[发明专利]一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法，属于电化学冶金技术领域。

背景技术

无水三氯化铝目前主要用于有机合成的催化剂，市场需求量并不大，因此大多数无水三氯化铝生产企业都是以金属铝为原料，将经过处理的高纯铝预热后，加入密闭的氯化反应炉内，氯气与金属铝在800～900℃条件下发生反应后生产无水三氯化铝。正是因为该方法以高纯铝为原料，生产出的无水氯化铝成本较高，因此也极大的限制了无水氯化铝的应用。离子液体体系低温电解无水氯化铝冶炼金属铝方法的提出，使市场对无水氯化铝大规模、低成本制备方法需求变得更为迫切。

从低品位的含铝矿物和粉煤灰出发制备无水氯化铝的方法不断被提出，含铝矿物的氯化在1926年已经被提出(US Pat.No.1605098)，2012年中国铝业股份有限公司在专利CN102491394A和CN102807245A中公开了一种粉煤灰生产三氯化铝的方法和一种粉煤灰制备无水三氯化铝的方法。然而粉煤灰是经过高温煅烧的含铝硅酸盐，以粉煤灰为原料进行氯化制备无水氯化铝存在两个明显缺陷：首先铝硅等物质的晶相较稳定，氯化温度较工业氧化铝或铝土矿高50～100℃，即粉煤灰要在800～900℃才能较好的氯化，此时体系内产生氯化钙镁处于熔融态，直接导致反应物料粘结，沸腾床失流；其次粉煤灰中氧化铝含量较低20～35%，氧化硅含量较高40～56%，以生产无水氯化铝为目标的氯化过程物料流量更大，流程更长，成本显著增加。

我国近70%的铝材以铝合金的形式进入各种制造业，其中铝硅合金的消费类所占比重最大。铝硅合金具有强度高、铸造性好、耐磨、耐热和耐腐蚀等优点，因此被广泛应用于飞机、汽车、轮船等零部件的制造业和一些其他机械行业。目前，我国都是采用分别生产电解铝和工业硅，然后熔融掺兑的方法制得铝硅合金。但是这种方法对铝矿资源的品味要求高，工艺流程十分复杂，耗能大，生产成本高，这些因素在一定程度上制约了我国铝工业的发展。近年来发展起来的以无水氯化物为原料在离子液体中低温电解各种半导体、金属及其合金研究中，仅报道过半导体单质硅、锗和铝、镁、银、铁、钴、镍、铜等金属及其合金的电沉积。

针对上述问题，本发明首次提出以铝土矿和粉煤灰的混合物为原料进行碳热氯化反应。申请人前期的研究结果表明，铝土矿在较低的温度下（600～750℃）可以发生碳热氯化反应，反应生成的氯化铝、氯化铁等物质对粉煤灰的氯化具有较好的催化作用，降低了粉煤灰的氯化温度，有效防止了沸腾床的失流，保证了沸腾氯化反应的顺利进行。其次根据对氯化物产品中铝硅组成的要求，对反应原料即铝土矿和粉煤灰进行合理配比，较好的避免了无水氯化物质混合过程中的吸湿等不良反应，也节省了工业成本。采用铝硅混合氯化物为原料，在离子液体中低温电解制备铝硅合金，既可以拓宽铝硅合金生产原材料的范围，也具有节能降耗等优点，这将有助于我国铝工业以及铸造等制造业水平的提高。

发明内容

本发明针对目前含铝原料制备无水氯化铝和铝硅合金制备已有技术存在的不足，提出一种能够综合利用低品位含铝资源（铝土矿和粉煤灰等），获得无水氯化物原料并低温电解制备铝硅合金的方法。该方法不仅扩大了铝及铝硅合金生产的资源范围，还降低了金属冶炼过程的能耗。

本发明是通过以下工艺技术方案实现的。

一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法，该过程包括四个步骤：

（一）将粉煤灰和含铝矿物分别破碎成粉后，按一定比例混合；含铝矿物包括铝土矿、煤矸石、高岭石、高岭土、红柱石和蓝晶石中的一种，粉煤灰和含铝矿物的组成中粉煤灰的质量分数为10～50%。

（二）在混合原料中加入一定量合适粒度的还原剂，固体混合物料加入沸腾氯化炉，用气态氯化剂进行碳热沸腾氯化；还原剂包括石油焦、活性炭、焦炭的一种或几种的混合物，固体混合物中还原剂的质量分数为20～40%，还原剂的粒度为含铝原料的1～1.4倍，气态氯化剂包括Cl₂、COCl₂、CCl₄的一种或几种的混合气体，气体的流速为0.0015～0.02m/s，沸腾氯化的温度控制在600～1000℃，气态产物冷却温度为10～40℃。