一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法技術

本發明專利技術公開了一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法，步驟為：(1)將鋁硅鐵合金投入中頻爐內進行高溫熔煉，得到鋁硅鐵合金熔融體；(2)將熔融體在模具中進行澆鑄，控制降溫速度和時間，得到一級鋁硅鐵合金塊；(3)將合金塊裝入帶加熱裝置的超重力離心裝置內，低溫加熱，在超重力作用下，熔液通過多孔濾板后經冷卻凝固得到鋁硅合金，熔渣為二級鋁硅鐵合金塊；(4)將合金塊繼續加熱至高溫，在超重力作用下，熔液通過多孔濾板后經冷卻凝固得鋁硅鐵合金，熔渣為工業硅或鋁硅合金。本發明專利技術采用了分步重熔

【技術實現步驟摘要】
一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法


[0001]本專利技術屬于冶煉
，特別是涉及一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法。

技術介紹

[0002]我國是鋁制造大國，氧化鋁、電解鋁產量均占世界40％以上。伴隨著國內高品位鋁土礦資源逐漸匱乏，對國外優質鋁土礦的依賴程度達到50％以，這嚴重制約了我國鋁工業的發展。因此，積極開拓非傳統含鋁礦物生產氧化鋁及研發新的煉鋁方法，對于促進鋁工業可持續發展具有十分重要的社會經濟意義。
[0003]目前，我國具有較大儲量的非傳統含鋁礦物包括多元素伴生低品位鋁礦資源，如低品位鋁土礦、硅線石、高嶺土、粘土、紅柱石和藍晶石等各種硅酸鹽礦物，還包括含鋁廢渣，如鋁土礦浮選尾礦、煤矸石、粉煤灰、頁巖渣等，這些礦物雖然含鋁硅含量比較低，不能用于生產氧化鋁，但這些礦物能夠通過冶金工藝生產鋁硅鐵合金。這種方法制得的鋁硅鐵合金主要作為煉鋼脫氧劑或煉鎂還原劑，被廣泛應用于煉鋼廠，但由于煉鋼脫氧劑用量有限，且價格較低，從而制約了鋁硅鐵合金的應用市場。
[0004]鑄造鋁硅合金具有流動性好、密度小、強度高、耐磨性高等優點，被廣泛用于汽車制造、電子技術、航天航空、制冷設備、儀器儀表、電力等多個領域，是一種具有較高價值的鋁硅合金，可以由鑄造用鋁硅合金經過合金化后獲得的。冶金工藝生產的鋁硅鐵合金經降鐵凈化處理后，正好能夠得到符合工業標準的鑄造用鋁硅合金。因此，對鋁硅鐵合金進行分級提純，無疑在產品的市場容量上還是在經濟價值上均具有極大意義。
[0005]現有技術中，專利CN107794390A公開了“再生Al-Si系鋁合金除鐵方法”，該方法加入的鍶進行變質處理，使針狀β-鐵相產生斷裂、分解，并細化初晶硅，使組織分布更加均勻；錳對硼與鐵反應產生Fe2B起到正相關作用，同時錳使β-鐵相轉變為α-鐵相，起到沉淀的作用；硼與雜質鐵反應生成的高熔點高密度的Fe2B化合物與熔液有高的密度差，這些富鐵相在重力作用下沉降到坩堝底部，從而去除鋁合金中雜質鐵元素。專利CN108165810A公開了“一步法去除一次鋁硅合金中鐵和硅相的裝置和工藝”，該方法在交變電磁場的作用下采取金屬元素錳作除鐵劑，與一次鋁硅合金原料混合均勻，加熱熔融，冷卻后，合金中的硅和富鐵相在磁場力和溫度效應的聯合作用下凝固并富集在底部，傾倒出上部的熔液，經冷卻凝固后得到符合工業標準的鑄造用鋁硅合金，最后將底部的初晶硅相和雜質鐵相重熔后即得到底部合金熔液。上述通過重力沉降分離鐵相的方法存在著分離效率低、工藝復雜、生產成本高等缺點，很難在實際生產中應用。因此，亟需一種低成本、有效分離的相關方法、技術。
[0006]專利CN110904340A公開了“一種離心去除含鐵混合物中有害元素和雜質的方法”，將鋁硅鐵高溫熔融態混合物盛入離心旋轉裝置內，控制熔融態混合物的降溫速度為0.1～160℃/min，離心溫度為700～2600℃，讓硅晶體析出、長大；而后在裝置內對熔融態混合物制造超重力場進行離心分離得到硅，超重力系數為10～4500g，施加超重力場時裝置內的溫度不低于離心溫度，并逐漸降溫至凝固；熔融態混合物在離心超重力的作用下，鐵的金屬間
化合物等物質在超重力場外圍的沉降富集、而氧化物等低密度物質在超重力場內層上浮富集，從而金屬產品得以凈化除雜。該方法將超重力離心引入不同物相的分離中，分離效率較之前的自然重力分離得以大幅提高。但該工藝存在一個致命問題：離心分離是在高溫液態下進行，而高溫熔融鋁合金液對各種金屬材料均具有極強腐蝕性，所以很難低成本找到一種材料既能在高溫下具有高強度且能夠耐高溫鋁液侵蝕。所以該工藝無法進行高效、大規模的實際應用。

技術實現思路

[0007]本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提出一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法。本專利技術能夠有效降低鋁硅鐵合金中的鐵含量，不僅可以生產出滿足工業要求的鑄造用鋁硅合金，又可以得到脫氧劑用鋁硅鐵合金，以及酸洗除雜后作為生產太陽能級多晶硅的工業硅，實現資源利用率最大化，具有流程簡單快捷、能耗低、成本低，且無工業廢料的特點，適用連續、大規模工業化生產。
[0008]本專利技術為解決其技術問題所采用的技術方案為：
[0009]一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法，步驟是：
[0010](1)將鋁硅鐵合金投入中頻爐內進行高溫熔煉，得到鋁硅鐵合金熔融體；
[0011](2)將熔融體在模具中進行澆鑄，控制冷卻降溫速度和時間，讓合金相析出、長大，而后自然冷卻至室溫，得到一級鋁硅鐵合金塊；
[0012](3)將一級鋁硅鐵合金塊裝入帶加熱裝置的超重力離心裝置內，加熱至580～650℃，使鋁硅熔融而初晶硅和鐵相仍保持固態；啟動離心機，在超重力作用下，熔體通過多孔濾板實現分離，熔液經冷卻凝固后得到符合工業標準的鑄造用鋁硅合金，熔渣為二級鋁硅鐵合金塊；
[0013](4)將二級鋁硅鐵合金塊繼續加熱至850～1050℃，使鐵相熔融而初晶硅仍保持固態；啟動離心機，在超重力作用下，熔體通過多孔濾板實現分離，熔液經冷卻凝固后得到脫氧劑用鋁硅鐵合金，熔渣為工業硅或符合工業標準的鑄造用鋁硅合金。
[0014]在上述方法中，步驟(1)所述鋁硅鐵合金是由含鋁硅礦物經冶金工藝制得，含鋁硅礦物為含鋁硅廢渣或低品位鋁礦資源，其中：所述的含鋁硅廢渣包括鋁土礦浮選尾礦、煤矸石、粉煤灰和頁巖渣，選擇其中一種或幾種混合；所述的低品位鋁礦資源包括鋁硅比較低的鋁土礦、高嶺石、鈉長石、鉀長石，選擇其中一種或幾種混合。
[0015]在上述方法中，步驟(1)所述鋁硅鐵合金成中Al質量分數為10～90％，Si質量分數為10～90％，Fe質量分數為0.7～10％。
[0016]在上述方法中，步驟(1)所述鋁硅鐵合金中頻爐內熔融溫度1400～1600℃。
[0017]在上述方法中，步驟(2)所述熔融體澆鑄后，以1～20℃/min速度降溫到580～1050℃，保溫30～120min。
[0018]在上述方法中，步驟(3)所述一級鋁硅鐵合金塊加熱至580～650℃后保溫60～300min，超重力系數為200～500g，分離時間為5～15min。
[0019]在上述方法中，步驟(4)所述二級鋁硅鐵合金塊加熱至850～1050℃后保溫60～300min，超重力系數為200～500g，分離時間為5～15min。
[0020]在上述方法中，步驟(4)所述加熱溫度不高于900℃，熔渣為符合工業標準的鑄造
用鋁硅合金；加熱溫度高于900℃時，熔渣為工業硅。
[0021]在上述方法中，步驟(3)和(4)所述多孔濾板為S310耐高溫不銹鋼過濾器。
[0022]在上述方法中，步驟(3)和(4)所述超重力分離為連續處理或間歇性批處理。
[0023]在上述方法中，步驟(3)和(4)所述不僅可以生產出滿足工業要求的鑄造用鋁硅合金，又可以得到脫氧劑用鋁硅鐵合金，以及酸洗除雜后作為生產太陽能級多晶硅的工業硅。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將鋁硅鐵合金投入中頻爐內進行高溫熔煉，得到鋁硅鐵合金熔融體；(2)將熔融體在模具中進行澆鑄，控制冷卻降溫速度和時間，讓合金相析出、長大，而后自然冷卻至室溫，得到一級鋁硅鐵合金塊；(3)將一級鋁硅鐵合金塊裝入帶加熱裝置的超重力離心裝置內，加熱至580～650℃，使鋁硅熔融而初晶硅和鐵相仍保持固態；啟動離心機，在超重力作用下，熔體通過多孔濾板實現分離，熔液經冷卻凝固后得到符合工業標準的鑄造用鋁硅合金，熔渣為二級鋁硅鐵合金塊；(4)將二級鋁硅鐵合金塊繼續加熱至850～1050℃，使鐵相熔融而初晶硅仍保持固態；啟動離心機，在超重力作用下，熔體通過多孔濾板實現分離，熔液經冷卻凝固后得到脫氧劑用鋁硅鐵合金，熔渣為工業硅或符合工業標準的鑄造用鋁硅合金。2.按照權利要求1所述的一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鋁硅鐵合金是由含鋁硅礦物經冶金工藝制得，含鋁硅礦物為含鋁硅廢渣或低品位鋁礦資源，其中：所述的含鋁硅廢渣包括鋁土礦浮選尾礦、煤矸石、粉煤灰和頁巖渣，選擇其中一種或幾種混合；所述的低品位鋁礦資源包括鋁硅比較低的鋁土礦、高嶺石、鈉長石、鉀長石，選擇其中一種或幾種混合。3.按照權利要求1所述的一種低溫、高溫兩步重熔離心分離提純鋁硅鐵合金的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鋁硅鐵合金成分中Al質量分數為10～90％，Si質量分數為10～90％，Fe質量分數為0.7～10％。4.按...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏存弟，徐少南，程妍，佐婧，
申請(專利權)人：內蒙古君成科技有限公司，
類型：發明
國別省市：