一種從含鋁原料中制備金屬鋁的方法

專利名稱：一種從含鋁原料中制備金屬鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬冶金領(lǐng)域，特別是提供了一種從含鋁原料中通過碳熱還原一 金屬浸出一真空蒸餾提鋁的方法。
二背景技術(shù)：
我國(guó)鋁土礦資源十分豐富，主要是高鋁、高硅、低鐵(也有少部分含鐵量高的)， 并且大量是一水硬鋁石型的。礦石的鋁硅比多數(shù)在4 7之間，鋁硅比在10以上的優(yōu) 質(zhì)鋁土礦相對(duì)少些。目前所生產(chǎn)的金屬鋁，主要是從鋁礦或其他含鋁原料中提煉氧化 鋁，再通過氧化鋁生產(chǎn)電解鋁。大部分得金屬鋁得生產(chǎn)采用拜耳——冰晶石-氧化鋁 熔鹽電解法，當(dāng)前世界上95%鋁土礦通過拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，而90%以上的氧化鋁用 于冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁。而電解法煉鋁對(duì)原料純度要求高、能耗高、 污染嚴(yán)重(放出大量氟、氟化物和瀝青煙)、電能利用率低、槽生產(chǎn)能力小、投資大 等缺點(diǎn)。
粉煤灰是一種含氧化鋁二次資源，隨著燃煤規(guī)模的不斷擴(kuò)大，粉煤灰排放量急劇 增長(zhǎng)。目前，我國(guó)每年排放量3億噸粉煤灰，全國(guó)累計(jì)堆放量已達(dá)30億噸，折合成 金屬鋁約為3億噸。由于缺乏有效的使用辦法，致使大量粉煤灰閑置堆積，造成嚴(yán)重 資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
碳熱法煉鋁起源于上世紀(jì)中葉，是一種非電解煉鋁的短流程煉鋁方法，它將電解 法的平面反應(yīng)變成立體反應(yīng)，但該法只能得到鋁硅合金。我國(guó)在60年代進(jìn)行過工業(yè) 實(shí)驗(yàn)，得到含鋁60%的鋁硅合金。鋁硅合金在煉鋼脫氧、某些金屬氧化物的還原和配 制鋁硅盟合金等方面，已代替相當(dāng)數(shù)量的純鋁和工業(yè)硅，得到成功的應(yīng)用。 一直以來 國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁一硅合金提取金屬鋁做了大量的研究，尚無從碳熱鋁硅合金中提取純鋁的 經(jīng)濟(jì)有效方法。
目前公開的一些相關(guān)的專利主要有專利CN1443712公開了一種綜合利用煤奸 石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的方法，把現(xiàn)有的煤矸石發(fā)電工藝、電解鋁工藝以及改進(jìn)了的 粉煤灰制成Al203工藝結(jié)合起來，矸石電廠生產(chǎn)的電作為電解鋁和其它動(dòng)力用電的能 源，所產(chǎn)生的粉煤灰作為生產(chǎn)Ab03的原料，Al203又是電解鋁的原料，這樣進(jìn)入本
系統(tǒng)的主要原料是煤矸石，經(jīng)過各種工藝過程，從本系統(tǒng)出來的主要產(chǎn)品是氫氧化鋁、
3氧化鋁和電解鋁。
專利CN1424256公開了一種含鐵鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁工藝，采取的技術(shù)方案是"先 鐵后鋁"的方法，先將鐵從礦石中提取出來，然后再生產(chǎn)氧化鋁，使礦石中的鐵和鋁 能有效回收。將鋁酸鈣爐渣熔體進(jìn)行控制冷卻凝結(jié)，得到Al203主要以12CaO *7A1203 形式存在的鋁酸鈣爐渣，然后將該渣進(jìn)行浸出、過濾、過濾洗滌、脫硅、碳酸化分解、 過濾分離、蒸發(fā)、洗滌、煅燒得到氧化鋁。
專利CN101125656公開了一種從粉煤灰中先提硅后提鋁的方法。它是以質(zhì)量濃 度大于40%的NaOH溶液浸取粉煤灰，春其中的硅以硅酸鈉的形式溶出，分離后得 到硅酸鈉溶液和鋁硅比》2的堿浸渣，溶出的硅酸鈉溶液蒸濃成不同濃度的硅酸鈉溶 液，或者利用碳分的方法制備白炭黑，堿浸渣以堿石灰燒結(jié)法或石灰石燒結(jié)法生產(chǎn) Al(OH)3并進(jìn)而生產(chǎn)A1203。
專利CN1757779公開了一種鋁硅合金制造新工藝。其主要發(fā)明為(l)將氧化鋁、 碳質(zhì)還原劑粉碎烘干備用；(2)去除經(jīng)粉碎烘干氧化鋁粉原料中的鐵份；(3)按成品合 金中鋁、硅成分含量要求計(jì)算出生產(chǎn)中所需氧化鋁、硅石及碳質(zhì)還原劑的重量；(4) 將上述經(jīng)除鐵之氧化鋁、碳質(zhì)還原劑按計(jì)算量投入攪拌機(jī)攪拌均勻備用；(5)將混合原 料經(jīng)雙輥軋制機(jī)軋制成球團(tuán)備用；(6)將球團(tuán)與硅石及碳質(zhì)還原劑按比例配制均勻后， 均一投入爐內(nèi)，可同時(shí)投入木炭或苞米棒芯，保持熔解過程中的透氣性；(7)視現(xiàn)場(chǎng)情 況而定，熔煉2 3小時(shí)即可出爐，先放入帶有保溫功能的臺(tái)包車中，待出爐完畢后， 倒入鑄模中鑄成鋁硅合金錠成品。
專利CN1614043公開一種3500KVA礦熱爐冶煉硅鋁鐵合金的方法，包括選料、 配料、熔煉及出爐澆注等步驟，所選原料包括鋁礬土、硅石、煤、鐵屑；在配料步驟
中，將選料步驟中所選的原料按照鋁礬土 硅石煤鐵屑=46 : 2.5 : 45: 6.5的重
量百分比例混勻；在熔煉步驟中，將配料步驟中所配的爐料一次性加入礦熱爐內(nèi)熔煉。 專利CN1657640公開一種用粉煤灰為原料生產(chǎn)鋁硅鐵合金的方法，該方法以粉
煤灰為原料，以煤泥和石油焦為還原劑，粉煤灰重量百分比含量為50 70%，煤泥和
石油焦重量百分比含量為20 40%，加入重量百分比含量為5 8%廢紙漿液和重量
百分比含量為1 4%鋇鈣復(fù)合添加劑。
也有文獻(xiàn)報(bào)道，電爐煉鋁產(chǎn)生的Al-Si-Fe合金，也可采用加入Mn除Fe的方法
進(jìn)行凈化，如向鋁硅鐵合金中加入Mn或Mn合金，使之形成金屬互化物FeMnAl4Si
而析出于固相中。 三、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種從含鋁原料中，通過碳熱還原得到含40~60%A1、 20~40%Si、 0.5~2%Fe的合金，該Al-Si-Fe合金在一定條件下通過金屬鋅熔液浸出得 到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金，通過真空蒸餾合金得到金屬鋁及金屬鋅和硅鐵合金。
其工藝流程見附圖l，其按以下步驟完成
(1) 將鋁礦、還原劑及粘接劑按重量比1:0.2-0.54:0.08-0.23混和、制團(tuán)、干燥至 水分低于3%，在2100 2300。C下熔煉1.5~2小時(shí)，原料中的八1203、 Si02、 Fe20;(被還 原，制得Al-Si-Fe合金，其成份為40 60%A1、 20 40%Si、 0.2~1.5%Fe。
(2) 將Al-Si-Fe合金在45(TC 65(TC條件下，用金屬鋅熔液進(jìn)行浸出，得到Zn-Al 合金及Zn-Si-Fe合金，浸出過程中，Al-Si-Fe合金中85 95%的鋁進(jìn)入Zn-Al合金；
(3) 鋅熔液浸出得到的Zn-Si-Fe合金，在600 800。C，壓強(qiáng)低于30Pa，真空蒸餾 60 90min，得到較純的金屬鋅和硅鐵合金，金屬鋅液可返回鋅液浸出工序循環(huán)使用；
(4) 鋅熔液浸出得到的Zn-Al合金，在700~1000°C，壓強(qiáng)低于30Pa，真空蒸餾30 50min，鋁中的鋅含量可降至0.3%以下。鋅液返回金屬浸出工序循環(huán)使用。
與公知技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
本發(fā)明可以采用自然界廣泛存在的含氧化鋁和氧化硅的礦物資源，大大擴(kuò)展了原 料來源，實(shí)現(xiàn)從低品位含鋁原料中短流程提取金屬鋁的短流程以及鋁、硅、鐵等金屬 資源的綜合利用；電熱法煉鋁產(chǎn)生的鋁硅鐵合金采用金屬鋅熔液進(jìn)行浸出，能從鋁硅 鐵合金實(shí)現(xiàn)鋁硅的分離；采用真空蒸餾法處理，并能實(shí)現(xiàn)鋅鋁合金及鋅硅鐵的有效分 離，得到金屬鋁、金屬鋅及硅鐵合金，并且整個(gè)反應(yīng)過程在真空中進(jìn)行，對(duì)環(huán)境污染 小。
四

圖l是工藝流程圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:將高嶺土 (其主要成分重量百分比為Al203 38.6%， Fe2O30.6， Si02 43%，)，煙煤及亞硫酸鹽紙漿按重量比例1:0.3:0.08混和，為使還原過程順利進(jìn)行， 物料粒度應(yīng)磨至0.3mm以下，并制備團(tuán)塊，干燥至水分低于3%后，在礦熱電爐內(nèi)進(jìn) 行熔煉，原料中的Al203、 Si02、 Fe203在220(TC下被還原，而制得Al-Si-Fe合金， 其成份為55.55%A1、 29.76%Si、 1.23%Fe、其它13.43%;分別把2920g金屬鋅和780g 的Al-Si-Fe合金，融化成為熔融狀，把Al-Si-Fe合金熔液加入鋅熔液中并攪拌,每次往 鋅液中加70~80g熔化的Al-Si-Fe合金，保溫20min，此時(shí)在坩堝的表面生成上浮渣 物質(zhì)，即為Zn-Si-Fe合金，而Al-Si-Fe合金中的A185。/。被Zn液浸出，進(jìn)入Zn-Al合 金殘留在坩堝下部；Zn-Si-Fe合金在800°C，爐內(nèi)的壓強(qiáng)低于30Pa，蒸餾時(shí)間60min
5的條件下真空蒸餾；得到較純的金屬鋅和硅鐵合金，金屬鋅液可返回鋅液浸出工序循
環(huán)使用；鋅液浸出得到的Zn-Al合金，在700°C，壓強(qiáng)低于30Pa，進(jìn)行真空蒸餾40min， 鋁中的鋅含量可降至0.3%。鋅液返回金屬浸出工序循環(huán)使用。
實(shí)施例2:原料與例l相同。原料、煙煤及亞硫酸鹽紙漿按重量比例1:0.45:0.15 混和，物料粒度應(yīng)磨至0.5mm以下，并制備團(tuán)塊，干燥至水分低于3%，在礦熱電爐 內(nèi)進(jìn)行熔煉，原料中的八1203、 Si02、 Fe203在210(TC下被還原，而制得Al-Si-Fe合 金;分別把900g鋅和117g大塊Al-Si-Fe合金合金熔液加入鋅液中并攪拌，保溫10min， 此時(shí)在坩堝的表面生成Zn-Si-Fe合金，而Zn-Al合金則殘留在柑堝下部，得到Zn-Al 合金800g，上層渣(Zn-Si-Fe合金):290g， Al-Si-Fe合金中的A185。/。被Zn液浸出， 進(jìn)入Zn-Al合金；Zn-Si-Fe合金在60(TC，壓強(qiáng)低于30Pa，蒸餾卯min;得到較純的 金屬鋅和硅鐵合金，金屬鋅液可返回鋅液浸出工序循環(huán)使用；鋅液浸出得到的Zn-Al 合金，在100(TC，壓強(qiáng)低于30Pa，真空蒸餾30min;鋁中的鋅含量可降至0.1%。鋅 液返回金屬浸出工序循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1、一種從含鋁原料中制備金屬鋁的方法，其特征在于其按以下步驟完成，(1)將鋁礦、還原劑及粘接劑按重量比1∶0.2～0.54∶0.08～0.23混和、制團(tuán)、干燥至水分低于3％，在2100～2300℃進(jìn)行熔煉1.5～22小時(shí)，制得Al-Si-Fe合金；(2)將Al-Si-Fe合金在450℃～650℃條件下，用金屬鋅熔液進(jìn)行浸出，得到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金；(3)鋅熔液浸出得到的Zn-Si-Fe合金，在600～800℃，壓強(qiáng)低于30Pa，真空蒸餾60～90min，得到金屬鋅和硅鐵合金，金屬鋅液可返回鋅液浸出工序循環(huán)使用；(4)鋅熔液浸出得到的Zn-Al合金，在700～1000℃，壓強(qiáng)低于30Pa，真空蒸餾后30～50min，鋅液返回金屬浸出工序循環(huán)使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含鋁原料中制備金屬鋁的方法，其特征在于所述 的還原劑是煙煤,所述的粘接劑是亞硫酸鹽紙漿。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的從含鋁原料中制備金屬鋁的方法，其特征在于 所述原料為高嶺土，其主要成分重量百分比為Al203 38.6%， Fe2O30.6， Si0243%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從含鋁原料中制備金屬鋁的方法。從含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃的原料中，通過碳熱還原得到含40～60％Al、20～40％Si、0.5～2％Fe的合金，該Al-Si-Fe合金再通過金屬鋅熔液浸出得到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金，合金進(jìn)行真空蒸餾得到金屬鋁及金屬鋅和硅鐵合金，金屬鋅液可返回鋅液浸出工序循環(huán)使用。采用金屬鋅熔液進(jìn)行浸出，能從鋁硅鐵合金中實(shí)現(xiàn)鋁硅的有效分離；采用真空蒸餾法處理，能實(shí)現(xiàn)鋅鋁合金及鋅硅鐵的有效分離，實(shí)現(xiàn)從低品位含鋁原料中提取金屬鋁以及鋁、硅和鐵等金屬資源的綜合利用；整個(gè)反應(yīng)過程在真空中進(jìn)行，對(duì)環(huán)境污染小。
文檔編號(hào)C22B21/00GK101476047SQ200910094039
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者劉大春, 劉媛媛, 劉永成, 夏侯斌, 徐寶強(qiáng), 戴永年, 李一夫, 斌 楊, 博 秦, 謝克強(qiáng), 賈國(guó)斌, 勇 鄧, 馬文會(huì) 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)