專利名稱：拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法
技術領域：
本發明屬于冶金工程領域，涉及一種拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法。
背景技術：
堿法生產氧化鋁的關鍵在于鋁和硅分離，在國內拜耳法高壓溶出一水硬鋁石的過程中，幾乎所有的硅礦物都是活性的，大多將與鋁酸鈉溶液反應并主要以拜耳法赤泥形式進入赤泥；燒結法粗液脫硅過程中，90%以上的SiO2也以拜耳法赤泥的形式從溶液中析出。拜耳法赤泥中含有大量的堿和氧化鋁，且生產中渣量大(在拜耳法高壓溶出中等品位礦石礦時和燒結法粗液脫硅過程中，分別約達1000kg/t-Al203和200kg/t-Al203)。中國專利200410023916. 5介紹了利用拜耳法赤泥生產4A沸石的方法，該工藝過 程是先將拜耳法赤泥進行凈化處理，然后與堿粉按一定比例配料，進入高溫爐燒結，將燒結后的熟料粉碎后放在堿溶液中溶出，然后對溶出液進行晶化、老化的處理，達到4A沸石產品。此工藝也可以達到變廢為寶的目的，同樣可以降低氧化鋁生產消耗，但是此工藝的缺點是需要經過高溫燒成的過程，對再利用拜耳法赤泥的同時也增加了成本，就是在降低成本上效果不明顯，此工藝還有一個缺點是在硅、鋁和鈉的有效回收率不高，大量成分再次參與了生產大流程的無效循環。流程也比較長，工藝繁瑣、成本高。硅鋁鐵合金在鑄鋼過程中的初脫氧和終脫氧能夠防止出鋼和澆注中的二次氧化，且密度比純鋁密度大近一倍，容易進入鋼水，內部燒損少；容易形成低熔點產物，上浮到鋼液表面，減少鋼件中的夾雜，有凈化鋼液和提高鋼件韌性的明顯效果。硅鋁鐵合金比用純鋁價格低30%，節省硅錳合金10%，且比重大，穿透力強，容易與鋼液親和，減少鋁在鋼液中的碎化作用，使鋼件的強度和性能得到進一步提高。我國每年產鋼近5億噸,鋼材品種越來越多，每年約需要50萬噸招娃。目前,80%的硅鋁鐵合金需要進口，不僅消耗大量的外匯，而且嚴重受制于國際市場。硅鋁鐵合金作為煉鋼脫氧劑，市場較大，前景非常好。硅鋁鐵合金也可作有色金屬的還原劑，如冶煉金屬鎂、鈣等，在金屬鎂、鈣冶煉業逐漸升溫的大背景下，硅鋁鐵合金的應用量將越來越大。硅鋁鐵合金特有的金屬屬性被越來越多的領域所認知，汽車工業、航天航空工業和各類機械工業等眾多行業上均將硅鋁鐵合金作為新材料應用。硅鋁鐵合金和其他金屬組成的多元合金，也逐漸被發現和推廣，如在硅鋁鐵合金中加適量鈦形成的鋁硅鈦合金，其機械強度、耐腐蝕性、以及熱穩定性更加優異。目前我國生產的硅鋁都是采用對摻法，即以金屬鋁和硅為原料，分別熔化后對摻而成，這種方法工藝雖簡單，但由于采用純鋁和硅價格較高，特別是金屬鋁。因而用直接法生產的硅鋁鐵合金，即電熱還原制得硅鋁鐵合金，由于其工序少、成本低和質量好，具有較大的市場競爭力。投放市場后，必然會逐步取代對摻法生產的硅鋁鐵合金，而成為市場的主導廣品。從脫氧效果和經濟成本對比，目前硅鋁鐵合金是最佳的煉鋼終脫氧劑，現已形成用硅鋁鐵合金+硅鈣合金+其它合金的脫氧制度。發明內容
本發明的目的在于提供一種拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，采用再生能源拜耳法赤泥生產硅鋁鐵合金，原料上降低成本，有效利用廢渣和廢料，提升氧化鋁行業的生產能力，大大降低硅鋁鐵合金的生產成本。
本發明拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，制備步驟如下
(I)配置酸性調整液，然后將拜耳法赤泥加入酸性調整液進行預處理；
(2)過濾，洗滌后濾液返回配料；
(3)濾餅烘干破碎后，與還原劑、粘結劑和水配料和制團，成型后，烘干；
(4)烘干球團加入到高溫熔煉設備內進行熔煉得到純凈硅鋁鐵合金。
其中；
步驟(I)酸化溶液為鹽酸、蒸餾水和濾液混合調配而 成，其中，酸性調整液中H+濃度為 O. 02-0. 3mol/L。
步驟(I)預處理溶液的液固比為3-15，酸化溫度為20_40°C，酸化時間為O. 5-1. 5 小時。
濾液比重達到1. 3后，可以打到氯堿廠作為鹽溶液進行回收，氯堿廠生產鹽酸和液堿，鹽酸返回配制酸性調整液，液堿用作氧化鋁流程。
步驟(2)洗滌液為蒸餾水，洗滌液固比為3-8，洗滌溫度為70_90°C。
步驟(3)中濾餅烘干破碎后,粒度d50 = 40-80um ;烘干球團直徑為2_6mm。
步驟(3)中，還原劑加入量為拜耳法赤泥總質量的50-65%，粘結劑加入量為拜耳法赤泥總質量的3-7%，水加入量為拜耳法赤泥總質量5-10%。
步驟(3)粘結劑為粉狀硅酸鈉，粒度d50 = 10_30um。其中，氧化硅為粘結劑總質量的 30-50%，模數 M = 2. 3-3. 2。
步驟(3)中還原劑為煙煤，揮發分>28% ；60%的煙煤d50 = 10_80um，40%煙煤粒度 d50 = l_3mm0
步驟(4)中球團烘干溫度為100_200°C，烘干后水分為〈1. 5%。
步驟(4)中高溫熔煉設備為電弧爐或礦熱爐，燒結氣氛為還原氣氛。
本發明與現有技術相比具有以下有益效果
(I)不再采用鋁硅元素熔煉工序得到，而是利用脫硅廢渣中的有效硅鋁成分進行合成，縮短了硅鋁鐵合金生產流程，延伸了產業鏈，且酸性浸出液可以循環利用，極大的降低了硅鋁鐵合金的生產成本。
(2)工藝參數容易控制，鈉、硅和鋁三元素有效利用率可達到99%以上。
(3)單獨選用含有氯化鈉的鹽酸過濾溶液來調配，實現了系統的無廢料排放。
(4)本發明的應用有利于減少因拜耳法赤泥混入赤泥對環境的污染。
(5)實現了氧化鋁行業與合金行業的又一個接口，實現連續化作業，便于進行大型工業化生產。
(6)硅鋁鐵合金市場容量大，技術的推廣應用性強。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1利用拜耳法赤泥生產硅鋁鐵合金中，拜耳法赤泥原料成分百分比為Al2O3 :10%，Fe2O3 48%, SiO2 :14%，CaO :4%，Na2O :8%，TiO2 :6%，灼減10% ;煙煤含碳量為 50%。步驟如下(I)將鹽酸(31%)、蒸餾水和濾液混合調配成H+濃度為0. 05mol/L酸性調整液。把IOOOkg拜耳法赤泥加入酸性調整液進行預處理。酸化條件為酸化溫度40°C，酸化時間為1.1小時，液固比為9。(2)對浸出溶液進行過濾，濾液返回配料，然后用90°C蒸餾水對濾餅洗滌，得到濾餅 708kg。 其中，洗滌液固比為3，濾液比重達到1. 3以上時，打到氯堿廠進行回收，氯堿廠生產鹽酸和液堿。(3)濾餅烘干破碎后，控制粒度d50為40um。然后與拜耳法赤泥總質量的3%粉狀硅酸鈉、拜耳法赤泥總質量的50%煙煤和拜耳法赤泥總質量5%水進行配料和制團，成型后，150°C烘干，水分達到1. 4%。成型球團直徑為2mm。其中，粘結劑粉狀硅酸鈉，粒度d50為10um，氧化硅含量為粘結劑總質量的50%，模數M = 3. 2 ;還原劑煙煤的揮發分28. 5%, 60%的煙煤控制粒度d50 = 10um，40%煙煤粒度d50 = 3mm ；(4)加入到電弧爐中，控制還原氣氛，得到硅鋁鐵合金393kg。實施例2利用拜耳法赤泥生產硅鋁鐵合金中，拜耳法赤泥原料成分百分比為Al2O3 :15%，Fe2O3 40%, SiO2 :13%，CaO :3%，Na2O :7%，TiO2 :5%，灼減15% ;煙煤含碳量為 60%。步驟如下(I)將鹽酸(31%)、蒸餾水和濾液混合調配成H+濃度為0. 3mol/L酸性調整液。把IOOOkg拜耳法赤泥加入酸性調整液進行預處理。酸化條件為液固比為3，酸化溫度20°C，酸化時間為1. 5小時。(2)對浸出溶液進行過濾，濾液返回配料，然后用70°C蒸餾水對濾餅洗滌，得到濾餅 708kg。其中，洗滌液固比為8，濾液比重達到1. 3以上時，打到氯堿廠進行回收，氯堿廠生產出鹽酸和液堿。(3)濾餅烘干破碎后，控制粒度d50為80um。然后與拜耳法赤泥總質量的7%的粉狀硅酸鈉、拜耳法赤泥總質量的65%煙煤和拜耳法赤泥總質量10%的水進行配料和制團，成型后，200°C烘干，水分達到1. 2%。成型球團直徑為6mm。其中，粘結劑粉狀硅酸鈉，粒度d50為30um，氧化硅含量為粘結劑總質量的30%，模數M = 2. 3 ;還原劑煙煤的揮發分28. 5%, 60%的煙煤控制粒度d50 = 80um，40%煙煤粒度d50 = Imm ；(4)加入礦熱爐中，控制還原氣氛，得到硅鋁鐵合金402kg。實施例3
利用拜耳法赤泥生產硅鋁鐵合金中，拜耳法赤泥原料成分百分比為Al2O3 20%, Fe2O3 38%, SiO2 :12%，CaO :4%，Na2O :9%，TiO2 :4%，灼減8% ;煙煤含碳量為 55%。
步驟如下
(I)將鹽酸(31%)、蒸餾水和濾液混合調配成H+濃度為O. lmol/L酸性調整液。把 IOOOkg拜耳法赤泥加入酸性調整液進行預處理。酸化條件為溫度30°C，時間為O. 5小時， 液固比為13。
(2)對浸出溶液進行過濾，濾液返回配料，然后用80°C蒸餾水對濾餅洗滌，得到濾餅 708kg。
其中，洗滌液固比為6，濾液比重達到1. 3以上時，打到氯堿廠進行回收，氯堿廠生產鹽酸和液堿。
(3)濾餅烘干破碎后，控制粒度d50為60um。然后與拜耳法赤泥總質量的5%粉狀硅酸鈉、拜耳法赤泥總質量的58%煙煤和拜耳法赤泥總質量6%水進行配料和制團，成型后， 180°C烘干，水分為1. 1%。成型球團直徑為4mm。
其中，粘結劑粉狀硅酸鈉，粒度d50為20um，氧化硅含量為粘結劑總質量的40%， 模數M = 2. 8 ;還原劑煙煤的揮發分28. 5%, 60%的煙煤控制粒度d50 = 40um，40%煙煤粒度 d50 = 2mm ；
(4)加入礦熱爐中，控制還原氣氛，得到硅鋁鐵合金397kg。
權利要求
1.一種拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟如下(1)配置酸性調整液，然后將拜耳法赤泥加入酸性調整液進行預處理；(2)過濾，洗滌后濾液返回配料；(3)濾餅烘干破碎后，與還原劑、粘結劑和水配料和制團，成型后，烘干；(4)烘干球團加入到高溫熔煉設備內進行熔煉得到純凈硅鋁鐵合金。
2.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(I)中酸性調整液為鹽酸、蒸餾水和濾液混合調配而成；其中，酸性調整液中H+濃度為 O.02-0. 3mol/L。
3.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(I)中預處理溶液的液固比為3-15，酸化溫度為20-40°C，酸化時間為O. 5-1. 5小時。
4.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(2)洗滌液為蒸餾水，洗滌液固比為3-8，洗滌溫度為70-90°C。
5.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(3)中濾餅烘干破碎后，d50 = 40-80um ;烘干球團直徑為2_6mm。
6.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(3)中還原劑加入量為拜耳法赤泥總質量的50-65%，粘結劑加入量為拜耳法赤泥總質量的3-7%, 水為拜耳法赤泥總質量5-10%。
7.根據權利要求1或6所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟 (3)粘結劑為粉狀硅酸鈉，粒度d50 = 10-30um ;其中，氧化硅為粘結劑總質量的30_50%，模數 M = 2. 3-3. 2。
8.根據權利要求1或6所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(3)中還原劑為煙煤，揮發分>28% ；60%的煙煤粒度d50 = 10-80um，40%煙煤粒度d50 =
9.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(4)中球團烘干溫度為100-20CTC,烘干后水分為〈1. 5%。
10.根據權利要求1所述的拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，其特征在于，步驟(4) 中高溫熔煉設備為電弧爐或礦熱爐，燒結氣氛為還原氣氛。
全文摘要
本發明拜耳法赤泥制備硅鋁鐵合金的方法，制備步驟為(1)配置酸性調整液，然后將拜耳法赤泥加入酸性調整液進行預處理；(2)過濾，洗滌后濾液返回配料；(3)濾餅烘干破碎后，與還原劑、粘結劑和水配料和制團，成型后，烘干；(4)烘干球團加入到高溫熔煉設備內進行熔煉得到純凈硅鋁鐵合金。本發明縮短了硅鋁鐵合金生產流程，延伸了產業鏈，且酸性浸出液可以循環利用，極大的降低了硅鋁鐵合金的生產成本。工藝參數容易控制，鈉、硅和鋁三元素有效利用率可達到99%以上。實現了系統的無廢料排放，減少環境污染，實現了氧化鋁行業與合金行業的又一個接口，連續化作業，便于進行大型工業化生產。
文檔編號C22B7/00GK102994757SQ20121049451
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者劉福剛, 高方舟, 王靖 申請人:淄博旭德環境工程技術有限公司