一種電解制備鋁硅合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電解制備鋁硅合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁硅合金廣泛應(yīng)用與交通運(yùn)輸、電力、汽車和航空燈領(lǐng)域，目前普遍采用純鋁和純硅熔配法生產(chǎn)鋁硅合金，合金生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，周期長，能耗高，投資規(guī)模大。
[0003]我國是一個石油資源緊缺的國家，近年我國的石油進(jìn)口依賴度已經(jīng)達(dá)到了50% -60%左右，而隨著石油資源的緊張，依托于石油生產(chǎn)的炭素陽極原材料之一的石油焦也變得緊缺。
[0004]我國擁有相當(dāng)豐富的煤炭儲量，價格方面也遠(yuǎn)比石油焦低廉，使用煤炭制備鋁用炭陽極在原料成本方面擁有非常明顯的優(yōu)勢。但是，由于鋁用炭陽極對灰分有嚴(yán)格的要求，而煤炭中通常含有較高的灰分，因此，需要對煤炭進(jìn)行脫灰處理。目前，利用酸堿法、氫氟酸法、溶劑抽提和油團(tuán)浮選法等技術(shù)雖然可以將煤中的灰分降低到1%以下，但是這些脫灰工藝具有流程長和成本尚等缺點(diǎn)。
[0005]專利CN1376813A公開了一種“用電解法生產(chǎn)鋁硅鈦多元合金”的方法，將氧化鋁、氧化硅和氧化鈦等氧化物添加到電解槽直接電解生產(chǎn)鋁硅鈦多元合金，但是硅和鈦在鋁液中偏析嚴(yán)重，電流效率低，對電解槽的正常生產(chǎn)也造成很大的難度。
[0006]專利CN101255572A公開了 “一種利用煅后無煙煤制備鋁用炭陽極的方法”，選用灰分小于5%的低灰無煙煤進(jìn)行煅燒，然后摻配煅后石油焦制備鋁用炭陽極。由于該無煙煤沒有進(jìn)行脫灰處理，灰分仍然較高，所以替代石油焦的比例較低，此外，低灰無煙煤的儲量并不豐富，原料的來源依然有限。
[0007]專利CN101225530A公開了 “低灰炭質(zhì)原料在制備預(yù)焙陽極中的應(yīng)用”方法，選用低灰無煙煤、煙煤、竹炭、木炭、廢塑料或廢橡膠炭化后的殘?zhí)孔鳛樯a(chǎn)預(yù)焙陽極的輔助原料，專利要求上述殘?zhí)炕曳趾坎怀^2.8%，在該灰分含量要求下，顯然可以提高炭質(zhì)原料的摻配比例，但是相應(yīng)的低灰炭質(zhì)原料來源更加稀缺。
[0008]專利CN101698947A公開了 “一種鋁電解炭陽極的制備方法”，將浮選脫灰煤與粉狀生石油焦混合進(jìn)行煅燒，制得復(fù)合煅燒焦炭，用來替換部分或全部石油焦制作鋁用炭陽極。專利要求浮選脫灰煤的灰分含量小于2.5%，對煤炭的可選性要求很高，只有很少一部分煤炭滿足需求。
[0009]因此，目前鋁電解用炭素陽極一般采用灰分較少的炭素材料進(jìn)行生產(chǎn)，以石油焦為骨料，采用煤瀝青作為粘結(jié)劑，制備而成。而現(xiàn)有工藝中涉及到炭陽極均是如何去除所有的雜質(zhì)，并采用何工藝盡可能的降低原料中的灰分處理。但是由于種種原因，采用的脫灰工藝脫灰效率差，脫灰的工作量大。但目前隨著我國進(jìn)口國外劣質(zhì)原油和重質(zhì)原油比重不斷上升，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)石油焦的供應(yīng)量有一定程度的下降，從而加劇鋁用優(yōu)質(zhì)石油焦的供應(yīng)緊張。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種可在不需要復(fù)雜的除灰工藝的基礎(chǔ)上得到的炭陽極的電解制備鋁硅合金的方法。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]電解制備鋁硅合金過程中，采用的是由煤炭在內(nèi)的原料制備得到的炭陽極作為鋁娃合金中的娃源，所述的炭陽極的制備包括如下工藝步驟:
[0013]a.將煤炭粉碎至100目以下，加入質(zhì)量百分比濃度為10-37%的鹽酸在120_220°C下進(jìn)行酸浸反應(yīng)，酸浸反應(yīng)溶出壓力為0.3-3Mpa，反應(yīng)完全后經(jīng)固液分離和洗滌，得到清潔煤和酸浸液；
[0014]b.將步驟a所得的清潔煤在1200-2000°C進(jìn)行煅燒得到煅后煤；
[0015]c.以含硅煅后煤和煅后石油焦為骨料，與粘結(jié)劑煤瀝青混捏，經(jīng)成型和焙燒，制得炭陽極。
[0016]所述步驟a中煤炭原料包括具有無煙煤、煙煤和/或褐煤。
[0017]鹽酸與煤炭的加入量比值為0.5-5L/Kgo
[0018]所述的酸浸反應(yīng)時間為0.5-5.0小時。
[0019]含硅煅后煤作為生產(chǎn)預(yù)焙炭陽極的摻配原料，其摻配量與煅后石油焦質(zhì)量比為5:95-50:50ο
[0020]所述步驟c中與粘結(jié)劑煤瀝青混捏過程中，粘結(jié)劑的質(zhì)量占陽極糊料總重的13% -18%。
[0021]所述步驟b.中，煅燒時間1-3小時。
[0022]所述的d.步酸浸液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，得到固態(tài)氯化物，同時收集蒸發(fā)過程產(chǎn)生的氯化氫氣體，用水吸收后，重新返回步驟a用于酸浸反應(yīng)。
[0023]本發(fā)明中特別優(yōu)選的是所述步驟a中加入質(zhì)量百分比濃度為15-25%的鹽酸，180-200°C下進(jìn)行酸浸反應(yīng)，酸浸反應(yīng)溶出壓力為1.0-2.0Mpa，酸浸反應(yīng)時間為2_3小時。
[0024]本發(fā)明所述步驟a中煤炭原料無煙煤、煙煤和/或褐煤等；煤炭原料中二氧化硅含量為3%?50%為宜。通過本發(fā)明的酸浸工藝處理后使得硅選擇性的保留在煤炭中，而其它雜質(zhì)被除去。
[0025]本發(fā)明選用煤炭作為原料，幾乎所有種類的煤炭皆可選用，采用直接酸浸的方法去除煤中的灰分雜質(zhì)，酸浸時采用反應(yīng)釜在120-220?浸出，一步脫灰雜質(zhì)去除率即可達(dá)到95%以上，簡化了脫灰工藝流程，降低了生產(chǎn)成本；同時，本發(fā)明還通過加入鹽酸的工藝處理，及有關(guān)參數(shù)的控制，在可以保證煤中其它雜質(zhì)元素脫除完全的同時，使得硅成分保留在脫灰煤中，針對該含硅清潔煤特性，煅燒后替代部分石油焦制備鋁用預(yù)焙陽極，直接電解生產(chǎn)鋁硅合金。本發(fā)明擺脫了現(xiàn)有的炭陽極替代原料煤炭中灰分含量高的限制，而且還對煤炭灰分中的有價成分硅進(jìn)行了綜合利用，脫灰煤中所含硅成分不再被認(rèn)為是雜質(zhì)，可以增大替換石油焦的比例。此外，減少了后續(xù)純鋁和純硅熔配制備鋁硅合金的環(huán)節(jié)。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)煤炭取代部分石油焦的同時，利用煤炭中固有的硅成分，若將該部分硅元素有選擇性的保留在煤炭中，減輕脫灰工序的負(fù)擔(dān)的同時，降低成產(chǎn)成本，而且通過本發(fā)明的方法制備得到的炭陽極直接電解生產(chǎn)鋁硅合金，對于鋁硅合金生產(chǎn)來說，有效避免了目前普遍采用純鋁和純硅熔配法生產(chǎn)鋁硅合金，合金生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，周期長，能耗高。整個工藝具有方法簡單，流程短等優(yōu)點(diǎn)。綜上，本發(fā)明制備得到炭陽極，一方面，拓寬了煤炭資源的適用范圍，可以使炭陽極的生產(chǎn)成本顯著下降，擴(kuò)大炭素工業(yè)的原料利用率；另一方面，同時可以降低炭陽極的制作和鋁硅合金的生產(chǎn)成本；通過本發(fā)明形式制得的炭陽極使用該脫灰煤替代部分石油焦制備炭陽極，所制備的摻煤含硅炭陽極可以用來直接電解出鋁硅合金，與原來工藝相比，省去了中間環(huán)節(jié)，可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為煤炭制備新型炭陽極提供了工藝技術(shù)路線，具有廣闊的應(yīng)用前景；具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【附圖說明】
[0026]圖1是以酸脫灰煤為原料制備電解鋁硅合金用炭陽極的工藝流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0028]實(shí)施例1
[0029]測得無煙煤灰分為32.04 %，其中二氧化硅含量為20 %，揮發(fā)分為4.97%，將無煙煤粉碎至100目以下，然后放入耐酸反應(yīng)釜中與濃度為20wt%的鹽酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)壓力1.5MPa，反應(yīng)時間2h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾洗滌后得到二氧化硅含量為21.5%的清潔煤，經(jīng)測定，無煙煤中除硅外其它金屬雜質(zhì)的脫除率達(dá)到95%以上，脫灰煤經(jīng)1400°C高溫煅燒，以粉料形式與煅后石油焦按質(zhì)量比40:60的比例進(jìn)行混合摻配，通過粒度級配、混捏、成型和焙燒工序，制得含硅預(yù)焙陽極樣品，其真密度為1.95g/cm3，體積密度為1.49g/cm3，電阻率為62.36 μ Ωπι,抗壓強(qiáng)度34.5MPa，其中二氧化硅含量為8.6%，用于電解制備銷娃合金；電解廣品銷娃合金中娃含量為2.0%。
[0030]實(shí)施例2
[0031 ] 測得無煙煤灰分為17.14 %，其中二氧化硅含量為7.8%，揮發(fā)分為4.42 %，煙煤粉碎至100目以下，然后放入耐酸反應(yīng)釜中與濃度為25wt%的鹽酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200 °C，反應(yīng)壓力2.0