[发明专利]铝灰预处理碳热还原制取铝硅铁合金的方法

说明书

本发明提供了铝灰预处理碳热还原制取铝硅铁合金的方法，将二次铝灰、废阴极炭块和纸浆干粉均匀混合并制成粉末，然后将混合料压制成球团并进行高温真空蒸馏，使得铝灰中的氟化物、氯化物和废阴极炭块中的氟化物和金属钠挥发，进而与铝灰和废阴极炭块分离，同时废阴极炭块中的氰化物被分解；再将蒸馏渣粉碎并与粉煤灰进行配料及混合，在电弧炉内以废阴极炭块中的固定碳为还原剂高温还原以氧化铝和氧化硅为主的物料进而制备一定成分的铝硅铁合金；同时在高温还原过程中完成铝灰中氮化铝的分解和废阴极炭块中氰化物的全部分解，在同一个工艺中实现多种危废、固废的综合利用。

技术领域

本发明涉及电冶金领域，尤其涉及一种铝灰预处理碳热还原制取铝硅铁合金的方法。

背景技术

铝硅铁生产方法主要分为金属熔配法和电热还原法。金属熔配法是利用纯的金属铝、硅、铁按照一定的比例在熔融状态下对掺而形成合金；电热还原法是以含有铝、硅、铁的氧化物为原料，以碳质材料为还原剂，经过电弧炉还原熔炼制备合金。其中金属熔配法存在纯金属的重新加热、二次烧损和生产成本高等问题。而电热还原法也存在纯的矿物原料短缺、生产过程经济性差等问题。

在铝电解、铝加工、废铝重熔回收过程中均产生大量的铝灰。目前处理这些铝灰的方法主要是：铝灰经过筛分后，对大块的铝灰进行重熔获得金属铝；或利用炒灰机处理铝灰来回收其中的金属铝，而筛分下来或炒灰机处理后剩余的铝灰，通常称之为二次铝灰，目前主要采用填埋或堆存形式处理二次铝灰。铝冶炼和加工过程中产生的铝灰通常含有50-80％的金属铝，经过常规的回收处理后，剩余的二次铝灰主要成分为金属铝、氧化铝和氮化铝，其中含有5-10％的金属铝，40％以上的氧化铝和10-25％的氮化铝。根据各厂家所用精炼方式不同，铝灰中还含有5-10％的氟化物和氯化物。由于铝灰中含有大量的氮化铝遇水会生成氨气，同时铝灰中含有的氯化物和氟化物也会溶于水，在2016年铝灰已被国家环保部列入危险废弃物名录。目前对二次铝灰的处理方法不仅没有利用其中的有价资源，而且存在巨大的生态风险。

铝电解槽是生产金属铝的主要设备。铝电解槽在破损大修后，会产生大量的电解槽大修渣。大修渣由阴极炭块、阴极糊、耐火砖、保温砖、防渗料和绝热板等组成。进一步可将大修渣分为废阴极炭块(阴极炭块、阴极糊)和被氟盐电解质侵蚀的废耐火材料内衬(防渗料、耐火砖、保温砖)两个主要部分，而废阴极炭块与废耐火材料的质量比例约各占50％。目前，每生产一吨金属铝产生5-10kg的废阴极炭块和5-10kg的废耐火材料。废阴极炭块的主要成分是碳质材料，除了碳质材料外，组分最多的就是电解质。废阴极炭块中电解质组份主要有NaF、Na₃AlF₆、Na₅Al₃F₁₄和CaF₂等。铝电解废阴极炭块中炭含量一般在60％-70％，电解质组分含量15-25％。此外，铝电解废阴极中存在4％-8％的碱金属，主要是金属钠。当电解质成分中有钾盐时，废阴极炭块中还存在金属钾。除上述三种主要成分外，废阴极炭块中还含有少量的碳化物、氮化物、氧化物和氰化物，其中氰化物含量约占废阴极炭总质量的0.1％-0.2％。废阴极炭块中的NaCN、复杂氰化物和氟化物是危害环境的主要因素。氰化物和大多数的氟化物都是溶于水的，长期堆积的废旧阴极炭块会污染地下水和地表水，对环境造成严重污染。对于铝电解槽废阴极炭块的处理分为两类，一类是处理技术，即使废阴极炭块材料被无害化后填埋或被其它工业所利用，如高温水解技术、燃烧发电技术、制作高铁工业的造渣剂、用作水泥行业的燃料和矿物原料、转化为可填埋的惰性材料等；另一类是回收利用技术，主要是回收废阴极炭块中的氟化物和炭，如湿法浸出回收氟化物、作为阴极、阳极炭块添加剂，浮选法分离氟化物电解质和炭块等，但现有废阴极炭块的处理尚未达到工业化水平。