粉煤灰生产铝硅合金可行性分析1

粉煤灰生产铝硅合金可行性分析

一、电厂粉煤灰简介：粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。因此粉煤灰化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主(氧化硅含量在50%左右，氧化铝含量在27%左右)，其它成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分差别很大。

目前粉煤灰用于铝行业的较多，国家发改委批准内蒙古蒙西集团粉煤灰提取氧化铝，经过近十年的研发，现已投产，由于近期氧化铝价格较低，经济效益并不乐观。有的利用粉煤灰或者铝矿粉加入粘结剂做成球状，以焦粒做还原剂，用电热还原法生产铝硅铁合金，需要投资建设大直流或者大交流电弧炉，原理是在高温下用碳将铝硅铁还原，耗电量低于铝锭。

表1 我国35种粉煤样品的化学成分平均值及范围 化学成分 SiO2 AL2O3 F2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 LL(1000℃） 可溶性SiO2 可溶性AIO3 平均值（%） 50.6 27.1 7.1 2.8 1.2 0.5 1.3 0.3 8.2 1.5 3.4 范围（%） 33.9-59.7 16.5-35.4 1.5-19.7 0.8-10.4 0.7-1.9 0.2-1.1 0.6-2.9 0-1.1 1.2-23.6 0.8-2.1 1.3-11.7 二、铝硅合金或者铝硅铁合金简介 铝硅合金分为铸造用铝硅中间合金和炼钢用铝硅铁合金，目前市场行情较好，国内年需求量约100万吨，价格略高于铝锭。

铸造Al-Si 合金又称为硅铝明 ，它能够有效地调整铝合金中硅元素的含量，并提高铝合金的铸造性能， 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等的机加工性能，是铸造铝中间合金品种最多、用途最广的一类中间合金。根据用户要求，规格分为Al-Si10、Al-Si12、Al-Si20、Al-Si 25、Al-Si 35、Al-Si 45、Al-Si55等铝硅中间合金锭，其杂质含量要求为Fe0.50%max, Cu0.2%max, Mn0.4%max, Mg0.5%max, Cr0.1%max, Ni0.15%max, Zn0.20%max, Ca0.15%max, Al Balance。

炼钢用铝硅铁合金适应于炼钢过程中作脱氧剂，是目前代替硅铁的一种效果较好的理想复合脱氧剂，有益元素为铝和硅，铝硅铁合金在钢液中加入量为0.1%，有时也会根据铝硅含量不同进行调整，钢液复合脱氧剂(铝硅铁合金)化学成分表： 成分 含量 % 含量 % 铝 25-35 硅 15-20 锌 ＜0.3 ＜0.3 铜 ＜0.3 ＜0.3 碳 ＜0.3 ＜0.3 硫 ＜0.03 ＜0.03 磷 ＜0.05 ＜0.05 铁 余 量 余 量 45-55 15-20 目前生产铝硅合金或者铝硅铁合金的方法有电热法和兑掺法，电热法前已有述，兑掺法

又分为两种，一种是用铝锭和粉状工业硅放置在感应电炉内高温熔化混合（较多），另一种是在电解槽中加入粉状工业硅生产（较少）。 三、粉煤灰生产铝硅合金或者铝硅铁合金设想

根据以上所述，铝硅合金中有益元素是铝和硅，铝硅铁合金中有益元素是铝、硅和铁，而粉煤灰中铝硅铁三元素含量超过80%，而铝硅铁均可在电解槽中用碳将其电解还原，同时电解槽中含有较多碳渣对电解铝生产不利，粉煤灰中含有8%左右未燃尽碳，经粗略计算，电解槽中碳渣和粉煤灰中未燃尽碳正好可将铝硅铁还原。根据生产铝硅或者铝硅铁合金规格的不同，可以考虑粉煤灰中铝硅铁含量的差异，调整粉煤灰和氧化铝粉的添加比例。若生产铝硅合金，铁含量可能较高，可采用除铁剂（硼砂熔剂、氯化锰熔剂）进行除铁，若生产铝硅铁合金，则不需要除铁。其它金属元素可经过高温烧损或者加入精炼剂、除渣剂除去。电解槽中反应方程式为：

SiO2 ＋ 2C → 2CO ＋ Si (还原)

3SiO2 ＋ 4Al → 2 Al 2O3 ＋ 3Si （还原） Al2 O3 ＋ 3C → 3CO ＋ 2Al （电解） Fe2 O3 ＋ 3C → 3CO ＋ 2 Fe （还原） 四、粉煤灰电解还原过程中主要元素收益

若按粉煤灰中含二氧化硅50%、三氧化二铝27%、三氧化二铁8%考虑，1000Kg粉煤灰理论上可产出单质硅233Kg，金属铝143Kg，金属铁56Kg，若其收益率按90%考虑，分别产出单质硅209.7Kg，金属铝128.7Kg，金属铁50.4Kg。若氧化铝和粉煤灰加入量为1：1，则产出的铝硅铁合金化学成分约为：Al 70% Si 24% Fe 5.6%。 五、应关注的问题

1、粉煤灰要干燥，避免混入其它杂质。 2、适当提高槽温，提高还原性。

3、降低铝液水平，减少铝硅铁熔体的电阻率。

4、检测粉煤灰中各成分含量，根据要生产产品的成分，推测氧化铝、粉煤灰的加入量。 5、铸造过程中要加入精炼剂、除渣剂除杂，并单独铸造。

6、真实记录生产过程（槽温、原材料加入量、铝合金化学成分、压降等），不断总结生产经验。

7、考察市场需求及价格，确认所需合金中各元素含量。 六、意义

用粉煤灰代替或者部分代替氧化铝粉，可以大大降低生产成本，并可申报国家专利。

质检计量中心

郭长飞 8月19日