铝硅合金生产过程中铝土矿预处理工艺研究

作     者：王侠前 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马文会;谢克强

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铝硅合金 铵化焙烧 硫酸熟化 除铁钛 低品位铝土矿 

摘      要：全世界开采的铝土矿约90%的铝土矿用来生产氧化铝,25%的铝都用于铸造合金,铸造合金主要是铝硅系。由于铝硅合金具有良好的机械性能,硬度大、比重低,耐腐蚀性好等优点,被广泛应用于航空航天、汽车汽缸、焊丝、空调转子等领域。 目前铝硅合金的主流生产方法为熔融法（兑掺法）,该法生产周期长,需以纯铝纯硅为原料,使整个生产环节增多,运输成本增高,而且带来环境污染。电热法生产铝硅合金可采用低品位铝土矿和非铝土矿资源为原料,有利于缓解了资源枯竭,并对资源进行综合利用,符合我国铝资源特点。但是这些原料中通常含有大量的铁、钛元素,对铝硅合金的生产造成不利影响。铁能与铝硅合金中的铝形成a-Fe（Al8SiFe2）和p-Fe（Al5SiFe）,硬而脆的p-Fe会破坏金属基体的连接强度,降低合金的机械性能,并且当铝硅合金中存在含Fe相时,合金表面将不能形成连续的氧化膜,在晶界上析出的p铁相还会促使铝硅合金发生电化学腐蚀,从而使合金的抗蚀性能下降。合金中过量的钛能与铝形成TiAl3,增加合金的粘度,降低合金的性能。因此,以低品位铝土矿为原料电热法生产铝硅合金的过程中,首先对原料进行预处理,在源头上控制Fe、Ti含量,尤为重要。 本文对铝土矿的原料进行了深入分析,分析结果表明,四川某铝土矿的主要物相为高岭土、一水软铝石、绿锥石和金红石,而云南某铝土矿（B矿）主要物相组成为一水硬铝石、金红石等。Ti在铝土矿中分布比较分散,甚至可能取代部分铝的晶格,因此可通过细磨的方式增加其去除率。文章对去除铝土矿中铁、钛的理论进行了研究,得出常规酸浸的方法不能有效去除铝土矿中钛,高温高酸对去除铝土矿中的铁和钛有效,为铝土矿脱铁、钛提供了理论依据。 实验以四川某铝土矿（A矿）为原料,对比盐酸、硫酸常压浸出、盐酸高压浸出、铵化焙烧-酸洗、磁选等不同技术路线,最终选择合理技术路线为：铵化焙烧-酸洗法,同时研究了焙烧过程中硫酸铵加入量、焙烧温度、焙烧时间和酸洗过程中浸出时间、浸出温度、硫酸浓度对去除铝土矿中铁、钛效果的影响,得出合理工艺条件为硫酸铵配比为1：1.0;铵化焙烧温度为400℃;焙烧时间为150min;硫酸浸出浓度为1mol/L;浸出时间为60min;浸出温度为70℃。在此合理工艺条件下铁的平均去除率为89.88%,钛的去除率为61.0%,铝的损失率为19.21%。 针对云南某铝土矿高钛、低铁的特点,实验探讨了硫酸熟化法去除铝土矿中铁和钛的效果。得出合理的工艺条件为：硫酸加入量1：1,熟化温度200℃,熟化时间150min。同时实验对预焙烧后硫酸熟化做了研究,结果表明,预焙烧对去除铝土矿中的铁和钛影响较小。