一種以煤矸石為原料制備鋁鈦合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤系固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種以煤矸石為原料制備鋁鈦合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤矸石產(chǎn)量一般占煤總產(chǎn)量的15% _20%，隨著大型機(jī)械化開米的推進(jìn)，煤矸石產(chǎn)量可達(dá)50%左右，目前，我國煤矸石累計(jì)堆存50億噸以上，除少量在水泥、燒結(jié)磚、陶粒、井下充填、提取有價(jià)元素外，大部分仍以堆存為主。因此，煤矸石的資源化利用成為了煤炭開采行業(yè)和化工資源最大化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0003]煤矸石主要含硅、鋁，此外還含有鐵、鈣、鈦、鎂等和鉛、鎘、汞、砷、鉻等有害重金屬元素，堆存的煤矸石經(jīng)日曬、雨淋、風(fēng)化，會(huì)產(chǎn)生大量酸性或含重金屬離子水，對(duì)周邊地下水質(zhì)造成污染；煤矸石中還含有碳、硫、氮和一些殘煤等可燃物，長(zhǎng)期堆存的煤矸石經(jīng)氧化而釋放熱量，熱量逐漸積累，當(dāng)溫度達(dá)到燃點(diǎn)時(shí)發(fā)生自燃，大量的S02、CO、H2S等有害氣體逸出，影響空氣質(zhì)量；另外，煤矸石堆積物在遇暴雨或持續(xù)雨水期間，還會(huì)造成坍塌、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害。
[0004]由此可見，煤矸石的資源化利用也成為了煤炭產(chǎn)業(yè)降低環(huán)境污染的重要手段之一，并且，在現(xiàn)有技術(shù)中，隨著對(duì)煤矸石資源化利用的深入研究，使得煤矸石的資源化利用取得了較好的效果，如采用煤矸石進(jìn)行發(fā)電、生產(chǎn)建筑材料、回收有價(jià)元素、回收黃鐵礦、回收高嶺土等資源；但是，上述資源化利用存在著能耗高、附加值低、經(jīng)濟(jì)效益差，進(jìn)而導(dǎo)致煤矸石的大量化利用受到了局限性。
[0005]而鋁鈦合金是一種新型輕質(zhì)高溫材料，具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高、耐熱性好特點(diǎn)，有較高的抗高溫蠕變性能和抗氧化能力，它的機(jī)械性介于純鈦和陶瓷之間，而活性與鈦相似，是綜合性能最好的輕質(zhì)高溫合金，是超高音速飛行器和下一代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的首選材料，其成為了輕質(zhì)合金材料中研究的重點(diǎn)。鋁鈦合金主要分為3種，即就是Ti3-AUT1-Al和Ti_Al3。但無論是上述的哪一種鋁鈦合金材料，其在現(xiàn)有技術(shù)中的制備方法均主要集中在:以粉末冶金技術(shù)為基礎(chǔ)的噴射成型技術(shù)、激光氣體合金化技術(shù)、粉末注射成型燒結(jié)技術(shù)；快速冷凝技術(shù)；鑄錠冶金技術(shù)；復(fù)合材料技術(shù)；熱機(jī)械處理技術(shù)；機(jī)械合金化技術(shù)。上述的這些方法均是以鋁鈦合金粉或金屬鋁和金屬鈦為原料，采用高溫熔融精制、成型制備招欽合金。
[0006]如公開號(hào)為CN104099560A，提供了一種含氧化鈦炭陽極直接電解生產(chǎn)鋁鈦合金的方法，其步驟為:加熱工序、硬化處理工序、冷卻工序、形成表面硬化層，生產(chǎn)的鋁鈦合金磷、硫含量低，合金粉未粒度為45-150 μπι的球形或半球形，產(chǎn)品的氧雜質(zhì)含量低、流動(dòng)性好，具有良好的壓制成型性和燒結(jié)性能，可直接用作冶煉不銹鋼的原料，降低生產(chǎn)成本。
[0007]再如公開號(hào)為CN102888541A，提供一種鋁鈦合金的制備方法，其過程為:原材料為鎂、鋁和鈦，將鎂放入一密閉容器中進(jìn)行第一次加熱，溫度為680°C，待鎂融化成恪融態(tài)，再加入鈦，進(jìn)行第二次加熱，溫度為800°C，經(jīng)過25min取出密閉容器，加加入鋁，進(jìn)行第三次加熱，溫度為750°C，時(shí)間30min，冷卻成型，最后將冷卻成型的合金靜置于溫度為25°C的鹽酸中2.5h后取出，即為鋁鈦合金，其壓鑄成品率高，鑄件致密、強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)。
[0008]綜上所述，在煤矸石綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于煤矸石的資源化綜合利用中，采用的是將煤矸石中的有價(jià)元素或者各種成分進(jìn)行單獨(dú)分離成化工原料，進(jìn)而使得煤矸石得到資源化綜合利用；在鋁鈦合金制備技術(shù)領(lǐng)域，則主要是以鋁、鈦金屬為原料或直接以鋁鈦合金粉為原料制備而成，再者將氧化鈦制成電極，借助電解鋁技術(shù)生產(chǎn)鋁鈦合金?？梢?，上述的技術(shù)方案不僅使得鋁鈦合金制備過程中的原料局限于鋁鈦金屬原料或者合金粉等等領(lǐng)域，而且還使得煤矸石的資源化綜合利用的成本較高，能耗較大，并且使得制備的鋁鈦合金的品質(zhì)較低。
[0009]為此，本研究人員通過對(duì)煤矸石的深入研究與了解，再結(jié)合電解鋁技術(shù)的掌握，將煤矸石進(jìn)行酸化溶解浸出處理后，使得煤矸石中的鋁鈦成分形成共沉淀物后，再將其耦合電解鋁的技術(shù)，進(jìn)而采用電解鋁的裝置進(jìn)行電解制備鋁鈦合金，為煤矸石資源化綜合利用技術(shù)領(lǐng)域以及鋁鈦合金制備技術(shù)領(lǐng)域提供了一種新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種以煤矸石為原料制備鋁鈦合金的方法。
[0011]該方法是本研究人員結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐以及對(duì)煤矸石資源化利用的深入研究，再結(jié)合電解鋁技術(shù)不斷的探索和研究而得出來的，并且在研究過程中，本研究者通過對(duì)電解鋁的技術(shù)進(jìn)行探索和分析，并控制溫度在電解溫度下，鋁和鈦的理論分解電壓為Ed(Al2O3) = 1-5V, Ed(T12) = 0.8V，而在實(shí)際的生產(chǎn)和電解分離的過程中，其分解電壓為Ed(Al2O3) = 1.45V，Ed (T12) = 1.29V，故而可見，在鋁電解的條件下，鈦也被電解出來是能夠?qū)崿F(xiàn)的，故而，在對(duì)煤矸石進(jìn)行資源化綜合利用的基礎(chǔ)上，本研究者結(jié)合電解鋁的技術(shù)，將煤矸石進(jìn)行酸化溶解，還原，陳化，干燥，電解制備鋁鈦合金提供了新方案，進(jìn)而使得煤矸石的資源化利用和鋁鈦合金制備的成本降低，附加產(chǎn)品的附加值較高。
[0012]具體是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的:
[0013]—種以煤矸石為原料制備鋁鈦合金的方法，將煤矸石進(jìn)行酸化溶解反應(yīng)后，過濾，得酸浸液和濾餅，濾餅經(jīng)洗滌后得洗滌液；再在常溫環(huán)境下，向酸浸液中加入還原劑，待三價(jià)鐵被還原為二價(jià)鐵后，再在加熱狀態(tài)下采用中和劑調(diào)PH值至5.0，再將其陳化過濾，濾液用于分離鐵鎂產(chǎn)品，濾餅洗滌，得鋁鈦共沉淀粗品；將鋁鈦共沉淀粗品凈化除雜，再將其干燥后煅燒，得到氧化鋁和氧化鈦混合物；再采用電解鋁生產(chǎn)裝置對(duì)氧化鋁和氧化鈦混合物進(jìn)行電解處理，即可獲得鋁鈦合金。
[0014]所述的鋁鈦合金，其鋁含量為80.5-85.5%。
[0015]所述的鋁鈦合金，其鈦含量為13.7-18.2% 0
[0016]所述的煤矸石，其二氧化鈦的含量為2.8-4.5%。
[0017]所述的酸化溶解反應(yīng)，其時(shí)間為1.5_3h。
[0018]所述的酸化溶解反應(yīng)，采用的酸為硫酸，硫酸與煤矸石的質(zhì)量比為(1.3-2):(0.9-1.1);采用的溶解液為上次對(duì)濾餅洗滌所得的洗滌液，其加入量為硫酸和煤矸石總質(zhì)量的3倍。
[0019]所述的還原劑為鐵絲或鐵粉中的一種。
[0020]所述的中和劑為碳酸鈉。
[0021]所述的陳化過濾，陳化時(shí)間為1.5_3h。
[0022]所述的凈化除雜，其采用的凈化劑為pH值是2-3的鹽酸。
[0023]所述的凈化除雜，其具體的步驟是將鋁鈦共沉淀粗品加清水?dāng)嚢柚苽涑蓾{液后，再采用PH值是2-3的稀鹽酸調(diào)整至漿液的pH值為3.5-4后，使得進(jìn)一步的將鋁鈦共沉淀粗品中的鐵鈣鎂鈉等離子除去，進(jìn)一步的使得鋁鈦共沉淀中的氧化鋁的含量達(dá)到81.2-88.7%，二氧化鈦的含量達(dá)到9.6-18.3% ;再將其干燥后煅燒處理，其中干燥是采用閃蒸干燥器干燥處理，干燥處理時(shí)間為至少1min ;煅燒時(shí)的溫度為1000-1100°C，時(shí)間為l_2h，進(jìn)而得到的是α型氧化鋁和氧化鈦砂狀混合物。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在:
[0025]通過煤矸石酸化溶解分離鋁鈦共沉淀物耦合電解鋁生產(chǎn)裝置制備鋁鈦合金，使得制備的鋁鈦合金中的鋁含量為80.5-85.5%，鈦含量為13.7-18.2% ;進(jìn)而使得在進(jìn)行充分利用煤矸石資源時(shí)，能夠獲得較高附加值的產(chǎn)品，縮短了鋁鈦混合物分離后再制備鋁鈦合金的工藝流程，降低了生產(chǎn)成本；并且使得再對(duì)煤矸石做資源化綜合利用過程中，降低了對(duì)鋁和鈦的分離難度。
[0026]另外，本發(fā)明中通過上述技術(shù)方案的采用，進(jìn)而使得含鈦量為2.8-4.5%的煤矸石能夠得到較大程度的應(yīng)用，并且對(duì)煤矸石資源綜合利用的成本也得到了降低，使得對(duì)煤矸石處理工藝的產(chǎn)品附加值得到了提高，增大了煤矸石資源化綜合利用的利潤，降低了煤矸石資源化綜合利用的成本。
[0027]本發(fā)明結(jié)合上述方案中的技術(shù)參數(shù)以及原料配比，反應(yīng)條件以及操作步驟的控制，進(jìn)而使得制備的鋁鈦合金的品質(zhì)較優(yōu)。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的以煤矸石為原料制備鋁鈦合金的方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)