一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法

本发明涉及冶金和固体废弃物资源化领域，尤其涉及一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法。

背景技术：

1、煤炭作为我国的主要能源，在保障国民经济和国家安全方面至关重要。煤矸石是煤炭开采和原煤洗选过程中排放的黑灰色沉积岩，煤矸石占原煤质量的15％～25％。煤矸石的主要化学成分为sio2、al2o3、fe2o3和碳，还包括少量cao、mgo、k2o和na2o等，其中sio2和al2o3的质量分数约占50％～90％。煤矸石中丰富的铝硅元素使其可作为替代原料合成铝硅合金，从而缓解我国高品位铝土矿资源稀缺的现状。

2、铝硅合金的主要制备方式包括熔配法、碳热还原、熔盐电解三种方法。熔配法是将工业纯铝锭及单质硅置于高温熔炼炉中加热混合制备产品，该方法整体流程长，能耗高，且由于铝硅比重差异易导致合金均一性较差；碳热还原法的反应温度高、能耗高、合金纯度低；而熔盐电解法使用二氧化硅和氧化铝为原料，通过一步电解获得铝硅合金，工艺流程短，是一种先进的制备铝硅合金的方法。

3、然而，煤矸石中常有fe2o3、碳等杂质，当以煤矸石作为原料，采用熔盐电解法制备铝硅合金时，由于fe2o3的电解电位低于sio2和al2o3，在沉积铝硅合金的过程中铁杂质易会混入其中，影响合金纯度及物理特性，而碳则会浮于电解质表面，影响电解质性质。因此，煤矸石中fe2o3、碳杂质的去除是至关重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法，本发明提供的煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法，能够充分除去煤矸石中fe2o3、碳杂质，制备得到高纯度的铝硅合金。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法，包括以下步骤：

4、(1)将煤矸石煅烧后进行粉磨，得到煤矸石粉末；

5、(2)将所述步骤(1)得到的煤矸石粉末进行酸浸处理，得到滤渣；

6、(3)将所述步骤(2)得到的滤渣与氧化铝和冰晶石混合后加热至熔融状态，得到电解质；

7、(4)将所述步骤(3)得到的电解质进行电解，得到铝硅合金。

8、优选的，所述步骤(1)中煅烧的温度为650～980℃，煅烧的时间大于1h。

9、优选的，所述步骤(1)中煤矸石粉末的粒径小于0.075mm。

10、优选的，所述步骤(2)中酸浸处理所用酸液的质量浓度为15％～26％；酸浸处理的固液比为(5:1)～(23:1)。

11、优选的，所述步骤(2)中酸浸处理的温度为60～98℃，酸浸处理的时间为0.5～4.5h。

12、优选的，所述步骤(3)中的冰晶石为工业级冰晶石，分子比为2.1～2.7。

13、优选的，所述步骤(3)中的加热的温度为915～1000℃，加热的时间为30～40min。

14、优选的，所述步骤(3)得到的电解质中，二氧化硅的质量百分数为0.5％～5.5％，氧化铝的质量百分数为1.2％～3.7％，其余为冰晶石。

15、优选的，所述步骤(4)中电解的温度为915～1000℃，电解的时间大于1h。

16、优选的，所述步骤(4)中电解的阳极和阴极均为高纯石墨，所述阳极电流密度为0.5～1.1a/cm2。

17、本发明提供了一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法，包括以下步骤：(1)将煤矸石煅烧后进行粉磨，得到煤矸石粉末；(2)将所述步骤(1)得到的煤矸石粉末进行酸浸处理，得到滤渣；(3)将所述步骤(2)得到的滤渣与氧化铝和冰晶石混合后加热至熔融状态，得到电解质；(4)将所述步骤(3)得到的电解质进行电解，得到铝硅合金。本发明通过对煤矸石进行煅烧实现脱碳，除去煤矸石中的碳杂质；将脱碳后的煤矸石进行酸浸处理，将固态中的铁转移至液态中，实现煤矸石中氧化铁杂质的脱除，最后与氧化铝和冰晶石混合进行电解得到高纯度的铝硅合金。实施例的结果显示，本发明提供的铝硅合金中残碳的质量分数低于0.01％，铁的质量分数低于0.05％。

技术特征：

1.一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中煅烧的温度为650～980℃，煅烧的时间大于1h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中煤矸石粉末的粒径小于0.075mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中酸浸处理所用酸液的质量浓度为15％～26％；酸浸处理的固液比为(5:1)～

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中酸浸处理的温度为60～98℃，酸浸处理的时间为0.5～4.5h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的冰晶石为工业级冰晶石，分子比为2.1～2.7。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热的温度为915～1000℃，加热的时间为30～40min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)得到的电解质中，二氧化硅的质量百分数为0.5％～5.5％，氧化铝的质量百分数为1.2％～3.7％，其余为冰晶石。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中电解的温度为915～1000℃，电解的时间大于1h。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中电解的阳极和阴极均为高纯石墨，所述阳极电流密度为0.5～1.1a/cm2。

技术总结
本发明提供了一种煤矸石熔盐电解制备铝硅合金的方法，属于冶金和固体废弃物资源化领域。本发明通过对煤矸石进行煅烧实现脱碳，除去煤矸石中的碳杂质；将脱碳后的煤矸石进行酸浸处理，将固态中的铁转移至液态中，实现煤矸石中氧化铁杂质的脱除，最后与氧化铝和冰晶石混合进行电解得到高纯度的铝硅合金。实施例的结果显示，本发明提供的铝硅合金中残碳的质量分数低于0.01％，铁的质量分数低于0.05％。

技术研发人员：乔秀臣,邓志强
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17