用低品位铝土矿、赤泥电热法生产铝硅合金的研究

摘要

在矿产资源日趋紧张与环境保护日趋重要的当今社会，低品位铝土矿和赤泥的综合治理已成为人们所关注的焦点之一。为建设资源节约型和环境友好型社会，实现铝工业的可持续发展，利用铝厂生产氧化铝时造成严重环境问题的废料赤泥和低品位铝土矿作为原料进行Al-Si合金的生产，可变废为宝和改善环境。
　　首先，对熔炼铝硅合金中SiO2-C系和Al2O3-C系的高温反应热力学进行了研究。从SiO2-C、Al2O3-C系的反应方程及Gibbs自由能和反应温度的计算可知，碳还原二氧化硅的理论开始温度较低，反应容易进行，但对于氧化铝来说，碳在2000℃以上才能夺取其中的氧，还原出金属铝，可见SiO2比Al2O3较易还原。
　　其次，设计了两种方案进行熔炼试验。1）赤泥与低品位铝土矿的探索性试验。结果表明，配以低品位铝土矿的赤泥熔炼铝硅合金切实可行，熔炼出铝的含量为40％、硅20％左右，但因赤泥中CaO含量过高，使Al、Si在渣中损失增加，导致收率降低；2）采用铝土矿为原料进行稳定试验。考察了铝、硅品位对合金中铝硅含量及收率的影响，结果表明，冶炼铝硅合金的适宜 A/S为2.0-2.5，稳定试验中Al、Si的回收率可达到51％和57％。
　　再次，基于单因素试验，采用响应面法对影响熔炼铝硅合金的关键因子进行了优化。分别建立了Al、Si收率与三个关键因子（温度、时间、配碳量）的二次多项式回归模型；经优化后，确定出炭还原熔炼铝硅合金的最佳工艺条件为：温度2060℃，时间20min，配碳量94％，此条件下铝硅的收率分别为：ηAl=51.06％和ηSi=55.28％。
　　最后，采用扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）技术分析了合金的微观形貌和元素分布。结果表明：铝硅初始合金的显微组织呈层片状特征，合金主要含有Al、Si元素和一些杂质，其中的杂质主要是铁和一些金属氧化物。

目录

封面

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 铝工业的发展进程及前景

1.3 铝硅合金的熔炼工艺

1.4 铝硅初始合金的应用

1.5 原料资源优势

1.6 本文研究目的和意义

第二章 熔炼铝硅合金的试验设计

2.1 冶炼原理

2.2 研究方案及过程

2.3 配料计算

2.4 炉料的制备

2.5 真空感应熔炼

2.6 熔炼出的样品

2.7 试验结果评价指标

第三章 熔炼铝硅合金的理化分析

3.1 溶液的配制及标定

3.2 铝的测定—EDTA 滴定法

3.3 硅的测定—硅氟酸钾法

3.4 试验结果及讨论

3.5 本章小结

第四章 响应面分析法优化还原熔炼工艺参数

4.1 单因子试验中各因子对铝、硅收率的影响

4.2 响应面分析试验设计

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 合金的组织形貌观察

5.1 铝基合金—Al-Si 系组织

5.2 试样的显微组织分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 问题与展望

致谢

参考文献

附 录

图 版

声明