本发明涉及铝硅合金
技术领域：
，具体涉及一种用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法。
背景技术：
：玻璃是人类现代生活中常用的一种物质，它可以做成各种器具、器皿、平板玻璃等。普通玻璃的成分主要是二氧化硅(sio2，即石英砂的主要成分)。制造玻璃时一般会加入碳酸钠(na2co3，即苏打)与碳酸钾(k2co3，钾碱)来降低工艺温度。因为玻璃的用量很大，因而废弃物也较多，为了资源的可持续利用，可以把废弃的玻璃及制品收集起来，化害为利，变废为宝。玻璃制品的回收利用有几种类型：作为铸造用熔剂、转型利用、回炉再造、原料回收和重复利用等。这些应用虽然很成功，但是再生产品的附加值低。同样地，废铝也是一种常用的废旧材料，大量的废弃汽车和饮料罐等含有大量的铝。再回收过程中，铝会氧化而产生一定的铝灰等产物，因其品位低不值得进一步提取铝而废弃。目前，铝硅合金的制造主要是用液体铝和固体硅经过扩散后得到铝硅合金。因为铝的熔点约为660℃，故先把铝熔化成液体，再把硅熔解后形成铝硅合金液，再经检验、浇铸成铝硅合金铸锭。由于硅的熔点在1440℃，扩散速度慢，所以制造过程需花费较长的时间，会消耗大量的能源。另外在制造合金的过程中，硅表面容易形成氧化物(sio2)，会进一步降低硅的扩散，同时也使硅的耗损率高达10～20％，严重影响生产效率与成本。技术实现要素：有鉴于此，本发明旨在提供一种用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法，本发明提供的用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法以废玻璃、废铝和废铝灰为原料，废品回收附加值升高，方法简单、效率高和能耗低。为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：本发明提供了一种用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行混合和高温熔炼，得到铝硅合金液，所述铝硅合金液中包括液态硅和液态铝；所述液态硅和液态铝满足所得铝硅合金铸锭的元素比；将所述铝硅合金液进行浇铸，得到铝硅合金铸锭。优选的，所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的粒径独立地为10～100mm。优选的，所述碳质还原剂包括焦炭、石油焦和煤中的一种或多种。优选的，所述碳质还原剂中的c元素的质量为废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂总质量的5～35％。优选的，所述废铝和废铝灰中的al元素的总质量与废玻璃中的si元素的质量比为(75～95)：(5～25)。优选的，所述废玻璃中si元素的质量百分含量≥90％。优选的，所述废铝灰中al元素的质量百分含量为15～30％。优选的，所述熔炼的温度≥1500℃，所述熔炼的时间≥2h。优选的，所述浇铸前还包括将所述铝硅合金液进行中间处理，所述中间处理包括净化和成分校验，所述成分校验的方法包括光谱法。优选的，所述中间处理还包括添加微合金元素；所述微合金元素包括mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti中的一种或多种。为了实现上述目的，本发明提供的用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行混合和高温熔炼，得到铝硅合金液，所述铝硅合金液中包括液态硅和液态铝；所述液态硅和液态铝满足所得铝硅合金铸锭的元素比；将所述铝硅合金液进行浇铸，得到铝硅合金铸锭。本发明将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行熔炼，在熔炼的过程中废玻璃中的二氧化硅与废铝和废铝灰中的三氧化二铝被碳还原，生成液态的硅和金属铝，反应原理为al2o3 sio2 5c→2al si 5co，液态的硅和液态金属铝直接混合成均匀的铝硅合金液，经浇铸后得到铝硅合金铸锭。本发明将铝硅合金的生产一步完成，简化两种矿物分开冶炼的繁复过程，可节省大量能源和降低成本，同时，也显著提升了废玻璃、废铝和废铝灰的回收附加值。具体实施方式本发明提供了一种用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行混合和高温熔炼，得到铝硅合金液，所述铝硅合金液中包括液态硅和液态铝；所述液态硅和液态铝满足所得铝硅合金铸锭的元素比；将所述铝硅合金液进行浇铸，得到铝硅合金铸锭。如无特殊说明，本发明对所述原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式获得即可。本发明将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行熔炼，得到铝硅合金液，所述铝硅合金液中包括液态硅和液态铝。在本发明中，所述碳质还原剂优选包括焦炭、石油焦和煤中的一种或多种，更优选包括焦炭、石油焦或煤，在本发明中，当所述碳质还原剂优选包括焦炭、石油焦和煤中的两种以上时，本发明对上述具体物质的质量配比没有特殊要求，采用任意配比即可。在本发明中，所述碳质还原剂的粒径优选为10～100mm，更优选为20～95mm。本发明对所述碳质还原剂中的c元素的质量百分含量没有特殊要求。在本发明中，所述废玻璃的粒径优选为10～100mm，更优选为20～95mm。在本发明中，所述废玻璃提供si元素；所述废玻璃中si元素的质量百分含量优选≥90％，更优选≥95％。在本发明中，所述废玻璃优选为主要成分为sio2的普通废玻璃。在本发明中，所述废铝的粒径优选为10～100mm，更优选为20～95mm。本发明对所述废铝中al元素的质量百分含量没有特殊要求。在本发明中，所述废铝优选自废弃汽车和/或饮料罐回收物。在本发明中，所述废铝灰的粒径优为10～100mm，更优选为20～95mm；所述废铝灰中al元素的质量百分含量优选为15～30％，更优选为18～25％。在本发明中，所述废铝和废铝灰提供al元素。在本发明中，所述碳质还原剂中的c元素的质量优选为废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂总质量的5～35％，更优选为10～30％，最优选为12～25％；所述废铝和废铝灰中的al元素的总质量与废玻璃中的si元素的质量比优选为(75～95)：(5～25)，更优选为(80～93)：(7～20)。本发明对所述废铝和废铝灰的质量比没有特殊要求，根据所得铝硅合金铸锭的成分要求进行调整即可。在本发明中，所述碳质还原剂作为还原剂，能够与所述废玻璃中的sio2、废铝和废铝灰中的al2o3发生氧化还原反应，生成液态的si和al，具体反应化学式如下：al2o3 sio2 5c→2al si 5co。本发明在进行熔炼之前，优选对所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行预处理。在本发明发明中，当所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的粒径独立地优选为10～100mm时，所述预处理优选包括干燥，所述干燥的温度优选为850～950℃，更优选为900℃，本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，能够实现废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的表面完全干燥即可。在本发明，所述干燥优选在熔炼炉中进行。在本发明中，当所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的粒径为其他范围时，所述预处理过程优选包括依次进行的粉化、压制成块和干燥。本发明对所述粉化、压制成块具体实施过程没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。本发明通过粉化和压制成块，使废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的粒径满足上述粒径范围。在本发明中，将所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂粉化后，得到的废玻璃粉体、废铝粉体、废铝灰粉体和碳质还原剂粉体的粒径独立地优选为0.2～0.45mm。本发明优选将所述废玻璃粉体、废铝粉体、废铝灰粉体和碳质还原剂粉体单独进行压制，得到废玻璃团块、废铝团块、废铝灰团块和碳质还原剂团块，所述废玻璃团块、废铝团块、废铝灰团块和碳质还原剂团块的粒径独立地优选为10～100mm。或本发明优选将所述废玻璃粉体、废铝粉体、废铝灰粉体和碳质还原剂粉体混合后再进行压制成块，得到混合团块，所述混合团块的粒径优选为10～100mm。本发明对所述混合的具体实施方式没有要求，实现混合均匀即可。得到压制团块后，本发明优选将压制团块进行干燥，所述干燥的方式与上文记载中记载的干燥方式相同。本发明确保熔炼前所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的粒径优选为10～100mm，能够使废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂在熔炼过程中发生氧化还原反应时，产生的有害气体能够及时排除，所述有害气体包括co。本发明将经过预处理后的废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行熔炼，所述熔炼的温度优选≥1500℃，更优选≥1800℃；时间优选≥2小时，更优选为≥5小时。在本发明中，所述熔炼优选在熔炼炉中进行。在本发明中，所述熔炼过程中碳质还原剂中的c元素作为还原剂与所述废玻璃中的sio2、废铝和废铝灰中的al2o3进行氧化还原反应，生成液态的si和al，实现了液态的si和al的直接混合，得到铝硅合金液。得到所述铝硅合金液后，本发明优选将所述铝硅合金液进行中间处理，所述中间处理的温度优选为670～900℃，更优选为700～800℃；在本发明中，所述中间处理包括净化和成分校验。在本发明中，所述成分校验为校验铝硅合金液中的各元素是否满足铝硅合金铸锭规定的配比关系，本发明对所述成分校验的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的检验方法即可，在本发明中，所述成分校验采用的方法优选包括光谱法。在本发明中，当所述铝硅合金液通过校验满足铝硅合金铸锭规定的配比关系时，进行净化，当所述铝硅合金液通过校验不满足铝硅合金铸锭规定的配比关系时，继续向铝硅合金液中添加铝硅中间合金或者硅、铝单质进行调配，直至成分校验合格后再进行净化。在本发明中，所述净化优选包括除渣和除气，所述除渣优选为添加除渣剂除渣，所述除渣优选除去杂质和氧化物，所述除气优选为通入惰性气体排出有害气体或有害元素，所述有害元素或有害气体优选主要包括氢，在本发明中，所述惰性气体优选包括氮气或者氩气。本发明对所述除渣和除气的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。在本发明中，所述铝硅合金铸锭优选还包括微合金元素，所述微合金元素优选包括mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti中的一种或多种，在本发明的具体实施例中，所述其他合金元素为mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti，本发明对所述微合金元素的添加量没有特殊要求，以实际生产需要为准。在本发明中，当所述铝硅合金铸锭优选还包括微合金元素时，所述中间处理还包括添加微合金元素，在本发明中，所述保温静置优选添加微合金元素后，待微合金元素完全熔化并与铝硅合金液形成均匀混合合金液后，再进行净化和成分校验。在本发明中，所述微合金元素优选以中间合金或单质的方式进行添加。得到净化后的混合合金液后，本发明将净化混合合金液进行浇铸，得到铝硅合金铸锭。本发明对所述浇铸的具体实施过程没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。本发明对所述铝硅合金铸锭的形状没有特殊要求，在本发明的具体实施方式中，所述铝硅合金铸锭的形状优选包括块状、条状、粒状或碎状。本发明提供的制备方法生产一步完成，简化两种矿物分开冶炼的繁复过程，工艺简单，可节省大量能源和降低成本，且硅(si)的耗损率能够降低至5％以下，提高了硅的回收率，节省物料。以本发明提供的制备方法得到铝硅合金铸锭作为生产铝合金锭的原料时，因为铝硅合金较硅的熔点低，因此可节省制备铝合金锭的熔炼时间。为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1生产目标是生产硅元素的质量含量为20％，铝元素的质量含量为80％的铝硅合金1000kg；将650kg废玻璃(二氧化硅为560kg)、1000kg废铝灰(含al2o3的)，620kg废铝块(al，600kg)，1500kg焦炭干燥后，经过破碎混合成块工艺后，加入熔炼炉中，升高熔炼炉温度，达到2100℃，经过5小时h后生成液态硅和铝并直接混合成液态的铝硅合金；再送入中间配料炉中取样进行成分校验，当不满足硅元素和铝元素的质量含量时，继续向配料中添加铝硅中间合金或硅、铝单质进行成分调配，直至校验满足测定铝硅元素的质量配比后，加入除渣剂和通入氮气除去杂质、氧化物及有害气体；然后进行浇铸，得到铝硅合金铸锭。实施例1制备得到的铝硅合金铸锭可依实际需要进行成分调整，铝硅合金铸锭的形状可依据需要浇注成块状、条状、粒状或碎状的固态形状，铝硅合金的物理性能能够满足实际生产中的要求。实施例1提供的方法一步完成了整个铸造铝硅合金的制备，硅元素的耗损率能够降低至5％以下，提高了硅的回收率，工艺简单，能节省大量能源、燃料及生产成本实施例2～8实施例2～8与实施例1的制备方法的不同之处在于保温静置时，先根据表1中的元素组成添加mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti的中间合金或单质原料，然后依据表1中的各元素组成对si、al、mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti元素进行成分校验，当不满足si、al、mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti元素的质量含量时，继续向配料中添加中间合金或单质，直至校验满足各元素的质量配比。表1铝合金铸锭化学成份(质量百分含量)序号alsimgfecumnniznti实施例2余量8.510.020.030.040.030.010.020.02实施例3余量12.220.030.050.010.040.020.030.02实施例4余量20.520.010.020.030.040.030.020.03实施例5余量9.100.131.23.300.190.041.360.04实施例6余量13.40.130.120.010.040.020.030.02实施例7余量7.50.310.080.020.040.020.030.02实施例8余量19.80.020.030.040.030.010.020.02以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行混合和高温熔炼，得到铝硅合金液；所述铝硅合金液中包括液态硅和液态铝；所述液态硅和液态铝满足所得铝硅合金铸锭的元素比；
将所述铝硅合金液进行浇铸，得到铝硅合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂的粒径独立地为10～100mm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碳质还原剂包括焦炭、石油焦和煤中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳质还原剂中的c元素的质量为废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂总质量的5～35％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述废铝和废铝灰中的al元素的总质量与废玻璃中的si元素的质量比为(75～95)：(5～25)。
6.根据权利要求1、4或5所述的制备方法，其特征在于，所述废玻璃中si元素的质量百分含量≥90％。
7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述废铝灰中al元素的质量百分含量为15～30％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度≥1500℃，所述熔炼的时间≥2小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸前还包括将所述铝硅合金液进行中间处理，所述中间处理包括净化和成分校验，所述成分校验的方法包括光谱法。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述中间处理还包括：向铝硅合金液中添加微合金元素；
所述微合金元素包括mg、fe、cu、mn、ni、zn和ti中的一种或多种。
技术总结本发明涉及铝硅合金技术领域，具体涉及一种用废玻璃生产铝硅合金铸锭的制备方法。本发明将废玻璃、废铝、废铝灰和碳质还原剂进行熔炼，在熔炼的过程中经化学反应生成液态的硅和金属铝，反应原理为Al2O3 SiO2 5C→2Al Si 5CO，液态的硅和金属铝直接混合成均匀的铝硅合金液，浇铸后得到铝合金铸锭。本发明将铝硅合金的生产一步完成，简化硅和铝两种矿物分开冶炼的繁复过程，可节省大量能源和降低成本。
技术研发人员：杨文超;冀守勋;张军;刘林
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2020.11.11
技术公布日：2021.03.12
