用含硅酸、钛酸和铁的氢氧化铝制备铝的方法及该方法用于制备铝和铝合金技术

公开了一种生产铝的方法，即从含有硅酸、钛酸和铁的羟基氧化铝类中生产铝，其步骤如下：提供具有下列组成的颗粒状起始原料：Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］－８５．０到９５．０重量百分比，ＳｉＯ↓［２］－２．０到７．０重量百分比，ＴｉＯ↓［２］－２．０到５．５重量百分比，Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］－１．０到２．５重量百分比，剩余组分由其它一些一般成分组成，.煅烧起原料，温度在８００和１４００℃之间，.粉碎煅烧过的起始原料至颗粒大小为０．１到１２０μｍ，优选１到１００μｍ，.混合经粉碎，煅烧过的起原料与助熔剂，及.用已知方法熔化助熔电解。以及应用含有硅酸，钛酸和铁的羟基氧化铝生产铝和铝合金，而不必制造高纯氧化铝作为中间产品，该羟基氧化铝有以下组成：Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］－８５．０到９５．０重量百分比，ＳｉＯ↓［２］－２．０到７．０重量百分比，ＴｉＯ↓［２］－２．０到６．０重量百分比，Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］－１．０到２．５重量百分比，剩余组分由其它一般成分构成。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是，不用高纯氧化铝作为中间产物，从含硅酸、钛酸和铁的氢氧化铝中制备铝以及把含硅酸、钛酸和铁的氢氧化铝应用于制备铝和铝合金的方法。现在，几乎完全靠电解氧化铝的熔融冰晶石(即六氟合铝酸三钠)溶液来制造铝。所用的氧化铝必须很纯，并且铝的制造必然要分为两个工序，即纯氧化铝的分离和电解本身。首先，按Bayer该将铝矾土块粉碎、干燥和磨成细粉，在高压釜中以被称为管加热浸提的连续过程，通过浓氢氧化钠与其及铁、硅、钛等的氧化物作用，使铝矾土转化为铝酸钠，不溶的剩余物便是所谓的红泥。当与铝酸钠加入晶种、冷却至低于90℃、并以水稀释时，晶状的水铝氧便以γ-氢氧化铝的形式沉淀出来。既可在管式旋转炉中，也可于流化床炉内在1200-1300℃下，把它完全脱水。然后，将干燥的氧化铝与10-20倍量的人造冰晶石混合，并在电解槽中通过用直流电使它分解。在作为阴极的衬碳室的底部收集熔融的铝。在熔体之下，铝受到保护从而避免重新氧化。上述的Bayer法产出高纯氧化铝，即一种含0.015-0.025％的二氧化硅，0.01-0.03％的氧化铁(III)，0.003-0.008％的氧化钛(IV)，还会被测为氧化钙、氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化钒、氧化铬、氧化铜、氧化磷等杂质以及在提纯过程中被引入的外加杂质氧化钠和氧化铍的氧化铝。由非精选的高岭土熔炼硅-铝合金是已知的，有关论文已刊载于“TSVETNYEMET(non-ferrous metals)，Issue No.6，June 1966，PP.60-63”中，在“SOVIET JNONFERROUS METALS，June 1966，pp.66-70”里，也发表了一篇内容基本上相同的论文。对一种含43％的氧化铝，53.7％的二氧化硅，以及各相当于1％的氧化钛和氧化铁的锻烧物料，应用适当的还原剂，可能获得由65-70％的铝和30-35％的硅所组成的铝-硅合金。这种方法涉及到利用高岭土与无烟煤和钢片来生产中间产物人造刚玉，即α-氧化铝。经这一步之后，通过熔炼才得到了一种约含53％的铝的铝-硅合金，这些步骤对不预先加工中间产物氧化铝而生产铝，既无详细说明，也未明白地提出一种方法，至于利用含硅酸、钛酸和铁的羟基氧化铝作为起始原料，亦未提出他们的建议。德国专利4 98 616涉及到一种由未经加工的铝矾土或者硅酸铝获取纯的硅-铝合金的方法。据其所述，是把这些原料置于Héroult-Kiliani槽中，将其直接进行电解，便可得到粗铝。这种粗铝是以包含铝和硅在内的铝铁金属互化物的合金的形式存在的。在某温度下，硅，铝硅-铁金属互化物，或其两者；铝铁金属互化物，或铝铁金属互化物和铝硅-铁金属互化物，或者分别地；铝，铝铁金属互化物，或其两者，均以固相存在于铝-硅熔体之中。在此温度下，它们都可经离心而被分离。然而，与本专利技术相比较，由于它加进了离心的步骤，故该法在技术上是不利的，而且在与该专利技术相应的方法中，既未能得到任何方面的启示，亦未从中获得应用。在展示给公众查阅的德国文件26 06 979中，涉及到一种用锻烧氧化铝以电解还原来制造铝的方法。据其所述，被装进电解还原槽的氧化铝，以重量计，一次装填量为其所能盛全部氧化铝总量的2-50％，氧化铝颗粒的大小为5000-150μm(微米)，它是由一般测量均小于44μm(微米)的细粒经压制而成的。该工艺过程涉及到，把未加工的氧化铝压制到特定大小的颗粒作为必要条件，因此它也是有缺点的，就本专利技术而言，这并不是必需的。因之，按照本专利技术及其应用的方法，都不能从这一文件中自然而然地推论出来。在“METALORGIYA KOKSOKHIM MEZHVED RESP N-T SB，1965，Issue No.3、pp.101-105”的题为“在炉料中不用氧化铝制造初级产品硅-铝合金(Silomin)的方法”的论文中涉及到，在电解条件下高岭土、铁片和无烟煤的转化。用这一方法，可生产出硅-铝-铁-钛合金，据该文所述，其中铝的重量百分数的极限最大值为47.8。这一披露与前述刊物“TSVETNYE”和“METALORGIYA”所提供的基本上一致。在制造铝的方法的范围内，该论文既未披露也未明白地提出对含重量至少为85％铝的起始原料的应用。此外，该法也以还原剂和无烟煤一齐加入为条件，就本专利技术而言，并不需要这些措施。本专利技术是以提出一种从含硅酸、钛酸和铁的羟基氧化铝中来制造铝的方法为己任，因而取消了用Bayer法制造高纯氧化铝的工艺，而该法对传统的铝的制造来说，却是必不可少的。这种方法，不仅在技术上较易于设计，而且也不会产出作为滤渣的红泥。该滤渣通常作为硅酸铝钠、氧化铁和氧化钛的一种混合物而被处理成为地面填料。虽然，为此目的而建立的技术确保无害排出滤渣，但鉴于地面对地面填料的需要，自然是希望使滤渣变得有用。尽管在该方面作出了相当大的努力，但迄今这些物质只有相当小的部分得到了成功的利用。例如，把它用于道路建设的填充物，或者用作水泥的添加剂。从红泥分离出它的组分的工艺，在理论上是可能的，但时至今日也仍然是不经济的。目前，仅考虑能源消耗，在氧化物生产中，每生产1吨氧化物，仍需消耗大于10GJ(即10×109焦耳)的能量。如果考虑到一个现代氧化物生产厂的生产能力很可能保持生产0.5-1百万吨或者更多的氧化物，这将需要一笔巨额的能量。该任务已由权利要求1中所述的特征而解决。因此在专利技术涉及制造铝的方法，即以含有硅酸，钛酸及铁的羟基氧化铝类生产铝，其步骤如下.提供颗粒起始原料，其组成如下Al2O385.0到95.0 重量百分比，SiO22.0到7.0 重量百分量比，TiO22.0到5.5 重量百分比，Fe2O31.0到8.5 重量百分比，剩余组分由其它一般成分构成，.煅烧起始原料，温度在800到1400℃之间，.粉碎至0.1到120μm的颗粒大小，优选1到100μm，.将经粉碎煅烧过的起始原料与助熔剂混合，并.用已知方法熔化助熔电解(smelting flux electrolysis)。在优选实施方案中围绕人造生成的或自然存在的铝矾土基料，上述起始原料由含硅酸，钛酸和铁的羟基氧化铝组成。这一例子是水铝石，也就是羟基氧化铝，它是希腊铝矾土的主要成分。在另外的情况下，也可发现事实上它以很好的结晶形式而存在，称为密苏里水铝石。是非热带铝矾土的主要成分的勃姆石，或水铝氧，γ-Al(OH)3，也可用作起始原料。下一步，在800至1400℃，优选在1000和1300℃之间，特别优选在1200℃的温度下，煅烧这些形成的颗粒，以便使剩余潮气减少到小于5％，优选小于3％，更优选残留水含量减小到约1％至2％。这类煅烧即氢氧化物脱水成氧化物，通常是在由气、油、煤、焦碳直接燃烧的流化床或管式旋转炉中完成的，应用不同类型的煅烧炉是由所用的块状起始原料的类型决定的。颗粒大小为10到40mm的起始原料使用管式旋转炉，颗粒大小为20至80mm的起始原料使用竖式炉，颗粒大小为100至400mm的起始原料使用周期层炉(periodic layer funace)。在优选的实施方案中围绕人造生成的或自然存在的铝矾土-基料，上述起始原料由含硅酸，钛酸和铁的羟基氧化铝组成。这一例子是水铝石，也就是羟基氧化铝，它是希腊铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造铝的方法，以含有硅酸，钛酸及铁的羟基氧化铝生产铝，其步骤如下：提供其组成如下的颗粒起始原料：Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］ ８．０到９５．０重量百分比，ＳｉＯ↓［２］ ２．０到７．０重量百分比，ＴｉＯ↓［２］ ２．０到５．５重量 百分比，Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］ １．０到２．５重量百分比，剩余组分由其它一般成分构成，煅烧起始原料，温度在８００到１４００℃之间，.粉碎煅烧过的起始原料至粒度大小为０．１到１２０μｍ，优选１到１００μｍ，.将粉碎的煅烧过 的起始原料与助熔剂混合，及.用已知方法熔化助熔电解。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔穆特克拉厄，
申请(专利权)人：赫尔穆特克拉厄，
类型：发明
国别省市：DE[德国]