进行磁选除铁并粉碎，得到粉碎物料，所述粉碎物料中铝的含量为47.443wt％，硅的含量为2.344wt％，铁含量为1.474wt％，且粉碎铝灰渣粒径≤200um；

S2、将所述电解质加热至980℃并保温，使熔盐全部充分熔化；所述电解的电解质过热度为20℃；所述电解的电解质为冰晶石基熔融盐，包括2wt％的氟化镁、2wt％的氟化锂、4wt％的氟化钙、2wt％的氟化钾、2wt％的氧化铝、6.5wt％的氟化铝和余量的冰晶石；所述冰晶石分子比为2.5；

S3、将占全部熔盐含量的8wt％的所述粉碎铝灰渣加入冰晶石基熔融盐内；加料后开启电机进行搅拌，使混合物料和熔盐熔融体进行充分混合；调节石墨电极15与物料的相对距离通电电解，所述电解的还原电压为0.7V；电解结束后将电解槽底部沉淀的铝硅合金与电解质进行分离，得到铝硅合金。

S4、利用XRF检测铝硅合金元素含量，测定铝硅合金中硅含量是否占1～3wt％，铝含量是否94～97wt％；

S5、若XRF检测硅含量<1wt％，则将粉碎铝灰渣与粒径≤200um的硅砂按照10％粉碎铝灰渣进行配料，所述混合物料占全部熔盐含量的8wt％；混合物料与熔融冰晶石基电解质熔盐充分搅拌混合，并进行电解，检测铝硅合金是否符合要求，不符合要求则继续增加为30％、50％、80％硅砂含量，直至满足要求为止。

若XRF检测铝含量<94wt％，则将粉碎铝灰渣与粒径≤200um的氧化铝分别按照10％粉碎铝灰渣进行配料，所述混合物料占全部熔盐含量的8wt％；混合物料与熔融冰晶石基电解质熔盐充分混合，并进行电解，检测铝硅合金是否符合要求，不符合要求则继续增加为30％、50％、80％氧化铝含量，直至满足要求为止。

S6、电解获得含有1～3wt％硅元素，94～97wt％铝元素的铝硅合金。

本方案中除铁后的铝灰渣直接混合氧化铝加入电解槽电解，在回收铝灰渣过程不仅可以从铝灰渣中回收铝硅元素以制备铝硅合金，其中含有的镁、钠、钙等原属于电解质中的微量元素不需要任何处理，且能循环利用其中的电解质成分以降低电解成本，熔盐中的铝硅合金与熔盐熔融体分离后，含有害物质的熔盐熔融体可进行重复利用，做到了对铝灰渣中铝硅元素的精准回收利用，并且有效降低了化学试剂的消耗，降低制备铝硅合金的成本，实现了固体废弃物的无害化和资源化；本方案还利用该方法及设备根据电解生产的铝硅合金元素分析，灵活调整配料，生产出含硅量合适的铝硅合金。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对铝灰渣进行磁选并粉碎，得到粉碎铝灰渣；

S2、将冰晶石基电解质加入电解槽并加热至熔融状态；

S3、将粉碎铝灰渣加入电解槽中搅拌并电解，得到铝硅合金；

S4、检测铝硅合金中元素含量，测定铝硅合金中的硅含量和铝含量；

S5、若硅含量不在1～3wt％或者铝含量不在94～97wt％，向电解槽中添加硅砂或氧化铝；

S6、电解获得含有1～3wt％硅元素，94～97wt％铝元素的铝硅合金。

其中，粉碎铝灰渣中铝的含量为45wt％～55wt％，硅的含量为1wt％～3wt％，铁含量≤5wt％，镁的含量为5～7wt％，钠的含量为2～4wt％，钙的含量为1～3wt％，电解的电解质过热度为10～20℃。

2.如权利要求1所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：所述步骤S5包括：

S51、若硅含量<1wt％，则添加硅砂；若铝含量<94wt％，则添加氧化铝；

S52、添加的硅砂或氧化铝按照粉碎铝灰渣量的10％进行配比，重复步骤S3、S4，若硅的含量仍不足，添加的硅砂配比按粉碎铝灰渣量的30％、50％、80％逐步增加，直至满足要求为止，若铝的含量仍不足，添加的氧化铝配比按粉碎铝灰渣量的30％、50％、80％逐步增加，直至满足要求为止。

3.如权利要求1所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：所述冰晶石基电解质包括2～5wt％的氟化镁、2～3wt％的氟化锂、2～6wt％的氟化钙、2～5wt％的氟化钾、2～5wt％的氧化铝、3～7wt％的氟化铝和余量的冰晶石。

4.如权利要求3所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：所述冰晶石基电解质的熔融温度为950～980℃。

5.如权利要求3所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：所述冰晶石的分子比为2.2～2.8。

6.如权利要求1-5任一所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：粉碎铝灰渣、硅砂和氧化铝的粒径不大于200μm。

7.如权利要求6所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：步骤S3中，粉碎铝灰渣占全部熔盐含量的8～15wt％。

8.如权利要求7所述的利用铝灰渣回收制备铝硅合金的方法，其特征在于：步骤S3中，电解的还原电压为0.3-2V。

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