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1利用煤系高岭土、粉煤灰、造纸废液等工业废弃物采用《矿热法生产铝硅钛中间合金5万吨/年》项目可研报告一、项目优点介绍1、项目背景简介矿热法又称电热法，是利用热化学还原反应的原理，使用含铝矿物如铝土矿、高岭土、粘土、低铁粉煤灰和还原剂—碳，在矿热炉中通过电弧产生高温，进行还原反应直接制取铝-硅合金的一种冶炼方法。是一项电解法以外生产铝合金的工艺技术；它起源于19世纪初的铝化学冶炼法，用钾还原无水氯化铝生成铝的反应即：ALCL3+3K=AL+3KCL后用金属镁在反射炉中还原冰晶石来生产铝：2Na3AlF6+3Mg=2Al+6NaF+3MgF21884年美国E.H.考列斯兄弟用6000A、30V工业电弧炉，采用氧化铝、铁和铜做原料，木炭做还原剂；用矿热法冶炼出了含铝20%的Al-Si-Cu、Al-Si-Fe合金。1884年～1892年美国、英国一直用此法冶炼铝合金。当时生产1Kg铝合金需要电能37kw.h。当熔盐电解法研究成功后，矿热法也和化学法一样停止了工业生产。随着时代的变迁，进入21世纪以来，在全世界范围内对“节能减排”问题引起的高度重视，以及矿热法生产铝硅合金具有的上述优点，吸引着铝冶炼工作者们对此又进行了新的研究。2今天，我国已成为铝业大国；铝产量和消费量均为全世界第一，据测算；我国生产一吨铝材的能耗为美国的2.65倍、日本的3.8倍。根据世界银行《世界发展报告》中国1亿美元GDP所消耗的能源是12.03万吨标准煤，大约是日本1亿美元GDP所消耗能源的7.20倍、德国的5.62倍、美国的3.52倍、印度的1.18倍、世界平均水平的3.28倍。因此，中国铝工业“节能减排”工作对我们是迫在眉睫；而且铝工业还必须走资源综合利用及可持续发展之路；才能在“节能减排”上有所贡献。“矿热法”生产铝硅钛合金正是铝工业节能新亮点之一。近年来，我国在铝硅合金矿热法生产工艺技术上有了新的进展和突破。20世纪初，各国又重新对热还原法进行了研究，研究的方向是制造纯铝。德国在1935～1945年期间生产了大量的含铝60%其余以硅为主要元素的铝硅合金。二战结束前的1944年，德国金属公司炼制出60%Al、40%Si合金，产能10000吨/年。。把电热法向前推进了一大步。但当时所用的原料是粉煤灰、高岭土和掺合着粘土的氧化铝粉，为了制取有用的铸造铝合金，冶炼出来的铝硅合金用纯铝来进行稀释，生产出铸造铝合金在飞机上使用。前苏联全俄铝镁设计院和乌克兰第聂伯铝厂于1937年开始试验电热法，取得了成功，进行了工业化生产；苏联铝建设局，建造了第一个电热法熔炼铝-硅车间，开始了电热法熔炼铝-硅合金的长期开发研究，并形成规模产业，成为全球最大电热法熔炼铝硅合金国，先后在伊尔库斯克铝厂，斯大林铝厂、德聶伯铝厂、列宁格勒铝厂、纳得3沃依茨铝厂等，建造了电热法熔炼铝硅合金车间，并将其技术出口至印度、匈牙利等国家。其中在乌克兰第聂伯市建设的年产5.0万吨的铝硅合金生产厂，现仍在生产。目前，俄罗斯全俄铝镁设计院和乌克兰国家冶金科学院仍然掌握着该项工艺技术，现矿热法生产铝硅合金的企业为；乌克兰国家工艺合金科学生产公司，位于乌克兰的第聂伯市--第聂伯铝厂。在60年代由抚顺铝厂进行矿热法熔炼铝硅合金的研制工作时；其研究工作目标是为了从铝硅合金中提取纯铝，或者采用大量纯铝进行配制、勾兑，当时纯铝资源奇缺，从而陷入技术难点。黄珂宁等人又在湖北通山县，设计建造了一座8000KVA直流矿热炉，拟投产后先炼工业硅，然后转产铝硅合金。由于受技术工艺水平所限，单耗达16500kwh，高出当时国外平均单耗15000kwh的10%。未能按计划转产铝硅合金，使我国矿热法熔炼铝硅合金试验再次受挫。因而停止了研制工作。直到1997年11月，河南登封电业集团又将该项目上报，由国家计委以“科技1997【2167号】文件”批复立项，列为国家“九五火炬计划”获得国家4000万元资金支持。2007年项目试验初步成功。进入21世纪以来，随着我国铝工业的快速发展，铝-硅合金在应用数量及消费领域品种上发生了极大变化。现在，国内已经形成铸造合金产销市场（上海金属交易所有Al-Si合金挂牌价）并不断扩大，含Si20%的铝-硅合金每年消费量为40万吨左右，国家还制订了铝-4硅中间合金标准（GB8735-88、YS/T282-2000）。含硅铝铸造合金的用量还在不断扩大，市场消费以年8～10%的速度增加。目前国内所有的铝硅中间合金均以“重熔兑掺法”进行生产；利用99.5%纯固态铝和99.5%工业纯硅，经高温将纯铝熔化过热到900℃左右，加入纯硅充分熔解搅拌后，浇入铸模。制成含硅20%、含铝80%的铝中间合金。由于铝的熔点在660℃、而纯硅的熔点为1410℃，两种金属熔点差异较大，铝合金中硅含量在20%时，合金熔炼困难（参看铝硅合金相图.本文72页图8）。因此，铝硅中间合金的硅含量一般不大于20%。当配制含硅较高的铝合金如A356、ZL102等合金；含硅量为6.5～12%、1.0吨Al-Si20中间合金只能配制1.5～3.4吨左右的ZL102、A356合金；需要的Al-Si20中间合金数量非常之大。由于合金配制是二次高温过热重熔；铝过热损失2～3%，造成很大的铝及能源的浪费。不包括原铝、工业硅冶炼时能耗，吨铝硅合金配制需耗能150kg～200kg标准煤。“兑掺法”除消耗大量能源外，还易造成铝液过热烧损及合金成分偏析。随着我国铝加工产品市场逐年扩大，工业纯硅在铝产品中的用量不断增加，仅铝加工行业每年合金配制；需要工业纯硅约在25～30万吨。铝硅合金可用来制造汽车的缸体、缸盖、活塞及结构件等，2010年我国汽车产量达到1800万辆，按每辆车用铝150kg计算；仅汽车工业则需用铸造铝合金270万吨。由此可见铝-硅中间合金在国内有5巨大的消费市场（详看本文第七章市场分析）。而且，目前使用的铝硅铸造合金全部是用“重熔兑掺法”生产的。近年来，国内的一些有识之士也看到了矿热法生产铝硅合金对中国铝工业发展的重要性，以及前景广阔的市场商机，也深入地了解了矿热法生产铝硅合金的工艺过程；许多科研机构和企业对该项目进行了充分的研究，一些省市地区政府和企业还进行了国外考察及和工业化试验。其中，江苏省沭阳县政府、山西省朔州计委、河南登封电业集团、山西晋能集团朔州铝合金厂、山西晋阳机电公司、北京钢铁设计研究总院、沈阳铝镁设计研究总院、中冶东方公司等都对该项目进行过试验或研究。《未完待续》