一种从含铝原料中制备金属铝的方法

文档序号:3428112
专利名称:一种从含铝原料中制备金属铝的方法
技术领域
本发明属于有色金属冶金领域,特别是提供了一种从含铝原料中通过碳热还原一 金属浸出一真空蒸馏提铝的方法。
背景技术
我国铝土矿资源十分丰富,主要是高铝、高硅、低铁(也有少部分含铁量高的), 并且大量是一水硬铝石型的。矿石的铝硅比多数在4 7之间,铝硅比在10以上的优 质铝土矿相对少些。目前所生产的金属铝,主要是从铝矿或其他含铝原料中提炼氧化 铝,再通过氧化铝生产电解铝。大部分得金属铝得生产采用拜耳——冰晶石-氧化铝 熔盐电解法,当前世界上95%铝土矿通过拜耳法生产氧化铝,而90%以上的氧化铝用 于冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝。而电解法炼铝对原料纯度要求高、能耗高、 污染严重(放出大量氟、氟化物和沥青烟)、电能利用率低、槽生产能力小、投资大 等缺点。
粉煤灰是一种含氧化铝二次资源,随着燃煤规模的不断扩大,粉煤灰排放量急剧 增长。目前,我国每年排放量3亿吨粉煤灰,全国累计堆放量已达30亿吨,折合成 金属铝约为3亿吨。由于缺乏有效的使用办法,致使大量粉煤灰闲置堆积,造成严重 资源浪费和环境污染。
碳热法炼铝起源于上世纪中叶,是一种非电解炼铝的短流程炼铝方法,它将电解 法的平面反应变成立体反应,但该法只能得到铝硅合金。我国在60年代进行过工业 实验,得到含铝60%的铝硅合金。铝硅合金在炼钢脱氧、某些金属氧化物的还原和配 制铝硅盟合金等方面,已代替相当数量的纯铝和工业硅,得到成功的应用。 一直以来 国内外对铝一硅合金提取金属铝做了大量的研究,尚无从碳热铝硅合金中提取纯铝的 经济有效方法。
目前公开的一些相关的专利主要有专利CN1443712公开了一种综合利用煤奸 石生产氧化铝和电解铝的方法,把现有的煤矸石发电工艺、电解铝工艺以及改进了的 粉煤灰制成Al203工艺结合起来,矸石电厂生产的电作为电解铝和其它动力用电的能 源,所产生的粉煤灰作为生产Ab03的原料,Al203又是电解铝的原料,这样进入本
系统的主要原料是煤矸石,经过各种工艺过程,从本系统出来的主要产品是氢氧化铝、
3氧化铝和电解铝。
专利CN1424256公开了一种含铁铝土矿生产氧化铝工艺,采取的技术方案是"先 铁后铝"的方法,先将铁从矿石中提取出来,然后再生产氧化铝,使矿石中的铁和铝 能有效回收。将铝酸钙炉渣熔体进行控制冷却凝结,得到Al203主要以12CaO *7A1203 形式存在的铝酸钙炉渣,然后将该渣进行浸出、过滤、过滤洗涤、脱硅、碳酸化分解、 过滤分离、蒸发、洗涤、煅烧得到氧化铝。
专利CN101125656公开了一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法。它是以质量浓 度大于40%的NaOH溶液浸取粉煤灰,春其中的硅以硅酸钠的形式溶出,分离后得 到硅酸钠溶液和铝硅比》2的碱浸渣,溶出的硅酸钠溶液蒸浓成不同浓度的硅酸钠溶 液,或者利用碳分的方法制备白炭黑,碱浸渣以碱石灰烧结法或石灰石烧结法生产 Al(OH)3并进而生产A1203。
专利CN1757779公开了一种铝硅合金制造新工艺。其主要发明为(l)将氧化铝、 碳质还原剂粉碎烘干备用;(2)去除经粉碎烘干氧化铝粉原料中的铁份;(3)按成品合 金中铝、硅成分含量要求计算出生产中所需氧化铝、硅石及碳质还原剂的重量;(4) 将上述经除铁之氧化铝、碳质还原剂按计算量投入搅拌机搅拌均匀备用;(5)将混合原 料经双辊轧制机轧制成球团备用;(6)将球团与硅石及碳质还原剂按比例配制均匀后, 均一投入炉内,可同时投入木炭或苞米棒芯,保持熔解过程中的透气性;(7)视现场情 况而定,熔炼2 3小时即可出炉,先放入带有保温功能的台包车中,待出炉完毕后, 倒入铸模中铸成铝硅合金锭成品。
专利CN1614043公开一种3500KVA矿热炉冶炼硅铝铁合金的方法,包括选料、 配料、熔炼及出炉浇注等步骤,所选原料包括铝矾土、硅石、煤、铁屑;在配料步骤
中,将选料步骤中所选的原料按照铝矾土 硅石煤铁屑=46 : 2.5 : 45: 6.5的重
量百分比例混匀;在熔炼步骤中,将配料步骤中所配的炉料一次性加入矿热炉内熔炼。 专利CN1657640公开一种用粉煤灰为原料生产铝硅铁合金的方法,该方法以粉
煤灰为原料,以煤泥和石油焦为还原剂,粉煤灰重量百分比含量为50 70%,煤泥和
石油焦重量百分比含量为20 40%,加入重量百分比含量为5 8%废纸浆液和重量
百分比含量为1 4%钡钙复合添加剂。
也有文献报道,电炉炼铝产生的Al-Si-Fe合金,也可采用加入Mn除Fe的方法
进行净化,如向铝硅铁合金中加入Mn或Mn合金,使之形成金属互化物FeMnAl4Si
而析出于固相中。 三、发明内容本发明的目的在于提供一种从含铝原料中,通过碳热还原得到含40~60%A1、 20~40%Si、 0.5~2%Fe的合金,该Al-Si-Fe合金在一定条件下通过金属锌熔液浸出得 到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金,通过真空蒸馏合金得到金属铝及金属锌和硅铁合金。
其工艺流程见附图l,其按以下步骤完成
(1) 将铝矿、还原剂及粘接剂按重量比1:0.2-0.54:0.08-0.23混和、制团、干燥至 水分低于3%,在2100 2300。C下熔炼1.5~2小时,原料中的八1203、 Si02、 Fe20;(被还 原,制得Al-Si-Fe合金,其成份为40 60%A1、 20 40%Si、 0.2~1.5%Fe。
(2) 将Al-Si-Fe合金在45(TC 65(TC条件下,用金属锌熔液进行浸出,得到Zn-Al 合金及Zn-Si-Fe合金,浸出过程中,Al-Si-Fe合金中85 95%的铝进入Zn-Al合金;
(3) 锌熔液浸出得到的Zn-Si-Fe合金,在600 800。C,压强低于30Pa,真空蒸馏 60 90min,得到较纯的金属锌和硅铁合金,金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用;
(4) 锌熔液浸出得到的Zn-Al合金,在700~1000°C,压强低于30Pa,真空蒸馏30 50min,铝中的锌含量可降至0.3%以下。锌液返回金属浸出工序循环使用。
与公知技术相比的优点及积极效果
本发明可以采用自然界广泛存在的含氧化铝和氧化硅的矿物资源,大大扩展了原 料来源,实现从低品位含铝原料中短流程提取金属铝的短流程以及铝、硅、铁等金属 资源的综合利用;电热法炼铝产生的铝硅铁合金采用金属锌熔液进行浸出,能从铝硅 铁合金实现铝硅的分离;采用真空蒸馏法处理,并能实现锌铝合金及锌硅铁的有效分 离,得到金属铝、金属锌及硅铁合金,并且整个反应过程在真空中进行,对环境污染 小。


图l是工艺流程图。
具体实施例方式
实施例l:将高岭土 (其主要成分重量百分比为Al203 38.6%, Fe2O30.6, Si02 43%,),烟煤及亚硫酸盐纸浆按重量比例1:0.3:0.08混和,为使还原过程顺利进行, 物料粒度应磨至0.3mm以下,并制备团块,干燥至水分低于3%后,在矿热电炉内进 行熔炼,原料中的Al203、 Si02、 Fe203在220(TC下被还原,而制得Al-Si-Fe合金, 其成份为55.55%A1、 29.76%Si、 1.23%Fe、其它13.43%;分别把2920g金属锌和780g 的Al-Si-Fe合金,融化成为熔融状,把Al-Si-Fe合金熔液加入锌熔液中并搅拌,每次往 锌液中加70~80g熔化的Al-Si-Fe合金,保温20min,此时在坩埚的表面生成上浮渣 物质,即为Zn-Si-Fe合金,而Al-Si-Fe合金中的A185。/。被Zn液浸出,进入Zn-Al合 金残留在坩埚下部;Zn-Si-Fe合金在800°C,炉内的压强低于30Pa,蒸馏时间60min
5的条件下真空蒸馏;得到较纯的金属锌和硅铁合金,金属锌液可返回锌液浸出工序循
环使用;锌液浸出得到的Zn-Al合金,在700°C,压强低于30Pa,进行真空蒸馏40min, 铝中的锌含量可降至0.3%。锌液返回金属浸出工序循环使用。
实施例2:原料与例l相同。原料、烟煤及亚硫酸盐纸浆按重量比例1:0.45:0.15 混和,物料粒度应磨至0.5mm以下,并制备团块,干燥至水分低于3%,在矿热电炉 内进行熔炼,原料中的八1203、 Si02、 Fe203在210(TC下被还原,而制得Al-Si-Fe合 金;分别把900g锌和117g大块Al-Si-Fe合金合金熔液加入锌液中并搅拌,保温10min, 此时在坩埚的表面生成Zn-Si-Fe合金,而Zn-Al合金则残留在柑埚下部,得到Zn-Al 合金800g,上层渣(Zn-Si-Fe合金):290g, Al-Si-Fe合金中的A185。/。被Zn液浸出, 进入Zn-Al合金;Zn-Si-Fe合金在60(TC,压强低于30Pa,蒸馏卯min;得到较纯的 金属锌和硅铁合金,金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用;锌液浸出得到的Zn-Al 合金,在100(TC,压强低于30Pa,真空蒸馏30min;铝中的锌含量可降至0.1%。锌 液返回金属浸出工序循环使用。
权利要求
1、一种从含铝原料中制备金属铝的方法,其特征在于其按以下步骤完成,(1)将铝矿、还原剂及粘接剂按重量比1∶0.2~0.54∶0.08~0.23混和、制团、干燥至水分低于3%,在2100~2300℃进行熔炼1.5~22小时,制得Al-Si-Fe合金;(2)将Al-Si-Fe合金在450℃~650℃条件下,用金属锌熔液进行浸出,得到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金;(3)锌熔液浸出得到的Zn-Si-Fe合金,在600~800℃,压强低于30Pa,真空蒸馏60~90min,得到金属锌和硅铁合金,金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用;(4)锌熔液浸出得到的Zn-Al合金,在700~1000℃,压强低于30Pa,真空蒸馏后30~50min,锌液返回金属浸出工序循环使用。
2、 根据权利要求1所述的从含铝原料中制备金属铝的方法,其特征在于所述 的还原剂是烟煤,所述的粘接剂是亚硫酸盐纸浆。
3、 根据权利要求1或2所述的从含铝原料中制备金属铝的方法,其特征在于 所述原料为高岭土,其主要成分重量百分比为Al203 38.6%, Fe2O30.6, Si0243%。
全文摘要
本发明涉及一种从含铝原料中制备金属铝的方法。从含Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、SiO<sub>2</sub>、Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的原料中,通过碳热还原得到含40~60%Al、20~40%Si、0.5~2%Fe的合金,该Al-Si-Fe合金再通过金属锌熔液浸出得到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金,合金进行真空蒸馏得到金属铝及金属锌和硅铁合金,金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用。采用金属锌熔液进行浸出,能从铝硅铁合金中实现铝硅的有效分离;采用真空蒸馏法处理,能实现锌铝合金及锌硅铁的有效分离,实现从低品位含铝原料中提取金属铝以及铝、硅和铁等金属资源的综合利用;整个反应过程在真空中进行,对环境污染小。
文档编号C22B21/00GK101476047SQ200910094039
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者刘大春, 刘媛媛, 刘永成, 夏侯斌, 徐宝强, 戴永年, 李一夫, 斌 杨, 博 秦, 谢克强, 贾国斌, 勇 邓, 马文会 申请人:昆明理工大学
再多了解一些
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