本發(fā)明涉及一種以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，屬于環(huán)保和資源回收以及鋁合金制備。

背景技術(shù)：

1、鋁灰是鋁冶煉過程中含有大量有害元素的固體廢棄物，隨著社會(huì)的發(fā)展，中國成為第二大工業(yè)大國，使得鋁的生產(chǎn)規(guī)模變大并且呈增長趨勢(shì)。這也造成了鋁灰產(chǎn)量巨大且來源豐富，目前，鋁灰處理方式多采用堆存和填埋，這樣的處理方式既造成鋁灰中大量有價(jià)元素的資源浪費(fèi)，也造成了環(huán)境的污染。鋁灰主要來自于三個(gè)方面。首先是電解生產(chǎn)過程中，整個(gè)電解鋁過程中都有一定數(shù)量的鋁灰產(chǎn)生，每生成1噸鋁能夠產(chǎn)生30～50kg鋁灰；其次是消費(fèi)過程中，隨著鋁的鑄錠，加工成型等相關(guān)操作中也會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的鋁灰，且1噸鋁的加工產(chǎn)生鋁灰量約為30～40kg；最后是廢鋁的回收利用也能產(chǎn)生鋁灰，在廢鋁重新加工成鋁制品的過程中回收率并不高。因此，仍然會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的鋁灰，使得1噸廢鋁能夠產(chǎn)生150～250kg鋁灰。

2、目前，鋁灰主要以填埋的方式進(jìn)行處理，這種處理方式不僅造成鋁灰當(dāng)中有價(jià)元素的浪費(fèi)，而且給環(huán)境帶來污染，所以鋁灰處理方式的探索一直受到許多研究人員的青睞?，F(xiàn)鋁灰的處理方式主要分為兩類，分別是火法處理和濕法處理。濕法處理多數(shù)是以鋁灰為原料制備氧化鋁，shahien等使用酸浸、調(diào)節(jié)ph、沉淀、固液分離、調(diào)節(jié)ph、再沉淀、再分離、焙燒的工藝制備氧化鋁。這種工藝中需要多次進(jìn)行調(diào)節(jié)ph、固液分離操作，流程復(fù)雜，耗費(fèi)藥劑多，不利于在規(guī)?；瘧?yīng)用中降低成本?；鸱ㄌ幚砉に嚢凑债a(chǎn)物不同又分為三種，一是金屬鋁的提取工藝，二是鋁灰合成復(fù)合材料的資源化利用，三是制備氧化鋁的工藝。yoshimura等提出了一種將鋁灰作為耐火材料替代骨料澆注的方法。田林等同樣使用堿性熔煉法，熔煉產(chǎn)物水浸。通過以上及相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀和理解，分析得到火法處理的方式存在不足：鋁灰在研究當(dāng)中作為輔料，水浸的浸出產(chǎn)物屬于二類固廢，鋁灰沒有從量上得到理想的處理方式。

3、鋁是銀白色的金屬，是地殼中含量最多的金屬。具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，室溫下鋁的導(dǎo)熱系數(shù)是銅的1.5倍，鋁線的導(dǎo)電系數(shù)是銅線的60％。鋁也具有良好的延展性，可以拉成鋁線，制成鋁板和鋁箔。根據(jù)其純度又分為“純鋁”和“精鋁”。工業(yè)上通常把沒有人為添加合金元素且純凈度至少為99.0％的鋁稱為純鋁，高純鋁的純度通常為99.8％～99.95％。精鋁純度至少為99.95％。由于鋁具有以上敘述的突出優(yōu)點(diǎn)，又能與許多金屬形成優(yōu)質(zhì)鋁基輕合金，因此鋁在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)上應(yīng)用較為廣泛，主要用于建筑、交通、工程與電纜、包裝等其它領(lǐng)域。鋁的應(yīng)用主要有兩種形式：純鋁和鋁合金。

4、鋁合金由于其優(yōu)異的物理特性被廣泛應(yīng)用與交通運(yùn)輸、建筑材料、醫(yī)療器械等行業(yè)。隨著鋁合金的市場(chǎng)需求日益增加，鋁合金的產(chǎn)量也在逐漸上升。目前，鋁合金的制備是通過向鋁材料中添加適量的所需金屬元素，原料主要以鋁為主。

5、綜上所述，一方面我國鋁灰儲(chǔ)量大且沒有找到一個(gè)理想的處理方式，大量的鋁灰仍采用填埋和堆存的方式進(jìn)行處理，鋁灰處理問題亟待解決；另一方面，鋁合金市場(chǎng)需求量越來越高。

6、專利申請(qǐng)?zhí)枮?019108567605，公開一種二次鋁灰資源綜合利用的方法。該發(fā)明將二次鋁灰通過高溫處理脫鹽，二次鋁灰中的鹽揮發(fā)出去，揮發(fā)出的煙氣通過高壓空氣降溫冷卻后回收鹽；二次鋁灰經(jīng)過高溫處理脫鹽后的混料，加入碳化劑混合均勻，通過高溫反應(yīng)得到氮化鋁產(chǎn)品。該發(fā)明中二次鋁灰中通過高溫處理揮發(fā)了鹽，但是脫鹽后的混料中仍然存在硅、鐵等雜質(zhì)，以致于生成的氮化鋁純度不純，影響了鋁的綜合回收效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法。本發(fā)明不僅有效制備了鋁合金，而且節(jié)約生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用，并高效回收了鋁資源。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

3、一種以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其步驟包括：

4、步驟一，將鋁灰與炭黑混合均勻壓片得到壓坯；

5、步驟二，壓坯在抽真空，在溫度為800～1300℃下，然后通入ch4-n2混合氣體，保溫0.5～3h，停止通入ch4-n2混合氣體，得到中間產(chǎn)物混合物；反應(yīng)原理為：

6、鋁灰中al2o3(s)+ch4(g)+n2(g)→2aln(s)+2h2o(g)+co(g)+中間產(chǎn)物；

7、鋁灰中鐵、硅化合物+炭+ch4(g)→單質(zhì)鐵、單質(zhì)硅或鐵硅混合物；

8、步驟三，保持真空度不變，升溫至溫度為1350℃-1680℃，然后通入n2，繼續(xù)深度氮化，保溫0.5～2h，停止通入n2，得到aln和fe、si、c混合物；原理為：

9、中間產(chǎn)物+n2→aln(s)；

10、步驟四，將aln和fe、si、c混合物進(jìn)行真空脫c、n，得到al-si-fe合金。

11、所述步驟一中鋁灰與炭黑的質(zhì)量比為1:3～4。

12、所述步驟二中抽真空為1～5000pa。

13、所述步驟二中ch4-n2混合氣體流量為0.1～0.2l/min，ch4-n2混合氣體中ch4和n2流量比為0.07～0.1：0.01～0.05。

14、所述步驟三中n2氣體流量為0.5～1l/min。

15、所述步驟四中真空脫c、n為：將aln和fe、si、c混合物在1000～1400℃、真空度10-3～1pa、保溫時(shí)間控制在0.5～2h。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、1、本發(fā)明以固體廢棄物為原料，通過真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮，制備得到鋁合金，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用。

18、2、本發(fā)明充分利用了鋁灰中的鋁、硅、鐵元素，通過處理后有效制備了鋁合金，高效回收了鋁資源。

技術(shù)特征：

1.一種以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其特征在于步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其特征在于：所述步驟一中鋁灰與炭黑的質(zhì)量比為1:3～4。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其特征在于：所述步驟二中抽真空為1～5000pa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其特征在于：所述步驟二中ch4-n2混合氣體流量為0.1～0.2l/min，ch4-n2混合氣體中ch4和n2流量比為0.07～0.1：0.01～0.05。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其特征在于：所述步驟三中n2氣體流量為0.5～1l/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，其特征在于：所述步驟四中真空脫c、n為：將aln和fe、si、c混合物在1000～1400℃、真空度10-3～1pa、保溫時(shí)間控制在0.5～2h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種以鋁灰為原料真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮制備鋁合金的方法，屬于環(huán)保和資源回收以及鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域。將鋁灰與炭黑混合均勻壓片得到壓坯；壓坯在抽真空，在溫度為800～1300℃下，然后通入CH<subgt;4</subgt;?N<subgt;2</subgt;混合氣體，保溫0.5～3h，停止通入CH<subgt;4</subgt;?N<subgt;2</subgt;混合氣體，得到中間產(chǎn)物混合物；保持真空度不變，升溫至溫度為1350℃?1680℃，然后通入N<subgt;2</subgt;，保溫0.5～2h，停止通入N<subgt;2</subgt;，得到AlN和Fe、Si、C混合物；將AlN和Fe、Si、C混合物進(jìn)行真空脫C、N，得到Al?Si?Fe合金。本發(fā)明以固體廢棄物為原料，通過真空碳熱還原氮化及真空脫碳、氮，制備得到鋁合金，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用。

技術(shù)研發(fā)人員：陳秀敏,陳媛媛,黃浩,林平,周杰,張恩浩,吳華鵬,周蕾,劉麗,楊連峰,趙璽然,劉波,許文杰,辜良亮,劉威,吳康明,馮巖,孫榮剛,楊斌,徐寶強(qiáng),蔣文龍,劉大春,曲濤,孔令鑫,王飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23