利用煤系高嶺土、粉煤灰、造紙廢液等工業(yè)廢棄物年產(chǎn)鋁硅鈦中間合金5萬噸項目可研報告

1、利用煤系高嶺土、粉煤灰、造紙廢液等工業(yè)廢棄物采用礦熱法生產(chǎn)鋁硅鈦中間合金 5萬噸/年項目可研報告一、項目優(yōu)點介紹1項目背景簡介礦熱法又稱電熱法，是利用熱化學(xué)還原反應(yīng)的原理，使用含鋁礦物如鋁土礦、高嶺土、粘土、低鐵粉煤灰和還原劑一碳，在礦熱爐中通過電弧產(chǎn) 生高溫，進行還原反應(yīng)直接制取鋁-硅合金的一種冶煉方法。是一項電解法 以外生產(chǎn)鋁合金的工藝技術(shù)；它起源于19世紀初的鋁化學(xué)冶煉法，用鉀還原無水氯化鋁生成鋁的反應(yīng)即：ALCL3+3K 二 AL+3KCL后用金屬鎂在反射爐中還原冰晶石來生產(chǎn)鋁：2Na3AIF6+3Mq 二 2AI+6NaF+3MqF 21884年美國E.H.考列斯兄弟用6000A、3

2、0VX業(yè)電弧爐，采用 氧化 鋁、鐵和銅做原料，木炭做還原劑；用礦熱法冶煉出了含鋁20%的Al-Si- Cu、Al-Si-Fe合金。1884年1892年美國、英國一直用此 法冶煉鋁合 金。當時生產(chǎn)1 Kg鋁合金需要電能37kw.h 當熔鹽電解法研究成功后，礦 熱法也和化學(xué)法一樣停止了工業(yè)生產(chǎn)。隨著時代的變遷，進入21世紀以來，在全世界范圍內(nèi)對節(jié)能減排”問題引起的高度重視，以及礦熱法生產(chǎn)鋁硅合金具有的上述優(yōu)點，吸引著鋁冶煉工作者們對此又進行了新的研 究。今天，我國已成為鋁業(yè)大國；鋁產(chǎn)量和消費量均為全世界第一，據(jù)測 算；我國生產(chǎn)一噸鋁材的能耗為美國的265倍、日本的3.8倍。根據(jù)世界 銀行世界發(fā)展報

3、告中國1億美元GDP所消耗的能源是12.03萬噸標準 煤，大約是日本1億美元GDP所消耗能源的7.20倍、德國的5.62倍、美 國的3.52倍、印度的1.18倍、世界平均水平的3.28倍。因此，中國鋁工業(yè)節(jié)能減排”工作對我們是迫在眉睫；而且鋁工業(yè)還必須走資源綜合利用及可持續(xù)發(fā)展之路；才能在節(jié)能減排”上有所貢獻?！暗V熱法”生產(chǎn)鋁硅鈦合金正是鋁工業(yè)節(jié)能新亮點之一。近年來， 我國在鋁硅合金礦熱法生產(chǎn)工藝技術(shù)上有了新的進展和突破。20世紀初，各國又重新對熱還原法進行了研究，研究的方向是制造純 鋁。德國在19351945年期間生產(chǎn)了大量的含鋁60%其余以硅為主要元 素的鋁硅合金。二戰(zhàn)結(jié)束前的1944年，

4、德國金屬公司煉制出60%AI、 40%Si合金，產(chǎn)能10000噸/年。把電熱法向前推進了一大步。但當時 所用的原料是粉煤灰、高嶺土和摻合著粘土的氧化鋁粉，為了制取有用的 鑄造鋁合金，冶煉出來的鋁硅合金用純鋁來進行稀釋，生產(chǎn)出鑄造鋁合金 在飛機上使用。前蘇聯(lián)全俄鋁鎂設(shè)計院和烏克蘭第聶伯鋁廠于1937年開始試驗電熱法，取得了成功，進行了工業(yè)化生產(chǎn)；蘇聯(lián)鋁建設(shè)局，建造了第一個電熱法熔煉鋁-硅車間，開始了電熱法熔煉鋁-硅合金的長期開發(fā)研究， 并形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，成為全球最大電熱法熔煉鋁硅合金國，先后在伊爾庫斯克鋁廠，斯大林鋁廠、德聶伯鋁廠、列寧格勒鋁廠、納得沃依茨鋁廠等,建造了電熱法熔煉鋁硅合金車間，并將

5、其技術(shù)出口至印度、匈牙利等國 家。其中在烏克蘭第聶伯市建設(shè)的年產(chǎn)5.0萬噸的鋁硅合金生產(chǎn)廠，現(xiàn)仍 在生產(chǎn)。目前，俄羅斯全俄鋁鎂設(shè)計院和烏克蘭國家冶金科學(xué)院仍然掌握 著該項工藝技術(shù)，現(xiàn)礦熱法生產(chǎn)鋁硅合金的企業(yè)為；烏克蘭國家工藝合 金科學(xué)生產(chǎn)公司，位于烏克蘭的第聶伯市“第聶伯鋁廠。在60年代由撫順鋁廠進行礦熱法熔煉鋁硅合金的研制工作時；其研究 工作目標是為了從鋁硅合金中提取純鋁，或者采用大量純鋁進行配制、勾 兌，當時純鋁資源奇缺，從而陷入技術(shù)難點。黃珂寧等人又在湖北通LU 縣，設(shè)計建造了一座8000KVA直流礦熱爐，擬投產(chǎn)后先煉工業(yè)硅，然后轉(zhuǎn) 產(chǎn)鋁硅合金。由于受技術(shù)工藝水平所限，單耗達16500k

6、wh，高出當時國外 平均單耗15000kwh的10% o未能按計劃轉(zhuǎn)產(chǎn)鋁硅合金，使我國礦熱法 熔煉鋁硅合金試驗再次受挫。因而停止了研制工作。直到1997年11月，河南登封電業(yè)集團又將該項目上報，由國家計 委以“科技1997 2167號】文件”批復(fù)立項，列為國家“九五火炬計 劃”獲得國家4000萬元資金支持。2007年項目試驗初步成功。進入21世紀以來，隨著我國鋁工業(yè)的快速發(fā)展，鋁-硅合金在應(yīng)用 數(shù)量及消費領(lǐng)域品種上發(fā)生了極大變化?，F(xiàn)在，國內(nèi)已經(jīng)形成鑄造合金產(chǎn) 銷市場(上海金屬交易所有Al-Si合金掛牌價)并不斷擴大，含Si20%的 鋁-硅合金每年消費量為40萬噸左右，國家還制訂了鋁-硅中間合金

7、標準 (GB8735-88、YS/T282-2000 ) 含硅鋁鑄造合金的用量還在不斷擴 大，市場消費以年810%的速度增加。目前國內(nèi)所有的鋁硅中間合金均以“重熔兌摻法”進行生產(chǎn)；利用99.5%純固態(tài)鋁和99.5%工業(yè)純硅，經(jīng)高溫將純鋁熔化過熱到900 C左 右，加入純硅充分熔解攪拌后，澆入鑄模。制成含硅20%、含鋁80%的鋁中間合金。由于鋁的熔點在660 C、而純硅的熔點為1410 C,兩種金屬熔點差異較大，鋁合金中硅含量在20%時，合金熔煉困難（參 看鋁硅合金相圖本文72頁圖8）。因此，鋁硅中間合金的硅含量一般不 大于20%。當配制含硅較高的鋁合金如A356、ZL102等合金；含硅量為 6

8、.512%、1.0噸AI-SI20中間合金只能配制1.53.4噸左右的ZL102、A356合金；需要的AI-Si20中間合金數(shù)量非常之大。由于合金配制是二次高溫過熱重熔；鋁過熱損失23%，造成很大的鋁及能源的浪費。不包括原鋁、工業(yè)硅冶煉時能耗，噸鋁硅合金配制 需耗能150kg200kg標準煤?！皟稉椒ā背拇罅磕茉赐猓€易造成 鋁液過熱燒損及合金成分偏析。隨著我國鋁加工產(chǎn)品市場逐年擴大，工業(yè)純硅在鋁產(chǎn)品中的用量不斷 增加，僅鋁加工行業(yè)每年合金配制；需要工業(yè)純硅約在2530萬噸。鋁硅 合金可用來制造汽車的缸體、缸蓋、活塞及結(jié)構(gòu)件等，2010年我國汽車產(chǎn) 量達到1800萬輛，按每輛車用鋁150kg計算；僅汽車工業(yè)則需用鑄造鋁 合金270萬噸。由此可見鋁-硅中間合金在國內(nèi)有巨大的消費市場（詳看 本文第七章市場分析）。而且，目前使用的鋁 硅鑄造合金全部是用“重熔兌 摻法”生產(chǎn)的。近年來，國內(nèi)的一些有識之士也看到了礦熱法生產(chǎn)鋁硅合金對中國鋁工 業(yè)發(fā)展的重要性，以及前景廣闊的市場商機，也深入地了解了礦熱法生產(chǎn)鋁 硅合金的工藝過程；許多科研機構(gòu)和企業(yè)對該項目進行了充分的研