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1、利用煤系高岭土、粉煤灰、造纸废液等工业废弃物采用矿热法生产铝硅钛中间合金5万吨/年项目可研报告一、项目优点介绍1、项目背景简介矿热法又称电热法，是利用热化学还原反应的原理，使用含铝矿 物如铝土矿、高岭土、粘土、低铁粉煤灰和还原剂一碳，在矿热炉中 通过电弧产生高温，进行还原反应直接制取铝 -硅合金的一种冶炼方 法。是一项电解法以外生产铝合金的工艺技术；它起源于19世纪初的铝化学冶炼法，用钾还原无水氯化铝生成铝的反应即：ALCL3+3K=AL+3KCL后用金属镁在反射炉中还原冰晶石来生产铝：2Na3AlF6+3Mg = 2Al+6NaF+3MgF 21884年美国E.H.考列斯兄弟用6000A、3
2、0V工业电弧炉，采用 氧化铝、铁和铜做原料，木炭做还原剂；用矿热法冶炼出了含铝20% 的Al-Si-Cu、Al-Si-Fe合金。1884年1892年美国、英国一直用此 法冶炼铝合金。当时生产1Kg铝合金需要电能37kw.h。当熔盐电解 法研究成功后，矿热法也和化学法一样停止了工业生产。随着时代的变迁，进入21世纪以来，在全世界范围内对 节能减排”问题引起的高度重视，以及矿热法生产铝硅合金具 有的上述优点，吸引着铝冶炼工作者们对此又进行了新的研究。今天，我国已成为铝业大国；铝产量和消费量均为全世界第一，据测算；我国生产一吨铝材的能耗为美国的2.65倍、日本的3.8倍根据世界银行世界发展报告中国1
3、亿美元GDP所消耗的能源是 12.03万吨标准煤，大约是日本1亿美元GDP所消耗能源的7.20倍、 德国的5.62倍、美国的3.52倍、印度的1.18倍、世界平均水平的 3.28 倍。因此，中国铝工业 节能减排”工作对我们是迫在眉睫；而且铝工 业还必须走资源综合利用及可持续发展之路；才能在节能减排”上有所贡献。“矿热法”生产铝硅钛合金正是铝工业节能新亮点之一。近 年来，我国在铝硅合金矿热法生产工艺技术上有了新的进展和突破。20世纪初，各国又重新对热还原法进行了研究，研究的方向是 制造纯铝。德国在19351945年期间生产了大量的含铝60%其余 以硅为主要元素的铝硅合金。 二战结束前的1944年
4、，德国金属公司 炼制出60%Al、40%Si合金，产能10000吨/年。把电热法向前推 进了一大步。但当时所用的原料是粉煤灰、高岭土和掺合着粘土的氧 化铝粉，为了制取有用的铸造铝合金，冶炼出来的铝硅合金用纯铝来 进行稀释，生产出铸造铝合金在飞机上使用。前苏联全俄铝镁设计院和乌克兰第聂伯铝厂于1937年开始试验电热法，取得了成功，进行了工业化生产；苏联铝建设局，建造了第一个电热法熔炼铝-硅车间，开始了电热法熔炼铝-硅合金的长期开发 研究，并形成规模产业，成为全球最大电热法熔炼铝硅合金国，先后 在伊尔库斯克铝厂，斯大林铝厂、德晶伯铝厂、列宁格勒铝厂、纳得 沃依茨铝厂等，建造了电热法熔炼铝硅合金车间
5、，并将其技术出口至 印度、匈牙利等国家。其中在乌克兰第聂伯市建设的年产5.0万吨的 铝硅合金生产厂，现仍在生产。目前，俄罗斯全俄铝镁设计院和乌克 兰国家冶金科学院仍然掌握着该项工艺技术， 现矿热法生产铝硅合金 的企业为；乌克兰国家工艺合金科学生产公司，位于乌克兰的第聂伯 市-第聂伯铝厂。在60年代由抚顺铝厂进行矿热法熔炼铝硅合金的研制工作时； 其研究工作目标是为了从铝硅合金中提取纯铝 ，或者采用大量纯铝进 行配制、勾兑，当时纯铝资源奇缺，从而陷入技术难点。黄珂宁等人又在湖北通山县，设计建造了一座 8000KVA直流矿热炉，拟投产后 先炼工业硅，然后转产铝硅合金。由于受技术工艺水平所限，单耗达
6、16500kwh ,高出当时国外平均单耗15000kwh的10%。未能按计划 转产铝硅合金，使我国矿热法熔炼铝硅合金试验再次受挫。因而停止了研制工作。直到1997年11月，河南登封电业集团又将该项目上报，由国 家计委以 科技1997【2167号】文件”批复立项，列为国家 九五火炬 计划”获得国家4000万元资金支持。2007年项目试验初步成功。进入21世纪以来，随着我国铝工业的快速发展，铝-硅合金在应 用数量及消费领域品种上发生了极大变化。 现在，国内已经形成铸造 合金产销市场（上海金属交易所有 Al-Si合金挂牌价）并不断扩大， 含Si20%的铝-硅合金每年消费量为40万吨左右，国家还制订了
7、铝- 硅中间合金标准(GB8735-88、YS/T282-2000 )。含硅铝铸造合金 的用量还在不断扩大，市场消费以年 810%的速度增加。目前国内所有的铝硅中间合金均以“重熔兑掺法”进行生产；利 用99.5%纯固态铝和99.5%工业纯硅，经高温将纯铝熔化过热到 900 c左右，加入纯硅充分熔解搅拌后，浇入铸模。制成含硅20%、含铝80%的铝中间合金。由于铝的熔点在 660 C、而纯硅的熔点为 1410 C,两种金属熔点差异较大，铝合金中硅含量在 20%时，合金 熔炼困难(参看铝硅合金相图.本文72页图8)。因此，铝硅中间合 金的硅含量一般不大于20%。当配制含硅较高的铝合金如 A356、
8、ZL102等合金；含硅量为6.512%、1.0吨Al-Si20中间合金只能配 制1.53.4吨左右的ZL102、A356合金；需要的 Al-Si20中间合金 数量非常之大。由于合金配制是二次高温过热重熔；铝过热损失23%,造成很大的铝及能源的浪费。不包括原铝、工业硅冶炼时能耗，吨铝硅合 金配制需耗能150kg200kg标准煤。兑掺法”除消耗大量能源外， 还易造成铝液过热烧损及合金成分偏析。随着我国铝加工产品市场逐年扩大，工业纯硅在铝产品中的用量 不断增加，仅铝加工行业每年合金配制；需要工业纯硅约在2530万吨。铝硅合金可用来制造汽车的缸体、缸盖、活塞及结构件等，2010 年我国汽车产量达到18
9、00万辆，按每辆车用铝150kg计算；仅汽车 工业则需用铸造铝合金270万吨。由此可见铝-硅中间合金在国内有 巨大的消费市场（详看本文第七章市场分析）。而且，目前使用的铝 硅铸造合金全部是用“重熔兑掺法”生产的。近年来，国内的一些有识之士也看到了矿热法生产铝硅合金对中 国铝工业发展的重要性，以及前景广阔的市场商机，也深入地了解了 矿热法生产铝硅合金的工艺过程；许多科研机构和企业对该项目进行 了充分的研究，一些省市地区政府和企业还进行了国外考察及和工业 化试验。其中，江苏省沐阳县政府、山西省朔州计委、河南登封电业 集团、山西晋能集团朔州铝合金厂、山西晋阳机电公司、北京钢铁设 计研究总院、沈阳铝镁设计研究总院、中冶东方公司等都对该项目进 行过试验或研究。未 完 待 续
