本发明属于冶金领域，具体而言，本发明涉及制备铝硅合金的方法。
背景技术：
煤矸石是煤炭的一种共伴生矿物，产生于煤炭的开采和洗选加工过程。其热值一般低于6.3mj/kg，含有al2o3、sio2、碳酸铁等无机灰分，且无机灰分的总含量达到煤矸石总量的60％～95％，目前，煤矸石因难以利用而成为一种工业固体废弃物。
工业废弃物铝灰是一种以含铝废料和回收的废旧铝制品为原料生产铝材过程中产生的废渣，其外观是一种银灰色粉状物，其主要成分为二氧化硅和三氧化二铝。
目前，还没有综合处理煤矸石和铝灰的技术。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备铝硅合金的方法。该方法实现了煤矸石和铝灰两种固废的资源化利用，且无需另外配加硅石即可得到铝硅合金。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备铝硅合金的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将煤矸石进行酸浸处理，以便得到酸浸煤矸石和含铁酸浸后液；
(2)将所述酸浸煤矸石进行烘干处理，以便得到干燥酸浸煤矸石；
(3)将所述干燥酸浸煤矸石与铝灰和还原剂混合，以便得到混合物料；
(4)将所述混合物料进行冶炼处理，以便得到铝硅合金。
根据本发明实施例的制备铝硅合金的方法，因煤矸石中的铁主要以碳酸盐形式存在，通过将煤矸石进行酸浸，煤矸石中的铁很容易与酸进行反应，生成可溶性铁盐，经进一步过滤可将煤矸石中的铁除去，然后将所得到的酸浸煤矸石经烘干后与铝灰和还原剂混合，在冶炼过程中，混合物料中的二氧化硅、氧化铝和碳发生反应，得到铝硅合金。由此，采用该方法可以实现煤矸石和铝灰两种固废的资源化利用，且无需另外配加硅石即可得到铝硅合金。
另外，根据本发明上述实施例的制备铝硅合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述煤矸石中氧化铝与二氧化硅的摩尔比不小于0.19，tfe含量不大于3wt％。由此，有利于实现煤矸石中硅和铝的回收利用。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述酸浸处理的液固比为(3～4)：1。由此，有利于提高煤矸石的浸出效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述酸浸处理的酸为浓度为16wt％～19wt％的硫酸。由此，可进一步提高煤矸石的浸出效率，同时提高酸浸煤矸石中的铝含量。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述酸浸处理的温度为47～60摄氏度，时间为4.5～6h。由此，有利于提高煤矸石的除铁效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述铝灰中氧化铝的含量不低于50wt％，金属铝含量不低于15wt％。由此，有利于满足铝硅合金所需的铝硅比。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述混合物料中碳与氧的摩尔比为(1.4～2.0)：1。由此，有利于提高铝硅合金的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述氧为混合物料中二氧化硅和三氧化二铝中的氧的总和。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述混合物料中铝元素与硅元素的摩尔比为(4.3～9)：1。由此，可进一步提高铝硅合金的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述冶炼处理的温度为1900～2200摄氏度，时间为40～80min。由此，可进一步提高铝硅合金的品质。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备铝硅合金的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备铝硅合金的方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
s100：将煤矸石进行酸浸处理
该步骤中，将煤矸石进行酸浸处理，以便得到酸浸煤矸石和含铁酸浸后液。发明人发现，因煤矸石中的铁主要以碳酸盐形式存在，通过将煤矸石进行酸浸，煤矸石中的铁很容易与酸进行反应，生成可溶性铁盐，经进一步过滤可将煤矸石中的铁除去，达到分离铁的目的。涉及的反应式为：feco3+h2so4＝feso4+co2+h2o。
根据本发明的一个实施例，煤矸石中氧化铝与二氧化硅的摩尔比不小于0.19，tfe含量不大于3wt％。发明人发现，若煤矸石中氧化铝与二氧化硅的摩尔比过小，则后期需要加入大量的含al2o3的物质，导致煤矸石的利用率偏低；若煤矸石中的铁含量较高，则会降低煤矸石中硅铝的含量。
根据本发明的再一个实施例，酸浸处理的液固比可以为(3～4)：1。发明人发现，若酸浸处理的液固比过低，煤矸石中铁的浸出反应变慢，影响煤矸石的除铁率；若酸浸处理的液固比过高，则酸用量过多，造成酸的浪费及后期处理含铁酸浸后液的费用增加。
根据本发明的又一个实施例，酸浸处理的酸可以为浓度16wt％～19wt％的硫酸。发明人发现，若硫酸的浓度过低，会影响煤矸石酸浸的效果；若硫酸的浓度过高，又会将煤矸石中的铝转换成可溶性硫酸盐，造成铝的损失。
根据本发明的又一个实施例，酸浸处理的温度可以为47～60摄氏度，时间可以为4.5～6h。发明人发现，在此温度范围内，可以加快h+与铁矿物的反应速率，提高煤矸石的除铁效率。若酸浸处理的时间过短，则酸只能浸润煤矸石颗粒表面，煤矸石颗粒内部的铁无法分离出来，除铁效果明显不足；若酸浸处理的时间过长，则溶液中的亚铁离子会逐渐被氧化为三价铁，同时游离酸含量下降，导致三价铁水解而吸附在煤矸石上，同样降低除铁效率。由此，采用上述酸浸处理的温度和时间可显著优于其他提高煤矸石的除铁效率。
s200：将酸浸煤矸石进行烘干处理
该步骤中，将酸浸煤矸石进行烘干处理，以便得到干燥酸浸煤矸石。由此，有利于除去酸浸煤矸石中的水分，进而可提高后续冶炼工艺的冶炼效率，同时降低冶炼处理的能耗。
s300：将干燥酸浸煤矸石与铝灰和还原剂混合
该步骤中，将干燥酸浸煤矸石与铝灰和还原剂混合，以便得到混合物料。
根据本发明的一个实施例，铝灰中氧化铝的含量不低于50wt％，金属铝含量不低于15wt％。发明人发现，铝灰中还含有一定量的二氧化硅，若铝灰中的铝含量过低，则无法满足硅铝合金所需的硅铝比。
根据本发明的再一个实施例，混合物料中碳与氧的摩尔比可以为(1.4～2.0)：1。其中，碳是指还原剂中的固定碳，氧是指干燥酸浸煤矸石中的三氧化二铝、二氧化硅和铝灰中的二氧化硅、三氧化二铝这些氧化物中氧的总和。还原剂中的碳用于在后续冶炼过程中与二氧化硅和氧化铝生成铝硅合金，因此还原剂的加入量应根据干燥酸浸煤矸石中氧化铝的含量、二氧化硅的含量以及配给的铝灰含量确定。发明人发现，若混合物料中碳与氧的摩尔比过低，则不足以在冶炼过程中将硅、铝充分还原生成铝硅合金；若混合物料中碳与氧的摩尔比过高，则过多的还原剂在熔炼和冶炼过程中没法被消耗，也影响铝硅合金的生成。因此，采用上述碳与氧的摩尔比可以显著优于其他提高铝硅合金的产率和品质。需要说明的是，还原剂可以为还原煤。
根据本发明的又一个实施例，混合物料中铝元素与硅元素的摩尔比可以为(4.3～9)：1。具体的，铝灰的配入量因根据干燥酸浸煤矸石中三氧化二铝和二氧化硅的含量以及铝灰本身三氧化二铝和二氧化硅的含量、最终所需铝硅合金的牌号确定。发明人经过大量实验发现，混合物料中铝元素与硅元素的摩尔比在上述范围内时可显著提高铝硅合金的产率和品质。
s400：将混合物料进行冶炼处理
该步骤中，将混合物料进行冶炼处理，以便得到铝硅合金。具体的，在冶炼过程中，混合物料中的二氧化硅与氧化铝和碳反生反应，得到铝硅合金。相关反应式为：
3sio2(l)+2al2o3(s)+12c(s)＝3si(l)+4al(l)+12co(g)
δgθ＝4758220-2233.45t
根据本发明的一个实施例，冶炼处理的温度可以为1900～2200摄氏度，时间可以为40～80min。发明人发现，若冶炼处理的温度过低，达不到铝硅还原温度，无法生成铝硅合金；若冶炼处理的温度过高，则会将混合物料中的其他金属(如钙)还原，成为铝硅合金的杂质。并且在此时间范围内，可以保证反应充分进行，以获得品质较高的铝硅合金。
根据本发明实施例的制备铝硅合金的方法，因煤矸石中的铁主要以碳酸盐形式存在，通过将煤矸石进行酸浸，煤矸石中的铁很容易与酸进行反应，生成可溶性铁盐，经进一步过滤可将煤矸石中的铁除去，然后将得到的酸浸煤矸石经烘干后与铝灰和还原剂混合，在冶炼过程中，混合物料中的二氧化硅、氧化铝和碳发生反应，得到铝硅合金。由此，采用该方法可以实现煤矸石和铝灰两种固废的资源化利用，且无需另外配加硅石即可得到铝硅合金。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
某煤矸石，fe2o3含量为4.1(即铁含量2.87wt％)(t％，sio2含量为60.12wt％，al2o3含量为20.87wt％；某铝灰，金属al含量为15.08wt％，al2o3含量为66.31％，sio2含量为10.4％；某还原煤，固定碳含量为81.57wt％。
首先，将煤矸石与浓度16wt％的硫酸按照液固比4：1的比例混合，在47摄氏度下酸浸6h，酸浸结束后过滤烘干，经测定，干燥酸浸煤矸石中的sio2含量为61.76wt％，al2o3含量为21.44wt％。然后，将干燥酸浸煤矸石与铝灰和还原剂按照质量比1：10：5.12(碳氧比约为1.4：1)混合进行冶炼，冶炼温度1900摄氏度，冶炼时间80min，生成铝硅比为4.45：1的铝硅合金。最后，通过添加精炼剂等对铝硅合金进行精炼，获得牌号为yzalsi17cu5mg的纯净合金。
实施例2
某煤矸石，fe2o3含量为3.57(即铁含量2.50wt％)wt％，sio2含量为43.67wt％，al2o3含量为36.92wt％；某铝灰，金属al含量为15.7wt％，al2o3含量为55.64％，sio2含量为6.88％；某还原煤，固定碳含量为79.62wt％。
首先，将煤矸石与浓度17.5wt％的硫酸按照液固比3.5：1的比例混合，在53摄氏度下酸浸5.2h，酸浸结束后过滤烘干，经测定，干燥酸浸煤矸石中的sio2含量为45.20wt％，al2o3含量为38.12wt％。然后，将干燥酸浸煤矸石与铝灰和还原剂按照质量比1：11.5：5.75(碳氧比约为1.6：1)混合进行冶炼，冶炼温度2050摄氏度，冶炼时间60min，生成铝硅比为6.44：1的铝硅合金。最后，通过添加精炼剂等对铝硅合金进行精炼，获得牌号为yzalsi2cu2的纯净合金。
实施例3
某煤矸石，fe2o3含量为3.14(即铁含量2.20wt％)wt％，sio2含量为52.41wt％，al2o3含量为42.13wt％；某铝灰，金属al含量为15.2wt％，al2o3含量为67.21％，sio2含量为4.51％；某还原煤，固定碳含量为82.04wt％。
首先，将煤矸石与浓度19wt％的硫酸按照液固比3：1的比例混合，在60摄氏度下酸浸4.5h，酸浸结束后过滤烘干，经测定，干燥酸浸煤矸石中的sio2含量为53.04wt％，al2o3含量为42.94wt％。然后，将干燥酸浸煤矸石与铝灰和还原剂按照质量比1：8.2：6.03(碳氧比约为2.0：1)混合进行冶炼，冶炼温度2200摄氏度，冶炼时间40min，生成铝硅比为7.04：1的铝硅合金。最后，通过添加精炼剂等对铝硅合金进行精炼，获得牌号为yzalsi2的纯净合金。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。