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：
铜渣是火法冶炼有色金属铜后产生的水淬渣或经过贫化脱铜后的尾渣，铜渣中铁含量约40wt％，且硅含量较高。目前铜渣大多处于堆存状态，不仅造成金属元素的浪费，对环境也造成危害。
因此，现有处理铜渣的技术有待进一步改进。
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。该方法以铜渣和铝灰为原料可以制备得到高价值的铝硅合金，同时回收铜渣中的铁资源，从而实现了固体尾渣铜渣和工业废弃物铝灰的资源化利用。
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)将铜渣和氧化钙进行混合焙烧，以便得到焙烧产物；
(2)将所述焙烧产物进行磁选分离，以便得到磁性铁粉和含有二氧化硅的尾矿；
(3)将所述含有二氧化硅的尾矿与铝灰和还原剂进行混合成型处理，以便得到混合球团；
(4)将所述混合球团进行冶炼，以便得到铝硅合金；
(5)对所述铝硅合金进行精炼，获得纯净合金。
根据本发明实施例的制备铝硅合金的方法，通过将铜渣与氧化钙进行混合焙烧，铜渣中的硅酸铁发生分解，生成磁性铁粉和二氧化硅，实现了对铜渣中铁的高效回收，同时得到了含有二氧化硅的尾矿，该尾矿进一步与铝灰和还原剂进行混合成型并冶炼，在高温的作用下，二氧化硅、三氧化二铝和还原剂中的碳发生反应，铝灰中的金属铝也会参加反应，最终生成铝硅合金，进一步精炼即可得到纯净合金。由此，该方法以铜渣和铝灰为原料可以制备得到高价值的铝硅合金，同时回收铜渣中的铁资源，从而实现了固体尾渣铜渣和工业废弃物铝灰的资源化利用。
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，所述铜渣中二氧化硅的含量不低于32wt％。由此，有利于提高该工艺的经济性。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述铜渣与所述氧化钙的质量比为100：(1.5～4)。由此，有利于促进铁、硅的分离及磁性铁粉的生成。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述混合焙烧气氛中氧气的含量为18～23v％。由此，可进一步提高反应的进行程度，以充分生成磁性铁粉，并将二氧化硅释放出来。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述混合焙烧的温度为780～900摄氏度，时间为70～100min。由此，可进一步促进反应的进行。
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42wt％，铝含量不低于10wt％。由此，可保证铝灰可以满足生产合金的需要。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，含有铝灰和含有二氧化硅的尾矿的混合物中铝元素与硅元素的摩尔比为(4.5～8.7)：1。由此，可保证合金的生成品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述混合球团中的碳氧比为(1.1～1.4)：1。由此，可保证反应的充分进行。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述冶炼的温度为1900～2200摄氏度，时间为37～84min。由此，可进一步提高纯净合金的品质。
在本申请中，术语“wt％”表示“重量％”。术语“v％”表示“体积％”。
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：将铜渣和氧化钙进行混合焙烧
该步骤中，将铜渣和氧化钙进行混合焙烧，以便得到焙烧产物。发明人发现，铜渣中的铁多以硅酸铁的形式存在，即二氧化硅与氧化亚铁紧密结合难以分离，经热力学计算，在1000摄氏度以下，氧化钙与二氧化硅直接的结合力比氧化亚铁与二氧化硅的结合力要强，即在该温度下，硅酸钙比铁橄榄石的稳定性更高。因此，通过加入氧化钙并控制焙烧过程中氧气的含量、温度及焙烧时间，可以减弱氧化亚铁与二氧化硅直接的结合力，提高氧化亚铁的活性，促进磁性铁粉的生成，将二氧化硅从硅酸铁中释放出来，进入到尾矿中。具体的，焙烧过程中涉及的化学反应有：
3(2feo·sio2)(s)+o2＝2fe3o4(s)+3sio2(s)
δgt＝-646428+300t
cao(s)+sio2(s)＝casio3(s)
δgt＝-92500+2.5t
根据本发明的一个实施例，铜渣中二氧化硅的含量不低于32wt％。发明人发现，若铜渣中二氧化硅的含量过低，则焙烧所得的尾矿中二氧化硅的含量过低，无法满足后续与铝灰、还原剂冶炼过程中对二氧化硅的需求，从而影响铝硅合金的产量。
根据本发明的再一个实施例，铜渣与氧化钙的质量比可以为100：(1.5～4)。发明人发现，铜渣与氧化钙的质量比过高，即氧化钙的含量偏低，则无法起到促进磁性铁粉生成的作用；若铜渣与氧化钙的质量比过低，即氧化钙的含量过高，则会增加后续冶炼工序的能耗。
根据本发明的又一个实施例，混合焙烧气氛中氧气的含量可以为18～23v％。发明人发现，若混合焙烧气氛中氧气的含量过低，铜渣在与氧化钙焙烧的过程中会生成大量的赤铁矿(fe2o3)，赤铁矿磁性弱，难以通过磁选工序被充分选别回收；此外，还会限制铜渣中铁组分的氧化反应，造成大量铁橄榄石与氧化钙结合形成钙铁橄榄石，不利于生成稳定的磁性铁粉。
根据本发明的又一个实施例，混合焙烧的温度可以为780～900摄氏度，时间可以为70～100min。发明人发现，在此温度范围内，氧化钙会将铁橄榄石中的氧化亚铁和二氧化硅充分解离，同时释放出的氧化亚铁可逐渐生成磁性铁粉。若混合焙烧的温度过低，铜渣中的铁橄榄石不能充分反应；若混合焙烧的温度过高，则生成的γfe3o4不能稳定存在，会发生晶格重建，氧化成赤铁矿，赤铁矿磁性较弱，无法在磁选过程中被高效选别回收。同时在此时间范围内，可以促进氧化钙与铁橄榄石之间的固固反应，若时间过短，反应没有充分进行；若时间过长，铜渣与氧化钙会逐渐生成赤铁矿。
s200：将焙烧产物进行磁选分离
该步骤中，将焙烧产物进行磁选分离，以便得到磁性铁粉和含有二氧化硅的尾矿。具体的，因焙烧产物中铁主要以四氧化三铁这种磁选较强的形式存在，故通过磁选可将磁性铁粉与尾矿充分分离开，从而达到回收铜渣中铁的目的，且磁选所得的尾矿因含有大量二氧化硅可继续用于后续铝硅合金的生产。
s300：将含有二氧化硅的尾矿与铝灰和还原剂进行混合成型处理
该步骤中，将含有二氧化硅的尾矿与铝灰和还原剂进行混合成型处理，以便得到混合球团。发明人发现，铝灰的主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，此外还含有一定量的金属铝。通过将其与含有二氧化硅的尾矿和还原剂混合，有利于在后续冶炼过程中二氧化硅与三氧化二铝和还原剂(碳)发生反应，生成铝硅合金。具体的，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，还含有一定量的金属铝。
根据本发明的一个实施例，铝灰中氧化铝的含量不低于42wt％，金属铝含量不低于10wt％。发明人发现，由于铝灰中还含有一定量的二氧化硅，因此若铝灰中的铝含量过低，则无法满足铝硅合金所需的硅铝比。
根据本发明的再一个实施例，含有铝灰和含有二氧化硅的尾矿的混合物中铝元素与硅元素的摩尔比可以为(4.5～8.7)：1。需要说明的是，铝灰的加入量需要根据铝灰中氧化铝、金属铝的含量及所需冶炼的铝硅合金进行确定。
根据本发明的又一个实施例，混合球团中的碳氧比可以为(1.1～1.4)：1。需要说明的是，还原剂的加入量需要根据尾矿和铝灰中二氧化硅、三氧化二铝的含量决定，以保证还原反应的充分进行。
s400：将混合球团进行冶炼
该步骤中，将混合球团进行冶炼，以便得到铝硅合金。发明人发现，在冶炼过程中，尾矿、铝灰中的二氧化硅会与铝灰中的三氧化二铝和还原剂中的碳发生反应，铝灰中的金属铝也会参与反应，生成铝硅合金，且可因为铝硅比的不同得到不同牌号的铝硅合金。相关反应式如下：
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，冶炼的温度可以为1900～2200摄氏度，时间可以为37～84min。发明人发现，若冶炼温度过低，达不到铝硅还原温度，无法生成铝硅合金；若冶炼温度过高，则会将混合球团中的其他金属(如钙)进行还原，成为铝硅合金的杂质。同时在此时间下，可以保证反应充分进行，以获得铝硅合金。
s500：对铝硅合金进行精炼
该步骤中，对铝硅合金进行精炼，获得不同牌号的纯净合金。具体的，铝硅合金可在精炼剂的作用下得到纯净合金，因冶炼过程中的铝硅比的不同可得到不同牌号的铝硅合金，故经进一步精炼后可得到不同牌号的纯净合金。由此，实现了铜渣中的硅及铝灰的铝的回收利用，解决了铜渣和铝灰固废处理难度大且成本高的问题。
根据本发明实施例的制备铝硅合金的方法，通过将铜渣与氧化钙进行混合焙烧，铜渣中的硅酸铁发生分解，生成磁性铁粉和二氧化硅，实现了对铜渣中铁的高效回收，同时得到了含有二氧化硅的尾矿，该尾矿进一步与铝灰和还原剂进行混合成型并冶炼，在高温的作用下，二氧化硅与三氧化二铝和还原剂中的碳发生反应，金属铝也会参与反应，最终生成铝硅合金，进一步精炼即可得到纯净合金。由此，该方法以铜渣和铝灰为原料可以制备得到高价值的铝硅合金，同时回收铜渣中的铁资源，从而实现了固体尾渣铜渣和工业废弃物铝灰的资源化利用。
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
铜渣，铁含量为42.55wt％，sio2含量为33.17wt％，al2o3含量为3.17wt％；铝灰，al2o3含量为42.46wt％，al含量为20.2wt％，sio2含量为9.46wt％；还原煤，固定碳含量76.87wt％。
首先，将铜渣及铜渣质量1.5％的氧化钙混合均匀，在氧气含量18v％的气氛下焙烧，焙烧温度780摄氏度，时间100min，得到焙烧产物，然后将焙烧产物进行磁选分离，获得磁性铁粉和尾矿，经计算，铁的回收率为91％，尾矿中的sio2含量为48.72wt％，al2o3含量为3.89wt％。
然后，将尾矿和铝灰按照铝硅比为4.5：1进行混合，然后根据计算加入还原煤，使得混合物的碳氧比为1.1：1，物料混合均匀后制成球团，投入炉内进行冶炼，冶炼温度1900摄氏度，冶炼时间84min。冶炼结束后获得粗铝硅合金，加入精炼剂进行精炼，最终获得牌号为yzalsi17cu5mg的纯净合金。
实施例2
铜渣，铁含量为38.74wt％，sio2含量为34.51wt％，al2o3含量为2.57wt％；铝灰，al2o3含量为55.64wt％，al含量为15.7wt％，sio2含量为6.88wt％；还原煤，固定碳含量79.62wt％。
首先，将铜渣及铜渣质量2.7％的氧化钙混合均匀，在氧气含量21v％的气氛下焙烧，焙烧温度840摄氏度，时间85min，得到焙烧产物，然后将焙烧产物进行磁选分离，获得磁性铁粉和尾矿，经计算，铁的回收率为91.26％，尾矿中的sio2含量为50.01wt％，al2o3含量为3.12wt％。
然后，将尾矿和铝灰按照铝硅比为6.51：1进行混合，然后根据计算加入还原煤，使得混合物的碳氧比为1.25：1，物料混合均匀后制成球团，投入炉内进行冶炼，冶炼温度2050摄氏度，冶炼时间61min。冶炼结束后获得粗铝硅合金，加入精炼剂进行精炼，最终获得牌号为yzalsi2cu2的纯净合金。
实施例3
铜渣，铁含量为43.55wt％，sio2含量为36.87wt％，al2o3含量为2.44wt％；铝灰，al2o3含量为67.21wt％，al含量为12.5wt％，sio2含量为4.51wt％；还原煤，固定碳含量82.04wt％。
首先，将铜渣及铜渣质量4％的氧化钙混合均匀，在氧气含量23v％的气氛下焙烧，焙烧温度900摄氏度，时间70min，得到焙烧产物，然后将焙烧产物进行磁选分离，获得磁性铁粉和尾矿，经计算，铁的回收率为91.77％，尾矿中的sio2含量为53.7wt％，al2o3含量为2.97wt％。
然后，将尾矿和铝灰按照铝硅比为8.7：1进行混合，然后根据计算加入还原煤，使得混合物的碳氧比为1.4：1，物料混合均匀后制成球团，投入炉内进行冶炼，冶炼温度2200摄氏度，冶炼时间37min。冶炼结束后获得粗铝硅合金，加入精炼剂进行精炼，最终获得牌号为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。