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高岭土铝土矿掺配电热法炼制高附加值(上)

   日期:2019-12-02     来源:互联网    作者:admin    浏览:1    评论:0    
核心提示:  (1)项目简述  利用高岭土铝土矿炼制的高附加值铝硅合金,虽是高能耗产品,但同时也是节能减排综合利用产品,是国家政策支
  (1)项目简述

  利用高岭土铝土矿炼制的高附加值铝硅合金,虽是高能耗产品,但同时也是节能减排综合利用产品,是国家政策支持鼓励的。国家发改委特行文要求各省市组织立项,因为它不仅综合利用了煤伴生矿,提高附加值,而且与目前普遍采用的以铝与硅重熔合成生产的铝硅合金,节省大量能耗,降低污染,完全符合循环经济和科学可持续发展要求。

  以高岭土和少量铝土矿为主要原料,以装配有二次补偿装置的22500KVA三相矿热炉,生产铝硅钛中间合金以电解铝、再生铝稀释产出各种牌号铸造、变形铝合金具有技术先进、投资少、市场潜力大,使资源优化配置,最大限度合理综合利用,其经济效益,社会效益都十分显著。附有二次补偿的矿热炉,不但能使功率因数提高达0.93,降低电耗(7%),而且可使反应区能量密度大,使反应区工艺条件稳定,而这对于铝硅合金冶炼是非常重要的,它造渣少,物料利用率高,产量增加,能耗降低。

  A、铝硅钛合金

  铝硅合金广泛应用于不同的工业部门,如包装业、汽车制造业、拖拉机制造业、航空工业、铁路运输业、仪器制造业、家用电器制造业、电子工业、建筑业及其它工业部门。目前西方发达国家用于配制铝硅合金的铝(包括再生铝废杂铝),约占全部铝消费量的30%,我国用于配制铝硅合金的铝约占全部铝消费量的22—25%。

  铝硅合金铸造性能好,具有很好的机械强度,耐腐蚀性能强,可以制得公差小而表面质量高的铸件;合金熔点低,可采用压力铸造法和成型铸造法等先进工艺制造零部件。

  研究表明,由于钛具有细化合金组织的能力,是有色金属合金和某些合金钢、铸钢的组分(铝青铜、某些复杂的铝合金、镁合金、硬质合金、可锻生铁),向合金中加入0.1-0.6%的钛,不仅可以脱氧、净化,而且能改善合金在常温、高温时的机械强度。钛还可以使合金的抗腐蚀能力增强,含钛的镁铝合金在加热时,其氧化倾向比不加钛的合金小。含钛铝硅合金结晶组织细化,耐磨性、耐腐蚀性及高温强度增强,因此,开发含钛铝硅合金或向铝硅合金添加钛被视为热门技术,倍受青睐。试验表明,向ZL108活塞合金中,添加0.6%的钛制作活塞、缸体、缸盖等零件,经试验室试验,工艺性试验,600小时台架耐久性试验,以及五万、十万公里行车使用试验,结果证明该合金具有以下优点:

  1、良好的细化结晶组织;

  2、较强的耐磨性;

  3、较高的耐热性;

  能使活塞寿命延长35%以上,具有明显的经济效益。

  试验还表明:向AL、SI合金添加钛,进行变形加工,合金成型性良好。用该合金制作的书架、货柜,外观优美,轻巧坚实,用于室内装饰、制作门窗毫不逊色,而且具有耐磨、耐腐蚀经久耐用的特点。

  向杂铝中添加适量含钛铝硅合金,铸造产品质量明显改善,产品成品率大大提高。

  传统的铝硅钛合金生产方法,是按比例将铝硅钛三种金属重熔配制而成,成本高。向正常运行的电解槽内添加专用的添加剂(含有少量的氧化硅、氧化钛的复合氧化铝)可以产出与添加剂的量及成份相应的铝硅钛合金;这种方法可使成本大大下降,获得相当高的经济效益。但是用电热法在矿热炉内直接熔炼铝硅钛合金,有着更大的优越性和更好的经济效益。因为:

  (一)与电解法比较,电热法工艺简单,流程短,所需投资少。

  (二)与电解法、合成法比较,合金成本低;

  (三)电热法所需要原料来源多,价格便宜,不需价格昂贵的氧化铝,因此,推荐电热法生产铝硅钛中间合金,以中间合金配制各种牌号铸造、变形合金。

  传统的金属重熔配制法与电热法中间合金稀释法主要经济技术指标比较,以一吨铸造(共晶)合金计。

  金属重熔合成法是目前国内外采用的主要方法,每吨铝硅铸造合金能耗折算成标准煤为7160公斤,单位基建投资14000元/吨,合金成本为18700元/吨。

  高岭土与铝土矿掺配电热法中间合金铝稀释法制取铝硅合金能耗为5800公斤/吨,单位基建投资10000元/吨。成本为16700元/吨。除了上述优点外,合金中还含有少量钛,生产过程不排氟,氮氧化物排放减少,无固体废弃物如赤泥等排放,合金含有钛。生产流程采用全程闭路运行。

  B、工艺

  铝硅合金冶炼工艺过程的热力学研究显示,合金高温反应化学方程式如下:

  MAL2O3+NSIO2+(3M+2N)C=2MAL+NSI+(3M+2N)CO

  式中M及N为任意数,生产实践中可据此拟定配料方案。

  可用于炼制铝硅合金的矿物资源丰富而繁多,几乎遍及全国各地,低铁铝土矿、低铁高铝粘土、高岭土、蓝晶岩、红柱石、霞石,高铝粉煤灰都是炼制铝硅合金的重要原料,而普通粉煤灰、煤矸石、页岩、叶蜡石、硅石、红硅土等是主要辅助原料。选用何种矿物作原料,取决于拟生产什么成份的合金及该合金的市场供求状况,以及矿石质量(杂质多少)、价格、加工的难易程度等一系列经济技术上的合理性评估。

  上述矿物,可以单独使用某一种,例如:AL2O3/SIO2(以下以A/S表示)小于2的低铁铝土矿、粘土、硅线石、蓝晶石、红柱石、高铝粉煤灰等,也可以两种或多种矿石搭配,例如:高岭土与铝土矿混合料,铝土矿与红硅土或硅石、粉煤灰混合料等,值得注意的是浮选——拜尔方式生产氧化铝的浮选尾矿及高铝粉煤灰有希望成为熔炼铝硅合金的主要原料来源。由于矿石中通常都会有杂质,因此必须经加工精制予以清除。杂质中最为有害的FE2O3不能超过0.6%,先前曾把TI看作有害杂质,科学技术的发展,发现钛在合金中是有益元素,因而成为物料中重要成份之一。其它,如CAO、MGO等亦尽可能加以清除,以减少能耗,消除工艺过程发生结硬渣多现象,同时降低精制费用。加工时务求磨细,这不但有利于除铁,而且使物料比表面增大,提高熔炼时反应强度,提高热效率,降低电耗。

  碳质还原剂,在很大程度上决定着炉料的理化性质及工艺过程的指标。要求还原剂具有很好的化学活性,较大的比表面,灰份少,电阻大,成团性能好。加工后的粉状物料必须成球。球团机械强度为160公斤/平方厘米,粒度为50-60毫米。团料应混合均匀,有良好的透气性,同时又很密实,有足够的难熔度,熔点高于氧化物还原反应温度。

  可用作还原剂的碳质材料有:精制烟煤、褐煤、木炭、秸杆炭、石油焦和沥青焦、酒糟、糠醛渣、苞米心等。由于精制烟煤具有良好的物理化学性能,价格低廉,易于取得,应作为首选还原剂。精煤灰份应不大于2.0%,FE2O3不大于0.3%。

  制团常用粘结剂有:沥青、粘土、纸浆废液、酒糟、糠醛渣等。

  严格按比例配料,是炼制铝硅合金工艺得以正常运行的重要条件,否则会导致工艺紊乱,降低金属回收率。保持正常的物料平衡和热平衡,铝和硅的回收率可达85%以上,这是评价炉子的功能和工艺水平的最重要标准。

 
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