CN103866128A

CN103866128A - 碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金

Info

Publication number: CN103866128A
Application number: CN201410084910.2A
Authority: CN
Inventors: 张立峰; 罗艳; 张瑞
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: CN103866128B

Abstract

本发明为一种碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金的方法，属于铁合金技术领域。本发明按一定比例的赤泥、铁矿石为原料，在电炉中熔炼，引弧加热至熔融态金属液，加适量还原剂碳，必要时需要加入一定铝锭，高效获得铝铁合金，其所获合金组成（质量%）为：C1~5%，Al35~60%，Fe35~60%。该生产工艺的一个独创点就是通过加入适量的铁矿石，来降低铝还原的吉布斯自由能，从而实现矿石直接生产铝铁合金的方法。

Description

碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金

技术领域

本发明属于铁合金冶炼技术领域，是一种碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金的方法。

背景技术

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1～2吨赤泥，其矿物成分复杂。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。

近来，赤泥的综合利用已经引起国内外的重视与关注，有关赤泥的综合利用已报道有：使用赤泥做铺路水泥、塑料填料、土壤改良剂、路基材料及回收其中的金属等，但大多数研究都因为利用量少、效率不高或经济成本高及难以投产工业化。并且由于现在生产铝铁合金都是直接采用铝锭和铁熔炼铝铁合金，其成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型采用碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金的方法。该方法能够处理大量堆积赤泥，充分利用固体废弃物，改善环境；操作简单，生产成本相对现有的技术较低。

本发明的目的是这样实现的：用电炉直接冶炼生产铝铁合金。根据铝的还原特性，氧与铝的亲和力，由吉布斯自由能方程式可得：

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE001

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE002

算出氧化铝的还原反应平衡温度T=2342K，而三氧化二铁的还原反应平衡温度T=911K。铝的还原温度远高于铁的还原温度。在较低温度下，铝反应难以进行，需要辅助其他手段来降低反应温度。当上述两个还原反应按一定比例耦合后，可以明显降低氧化铝的还原温度，为碳热法还原铝土矿和铁矿石直接生产高碳铝铁合金提供了一个理论依据。

本发明的一个特色之处在于利用碳热法还原赤泥直接生产铝铁合金的冶炼过程中加入了铁矿石促进铝的还原反应，比现有的赤泥综合利用技术减少能耗，降低成本。

本发明的碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金的基本步骤如下：所述的铝铁合金的质量组成%为：C 1~5%，Al 35~65%，Fe 30~60%，P≤0.1%，S≤0.04%

（1）采用石灰脱碱的方式对炼铝赤泥进行脱碱预处理，并采用火焰光度计对溶出的K、Na离子进行检测，使溶液中Na元素浓度小于25mg/ml后即得合格的脱碱赤泥；

（2）脱碱赤泥采用浓酸浸出得到氧化铝，保证溶出的氧化铝质量不小于赤泥中氧化铝总质量的90%；

（3）计算所需产品铝铁合金中氧化铝、铁矿石的配比原料量，并称取备用；

（4）称取的原料量装入电炉熔炼，引弧加热原料，至熔融金属液；

（5）称取适量的还原碳加入到熔融金属液中，保持在1450~1700℃温度范围内，熔炼2~4h；

（6）若该铝铁合金的生产需要加部分铝锭时，则在熔炼后称取铝锭加入熔炼池中，继续熔炼1~1.5h；否则，直接进入步骤（7）；

（7）检测P、S达标后，浇铸成型，即得合格的铝铁合金锭。

本发明的优势在于以下几点：

（1）采用碳热法还原赤泥直接生产铝铁合金，比目前直接采取铝锭和铁生产铝铁合金工艺，降低生产成本，并保证高质量的铝铁合金性能要求；

（2）冶炼铝铁合金过程中加入铁矿石，促进铝还原反应的进行，该技术在现有的工艺中也是本发明的一个创新点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1（投料赤泥300kg，铁矿石30kg，铝锭93kg，还原剂碳60kg，石灰30kg，总投料513kg）

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE003

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE004

。

还原剂碳主要成分：C 80%（质量百分比）

300kg赤泥细碎，装入一个溶出池中，加入30kg石灰和900L清水，搅拌均匀保持温度在90℃内，大约6h后，将上清液倒入废水池中，沉淀物重复洗涤5次后，使用火焰光度计对溶液进行Na检测，达标后过滤沉淀，该沉淀为脱碱赤泥。将脱碱赤泥放入酸浸出熔池中，通入CO₂，浸出氧化铝，保证氧化铝浸出率到90%。浸出氧化铝烘干和30kg铁矿石装入到电炉，引弧加热至熔融液，称取60kg还原剂碳加入熔融液中，控制熔融液温度在1500℃，熔炼3h后，再加入93kg铝锭，继续熔炼1h，检测P、S达标，浇铸成型，即可获得铝铁合金。该合金的主要成分为C 2%，Al 58%，Fe 40%。

实施例2（投料赤泥100kg，铁矿石40kg，铝锭0kg，还原剂碳19kg，石灰10kg，总投料169kg）

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE005

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE006

。

还原剂碳主要成分：C 80%（质量百分比）

100kg赤泥细碎，装入一个溶出池中，加入10kg石灰和300L清水，搅拌均匀保持温度在90℃内，大约6h后，将上清液倒入废水池中，沉淀物重复洗涤5次后，使用火焰光度计对溶液进行Na检测，达标后过滤沉淀，该沉淀为脱碱赤泥。将脱碱赤泥放入酸浸出熔池中，通入CO₂，浸出氧化铝，保证氧化铝浸出率到90%。浸出氧化铝烘干和40kg铁矿石装入到电炉，引弧加热至熔融液，称取19kg还原剂碳加入熔融液中，控制熔融液温度在1650℃，熔炼3h后，检测P、S达标，浇铸成型，即可获得铝铁合金。该合金的主要成分为C1%，Al45%，Fe 54%。

实施例3（投料赤泥120kg，铁矿石20kg，铝锭8kg，还原剂碳26kg，石灰12kg，总投料186kg）

Figure 2014100849102100002DEST_PATH_IMAGE008

。

还原剂碳主要成分：C 80%（质量百分比）

120kg赤泥细碎，装入一个溶出池中，加入12kg石灰和360L清水，搅拌均匀保持温度在90℃内，大约6h后，将上清液倒入废水池中，沉淀物重复洗涤5次后，使用火焰光度计对溶液进行Na检测，达标后过滤沉淀，该沉淀为脱碱赤泥。将脱碱赤泥放入酸浸出熔池中，通入CO₂，浸出氧化铝，保证氧化铝浸出率到90%。浸出氧化铝烘干和20kg铁矿石装入到电炉，引弧加热至熔融液，称取26kg还原剂碳加入熔融液中，控制熔融液温度在1625℃，熔炼3h后，再加入8kg铝锭，继续熔炼1h，检测P、S达标，浇铸成型，即可获得铝铁合金。该合金的主要成分为C4%，Al38%，Fe 58%。

Claims

1.一种碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金的方法，其特征在于所述的铝铁合金的质量组成为：C 1~5%，Al 35~65%，Fe 30~60%，P≤0.1%，S≤0.04%

碳热法还原炼铝赤泥直接生产铝铁合金的基本步骤如下：

（2）脱碱赤泥采用浓酸液浸出得到氧化铝，保证溶出的氧化铝质量不小于赤泥中氧化铝总质量的90%；

（6）若该铝铁合金生产需要加部分铝锭时，则在熔炼后称取铝锭加入熔炼池中，继续熔炼1~1.5h；否则，直接进入步骤（7）；

（7）检测P、S达标后，浇铸成型，即得合格的铝铁合金锭。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：炼铝赤泥在进行脱碱前，赤泥细碎，粒径在2~4cm的赤泥占总体的90%以上。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：赤泥脱碱处理过程中控制石灰占赤泥质量12%，温度控制在90~100℃，处理时间5~7h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：脱碱溶液中Na小于25mg/ml，才终止赤泥的洗涤，过滤。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：为了保证还原反应的进行，必须加入一定含量的铁矿石，所述铁矿石占还原反应所需原料量总质量的6~30%。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：检测熔融金属液P≤0.1%，S≤0.04%后进行成型浇铸。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：浇铸温度控制在1150~1200℃。