铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法与流程

铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法
1.本技术是名为《铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年04月30日，申请号为201910359653.1。
技术领域
2.本发明涉及铝和硅的生产领域，特别是涉及一种铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法。


背景技术：

3.目前我国新疆、内蒙古等西部地区，风能资源丰富，风力发电发展速度极快。风电不同于火电、水电及核电，具有间歇性强、波动大等特点，风电并网对电网功角稳定、频率稳定、电压稳定和电能质量等有明显的负面影响，成为风电发展的主要障碍，消纳风电成为难题，导致弃风现象严重，造成投资浪费。
4.现有的生产铝和金属硅的方法通常采用电网供电先将含铝原料提取氧化铝，然后再用熔盐电解法生产金属铝；生产金属硅用高纯石英为原料，采用交流矿热炉进行冶炼得到金属硅。现有流程长，使用火力发电的传统电网供电，不但成本高，火力发电污染环境。另一方面，目前我国新能源风力发电迅速发展，但由于风电的不稳定性导致上电网技术难度大，大量风电上网受限，目前弃风率高达50％，浪费十分严重。风电的不稳定性导致风电单独供电无法满足熔盐电解法生产金属铝和用交流矿热炉生产金属硅的电能需求，因此，现有技术无法实现利用风电单独供电生产铝和金属硅。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法，可充分利用风能实现铝和金属硅的生产。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种铝和金属硅的生产装置，所述铝和金属硅的生产装置包括：风力发电系统、ac/dc变换器、三层液储能系统、第一dc/dc变换器、直流母线、第二dc/dc变换器、直流电弧炉、第三dc/dc变换器和铝硅分离电解设备；
8.所述风力发电系统的电能输出端与所述ac/dc变换器的交流侧连接，所述ac/dc变换器的直流侧与所述直流母线连接；
9.所述第一dc/dc变换器的一侧与所述三层液储能系统连接，所述第一dc/dc变换器的另一侧与所述直流母线连接；
10.所述第二dc/dc变换器的电能输入侧与所述直流母线连接，所述第一dc/dc变换器的电能输出侧与所述直流电弧炉连接；
11.所述第三dc/dc变换器的电能输入侧与所述直流母线连接，所述第三dc/dc变换器的电能输出侧与所述铝硅分离电解设备连接；
12.所述风力发电系统用于将风能转换为电能，并为所述直流电弧炉和所述铝硅分离
电解设备提供电能；
13.所述三层液储能系统用于在电能供应量高于电能需求量时储存电能，在电能供应量低于电能需求量时释放电能；所述三层液储能系统的工作温度为300℃～600℃，平衡电压在0.74
‑
0.79v之间；
14.所述直流电弧炉用于在高温环境中将含铝硅原料还原成铝硅合金液体；
15.所述铝硅分离电解设备用于从所述铝硅合金液体中分离出金属铝和金属硅；所述铝硅合金液体进入所述铝硅分离电解设备后，配入一定比例的电解铜，变成铝硅铜合金液体，所述铝硅铜合金液体的熔点在520℃～580℃；所述铝硅铜合金液体作为阳极，液体铝为阴极，高纯石墨连接液体铝，电解质为氟化盐类电解质，包括氟化铝、氟化钡、氟化钠，工作温度700℃～750℃，高纯硅定期在阳极区结晶，捞出过滤，再用盐酸洗涤去除残留的铝，得到高纯硅；高纯铝在阴极区析出；
16.在所述ac/dc变换器的直流侧、所述第二dc/dc变换器的电能输出侧以及所述第三dc/dc变换器的电能输出侧均设置有电能检测装置；所述电能检测装置用于检测所述直流母线的输入输出电能；每个所述电能检测装置的信号输出端均与充放电控制装置的信号输入端连接；所述充放电控制装置的控制输出端与所述第一dc/dc变换器的控制输入端连接；所述充放电控制装置用于根据各个电能检测装置的检测数据，控制所述第一dc/dc变换器的电流方向，从而实现对所述三层液储能系统的充放电的控制。
17.可选地，在所述ac/dc变换器的直流侧安装有滤波器；所述滤波器用于滤除交直流变换所产生的特征谐波；所述ac/dc变换器通过所述滤波器与所述直流母线连接。
18.可选地，所述三层液储能系统包括石墨坩埚、氧化铝坩埚、熔融电解质、正极液态金属、负极液态金属和低碳钢；
19.所述氧化铝坩埚位于所述石墨坩埚内；
20.所述负极液态金属、所述熔融电解质和所述正极液态金属从上至下分布于所述氧化铝坩埚内；所述三层储能系统是一种高温电池，所述熔融电解质位于所述正极液态金属和负极液态金属之间，充当电解质和分离器；
21.所述正极液态金属的密度大于所述熔融电解质的密度；所述熔融电解质的密度大于所述负极液态金属的密度；
22.所述低碳钢位于所述负极液态金属内；
23.所述氧化铝坩埚的底部开口，所述正极液态金属通过底部的开口与所述石墨坩埚接触；
24.所述低碳钢与所述石墨坩埚分别通过钼棒与所述第一dc/dc变换器连接；
25.在所述石墨坩埚上还插设有温度检测探针；所述温度检测探针用于检测温度。
26.可选地，所述三层液储能系统的充放电过程包括：
27.在放电过程中，位于顶部的负极液态金属被氧化成a
n
，释放出电子，随后电子进入外电路，a
n
经过熔融电解质到达位于底部的正极液态金属b，与液态金属b生成a
‑
b合金；
28.随着放电过程的进行，电极厚度和电解质的位置发生相应变化；负极金属厚度变薄，正极金属与a
n
形成化合物，厚度增加；
29.充电过程与放电过程相反。
30.可选地，所述熔融电解质包括lif、licl和libr，所述正极液态金属为铋锡合金，所
述负极液态金属为锂。
31.可选地，所述正极液态金属与所述负极液态金属的摩尔比为li:bi:sn＝(80～85):(3～6):(4～8)。
32.可选地，所述熔融电解质的摩尔配比为lif:licl:libr＝(22～30):(27～31):(43～47)。
33.为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
34.一种铝和金属硅的生产装置的控制方法，应用于上述的铝和金属硅的生产装置，所述铝和金属硅的生产装置的控制方法包括：
35.获取各电能检测装置的检测数据，得到ac/dc变换器的输出功率、第二dc/dc变换器的输入功率以及第三dc/dc变换器的输入功率；
36.对比第二dc/dc变换器的输入功率与第三dc/dc变换器的输入功率之和与ac/dc变换器的输出功率的大小，得到对比结果；
37.若所述对比结果表示第二dc/dc变换器的输入功率与第三dc/dc变换器的输入功率之和大于ac/dc变换器的输出功率，则向第一dc/dc变换器发出第一控制信号；所述第一控制信号用于指示第一dc/dc变换器将电流方向调整为由三层液储能系统向直流母线方向；
38.若所述对比结果表示第二dc/dc变换器的输入功率与第三dc/dc变换器的输入功率之和小于ac/dc变换器的输出功率，则向第一dc/dc变换器发出第二控制信号；所述第二控制信号用于指示第一dc/dc变换器将电流方向调整为由直流母线向三层液储能系统方向。
39.为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
40.一种铝和金属硅的生产方法，应用于上述的铝和金属硅的生产装置，所述铝和金属硅的生产方法包括：
41.将含铝硅原料和还原剂进行预处理，得到预处理后的反应料，具体为：将含铝硅原料、还原剂焦炭分别磨成粒度小于1mm的粉料并采用磁选方法或盐酸浸出方法进行除铁处理，使氧化铁含量小于0.5％，对全部物料进行干燥处理，并在混料机中均匀混合，形成预处理后的反应料；所述含铝硅原料包括含铝和硅的原矿、精矿及废弃物料；
42.将所述预处理后的反应料制成球团，具体为：预处理后的反应料在制团机中制成球团，制团压力为20mpa～30mpa；将制好的球团在100℃～150℃下烘干脱水；
43.调整直流电弧炉内的温度为预设温度值；
44.将所述球团加入到所述直流电弧炉中进行预设时长的还原反应，得到铝硅合金液体；所述直流电弧炉电极采用高纯石墨，纯度99.9％，出料方式为从出铝口向抬包放出铝硅合金液体；
45.对所述铝硅合金液体进行过滤除渣处理，得到去渣后的铝硅合金液体，具体为：在抬包中加入精炼剂，过滤除渣，得到纯净液体粗铝硅合金；
46.将所述去渣后的铝硅合金液体、电解铜和氟化物电解质加入到铝硅分离电解设备中；
47.控制所述铝硅分离电解设备的温度在预设温度范围内使铝和金属硅析出，得到铝和金属硅；
48.所述铝硅分离电解设备由正负极和容器构成；铝硅分离电解设备的工作温度为700℃～750℃；铝硅分离电解设备与电解铜混合后形成铜铝硅液体作为阳极，分布在底部，底部是高纯石墨棒，高纯石墨棒与钢棒连接；阴极为液体铝，液体铝与高纯石墨棒相连；定期加入纯净铝硅合金液体，补充电解铜，铝不断在阴极区析出，在铝不断减少情况下，阳极区中硅也开始不断析出，定期取出高纯铝和高纯硅。
49.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：利用风力发电系统为直流电弧炉和铝硅分离电解设备提供电能，并利用三层液储能系统对电能进行回收和平衡，从而能够充分利用风能实现铝和金属硅的生产；并且本发明的装置及方法能够使用含铝硅固废料如煤矸石、粉煤灰和我国储量巨大的含铝硅固体矿物生产铝和金属硅，价格便宜，生产成本低。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本发明铝和金属硅的生产装置的结构示意图；
52.图2为本发明铝和金属硅的生产装置的三层液储能系统的结构图；
53.图3为本发明铝和金属硅的生产装置中三层储能系统的充放电过程原理图；
54.图4为本发明铝和金属硅的生产装置的控制方法的流程图；
55.图5为本发明铝和金属硅的生产方法的流程图。
56.符号说明：
57.风力发电系统
‑
1，ac/dc变换器
‑
2，三层液储能系统
‑
3，石墨坩埚
‑
301，氧化铝坩埚
‑
302，熔融电解质
‑
303，正极液态金属
‑
304，负极液态金属
‑
305，低碳钢
‑
306，钼棒
‑
307，温度检测探针
‑
308，第一dc/dc变换器
‑
4，直流母线
‑
5，第二dc/dc变换器
‑
6，直流电弧炉
‑
7，第三dc/dc变换器
‑
8，铝硅分离电解设备
‑
9，电能检测装置
‑
10，滤波器
‑
11。
具体实施方式
58.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.本发明的目的是提供一种铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法，利用风力发电系统为直流电弧炉和铝硅分离电解设备提供电能，并利用三层液储能系统对电能进行回收和平衡，从而能够充分利用风能实现铝和金属硅的生产；并且本发明的装置及方法能够使用含铝硅固废料如煤矸石、粉煤灰和我国储量巨大的含铝硅固体矿物生产铝和金属硅，价格便宜，生产成本低。
60.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
61.如图1所示，本发明铝和金属硅的生产装置包括：风力发电系统1、ac/dc变换器2、三层液储能系统3、第一dc/dc变换器4、直流母线5、第二dc/dc变换器6、直流电弧炉7、第三dc/dc变换器8和铝硅分离电解设备9。
62.所述风力发电系统1的电能输出端与所述ac/dc变换器2交流侧连接，所述ac/dc变换器2的直流侧与所述直流母线5连接；所述第一dc/dc变换器4的一侧与所述三层液储能系统3连接，所述第一dc/dc变换器4的另一侧与所述直流母线5连接；所述第二dc/dc变换器6的电能输入侧与所述直流母线5连接，所述第一dc/dc变换器4的电能输出侧与所述直流电弧炉7连接；所述第三dc/dc变换器8的电能输入侧与所述直流母线5连接，所述第三dc/dc变换器8的电能输出侧与所述铝硅分离电解设备9连接。
63.所述风力发电系统1为双馈型风力发电机组或直驱型风力发电机组。所述风力发电系统1具有卸荷装置，当风电无法消纳时能够卸荷。
64.所述风力发电系统1为主要供电电源，用于将风能转换为电能并为所述直流电弧炉7和所述铝硅分离电解设备9提供电能。
65.所述三层液储能系统3为辅助供电电源，用于在电能供应量高于电能需求量时储存电能，在电能供应量低于电能需求量时释放电能。
66.所述风力发电系统与所述三层液储能系统相互配合把间歇性、不稳定的风电电源变为具有可靠性、稳定性和高电能质量的供电系统。
67.所述直流电弧炉7用于在高温环境中将含铝硅原料还原成铝硅合金液体；
68.所述铝硅分离电解设备9用于从所述铝硅合金液体中分离出金属铝和金属硅。
69.在所述ac/dc变换器2的直流侧、所述第二dc/dc变换器6的电能输出侧以及所述第三dc/dc变换器8的电能输出侧均设置有电能检测装置10；所述电能检测装置10用于检测所述直流母线5的输入输出电能；每个所述电能检测装置10的信号输出端均与充放电控制装置(图中未示出)的信号输入端连接；所述充放电控制装置的控制输出端与所述第一dc/dc变换器4控制输入端连接；所述充放电控制装置用于根据各个所述电能检测装置10的检测数据控制所述第一dc/dc变换器4的电流方向从而实现对所述三层液储能系统3的充放电的控制。
70.在所述ac/dc变换器2的直流侧安装有滤波器11；所述滤波器11用于滤除交直流变换所产生的特征谐波。所述ac/dc变换器2通过所述滤波器11与所述直流母线5相连。
71.本发明的其中一个负荷是直流电弧炉。在我国，直流电弧炉很少采用，一般用交流矿热炉冶炼合金。但在冶炼铝硅合金时，由于需要的温度高，交流矿热炉炉底温度低，经常出现炉底涨底现象，炉况差，出现故障多，因此，至今工业上没有铝硅合金生产线。直流电弧炉与三相交流矿热炉最大不同点在于直流电弧炉采用一根电极，以导电炉底为另一极。工作时全部电流流经炉底，没有三相交流矿热炉的侧部电流问题，可以把输入炉内的功率更多地分配给反应区和炉底。特别是炉底导电，有利于提高炉底温度。这些特点正好满足铝硅合金冶炼过程的要求，即：不仅要求反应区有很高的功率密度，以保证还原反应迅速进行，而且要求炉底也具有很高的功率密度值，以利于抑制炉底上涨。用炉底作为阳极，顶电极作为阴极，利用阳极效应所产生的附加热量进一步加热炉底，如此可为抑制炉底上涨创造更为有利的条件。直流矿热炉还具有如下优点：
72.(1)由于电能在电路下部高度集中，炉底功率密度大，电极可进一步深埋，效率高。
73.(2)由于顶电极处于负极，发射电子，电极温度相对较低，氧化损失少，因而电极消耗少。
74.(3)噪声明显降低。
75.(4)比交流矿热炉节能10％左右。
76.(5)交流矿热炉功率因数0.85左右，而直流电弧炉功率因数可提高到0.92以上。
77.直流电弧炉投入的含铝硅原料可以为含铝和硅的原矿、精矿及废弃物料，例如煤矸石、粉煤灰等固体废料及红柱石、蓝晶石、高岭土、硅线石等矿物的原矿、精矿及选矿后尾矿。该含铝硅原料经过除铁处理后用纯净焦炭做还原剂，在直流电弧炉内得到硅铝合金。
78.本发明的另一个负荷是铝硅分离电解设备。铝硅分离电解设备的电能也是直接从直流母线用dc/dc变换器接入。铝硅分离电解设备的原料来自上游的直流电弧炉所产生的熔融后的铝硅合金液体。铝硅合金液体进入该装置后，配入一定比例的电解铜，变成铝硅铜合金液体，该铝硅铜合金液体熔点在520℃～580℃。该铝硅铜合金液体作为阳极，液体铝为阴极，高纯石墨连接液体铝，电解质为氟化盐类电解质，包括氟化铝、氟化钡、氟化钠，工作温度700℃～750℃，高纯硅定期在阳极区结晶，捞出过滤，在用盐酸洗涤去除残留的铝，得到99.9％高纯硅，用于制备太阳能电池材料原料；高纯铝在阴极区析出，定期取出，纯度为99.9％。电解铜一直在阳极区使用，阳极区液体始终保持铝硅铜合适的比例。
79.如图2所示，所述三层液储能系统3包括石墨坩埚301、氧化铝坩埚302、熔融电解质303、正极液态金属304、负极液态金属305和低碳钢306。
80.其中，所述氧化铝坩埚302位于所述石墨坩埚301内；所述负极液态金属305、所述熔融电解质303和所述正极液态金属304从上至下分布于所述氧化铝坩埚302内；所述正极液态金属304的密度大于所述熔融电解质303的密度；所述熔融电解质303的密度大于所述负极液态金属305的密度；所述低碳钢306位于所述负极液态金属305内；所述氧化铝坩埚302的底部开口，所述正极液态金属304通过底部的开口与所述石墨坩埚301接触；所述低碳钢306与所述石墨坩埚301分别通过钼棒307与所述第一dc/dc变换器4连接。
81.在所述石墨坩埚301上还插设有温度检测探针308；所述温度检测探针308用于检测温度。
82.所述熔融电解质303包括lif、licl和libr，所述正极液态金属304为铋锡合金，所述负极液态金属305为锂。
83.所述正极液态金属304与所述负极液态金属305的摩尔比为li:bi:sn＝(80～85)：(3～6)：(4～8)，作为一种优选的实施方式，li:bi:sn＝80:3:4。
84.所述熔融电解质303的摩尔配比为lif:licl:libr＝(22～30)：(27～31)：(43～47)，作为一种优选的实施方式，lif:licl:libr＝22:31:47。
85.三层储能系统3是一种高温电池，熔融电解质303位于正极液态金属304和负极液态金属305之间，充当电解质和分离器。正极液态金属304、负极液态金属305和熔融电解质303因为彼此密度不同和互不混溶性分离为三层，三层储能系统3的电化学过程由两个液态金属层之间不同的电负性驱动。
86.如图3所示，在放电过程中，位于顶部的负极液态金属(用a表示)被氧化成a
n
，释放出电子，随后电子进入外电路，a
n
经过熔融电解质到达位于底部的正极液态金属(用b表示)，与液态金属b生成a
‑
b合金。随着放电过程的进行，电极厚度和电解质位置发生相应变
化：负极金属厚度变薄，正极金属与a
n
形成化合物，厚度增加。充电过程与放电过程相反。充电过程的电极反应式和总反应式如下所示。
87.负极反应：a
→
a
n
ne
‑
；
88.正极反应：a
n
ne
‑
b
→
a
‑
b；
89.总反应：a b
→
a
‑
b
90.所述三层液储能系统3的工作温度300℃～600℃，平衡电压在0.74
‑
0.79v之间，比较稳定，可以大的电流密度充放电。三层液储能系统3的功能是平抑风电的波动性和间歇性，风电功率大于负荷时吸收功率，风电功率小于负荷时发出功率，从而保持整个生产装置内电压及功率稳定，满足负荷需要。
91.如图4所示，所述铝和金属硅的生产装置的控制方法包括：
92.步骤201：获取各所述电能检测装置的检测数据，得到所述ac/dc变换器的输出功率、所述第二dc/dc变换器的输入功率以及所述第三dc/dc变换器的输入功率。
93.步骤202：对比所述第二dc/dc变换器的输入功率与所述第三dc/dc变换器的输入功率之和与所述ac/dc变换器的输出功率的大小，得到对比结果。
94.步骤203：若所述对比结果表示所述第二dc/dc变换器的输入功率与所述第三dc/dc变换器的输入功率之和大于所述ac/dc变换器的输出功率，则向所述第一dc/dc变换器发出第一控制信号；所述第一控制信号用于指示所述第一dc/dc变换器将电流方向调整为由所述三层液储能系统向所述直流母线方向。
95.步骤204：若所述对比结果表示所述第二dc/dc变换器的输入功率与所述第三dc/dc变换器的输入功率之和小于所述ac/dc变换器的输出功率，则向所述第一dc/dc变换器发出第二控制信号；所述第二控制信号用于指示所述第一dc/dc变换器将电流方向调整为由所述直流母线向所述三层液储能系统方向。
96.如图5所示，所述铝和金属硅的生产方法执行前首先需要保证远程控制启动，通过电能检测装置检测直流母线功率输入与输出数据，根据检测数据及时发出指令，使三层储能系统充放电，保持直流母线功率输入与需求平衡和电压稳定；发出指令原则是：当风电功率大于直流电弧炉输入功率和铝硅分离电解装置输入功率之和时，给三层储能系统充电，当风电功率小于直流电弧炉输入功率和铝硅分离电解装置输入功率之和时，三层储能系统输出功率弥补不足部分。本发明的生产方法所使用的含铝硅原料包括含铝和硅的原矿、精矿及废弃物料，例如煤矸石、粉煤灰等固体废料及红柱石、蓝晶石、高岭土、硅线石等矿物的原矿、精矿及选矿后尾矿，需保证含铝硅原料中含氧化铝的比例为30％～60％，含氧化硅的比例为30％～70％，当比例不符合时，添加氧化铝或氧化硅来调节。以纯净焦炭(含铁低于0.5％)为还原剂，配比：按质量份数计，含铝硅原料70～80份，焦炭15～25份，加入5～8份粘结剂和4～6份水。焦炭中固定碳含量60％～80％；粘结剂为生产用高效粘结剂，粘结剂主要组成为无机物硅酸盐类和有机物纤维素。粘结剂为有效交联态，保证了其使用效果。粘结剂为黄糊精、白糊精、预糊化淀粉、羧甲基纤维素钠和cmc羧甲基淀粉钠中的至少一种。
97.所述铝和金属硅的生产方法包括：
98.步骤301：将含铝硅原料和还原剂进行预处理，得到预处理后的反应料；具体为：将含铝硅原料、还原剂焦炭分别磨成粒度小于1mm的粉料并进行除铁处理，除铁方法可以采用磁选方法或盐酸浸出方法，使氧化铁含量小于0.5％；之后对全部物料进行干燥处理，并在
混料机中均匀混合，形成预处理后的反应料。
99.步骤302：将所述预处理后的反应料制成球团；具体为：预处理后的反应料在制团机中制成球团，制团压力为20mpa～30mpa；将制好的球团在100℃～150℃下烘干脱水，要求水分不超过1％。
100.步骤303：调整所述直流电弧炉内的温度为预设温度值；预设温度值为1900℃～2200℃之间的任意值。
101.步骤304：将所述球团加入到所述直流电弧炉中进行预设时长的还原反应，得到铝硅合金液体；具体为：还原反应时间为3～4小时。定期加料和定期出料(间隔2～4小时)。出料包括液体铝硅合金，液体铝硅合金一般含铝30％～60％，含硅40～70％，含铁不高于1％。直流电弧炉电极采用高纯石墨，纯度99.9％。出料方式为从出铝口向抬包放出铝硅合金液体。矿渣一般含氧化钙30％～45％，氧化镁30～50％，氧化铝10％～20％，用于炼钢脱氧剂或建筑材料。
102.步骤305：对所述铝硅合金液体进行过滤除渣处理，得到去渣后的铝硅合金液体；具体为：因合金中含有一定量的非金属杂质，需在抬包中加入精炼剂除渣。在抬包中加入精炼剂，过滤除渣，即得到纯净液体粗铝硅合金。
103.步骤306：将所述去渣后的铝硅合金液体、电解铜和氟化物电解质加入到所述铝硅分离电解设备中。
104.直流电弧炉出来的铝硅合金液体在除渣后流入铝硅分离电解设备，配加电解铜，电解铜纯度为99.5％，加入量以使电解铜的含量占铝硅合金液体与电解铜总含量30～40％为准，根据硅铝铜三元相图，此时合金密度达到3.1～3.6g/cm3。比电解质密度高0.5～1g/cm3，这样合金的熔点为520℃～580℃。电解质采用氟化钠20％，氟化钡50％，氟化铝30％，熔点650℃。
105.步骤307：控制所述硅分离电解设备的温度在预设温度范围内使铝和金属硅析出，得到铝和金属硅。
106.铝硅分离电解设备由正负极和容器构成。铝硅分离电解设备的工作温度为700℃～750℃。铝硅合金液体与电解铜混合后形成的铜铝硅液体作为阳极，分布在底部，底部是高纯石墨棒，高纯石墨棒与钢棒相连；阴极为液体铝，液体铝与高纯石墨棒相连。定期加入纯净铝硅合金液体，补充电解铜，铝不断在阴极区析出，在铝不断减少情况下，阳极区中硅也开始不断析出，定期取出高纯铝和高纯硅。通过补充原料和取出产品从而保持阳极区液体铜硅铝比例在一定范围内：含铜30％～40％，含硅10％～20％，含铝50％～60％。析出的产品铝纯度99.9％；析出的产品硅中含有一定量的铝和铜，用盐酸洗涤，纯度可达到99.9％。
107.本发明所公开的铝和金属硅的生产装置、生产方法及生产装置的控制方法，利用风力发电系统为直流电弧炉和铝硅分离电解设备提供电能，并利用三层液储能系统对电能进行回收和平衡，从而能够充分利用风能实现铝和金属硅的生产。并且风力发电系统和三层液储能系统的配合使输出功率稳定，电压稳定，满足直流电弧炉和铝硅分离电解设备装置需要。本发明除了可利用原矿及精矿外，最重要的是可以利用煤矸石、粉煤灰固体废物及红柱石或蓝晶石或高岭土或硅线石或低品位铝土矿等选矿后废弃尾矿作为生产铝和金属硅的原料，变废为宝，节省氧化铝原料的进口量，保护环境的同时能够节约铝和金属硅的生
产成本。
108.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。