專利名稱：礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤氣的方 法，屬有色輕金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是與電解鋁、氧化鋁、電 熱法熔煉鋁硅合金、電石、工業(yè)硅、煤化工、煤潔凈發(fā)電等的生 產(chǎn)方法有關(guān)。
技術(shù)背景公知的電解鋁、電熱法熔煉鋁硅合金、工業(yè)硅、電石、煤化 工、煤潔凈發(fā)電等行業(yè)屬于高投資、高消耗、高污染行業(yè)，是耗 能大戶。鋁是最具有代表性的輕金屬。公知的生產(chǎn)鋁的方法， 一是熔 鹽電解方法，二是碳還原電熱法。碳在高溫下還原氧化鋁反應(yīng)的一次產(chǎn)物是鋁的碳氧化物A1404C，而不是金屬鋁或碳化鋁，而從 碳氧化鋁制取金屬鋁是很困難的。傳統(tǒng)工業(yè)鋁生產(chǎn)是氧化鋁一冰 晶石熔鹽電解綠電耗很大，據(jù)計(jì)算表明，生產(chǎn)一噸原鋁從鋁土礦 開采到鋁錠鑄造，全部電耗為22800KWh。高硅鋁土礦不適宜拜 爾法生產(chǎn)氧化鋁，采用酸法環(huán)境污染嚴(yán)重。而工業(yè)硅每產(chǎn)lt電耗 為13000 17000KWh,電石乙炔每產(chǎn)lt乙炔電耗在7500KWh左 右。比較新的煉鋁是電熱法煉鋁，即一種非電解煉鋁，該方法與 電石、硅鐵、工業(yè)硅的電爐熔煉方法相同，都是電熱法用碳還原熔煉。它和傳統(tǒng)的電解法相比，有流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少；產(chǎn)能 大，能量利用率高，不用整流設(shè)備；對(duì)原料要求不高(高嶺土、 粘土即可為原料)，不需要氟化鹽等優(yōu)點(diǎn)。但是，該法只能得到鋁 硅合金。因?yàn)樘急仨氃?000。C以上才能奪取氧化鋁中的氧還原出 金屬，在此條件下，鋁的蒸發(fā)損失大，氣相中的鋁含量較高，常 壓下操作難以進(jìn)行，而且產(chǎn)量微乎其微。相比之下Si02在1700°C 左右就可以被碳還原，生產(chǎn)多晶硅和碳化硅已有成熟的技術(shù)，實(shí) 踐指出，在1700 1800。C以上時(shí)，爐料中硅的提取率可達(dá)80 84 %。氧化鋁和二氧化硅共同被碳還原，可制得含鋁量70 80%的鋁 硅合金。研究表明，Ab03和Si02共同被碳還原的反應(yīng)為三步進(jìn)行 第 -步3Si02+9C 1500~1600t> 3SiC+6CO 第二步2A1203+3C 薩~簡(jiǎn)、Al404C+2CO 第—三步Al404C+3SiC 腦~2200^ 4Al+3Si+4CO 這種電熱方法也可以'用來生產(chǎn)硅鈣合金及硅鈣鋇合金。 鋁硅合金提取純鋁，常見的是電解法和低價(jià)氯化物歧解法。 鋁硅合金再經(jīng)電解提純鋁不比傳流方法節(jié)能。低價(jià)氯化鋁歧解法 的原理，是由于鋁較容易和鹵素生成低價(jià)鹵化物，而低價(jià)鹵化鋁 只在高溫下穩(wěn)定，在低溫下便分解。據(jù)此可在高溫下使鋁硅合金 中的鋁轉(zhuǎn)化AlCl(,o，然后在低溫下歧解為鋁和三氯化鋁，以達(dá)到從鋁硅合金中提取純鋁的目的。低價(jià)氯化鋁歧解反應(yīng)是 高淑，2A1 (液)十A1C13(氣) 低溫 3A1C1 (氣) 低價(jià)氯化鋁歧解法還可以在熔鹽中進(jìn)行，這時(shí)是將鋁硅合金 同AlCl3在其與KC1組成的熔鹽中反應(yīng)，由于A1C1可溶解于高溫 熔體中而不揮發(fā)，當(dāng)熔體冷卻時(shí)A1C1就分解出鋁，此法使得設(shè)備 的容積大為減小。低價(jià)氯化鋁歧解法是工業(yè)上從鋁硅合金中提取 純鋁的一種有效的方法。電解鋁、電熱法熔煉鋁硅合金，工業(yè)硅、電石、煤化工、煤 潔凈發(fā)電等產(chǎn)業(yè)的突出特點(diǎn)是能耗很大，其次是礦產(chǎn)資源的利用 率低、"三廢"污染嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)過渡依賴能源資源消耗。工 業(yè)廢渣主要成分一般以Si02、 CaO、六1203等氧化物形式存在，作 為廢物拋棄，而這些氧化物也是工業(yè)生產(chǎn)所需的重要原料。如何 合理開發(fā)工業(yè)廢渣資源化技術(shù)是一項(xiàng)重要的課題，而從根本上解 決工業(yè)廢渣的排放是更重要的課題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤 氣的方法，該方法有低投入、高產(chǎn)出、低消耗、少排放、能循環(huán)、 多個(gè)領(lǐng)域技術(shù)能集成、多個(gè)行業(yè)產(chǎn)品能聯(lián)產(chǎn)的有色輕金屬循環(huán)冶 金工藝流程。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的采用了如下技術(shù)方案本發(fā)明礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤氣的方法，是將包 括煤矸石、高硅鋁土礦等礦產(chǎn)資源預(yù)處理與煤氣化形成一體化， 熔渣碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁與碳化鈣熔煉和單質(zhì)硅熔煉 一體化，將煤炭和工業(yè)氧氣分別與高硅鋁土礦或煤矸石液態(tài)排渣加壓氣化、產(chǎn)出以CO和H2為主的高熱值煤氣，該凈化煤氣用作 合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電，高硅鋁土礦、煤矸石含碳熔渣與CaCl2 熔鹽配料，碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁氣化產(chǎn)物，用高溫KC1 烙鹽循環(huán)吸收A1C1與煤氣分離，冷卻KC1吸收熔體A1C1 —次歧 解分離出粗鋁液和A1C13，采用低價(jià)氯化鋁歧解法二次歧解提取純 鋁和A1C13，在A1C1 二次高溫氣化時(shí)直接H2還原制取超細(xì)鋁粉(或 鋁液)及鹽酸，在凈化的112和02的火焰上氧化水解直接制取高 純超細(xì)氧化鋁，與凈化的NH3氣反應(yīng)直接制取高純超細(xì)氮化鋁， 電熱法氯化排出的熔渣主要成分是含有單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng) 冷卻水解制取乙炔，電石灰渣用回收HC1制得的鹽酸溶解，CaCl2 再生循環(huán)利用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。本發(fā)明所述的高硅鋁土礦與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓氣 化、產(chǎn)出以CO和H2為主的煤氣的條件是原料高硅鋁土礦與煤 和氧氣的配料，作還原劑總量的C與八1203的摩爾比為3: 1，與 Si02的摩爾比為2: 1，與所含1120們摩爾比為1: 1，作為燃料C與02的摩爾比為2: 1，用燃料煤和工業(yè)氧氣控制液態(tài)排渣加壓氣化條件是壓力2.0 3.0MPa、熔融氧化層溫度1500 1900°C，凈化煤氣用作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電。本發(fā)明所述的高硅鋁土礦與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓氣化、產(chǎn)出CO和H2為主的煤氣，原料包括高嶺土、粘土、 一水硬 鋁石、 一水軟鋁石、三水鋁石、藍(lán)晶石、紅柱石、硅線石、煤矸 石等鋁土礦和含八1203、 Si02、 CaO為主的金屬氧化物的廢棄物。本發(fā)明所述的CaCl2熔鹽和高硅鋁土礦預(yù)處理含碳熔渣直接 混合，碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁的條件是CaCl2熔鹽和高 硅鋁土礦含碳熔渣的投料配比以Cl和Al的原子摩爾比值1: 1為 準(zhǔn)，還原劑C與CaCl2摩爾比為2: 1，與A1404C的摩爾比為3: 1，與Si02的摩爾比為2: 1，電熱法加熱，控制熔融床溫度 1600 2000°C，上層氯化氣化為主的反應(yīng)段溫度保持160(TC以上， 中下層單質(zhì)硅生成和CaC2熔煉段溫度保持1800°C 2000°C。本發(fā)明所述的碳還原電熱法氯化產(chǎn)出以A1C1和CO為主要產(chǎn) 物的混合氣體，用循環(huán)利用的KC1高溫熔鹽吸收A1C1與煤氣分離， 凈化煤氣用作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電，冷卻KC1吸收熔體，低 價(jià)氯化鋁一次歧解，KC1熔鹽分離出粗鋁液和A1C13冷凝固體。本發(fā)明所述的采用低價(jià)氯化鋁歧解法，A1C13經(jīng)升華提純?cè)?800。C以上高溫下與除去粉塵升溫至80(TC以上的粗鋁液反應(yīng)，再 轉(zhuǎn)化為純凈的A1C1氣體，然后在低溫真空度lKPa條件下二次歧 解制取純鋁和AlCl3。本發(fā)明所述的采用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)直接112還原，制取超細(xì)鋁粉或鋁液，回收HC1氣體制取鹽酸循環(huán)利用。本發(fā)明所述的采用歧解法在A1C1二次高溫氣化時(shí)，與凈化的NH3氣反應(yīng)直接制取高純超細(xì)氮化鋁，氣相反應(yīng)條件為氣態(tài)A1C1與NH3的摩爾配比為h 1.05 1.15，控制反應(yīng)溫度1000 1300°C。本發(fā)明所述的采用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)，在凈化的H2和02的火焰上A1C1氧化水解直接制取高純超細(xì)氧化鋁，氣相反應(yīng)條件為氣態(tài)A1C1與H2的摩爾配比為1: 0.50 0.55，與02的摩爾配比為h 1.5 1.65，控制反應(yīng)溫度900 125(TC。本發(fā)明所述的碳還原電熱法氯化制取低價(jià)氯化鋁過程中，排 出的含有單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng)冷卻水分解制取乙炔氣體、電石灰渣用回收HC1制得的鹽酸溶解，CaCb再生循環(huán)利用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。本發(fā)明的技術(shù)方案優(yōu)勢(shì)在于直接利用天然礦產(chǎn)資源或含有 A1203、 Si02、 CaO的廢棄物為原料，能源以煤冶金過程氣化為基 礎(chǔ)，煤化工產(chǎn)品與燃?xì)?-蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)梯級(jí)綜合利用，以熔融還原 和資源優(yōu)化利用為基礎(chǔ)，集產(chǎn)品制造，能源轉(zhuǎn)換和社會(huì)廢棄物再 資源化三大功能于一體的新一代可循環(huán)冶金流程，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的 典型示范，是可持續(xù)發(fā)展的礦冶化生態(tài)工業(yè)園。本發(fā)明的積極效果是金屬鋁、工業(yè)硅的冶金過程和電石的 熔煉過程正是煤氣、煤化工、煤潔凈發(fā)電的煤氣化過程，在節(jié)能 減排、綜合利用等方面與傳統(tǒng)工業(yè)相比，有不可比擬的經(jīng)濟(jì)效益和不可估量的社會(huì)效益。
具體實(shí)施方式
礦冶化聯(lián)盧金屬鋁、硅、乙炔及煤氣的方法，是高硅鋁土礦、煤矸石預(yù)處理與煤氣化一體化，CaCl2熔鹽電熱法氯化制取低價(jià)氯 化鋁與電石和單質(zhì)硅熔制一體化，含鋁、鈣、硅的天然礦產(chǎn)資源 或廢棄物的熔制和冶金過程，正是煤氣化、煤化工、煤潔凈發(fā)電 的煤氣化過程，熔融礦渣直接為冶金原料。高硅鋁土礦、煤矸石的熔制處理結(jié)合煤氣化，采用成熟的液 態(tài)排渣加壓魯奇爐、礦料和煤的粒度可選擇2 20mm，礦料和煤 中的水分無礙于操作，用工業(yè)氧氣攜帶部分粉煤和焦油以及細(xì)礦 粉經(jīng)噴嘴入爐膛熔融層，在2.0 3.0MPa的壓力和高溫條件下進(jìn)行 熔燒和煤的氣化，在制得高熱值煤氣的同時(shí)礦料分解并燒結(jié)熔化， 凈化煤氣用作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電。鋁土礦與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓氣化，原料的配比原 貝ij，作為還原劑總量的C與八1203的摩爾比為3: 1，與Si02的摩 爾比為2: 1，與所含1120的摩爾比為1: 1，作為燃料C與02的 摩爾比為2: 1，用燃料煤和工業(yè)氧氣控制液態(tài)排渣加壓氣化條件 是壓力2.0 3.0MPa，熔融氧化層溫度1500 1900°C。其主要反應(yīng) 為C+02=C02 C02+C—2CO C+H20—CO+H2 2Al203+3Si02+12C—Al404C+3SiC+8COTCaCl2烙鹽和高硅鋁土礦含碳熔渣直接混合，碳還原電熱法氯 化制取低價(jià)氯化鋁，電熱法氯化爐采取工業(yè)硅、電石、電熱法熔 煉鋁硅合金的加熱方式，采用單相單極式，單相雙極式或三相三 極式礦熱電爐加熱，CaCl2熔鹽和高硅鋁土礦含碳熔渣的投料配比 以Cl和Al的原子摩爾比值1: 1為準(zhǔn)，還原劑C與CaCl2的摩爾比為2: 1、與A1404C的摩爾比為3: 1，與Si02的摩爾比為2: 1，電熱法加熱，控制熔融床溫度1600 2000。C，上層氯化氣化段溫度 保持1600。C以上，中下層單質(zhì)硅生成和CaC2熔煉段溫度保持 1800°C 2000°C。在電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁與碳化鈣熔煉和單質(zhì) 硅熔煉一體化的冶金過程中， 一方面易氣化揮發(fā)的A1C1攜帶CO 離開反應(yīng)區(qū)，降低CO氣體的分壓，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行并可 降低反應(yīng)的溫度，另一方面CaCb在完成氯化反應(yīng)的同時(shí)，對(duì)CaC2 和單質(zhì)硅的生成其著催化和加速作用，CaCl2在1600°C以上溫度氣 化條件下，CaC2的生成途徑主要是產(chǎn)生A1C1后的鈣蒸氣與高溫下 的碳作用生成CaC2，這一生成途徑是放熱反應(yīng).，生成每一摩爾 CaC2放出60.6KJ的熱量，與CaO和C在2000 2100。C高溫下生 成一摩爾CaC2吸收4656KJ的熱量相比，電耗和反應(yīng)溫度大大降 低，CaC2在高溫下有極強(qiáng)的還原性，易還原氧化硅生成單質(zhì)硅， 大量單質(zhì)硅摻進(jìn)CaC2中，降低了 CaC2熔點(diǎn)易于排渣。各段的主要反應(yīng)可表示為Al404C+2CaCl2+7C—4AlCl+2CaC2+4COAl404C+2CaCl2+3SiC—4AlCl+2Ca+3Si+4COSi02+CaC2—Ca+Si+2COCa+2C—CaC2碳還原電熱法氯化產(chǎn)出以A1C1和CO為主要產(chǎn)物的混合氣體， 用循環(huán)利用的KC1高溫熔鹽吸收A1C1與煤氣分離，凈化的煤氣用 作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電，KCl熔鹽最高溫度升至1300°C;冷 卻KC1吸收熔體，低價(jià)氯化鋁一次歧解，KCl熔鹽分離出粗鋁液 和A1C13冷凝固體；采用低價(jià)氯化鋁歧解法，將冷凝的不純的固 體A1C13，經(jīng)升華提純?cè)?00°C以上高溫條件下與除去粉塵升溫至 80(TC以上的粗鋁液反應(yīng)，再轉(zhuǎn)化為純凈的A1C1氣體，然后在低 溫真空度lKPa條件下歧解制取純鋁和A1C13;為解決商品工業(yè)氯 化鋁過剩問題，采用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)直接H2還原， 急速冷凝制取超細(xì)鋁粉、逐步冷凝制取鋁液鑄造錠。其化學(xué)反應(yīng)為A1C13 (氣)+2Al (液)=3A1C1 (氣)2A1G1 (氣)+H2 (氣)=2A1 (閬或液)+2HG1 (氣)回收HC1氣體制取鹽酸循環(huán)利用。采用低價(jià)氯化鋁歧解法，在A1C1二次高溫氣化時(shí)，在凈化的 112和02的火焰上A1C1氧化水解直接制取高純超細(xì)氧化鋁，氣相 反應(yīng)條件為氣態(tài)A1C1與H2的摩爾配比為1: 0.5 0.55、與02 的摩爾配比為h 1.5 1.65，控制反應(yīng)溫度900 1250。C，經(jīng)氣相法完全反應(yīng)后冷卻收集氧化鋁，回收HC1氣伴和過量的02。其化學(xué) 反應(yīng)為2A1G1 (氣)+H2 (勺+3/20 (氣)=A1203 (問)+2HG1 (氣) 采用低價(jià)氯化鋁歧解法，在A1C1二次高溫氣化時(shí)，與凈化的NH3氣反應(yīng)直接制取高純超細(xì)氮化鋁，氣相反應(yīng)條件下為氣態(tài)A1C1與NH3的摩爾配比為1: 1.05 1.15，控制反應(yīng)溫度 1000 1300°C，經(jīng)氣相法反應(yīng)后冷卻收集氮化鋁。其化學(xué)反應(yīng)為A1C1 (氣)+NH3 (氣)=A1N (詔)+HC1 (氣)+H2 (氣)在碳還原電熱法氯化制取低價(jià)氯化鋁的過程中，排出的含有 單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng)冷卻得到電石、電石經(jīng)破碎、水分解制 乙炔氣體，灰渣用回收的HC1制得的鹽酸溶解，CaCl2再生循環(huán)利 用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。實(shí)施例1選用高硅鋁土礦類的硅線石為原料，采用成熟的液態(tài)排渣加 壓魯奇爐、礦料和煤的粒度可選擇2 20mm， ^T料和煤中的水分 無礙于操作，用工業(yè)氧氣攜帶部分粉煤和焦油以及細(xì)礦粉經(jīng)噴嘴 入爐膛熔融層，在2.0 3.0MPa的壓力和高溫條件下進(jìn)行熔燒和煤 的氣化，在制得高熱值煤氣的同時(shí)礦料分解并燒結(jié)熔化，凈化煤 氣用作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電。硅線石與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓氣化，原料的配比原 貝U，作為還原劑總量的C與八1203的摩爾比為3: 1，與Si02的摩爾比為2: 1，與所含H20的摩爾比為h 1，作為燃料C與02的摩爾比為2: 1，用燃料煤和工業(yè)氧氣控制液態(tài)排渣加壓氣化條件是壓力2.0 3.0MPa，熔融氧化層溫度1500 1900°C。CaCl2熔鹽和硅線石含碳熔渣直接混合，碳還原電熱法氯化制 取低價(jià)氯化鋁，電熱法氯化爐采取工業(yè)硅、電石、電熱法熔煉鋁 硅合金的加熱方式，采用單相單極式，單相雙極式或三相三極式 礦熱電爐加熱，CaCl2熔鹽和高硅鋁土礦含碳熔渣的投料配比以 Cl和Al的原子摩爾比值h 1為準(zhǔn)，還原劑C與CaCl2的摩爾比 為2: 1、與AU04C的摩爾比為3: 1，與Si02的摩爾比為2: 1， 電熱法加熱，控制熔融床溫度1600 2000°C，上層氯化氣化段溫度 保持160(TC以上，中下層單質(zhì)硅生成和CaC2熔煉段溫度保持 1800。C 2000。C。碳還原電熱法氯化產(chǎn)出以A1C1和CO為主要產(chǎn)物的混合氣體， 用循環(huán)利用的KC1高溫熔鹽吸收A1C1與煤氣分離，凈化的煤氣用 作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電，KC1熔鹽最高溫度升至1300°C;冷 卻KC1吸收熔體，低價(jià)氯化鋁一次歧解，KC1熔鹽分離出粗鋁液 和A1C13冷凝固體；采用低價(jià)氯化鋁歧解法，將冷凝的不純的固 體A1C13，經(jīng)升華提純?cè)?00。C以上高溫條件下與除去粉塵升溫至 80(TC以上的粗鋁液反應(yīng)，再轉(zhuǎn)化為純凈的A1C1氣體，然后在低 溫真空度lKPa條件下歧解制取純鋁和A1C13;為解決商品工業(yè)氯 化鋁過剩問題，采用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)直接H2還原，急速冷凝制取超細(xì)鋁粉、逐步冷凝制取鋁液鑄造錠?；厥誋C1氣 體制取鹽酸循環(huán)利用。在碳還原電熱法氯化制取低價(jià)氯化鋁的過程中，排出的含有 單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng)冷卻得到電石、電石經(jīng)破碎、水分解制乙炔氣體，灰渣用回收的HC1制得的鹽酸溶解，CaCl2再生循環(huán)利 用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。 實(shí)施例二選用煤矸石為原料，采甩成熟的液態(tài)排渣加壓魯奇爐、礦料和煤的粒度可選擇2 20mm，礦料和煤中的水分無礙于操作，用工業(yè)氧氣攜帶部分粉煤和焦油以及細(xì)礦粉經(jīng)噴嘴入爐膛熔融層，在2.0 3.0MPa的壓力和高溫條件下進(jìn)行熔燒和煤的氣化，在制得高熱值煤氣的同時(shí)礦料分解并燒結(jié)熔化，凈化煤氣用作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電。煤矸石與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓氣化，原料的配比原則，作為還原劑總量的C與八1203的摩爾比為3: 1，與Si02的摩 爾比為2: 1，與所含&0的摩爾比為1: 1，作為燃料C與02的摩爾比為2: 1，用燃料煤和工業(yè)氧氣控制液態(tài)排渣加壓氣化條件是壓力2.0 3.0MPa，熔融氧化層溫度1500 1900°C。CaCl2熔鹽和煤矸石含碳熔渣直接混合，碳還原電熱法氯化制 取低價(jià)氯化鋁，電熱法氯化爐采取工業(yè)硅、電石、電熱法熔煉鋁 硅合金的加熱方式，采用單相單極式，單相雙極式或三相三極式礦熱電爐加熱，CaCl2熔鹽和煤矸石含碳熔渣的投料配比以Cl和 Al的原子摩爾比值1: 1為準(zhǔn)，還原劑C與CaCl2的摩爾比為2: 1、與AU04C的摩爾比為3: 1，與Si02的摩爾比為2: 1，電熱法 加熱，控制熔融床溫度1600 2000°C，上層氯化氣化段溫度保持 160(TC以上，中下層單質(zhì)硅生成和CaC2熔煉段溫度保持 1800。C 2000。C。碳還原電熱法氯化產(chǎn)出以A1C1和CO為主要產(chǎn)物的混合氣體， 用循環(huán)利用的KC1高溫熔鹽吸收A1C1與煤氣分離，凈化的煤氣用 作合成氣或燃?xì)庖徽羝l(fā)電，KC1熔鹽最高溫度升至1300°C;冷 卻KC1吸收熔體，低價(jià)氯化鋁一次歧解，KC1熔鹽分離出粗鋁液 和A1C13冷凝固體;采用低價(jià)氯化鋁歧解法，將冷凝的不純的固 體A1C13，經(jīng)升華提純?cè)?00。C以上高溫條件下與除去粉塵升溫至 80(TC以上的粗鋁液反應(yīng)，再轉(zhuǎn)化為純凈的A1C1氣體，然后在低 溫真空度lKPa條件下歧解制取純鋁和A1C13;為解決商品工業(yè)氯 化鋁過剩問題，釆用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)直接H2還原， 急速冷凝制取超細(xì)鋁粉、逐步冷凝制取鋁液鑄造錠?；厥誋C1氣 體制取鹽酸循環(huán)利用。在碳還原電熱法氯化制取低價(jià)氯化鋁的過程中，排出的含有 單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng)冷卻得到電石、電石經(jīng)破碎、水分解制 乙炔氣體，灰渣用回收的HC1制得的鹽酸溶解，CaCl2再生循環(huán)利 用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。
權(quán)利要求
1.一種礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤氣的方法，其特征在于其包括煤矸石、高硅鋁土礦預(yù)處理與煤氣化一體化，碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁與碳化鈣熔煉和單質(zhì)硅熔煉一體化，煤炭和工業(yè)氧氣與高硅鋁土礦、煤矸石液態(tài)排渣加壓氣化，產(chǎn)出以CO和H2為主的高熱值煤氣，凈化煤氣用作合成氣或燃?xì)狻羝l(fā)電，高硅鋁土礦、煤矸石含碳熔渣與CaCl2熔鹽配料，碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁氣化產(chǎn)物，用高溫KCl熔鹽循環(huán)吸收AlCl與煤氣分離，冷卻KCl吸收熔體AlCl一次歧解分離出粗鋁液和AlCl3，采用低價(jià)氯化鋁歧解法二次歧解提取純鋁和AlCl3，在AlCl二次高溫氣化時(shí)直接H2還原制取超細(xì)鋁粉(或鋁液)，在凈化的H2和O2的火焰上氧化水解直接制取高純超細(xì)氧化鋁，與凈化的NH3反應(yīng)直接制取高純超細(xì)氮化鋁，回收HCl再循環(huán)利用，電熱法氯化排出的熔渣主要成分是含有單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng)冷卻水分解制取乙炔，電石灰渣用回收HCl制得的鹽酸溶解，CaCl2再生循環(huán)利用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤 氣的方法，其特征在于高硅鋁土礦與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓 氣化，產(chǎn)出以CO和H2為主的煤氣的條件是原料高硅鋁土礦與 煤和氧氣的配料，作為還原劑總量的C與Al203的摩爾比為3: 1、 與Si02的摩爾比為2: 1、與所含1120的摩爾比為1: 1，作為燃料C與02的摩爾比為2: 1，用燃料煤和工業(yè)氧氣控制液態(tài)排渣加壓氣化條件是壓力2.0 3.0MPa、熔融氧化層溫度1500° 1900°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤氣 的方法，其特征在于高硅鋁土礦與煤炭和工業(yè)氧氣液態(tài)排渣加壓氣 化、產(chǎn)出CO和H2為主的煤氣，原料包括高嶺土、粘土、 一水硬 鋁石、 一水軟鋁石、三水鋁石、藍(lán)晶石、紅柱石、硅線石、煤矸石 等鋁土礦和含八1203、 Si02、 CaO為主的金屬氧化物的廢棄物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔 及煤氣的方法，其特征在于CaCl2熔鹽和高硅鋁土礦含碳熔渣直接 混合，碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁的條件是CaCl2熔鹽和高 硅鋁土礦含碳熔渣的投料配比以Cl和Al的原子摩爾比值1: 1為 準(zhǔn)，還原劑C與CaCl2摩爾比為2: 1，與A1404C的摩爾比為3: 1， 與Si02的摩爾比為2: 1，電熱法加熱，控制熔融床溫度 1600 2000°C，上層氯化氣化為主的反應(yīng)段溫度保持160(TC以上， 中下層單質(zhì)硅生成和CaC2熔煉段溫度保持1800°C 2000°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、 乙炔及煤氣的方法，其特征在于碳還原電熱法氯化產(chǎn)出以A1C1和 CO為主要產(chǎn)物的混合氣體，用循環(huán)利用的KC1高溫熔鹽吸收A1C1 與煤氣分離，冷卻KC1吸收熔體低價(jià)氯化鋁一次歧解，KC1熔鹽分 離出粗鋁液和AlCl3冷凝固體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、 硅、乙炔及煤氣的方法，其特征在于采用低價(jià)氯化鋁歧解法，A1C13經(jīng)升華提純?cè)?00。C以上高溫下與除去粉塵升溫至80(TC以上的粗 鋁液反應(yīng)，再轉(zhuǎn)化為純凈的A1C1氣體，然后在低溫真空度lKPa 條件下二次歧解制取純鋁和A1C13固體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬 鋁、硅、乙炔及煤氣的方法，其特征在于采用歧解法在A1C1 二次 高溫氣化時(shí)直接H2還原，制取金屬鋁液或鋁粉，回收HC1氣體制 取鹽酸循環(huán)利用。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔 及煤氣的方法，其特征在于采用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)， 在凈化的112和02的火焰上A1C1氧化水解直接制取高純超細(xì)氧化 鋁，氣相反應(yīng)條件為氣態(tài)A1C1與H2的摩爾配比為1: 0.50 0.55， 與02的摩爾配比為h 1.50 1.65,控制反應(yīng)溫度900 1250。C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔 及煤氣的方法，其特征在于采用歧解法在A1C1 二次高溫氣化時(shí)， 與凈化的NH3氣反應(yīng)直接制取高純超細(xì)氮化鋁，氣相反應(yīng)條件為 氣態(tài)A1C1與NH3的摩爾比為1:1.50 1.15 ，控制反應(yīng)溫度1000~1300 。C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、 乙炔及煤氣的方法，其特征在于碳還原電熱氯化制取低價(jià)氯化鋁過 程中，排出的含有單質(zhì)硅的碳化鈣熔體，經(jīng)冷卻水分解制取乙炔氣 體，電石灰渣用回收HC1制得的鹽酸溶解，CaCl2再生循環(huán)利用， 同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦冶化聯(lián)產(chǎn)金屬鋁、硅、乙炔及煤氣的方法，該方法由煤矸石、高硅鋁土礦預(yù)處理與煤氣化一體化，凈化煤氣用作合成氣或燃?xì)狻羝l(fā)電，氯化鈣熔鹽氯化制取低價(jià)氯化鋁與電石和單質(zhì)硅熔煉一體化；低價(jià)氯化鋁氣相法氫還原制高純鋁或鋁粉，氫氧焰上水解制高純超細(xì)氧化鋁，氨中熱解制高純超細(xì)氮化鋁；含單質(zhì)硅的電石水分解制乙炔，灰渣用回收鹽酸溶解，氯化鈣再生循環(huán)利用，同時(shí)獲得經(jīng)過酸洗除雜的工業(yè)硅。該方法是可持續(xù)發(fā)展的礦冶化生態(tài)工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，在節(jié)能減排、綜合利用等方面與傳統(tǒng)工業(yè)相比，有不可比擬的經(jīng)濟(jì)效益和不可估量的社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C01B33/021GK101255503SQ20081008443
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者賈建立 申請(qǐng)人:賈建立