使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法与流程

本发明属于工业固体废弃物回收利用，具体涉及一种使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法。

背景技术：

1、高铝粉煤灰是一种主要生产于内蒙古、山西等地的，al2o3含量≥40%的粉煤灰，由高铝煤（煤中高岭石等铝硅酸盐矿物富集）在锅炉中经1300-1500℃高温燃烧、熔融、冷却后形成的铝硅酸盐玻璃态微珠固体废弃物，目前全国年产量约4200-4500万吨。而目前对高铝粉煤灰的回收利用主要集中于混凝土行业、农业、陶瓷化工等行业，产品附加值较低，造成粉煤灰处理困难，大规模堆存成本较高的难题。所以解决高铝粉煤灰的高附加值利用的难题，对于环境保护、资源可持续利用、增加企业营收，减少企业运营成本都具有非常重要的意义。

2、目前一些专利公开了高铝粉煤灰高附加值利用的方法。公开号为cn120483208a的中国发明专利公布了一种利用高铝粉煤灰制备氧化铝的方法。将高铝粉煤灰与苏打、生石灰混合配成生料，进行高温烧结，得到烧结熟料和尾气；将所述烧结熟料进行碱溶，得到熟料溶出液和钙硅渣；向所述熟料溶出液中进行二段脱硅处理，第一段为压力脱硅，第二段为加入脱硅剂进行脱硅，然后过滤处理，得到净化液；向所述净化液中通入所述尾气的同时加入al(oh)3晶种进行碳分处理，制得al(oh)3沉淀，最后经洗涤、煅烧得到三氧化二铝。公开号为cn118529760a的中国发明专利公布了一种高铝粉煤灰生产铝硅合金的方法。用高铝粉煤灰，通过石灰石烧结法生产高硅氧化铝；用高硅氧化铝，通过熔盐电解法，生产铝硅合金。

3、上述方法均将高铝粉煤灰利用湿法或者熔盐电解的方法提取其中的有价元素。容易产生废酸、废碱等危废，后期难以处理，对环境危害较大，并且采用熔盐电解的方法能耗较高。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法。

2、具体地，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，包括：

4、（1）将高铝粉煤灰、铁粉、粘结剂、水混合后造球，得到生球团；

5、（2）对所述生球团进行焙烧，得到熟球团；

6、（3）将所述熟球团与碳质还原剂、熟石灰进行配料，送到直流矿热炉进行冶炼，得到液态硅铝铁合金和炉渣；

7、（4）对所述炉渣的成分进行化验后返回步骤（3）重新入炉冶炼；

8、（5）将所述液态硅铝铁合金进行浇铸，梯度冷却后得到硅铝铁合金。

9、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，按质量百分比计，所述高铝粉煤灰包括：al2o340~60%、sio235~45%、cao 0.9~1%、tio21~2%、mgo 0.2~0.5%、烧失2.5~4%。

10、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述粘结剂包括淀粉、糖蜜、水玻璃溶液、聚乙烯醇中的一种或多种。

11、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述高铝粉煤灰与所述铁粉的质量配比为1：（0.02~0.3）；所述粘结剂的质量为造球混合物料总质量的1%~3%；所述水的质量为造球混合物料总质量的1%~3%。

12、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述生球团的粒度为20~60mm。

13、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述焙烧的温度为700~900℃，焙烧时长为0.5~2h。

14、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述碳质还原剂为洗精煤、焦炭、石油焦中的一种或多种；其中，混合碳质还原剂中固定碳含量大于80%，粒度为3~5mm。

15、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述熟球团与所述碳质还原剂、所述熟石灰的质量配比为（1.02~1.3）：（0.2~0.5）：（0.06~0.25）。

16、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述直流矿热炉配套双反星带平抗非同相逆并联整流电路，两台整流变压器并列运行，限定变压器二次额定电压 94~222v、矿热炉二次工作电压 110~260v。

17、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述直流矿热炉的反应熔池区域的温度为2000~2100℃，出铁温度为1300~1350℃，渣温为1400~1450℃。

18、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述直流矿热炉采用半封闭炉型。

19、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述直流矿热炉在冶炼过程中产生的高温烟气，通过烟道直接送入矿热炉炉顶料仓。

20、上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法，所述梯度冷却包括：

21、采用风冷使硅铝铁合金温度降至900~1000℃，冷却速率为10~18℃/min；

22、关闭风冷，室温下使硅铝铁合金冷却至≤400℃，冷却速率为1~3℃/min；

23、采用水冷喷淋的方式将硅铝铁合金冷却至室温，冷却速率为75~150℃/min。

24、一种硅铝铁合金，其采用上述的使用直流矿热炉冶炼高铝粉煤灰制备硅铝铁合金的方法制备获得。

25、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的有益效果：

26、（1）本发明采用直流矿热炉火法冶炼工艺，以高铝粉煤灰作为主要原料，不额外添加含铝或含硅物料，通过碳热还原同步回收粉煤灰中的铝、硅、钛、铁有价组分，并直接获得硅铝铁合金产品。该工艺无需酸浸或碱溶步骤，不产生废酸、废碱等危废，避免了湿法工艺的环境负担，同时避免了熔盐电解法的高电耗问题。

27、（2）本发明将高铝粉煤灰与铁粉、粘结剂混合造球后焙烧，使铁组分在焙烧过程中形成微量液相，填充粉煤灰颗粒间隙，显著提高熟球团的机械强度，解决了高铝粉煤灰细粉难以直接入炉、易粉化的问题。

28、（3）本发明采用直流矿热炉并配套双反星带平抗非同相逆并联整流电路及四电极布置方式，电弧稳定性好，热场集中且均匀，无交流矿热炉的涡流损耗，能够适配高铝粉煤灰高al2o3、sio2含量带来的高炉料电阻和高还原温度工况，有效降低冶炼电耗和电极消耗。

29、（4）本发明通过调整粉煤灰与铁粉的配比、碳质还原剂用量以及出铁周期，可在同一生产线上制备不同牌号的硅铝铁合金产品，产品种类可灵活调节，适应不同市场需求。

30、（5）本发明在冶炼过程中，通过将高温烟气经烟道引入炉顶料仓预热混合料，降低冶炼能耗；通过维持炉内微正压氛围减少铝、硅等活泼金属的高温烧损；将冶炼炉渣经化验后破碎并返回配料重新入炉，实现炉渣的100%内部循环利用，无固废外排；浇铸后采用梯度冷却制度，有利于细化合金晶粒组织、改善成分均匀性。上述措施综合提升了金属回收率，降低了生产成本，实现了高铝粉煤灰的高效、清洁、就地资源化利用。