利用鋁渣制造合金的方法技術(shù)

提供了有效地利用作為工業(yè)廢棄物的鋁含量很低的鋁渣制造鋁合金的方法。將鋁渣的壓塊成型物、塊狀硅石以及塊狀無煙煤，按Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］∶ＳｉＯ↓［２］∶Ｃ＝４０∶３３∶２７的重量比連續(xù)地送入用于生產(chǎn)碳化物的電爐中，該電爐設(shè)有３根直徑為１４００毫米的自耗電極，變壓器容量為３０，０００千伏安，電極的埋入深度約為１米，電弧區(qū)中的溫度保持在２２００～２４００℃，在所述條件下進行熔融還原。當(dāng)鋁渣壓塊的進料達到１７０噸時，可以制得１００噸Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ合金。這種鋁合金在工藝技術(shù)不斷進步、需求多樣化的鋼鐵工業(yè)中可以用作理想的脫氧劑和升溫劑。（*該技術(shù)在2013年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)是關(guān)于。鋁合金可以大致區(qū)分為通過氧化鋁電解而制得的新的錠狀合金和由回收材料制得的再生合金，前者主要用于板材、罐材等，后者可用于壓鑄件、鑄造用材料、煉鐵和煉鋼用的鋁系脫氧劑等。近年來，在利用石油火力發(fā)電等電力成本比較高的國家中已經(jīng)基本上停止采用電解法來精煉鋁，而改由電力成本較低的國家進口鋁材，自己只生產(chǎn)某些必要成分的合金，但是包括再生鋁在內(nèi)，需要將鋁熔化這一點沒有任何變化。在這個熔化工藝過程中，一般要產(chǎn)生3～5%的鋁浮渣，通常，鋁浮渣中含有40～60%的金屬鋁。目前已知的有效利用這些鋁浮渣的方法僅僅是進行粉碎、篩分、分離出鋁的品位較高的部分，將其重新熔煉，回收其中的鋁，至于回收后剩下的殘渣，也就是鋁渣，尚未聽說對其重新利用的方法。這種鋁渣，依粒度大小不同其金屬鋁的含量各異。最近，由于煉鋼和煉鋼工藝中吹煉技術(shù)的進步，粒度在1毫米以下、金屬鋁含量較高(30～50%)的鋁渣已在促進脫硫、脫氧和升溫等方面得到了新的應(yīng)用。另一方面，粒度在100目以下、金屬鋁含量較低(20%以下)的鋁渣只有一部分得到利用，在鋼鐵冶煉過程中代替螢石用作造渣劑。然而，在最近發(fā)展起來的鐵水包(LF)精煉技術(shù)中，上述金屬鋁的含量較低的鋁渣由于含有氮，因而其使用范圍受到很大限制，這樣的鋁渣大部分不能得到重新利用。不能重新利用的鋁渣被作為工業(yè)廢料進行處理，但這些工業(yè)廢料中含有氮化鋁(AlN)，與水接觸會產(chǎn)生氨，帶來一系列問題。目前，管理型的最終處理場比較少，處理費用高漲，因此企業(yè)的經(jīng)營管理受到很大壓力，這是制鋁工業(yè)所面臨的一個嚴峻的問題。本專利技術(shù)就是為了解決上述問題而進行的，其目的是提供，即有效地利用工業(yè)廢棄物-金屬鋁含量較低的鋁渣來制造鋁合金。為了解決上述課題，作為第一項專利技術(shù)的，其主要技術(shù)特征是將由鋁渣的成形物、以二氧化硅為主要成分的塊狀原料和塊狀碳還原劑組成的混合物加入電爐中，通過熔融還原反應(yīng)生成鋁-硅合金。作為第二項專利技術(shù)的，其主要技術(shù)特征是將由鋁渣、以二氧化硅為主要成分的原料和碳還原劑構(gòu)成的混合物加工成型，將所得成形物加入電爐中，通過熔融還原反應(yīng)生成鋁-硅合金。作為第三項專利技術(shù)的，其主要技術(shù)特征是在上述第一項專利技術(shù)或第二項專利技術(shù)的混合物中進一步添加氧化鐵。作為第四項專利技術(shù)的，其主要技術(shù)特征是在上述第一項至第三項專利技術(shù)中的任一混合物中進一步添加電石渣和生石灰中的一種或兩種，從而制成鋁-硅-鈣合金。作為第五項專利技術(shù)的，其主要技術(shù)特征是將采用上述第一項至第三項專利技術(shù)中的任一種方法制得的鋁-硅合金進行晶析分離提純，以提高合金中鋁的含量。本專利技術(shù)中使用的鋁渣、以二氧化硅為主要成分的原料以及碳還原劑，可以分別加工成成形物或塊狀，或者也可以將這三種物料混合后成形，使用所得到的成形物。以塊狀或成形物的形式使用是為了高效率地進行高溫熔融還原反應(yīng)，另外，也是為了改善反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體的透氣性，并使同時生成的鋁、硅、鋁-硅等蒸氣狀的金屬附著在成形物的表面上予以回收。成形物、塊狀物的大小沒有特別的限制，一般地說，20～100毫米大小易于處理，比較理想。如果把它們制成粉末使用，送入電爐時會由于高溫氣流的作用而四處飛散，給操作帶來很大困難。本專利技術(shù)中使用的鋁渣是金屬鋁熔化時在熔融鋁的表面上生成的物質(zhì)，通常用球磨機等設(shè)備將其粉碎，所得粉狀物用旋風(fēng)式集塵器收集起來。這種鋁渣的粒度通常在100目以下，金屬鋁的含量不到20%。本專利技術(shù)中使用的以二氧化硅為主要成分的原料，例如可以是硅石、硅砂、粘土、膨潤土等礦物，二氧化硅的品位最好是在94%以上。在這些礦物中如果使用粘土、膨潤土，在將鋁渣與碳還原劑一起成形的情況下，它們還可以起粘結(jié)劑的作用，十分方便。本專利技術(shù)中使用的碳還原劑，例如可以是無煙煤或焦炭等。此外，在使用混合成形物的情況下，也可以采用焦粉、碳粉。據(jù)推測，氧化鋁的還原反應(yīng)是按下述反應(yīng)過程進行的由②式和③式得到下面的④式在有二氧化硅存在的情況下，在①式的反應(yīng)之前發(fā)生下面⑤式的反應(yīng)，按照⑥式生成鋁-硅合金另外，在Al2O3-SiO2-C體系中加入氧化鐵而形成的體系(第三項專利技術(shù))中，在比較低的溫度下氧化鐵被還原，在氧化鋁的還原過程中由于金屬鐵的存在而使鋁的活度降低。因此，反應(yīng)過程不經(jīng)過生成Al4C3的階段，而是在比不含鐵的體系低大約100℃的溫度下按⑦式進行。Al4O4C(熔體)+3C(固體)→4Al(固體)+4CO……⑦在本專利技術(shù)中，要想得到富鋁的鋁-硅合金，適宜的配料為鋁渣中的Al2O350～60%，SiO240～50%，相對于100份這兩種材料來說，碳還原劑的C為35～40份。如果想要得到富硅的合金，只要把氧化鋁和二氧化硅的比例顛倒過來就行了。在第四項專利技術(shù)中使用的電石渣，如所周知，是以氧化鈣、碳化鈣等為主要成分的物料。另外，在第五項專利技術(shù)中進行的晶析分離。是指將合金制成熔融液，通過過濾提高合金中含鋁量的操作。按照第一至第四項專利技術(shù)制得的鋁合金，例如可以用于煉鋼工藝過程中。舉例來說，可以在沒有電弧加熱裝置的LF精煉爐中作為升溫劑，或者在通常采用過氧化操作的電爐煉鋼過程中作為脫氧劑，以高效率和低成本去除鋼中殘留的氧。按照第五項專利技術(shù)制得的鋁合金，其鋁含量比較高，因此，舉例來說，可以用來作為鑄造用鋁的母合金。下面說明本專利技術(shù)的實施例。實施例1實施例1是第一項專利技術(shù)的一個例子。將表1所示成分的100目以下的鋁渣加工成形得到的40×40×25毫米的壓塊成形物、表1所示成分的20～50毫米大小的塊狀硅石、表1所示成分的20～50毫米大小的塊狀無煙煤，按照Al2O3∶SiO2∶C＝40∶33∶27的重量比連續(xù)地加入一個生產(chǎn)碳化物用的電爐中，該電爐設(shè)有3根直徑為1400毫米的自耗電極，變壓器的容量為30，000千伏安，電極的埋入深度約為1米，電弧區(qū)中溫度保持在2200～2400℃，在這些條件下進行熔融還原。加入的鋁渣成形物達到170噸時，可以制得100噸Al-Si-Fe合金。原料的化學(xué)成分 單位重量%)所得到的合金的成分為Al43.2%、Si39.2%、Fe15.2%、C0.49%、S＜0.01%、P0.03%、N0.02%、Ti0.59%、Cr0.50%、Mn0.23%、Ca0.17%、Mg0.11%、其它(Ni、Zn、Cu、Sn、Pb)。所得合金的成分中，鐵的含量高于反應(yīng)理論值，這是因為在熔融還原反應(yīng)過程中鋼制的電極支柱(殼體材料)受熱而熔損脫落以及生成的金屬熔融液出料時用的鋼制放液材料熔入其中所致。另外，生產(chǎn)每一噸合金消耗的電力平均為13000千瓦小時(KWH)。實施例1中制得的鋁合金可以應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)中，在轉(zhuǎn)爐或沒有電弧加熱裝置的LF精煉爐中作為升溫劑，或者在通常采用過氧化操作的電爐煉鋼工藝過程中作為脫氧劑，脫除鋼中殘留的氧。下面敘述實施例2，該實施例是第二項專利技術(shù)的一個例子。實施例2在上述實施例1所描述的原料中，將硅石粉碎至50目以下用以代替塊狀的硅石，用粉末狀的無煙煤代替塊狀無煙煤，按照與實施例1相同的成分配比，使用紙漿廢液作為粘合劑，制成由鋁渣、硅石和無煙煤構(gòu)成的壓塊(40×40×25毫米)，其常溫強度為100千克/厘米2以上。將這些壓塊送入電爐，在與實施例1相同的條件下進行熔融還原。按照被混合的鋁渣重量計算，當(dāng)送入的壓塊中的鋁渣重量達到160噸時，可以制得100噸Al-Si本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
利用鋁渣制造合金的方法，其特征在于：將由鋁渣的成形物、以二氧化碳為主要成分的塊狀原料以及塊狀的碳還原劑組成的混合物送入電爐中，通過熔融還原反應(yīng)生成鋁－硅合金。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：豐田哲夫，
申請(專利權(quán))人：名星化工株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]