一种从含铝原料中制备金属铝的方法技术

本发明专利技术涉及一种从含铝原料中制备金属铝的方法。从含Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＳｉＯ↓［２］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］的原料中，通过碳热还原得到含４０～６０％Ａｌ、２０～４０％Ｓｉ、０．５～２％Ｆｅ的合金，该Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ合金再通过金属锌熔液浸出得到Ｚｎ－Ａｌ合金及Ｚｎ－Ｓｉ－Ｆｅ合金，合金进行真空蒸馏得到金属铝及金属锌和硅铁合金，金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用。采用金属锌熔液进行浸出，能从铝硅铁合金中实现铝硅的有效分离；采用真空蒸馏法处理，能实现锌铝合金及锌硅铁的有效分离，实现从低品位含铝原料中提取金属铝以及铝、硅和铁等金属资源的综合利用；整个反应过程在真空中进行，对环境污染小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属冶金领域，特别是提供了一种从含铝原料中通过碳热还原一 金属浸出一真空蒸馏提铝的方法。二
技术介绍
我国铝土矿资源十分丰富，主要是高铝、高硅、低铁(也有少部分含铁量高的)， 并且大量是一水硬铝石型的。矿石的铝硅比多数在4 7之间，铝硅比在10以上的优 质铝土矿相对少些。目前所生产的金属铝，主要是从铝矿或其他含铝原料中提炼氧化 铝，再通过氧化铝生产电解铝。大部分得金属铝得生产采用拜耳——冰晶石-氧化铝 熔盐电解法，当前世界上95%铝土矿通过拜耳法生产氧化铝，而90%以上的氧化铝用 于冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝。而电解法炼铝对原料纯度要求高、能耗高、 污染严重(放出大量氟、氟化物和沥青烟)、电能利用率低、槽生产能力小、投资大 等缺点。粉煤灰是一种含氧化铝二次资源，随着燃煤规模的不断扩大，粉煤灰排放量急剧 增长。目前，我国每年排放量3亿吨粉煤灰，全国累计堆放量已达30亿吨，折合成 金属铝约为3亿吨。由于缺乏有效的使用办法，致使大量粉煤灰闲置堆积，造成严重 资源浪费和环境污染。碳热法炼铝起源于上世纪中叶，是一种非电解炼铝的短流程炼铝方法，它将电解 法的平面反应变成立体反应，但该法只能得到铝硅合金。我国在60年代进行过工业 实验，得到含铝60%的铝硅合金。铝硅合金在炼钢脱氧、某些金属氧化物的还原和配 制铝硅盟合金等方面，已代替相当数量的纯铝和工业硅，得到成功的应用。 一直以来 国内外对铝一硅合金提取金属铝做了大量的研究，尚无从碳热铝硅合金中提取纯铝的 经济有效方法。目前公开的一些相关的专利主要有专利CN1443712公开了一种综合利用煤奸 石生产氧化铝和电解铝的方法，把现有的煤矸石发电工艺、电解铝工艺以及改进了的 粉煤灰制成Al203工艺结合起来，矸石电厂生产的电作为电解铝和其它动力用电的能 源，所产生的粉煤灰作为生产Ab03的原料，Al203又是电解铝的原料，这样进入本系统的主要原料是煤矸石，经过各种工艺过程，从本系统出来的主要产品是氢氧化铝、3氧化铝和电解铝。专利CN1424256公开了一种含铁铝土矿生产氧化铝工艺，采取的技术方案是"先 铁后铝"的方法，先将铁从矿石中提取出来，然后再生产氧化铝，使矿石中的铁和铝 能有效回收。将铝酸钙炉渣熔体进行控制冷却凝结，得到Al203主要以12CaO *7A1203 形式存在的铝酸钙炉渣，然后将该渣进行浸出、过滤、过滤洗涤、脱硅、碳酸化分解、 过滤分离、蒸发、洗涤、煅烧得到氧化铝。专利CN101125656公开了一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法。它是以质量浓 度大于40%的NaOH溶液浸取粉煤灰，春其中的硅以硅酸钠的形式溶出，分离后得 到硅酸钠溶液和铝硅比》2的碱浸渣，溶出的硅酸钠溶液蒸浓成不同浓度的硅酸钠溶 液，或者利用碳分的方法制备白炭黑，碱浸渣以碱石灰烧结法或石灰石烧结法生产 Al(OH)3并进而生产A1203。专利CN1757779公开了一种铝硅合金制造新工艺。其主要专利技术为(l)将氧化铝、 碳质还原剂粉碎烘干备用；(2)去除经粉碎烘干氧化铝粉原料中的铁份；(3)按成品合 金中铝、硅成分含量要求计算出生产中所需氧化铝、硅石及碳质还原剂的重量；(4) 将上述经除铁之氧化铝、碳质还原剂按计算量投入搅拌机搅拌均匀备用；(5)将混合原 料经双辊轧制机轧制成球团备用；(6)将球团与硅石及碳质还原剂按比例配制均匀后， 均一投入炉内，可同时投入木炭或苞米棒芯，保持熔解过程中的透气性；(7)视现场情 况而定，熔炼2 3小时即可出炉，先放入带有保温功能的台包车中，待出炉完毕后， 倒入铸模中铸成铝硅合金锭成品。专利CN1614043公开一种3500KVA矿热炉冶炼硅铝铁合金的方法，包括选料、 配料、熔炼及出炉浇注等步骤，所选原料包括铝矾土、硅石、煤、铁屑；在配料步骤中，将选料步骤中所选的原料按照铝矾土 硅石煤铁屑=46 : 2.5 : 45: 6.5的重量百分比例混匀；在熔炼步骤中，将配料步骤中所配的炉料一次性加入矿热炉内熔炼。 专利CN1657640公开一种用粉煤灰为原料生产铝硅铁合金的方法，该方法以粉煤灰为原料，以煤泥和石油焦为还原剂，粉煤灰重量百分比含量为50 70%，煤泥和石油焦重量百分比含量为20 40%，加入重量百分比含量为5 8%废纸浆液和重量百分比含量为1 4%钡钙复合添加剂。也有文献报道，电炉炼铝产生的Al-Si-Fe合金，也可采用加入Mn除Fe的方法进行净化，如向铝硅铁合金中加入Mn或Mn合金，使之形成金属互化物FeMnAl4Si而析出于固相中。 三、
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种从含铝原料中，通过碳热还原得到含40~60%A1、 20~40%Si、 0.5~2%Fe的合金，该Al-Si-Fe合金在一定条件下通过金属锌熔液浸出得 到Zn-Al合金及Zn-Si-Fe合金，通过真空蒸馏合金得到金属铝及金属锌和硅铁合金。其工艺流程见附图l，其按以下步骤完成(1) 将铝矿、还原剂及粘接剂按重量比1:0.2-0.54:0.08-0.23混和、制团、干燥至 水分低于3%，在2100 2300。C下熔炼1.5~2小时，原料中的八1203、 Si02、 Fe20;(被还 原，制得Al-Si-Fe合金，其成份为40 60%A1、 20 40%Si、 0.2~1.5%Fe。(2) 将Al-Si-Fe合金在45(TC 65(TC条件下，用金属锌熔液进行浸出，得到Zn-Al 合金及Zn-Si-Fe合金，浸出过程中，Al-Si-Fe合金中85 95%的铝进入Zn-Al合金；(3) 锌熔液浸出得到的Zn-Si-Fe合金，在600 800。C，压强低于30Pa，真空蒸馏 60 90min，得到较纯的金属锌和硅铁合金，金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用；(4) 锌熔液浸出得到的Zn-Al合金，在700~1000°C，压强低于30Pa，真空蒸馏30 50min，铝中的锌含量可降至0.3%以下。锌液返回金属浸出工序循环使用。与公知技术相比的优点及积极效果本专利技术可以采用自然界广泛存在的含氧化铝和氧化硅的矿物资源，大大扩展了原 料来源，实现从低品位含铝原料中短流程提取金属铝的短流程以及铝、硅、铁等金属 资源的综合利用；电热法炼铝产生的铝硅铁合金采用金属锌熔液进行浸出，能从铝硅 铁合金实现铝硅的分离；采用真空蒸馏法处理，并能实现锌铝合金及锌硅铁的有效分 离，得到金属铝、金属锌及硅铁合金，并且整个反应过程在真空中进行，对环境污染 小。四附图说明图l是工艺流程图。五具体实施例方式实施例l:将高岭土 (其主要成分重量百分比为Al203 38.6%， Fe2O30.6， Si02 43%，)，烟煤及亚硫酸盐纸浆按重量比例1:0.3:0.08混和，为使还原过程顺利进行， 物料粒度应磨至0.3mm以下，并制备团块，干燥至水分低于3%后，在矿热电炉内进 行熔炼，原料中的Al203、 Si02、 Fe203在220(TC下被还原，而制得Al-Si-Fe合金， 其成份为55.55%A1、 29.76%Si、 1.23%Fe、其它13.43%;分别把2920g金属锌和780g 的Al-Si-Fe合金，融化成为熔融状，把Al-Si-Fe合金熔液加入锌熔液中并搅拌,每次往 锌液中加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含铝原料中制备金属铝的方法，其特征在于：其按以下步骤完成，　（１）将铝矿、还原剂及粘接剂按重量比１∶０．２～０．５４∶０．０８～０．２３混和、制团、干燥至水分低于３％，在２１００～２３００℃进行熔炼１．５～２２小时，制得Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ合金；　（２）将Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ合金在４５０℃～６５０℃条件下，用金属锌熔液进行浸出，得到Ｚｎ－Ａｌ合金及Ｚｎ－Ｓｉ－Ｆｅ合金；　（３）锌熔液浸出得到的Ｚｎ－Ｓｉ－Ｆｅ合金，在６００～８００℃，压强低于３０Ｐａ，真空蒸馏６０～９０ｍｉｎ，得到金属锌和硅铁合金，金属锌液可返回锌液浸出工序循环使用；　（４）锌熔液浸出得到的Ｚｎ－Ａｌ合金，在７００～１０００℃，压强低于３０Ｐａ，真空蒸馏后３０～５０ｍｉｎ，锌液返回金属浸出工序循环使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，刘大春，徐宝强，邓勇，马文会，戴永年，李一夫，秦博，刘媛媛，贾国斌，夏侯斌，刘永成，谢克强，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]