金属铝生产方法与流程

本发明属于金属铝生产领域，尤其涉及一种金属铝生产方法。

背景技术：

废铝灰是铝厂的废弃物以及各种铝材加工行业产生的废弃物，再次经过铝的回收作业所剩余的二次工业废弃物。铝灰的外观为银灰色、粉末状，主要成分为金属铝、氧化铝、二氧化硅、氧化铁以及钾钠钙镁的氯化物。因此，将铝灰中的有用成分进行回收有着十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种金属铝生产方法，能够较大程度的回收铝灰中的金属铝，提高金属铝的生产效率。并且，能够将铝灰中的灰分收集利用，避免环境污染的同时提高了经济效益。

一方面，本发明实施例提供一种金属铝生产方法，包括以下步骤：

金属铝生产第一阶段，从含有金属铝的原料中获得金属铝，并收集该过程中生成的铝灰，所述铝灰包括灰分和附着在所述灰分上的粘滞金属铝；

金属铝生产第二阶段，对所述铝灰进行处理，获得所述铝灰中的灰分和粘滞金属铝，并分别收集；

灰分处理阶段，对所述灰分进行处理，分选出所述灰分中的目标组分；

砌体结构生产阶段，以所述目标组分作为原料之一制备复合料，将所述复合料加工为具有固定形态的砌体结构。

本发明实施例的一个方面，所述金属铝生产第一阶段中获得金属铝的方法为熔炼法。

本发明实施例的一个方面，所述金属铝生产第二阶段包括以下步骤：

混合料制备，在所述铝灰中加入一定量的冷料，形成混合料；

搅拌分离，对所述混合料进行搅拌，直至所述混合料的温度降至第一目标温度，停止搅拌，所述第一目标温度的范围为680℃～700℃；

静置分离，将搅拌后的所述混合料静置预定时间，或静置所述混合料直至所述混合料的温度降到预定温度，待与灰分分离的粘滞金属铝以液态的形式渗出，收集剩余的灰分。

本发明实施例的一个方面，所述灰分处理阶段包括以下步骤：

灰分冷却，将所述灰分的温度降至第二目标温度，所述第二目标温度的范围为50℃～60℃，并在此过程对所述灰分进行搅拌；

目标组分分选，将冷却后的所述灰分按粒度进行分选，获得第一目标组分和第二目标组分，所述第一目标组分的粒度小于所述第二目标组分的粒度。

本发明实施例的一个方面，所述第一目标组分的粒度范围为：0.2mm～5mm。

本发明实施例的一个方面，所述第二目标组分的粒度范围为：5mm～8mm。

本发明实施例的一个方面，所述目标组分分离的步骤中还获得第三目标组分，所述第三目标组分的粒度大于8mm，所述第三目标组分作为所述金属铝生产第一阶段中的原料的至少部分。

本发明实施例的一个方面，所述冷料的至少部分为所述第二目标组分。

本发明实施例的一个方面，所述砌体结构生产阶段包括以下步骤：

复合料制备，将所述第一目标组分和第二目标组分按比例混合获得灰质组分，在所述灰质组分中加入干式粘接剂和结合粉料获得所述复合料，所述干式粘接剂的质量百分含量为0.7wt％～2.5wt％，所述结合粉料的质量百分含量为5wt％～30wt％，其余为所述灰质组分；

压制成型，将所述复合料加入模具中，获得型坯；

烧结，烧结所述型坯，进而获得所述砌体结构。

本发明实施例的一个方面，在所述灰质组分中，所述第一目标组分和第二目标组分的质量之比为1:5～12:1。

本发明实施例介绍的金属铝生产及铝灰处理的方法，将金属铝生产和铝灰的处理相结合，使两者统一为一个整体。在方法实施的过程中各个阶段产生的多种物料分别加以利用，减少金属铝生产过程中的产生的废料的量，并且提高了金属铝的产出率，同时还能达到节能环保的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的金属铝生产及铝灰处理的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的金属铝生产第二阶段的流程示意图；

图3是本发明实施例的灰分处理阶段的流程示意图；

图4是本发明实施例的砌体结构生产阶段的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种金属铝生产方法。图1示出了本发明实施例提供的金属铝生产方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的金属铝生产方法的步骤为：

s1：金属铝生产第一阶段，从含有金属铝的原料和/或含有铝元素的原料中获得金属铝，并收集该过程中生成的铝灰，所述铝灰包括灰分和附着在所述灰分上的粘滞金属铝。

本阶段为金属铝生产的主要阶段。该阶段的原料来源可为多种以及多种原料的混合。例如，所述含有金属铝的原料可为通过其他工艺过程回收的铝制品或者回收铝、二次铝，此种原料中铝主要以单质金属或者合金的形态存在。所述含有铝元素的原料可为冰晶石-氧化铝融盐。或者，可以将上述两种原料按照一定比例混合，作为金属铝生产第一阶段的原料。至于金属铝生产第一阶段的金属铝生产工艺不做严格限制，优选为熔炼法。

可见，本阶段的产物为：金属铝和铝灰。金属铝被收集作为他用，铝灰作为下一步骤的原料。也就是说，本阶段无废料产生，所有产出物均被利用。

s2：金属铝生产第二阶段，对所述铝灰进行处理，分离所述铝灰中的灰分和粘滞金属铝，并分别收集。

本阶段的主要目的为提高金属铝的产出。从前述金属铝生产第一阶段获得的铝灰中含有一定量的粘滞金属铝。该粘滞金属铝包括铝单质及低熔点铝合金。该部分粘滞金属铝具有较高的经济价值，将其进行提取能够提高金属铝的产出率。

由于粘滞金属铝中还可能存在除铝以外的其他低熔点金属，该部分低熔点金属虽然有回收利用的价值，但也一定程度的可被定义为金属铝中的杂质。故此，金属铝生产第二阶段中产出的粘滞金属铝被收集后，可被加入金属铝生产第一阶段中作为原料。

进一步地，粘滞金属铝中的液态铝含量较高，将其加入金属铝生产第一阶段中，能够提高熔炼工艺过程中金属铝的析出率，减少铝灰中粘滞金属铝的含量，使得大部分金属铝在金属铝生产第一阶段中既能够较高程度的被分离出来。提高了熔炼的效率的同时，也减轻了后续铝灰处理的相应步骤的压力。

可见，本阶段的产物为：粘滞金属铝和灰分。粘滞金属铝被收集作为他用，灰分作为下一步骤的原料。也就是说，本阶段无废料产生，所有产出物均被利用。

s3：灰分处理阶段，对所述灰分进行处理，分选出所述灰分中的目标组分。

本阶段的处理物料为金属铝生产第二阶段中产出的灰分。本阶段处理的目的为将灰分按照一定标准进行分级，以使得分级后的灰分作为他用。分级的标准可为灰分的粒度，将粒度适中的组分作为目标组分，其他组分被另外收集作为他用。

可见，本阶段的产物为：多种级别的灰分，每一种级别的灰分均有利用价值，可见，本阶段无污染物产生。

s4：砌体结构生产阶段，以所述目标组分为原料制备复合料，将所述复合料加工为具有固定形态的砌体结构。

本阶段为灰分的主要回收利用阶段。将s3步骤中产出的目标组分从成分方面和/或粒度搭配方面进行调整，使其能够用于生产砌体结构。

本发明实施例中的砌体结构为广义概念，可为主要发挥结构性能的结构性砌体结构，也可为主要用于发挥某一种或者多种功能的功能性砌体结构。

结构性砌体结构包括：砖砌体结构、瓦砌体结构、轴砌体结构、梁砌体结构等。功能性砌体结构包括：耐火砌体结构、高弹性模量砌体结构、耐磨砌体结构、多孔砌体结构等。

如图2所示，本发明实施例中的金属铝生产第二阶段包括以下步骤：

s201：混合料制备，在所述铝灰中加入一定量的冷料，形成混合料。

本步骤中的冷料加入的目的主要有两个：其一，在不影响粘滞金属铝分离的前提下，提高铝灰的降温速度；其二，保证粘滞金属铝被分离时，液态铝的流动性。

故此，本发明实施例中的冷料要求具备以下特点：其一，冷料的温度低于铝灰的温度；其二，冷料的平均粒度大于铝灰的平均粒度。

优选地，所述冷料的温度为相应的铝灰的温度的0.1倍～0.4倍。例如，当铝灰的温度为700℃时，对应的冷料的温度范围为：28℃～70℃。

进一步优选地，所述冷料的平均粒度为所述铝灰的平均粒度的1.1倍～2倍。

在本发明实施例中的技术方案实施时，铝灰中的粘滞金属铝与冷料接触，粘滞金属铝的温度降低，从灰分表面脱离成为液态铝，此时液态铝具有一定的流动性。并且，由于冷料的平均粒度相对于铝灰的平均粒度，使得冷料颗粒之间具有较大的空隙，该空隙能够为液态铝的流出提供通道，提高粘滞金属铝的提取效率，降低灰质中的粘滞金属铝的含量。

进一步优选地，冷料的质量为铝灰的质量的5％～25％。此种物料配比，能提高粘滞金属铝的分离效果的同时，缩短金属铝生产第二阶段所需时间。

在本发明的实施例中，冷料的质量范围根据铝灰的质量范围而定。若铝灰的质量范围∈[0.3t,0.8t)，则加入的冷料的质量范围为铝灰的质量的5％～12％。

若铝灰的质量范围∈[0.8t,1.5t]，则加入的冷料的质量范围为铝灰的质量的15％～25％。

s202：搅拌分离，对所述混合料进行搅拌，直至所述混合料的温度降至第一目标温度，停止搅拌，所述第一目标温度的范围为680℃～700℃。

本步骤中的技术方案，在粘滞金属铝分离过程中对混合料进行搅拌，使得混合料整体具备较好的温度均匀性，而在搅拌装置内，各部位温度均一度较高的条件下更够保证铝灰中的粘滞金属铝均匀的被分离出，保证灰质中的粘滞金属铝较大程度的被分离出。

该目标温度的设计，在所述冷料的温度为相应的铝灰的温度的0.1倍～0.4倍时，将搅拌分离步骤所需的时间控制在12min～17min的范围内。进一步地，在所述冷料的温度为相应的铝灰的温度的0.1倍～0.4倍时，并且冷料的质量为铝灰的质量的5％～25％时，将搅拌分离步骤所需的时间控制在13min～15min的范围内。

s203：静置分离，将搅拌后的所述混合料静置预定时间，或静置所述混合料直至所述混合料的温度降到预定温度，待与灰分分离的粘滞金属铝以液态的形式渗出，收集剩余的灰分。

本步骤中的技术方案，为分离出的粘滞金属铝提供了充分的流出时间。并且，停止搅拌后，由颗粒加大的冷料搭构成的液态铝流出的通道不会被搅拌的操作破坏，而此时的混合料中的粘滞金属铝含量已经很少，粘滞金属铝的析出动力降低，则保持所述通道的畅通能够提高液态铝的流出率。

优选地，静置分离步骤所需时间为2min～15min。当冷料的质量为所述铝灰的质量的10％～20％时，该时间可控制在10min左右。

进一步优选地，预定时间的范围根据铝灰的质量范围而定。

若铝灰的质量范围∈[0.3t,0.8t)，则预定时间的范围为8min～10min。若铝灰的质量范围∈[0.8t,1.5t]，则预定时间的范围为5min～8min。

如图3所示，本发明实施例中的灰分处理阶段包括以下步骤：

s301：灰分冷却，将所述灰分的温度降至第二目标温度，所述第二目标温度的范围为50℃～60℃，并在此过程对所述灰分进行搅拌。

本实施例的冷却方式优选为通过卧式滚筒冷却机进行冷却，则冷却和搅拌步骤可同时进行。搅拌的操作能够使得铝灰颗粒之间充分接触保证降温程度的均匀性。并且，搅拌的操作能够避免灰分在降温过程中团聚在一起，进而避免增加后续分选步骤的工作负担。

本实施例的冷却方式在铝灰的粒度范围在0.2mm～20mm之间时，将第二目标温度的范围定为50℃～60℃，则能够保证后续的分选步骤中不会出现扬尘等现象。

s302：目标组分分选，将冷却后的所述灰分按粒度进行分选，并获得多个组分，所述多个组分包括第一目标组分和第二目标组分，所述第一目标组分的粒度小于所述第二目标组分的粒度。

本实施例的分选手段优选为筛分。分选的设备优选为卧式筛分机，进而能够将灰分一次性分选为多个组分而无需多次操作。灰分按照不同粒度进行收集，收集的产物不仅仅局限于所述第一目标组分和第二目标组分，还可包括其他组分。

优选地，第一目标组分的粒度范围为：0.2mm～5mm，第二目标组分的粒度范围为：5mm～8mm。目标组分分离的步骤中还可获得第三目标组分，所述第三目标组分的粒度大于8mm，所述第三目标组分作为所述金属铝生产第一阶段中的原料的至少部分。灰分中若存在粒度大于8mm的组分，则表明该组分中的粘滞金属铝的含量比较高，还具有回收价值。而该步骤中的灰分已经经过了冷却工艺，其温度较低，进而导致其中的粘滞金属铝的不易提取出。故此，将该部分颗粒较大的组分添加到金属铝生产第一阶段中，重新进行熔炼等工艺操作，提取其中的粘滞金属铝，避免金属铝的浪费。

本实施例的中获得的第二目标组分粒度相对较大、温度较低，可用做混合料制备步骤中的冷料。并且，第二目标组分的粒度较大，但小于第三目标组分的粒度，说明第二目标组分中含有一定量的粘滞金属铝，但是该部分粘滞金属铝的含量很少，即使再对其进行熔炼操作也难以将该部分粘滞金属铝提取出。若将第二目标组分作为冷料，其中的粘滞金属铝能够在液态铝流出时为液态铝提供良好的浸润性，不会因为表面张力的作用使得液态铝呈小液滴状附着在冷料/铝灰上无法流淌。

如图4所示，本发明实施例中的砌体结构生产阶段包括以下步骤：

s401：复合料制备，将所述第一目标组分和第二目标组分按比例混合获得灰质组分，在所述灰质组分中加入干式粘接剂和结合粉料获得所述复合料，所述干式粘接剂的质量百分含量为0.7wt％～2.5wt％，所述结合粉料的质量百分含量为5wt％～30wt％，其余为所述灰质组分。

在本发明的实施例中，所述的灰质组分中，所述第一目标组分和第二目标组分的质量之比的范围为1:5～12:1。灰质组分的选取能够一定程度的决定获得的砌体结构的性能。若所述第一目标组分和第二目标组分的质量之比为2～12:1，则获得的砌体结构具有更好的耐磨性能，但砌体结构的尺寸不宜过大。若所述第一目标组分和第二目标组分的质量之比为1:5～4则获得的砌体结构具有更好的结构性能，使得作为材料，并且，在此范围内获得的砌体结构具有良好的耐火性能，适合作为耐火结构材料，例如耐火砖。

其中，干式粘接剂的制备方法有多种，在一些可选的实施例中，干式粘接剂由烘干木浆废液制得，木浆废液为制备木浆时产生的废液。通过对木浆废液烘干制备干式粘接剂，还能够对木浆废液实现二次回收再利用，减少木浆废液对环境造成的污染。

在一些可选的实施例中，干式粘接剂的质量百分含量为1wt％～2wt％；复合料中灰质的质量百分含量为80wt％～90wt％，结合粉料的质量百分含量为10wt％～20wt％。通过该配方制得的砌体结构中氧化铝成分含量为65％左右的65型砌体结构。

在另一些可选的实施例中，干式粘接剂的质量百分含量为1wt％～2wt％，复合料中灰质的质量百分含量为85wt％～95wt％，结合粉料的质量百分含量为5wt％～15wt％。通过该配方制得的砌体结构中氧化铝成分含量为70％左右的70型砌体结构。

为了制备含氧化铝量更高的砌体结构，在一些可选的实施例中，复合料中还包括氧化铝粉，复合料中灰质的质量百分含量为70wt％～85wt％，结合粉料的质量百分含量为5wt％～20wt％，氧化铝粉的质量百分含量为2wt％～15wt％。通过该配方制得的砌体结构中氧化铝成分含量为大于70％的砌体结构。

在一些可选的实施例中，干式粘接剂的质量百分含量为1wt％～2wt％，复合料中灰质的质量百分含量为75wt％～85wt％，结合粉料的质量百分含量为10wt％～20wt％，氧化铝粉的质量百分含量为2wt％～10wt％。通过该配方制得的砌体结构中氧化铝成分含量为75％左右的75型砌体结构。

在一些可选的实施例中，干式粘接剂的质量百分含量为1.5wt％～2.5wt％，复合料中灰质的质量百分含量为70wt％～80wt％，结合粉料的质量百分含量为10wt％～20wt％，氧化铝粉的质量百分含量为5wt％～15wt％。通过该配方制得的砌体结构中氧化铝成分含量为80％左右的80型砌体结构。

在一些可选的实施例中，干式粘接剂的质量百分含量为1.5wt％～2.5wt％，复合料中灰质的质量百分含量为75wt％～85wt％，结合粉料的质量百分含量为5wt％～15wt％，氧化铝粉的质量百分含量为5wt％～15wt％。通过该配方制得的砌体结构中氧化铝成分含量为85％左右的85型砌体结构。

s402：压制成型，将所述复合料加入模具中，获得型坯。

其中，型坯可以是任意的性状，例如方形、球形、柱形、异形等，本发明不作限制。可以采用压力机将混合物料压制成型，优选型号为8000吨的液压机进行压制成型。型坯的形状尺寸通过模具进行控制。

s403：烧结，烧结所述型坯，进而获得所述砌体结构。

在一些可选的实施例中，步骤s403还包括：

步骤s1031：烘干步骤，在60℃～160℃下对型坯烘干20～26小时，以得到干燥型坯。

步骤s1032：成形步骤，在1300℃～1700℃温度下对干燥型坯烧结6～16小时，以得到砌体结构。

在这些可选的实施例中，在烧结步骤之前还对型坯进行烘干，形成干燥型坯，通过在60～160℃下对型坯烘干20～26小时，使得形成的干燥型坯中水分含量较低，防止在较高温度下烧结处理时，较高的水分使得得到的砌体结构产生裂纹，影响砌体结构的强度。其中，可以在隧道窑中对型坯进行干燥，干燥型坯中含水的质量百分含量优选为1％以下，更优选为0.5％以下。

其中，成形步骤中的温度可以根据混合物料的配方进行选择，优选的，成形步骤中的温度与混合物料中灰质的质量百分含量成正比，使得在保证烧结充分的同时，还能够防止能源浪费。烧结方式在此不做限定，当型坯呈球形时，选用回转窑进行烧结；当型坯呈砖形时，选用高温隧道窑进行烧结。

在一些可选的实施例中，在混合物料中，干式粘接剂的质量百分含量为1wt％～2wt％，复合料中灰质的质量百分含量为80wt％～90wt％，结合粉料的质量百分含量为10wt％～20wt％，成形步骤中的温度为1350℃～1390℃。

在一些可选的实施例中，混合物料中，干式粘接剂的质量百分含量为1wt％～2wt％，复合料中灰质的质量百分含量为85wt％～95wt％，结合粉料的质量百分含量为5wt％～15wt％，成形步骤中的温度为1390～1410℃。

在一些可选的实施例中，在混合物料中，干式粘接剂的质量百分含量为1wt％～2wt％，复合料中灰质的质量百分含量为75wt％～85wt％，结合粉料的质量百分含量为10wt％～20wt％，氧化铝粉的质量百分含量为2wt％～10wt％，成形步骤中的温度为1410～1450℃。

在一些可选的实施例中，在混合物料中，干式粘接剂的质量百分含量为1.5wt％～2.5wt％，复合料中灰质的质量百分含量为70wt％～80wt％，结合粉料的质量百分含量为10wt％～20wt％，氧化铝粉的质量百分含量为5wt％～15wt％，成形步骤中的温度为1450～1500℃。

在一些可选的实施例中，在混合物料中，干式粘接剂的质量百分含量为1.5wt％～2.5wt％，复合料中灰质的质量百分含量为75wt％～85wt％，结合粉料的质量百分含量为5wt％～15wt％，氧化铝粉的质量百分含量为5wt％～15wt％，成形步骤中的温度为1500℃～1600℃。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。