專利名稱：氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法
技術領域：
本發明涉及材料技術領域，特別涉及一種由氟硅酸鈉與鋁反應制備鋁-硅合金和冰晶石的方法。
背景技術：
鋁-硅合金是一種強復合脫氧劑，在煉鋼過程中代替純鋁可提高脫氧劑利用率， 并可凈化鋼液，提高鋼材質量。用鋁脫氧的鋼錠，一般稱為鎮定鋼，由于鋁脫氧后會被氧化成氧化鋁，氧化鋁可以細化奧氏體晶粒，所以鋁脫氧的鋼具有較好的綜合力學性能。鋁-硅合金密度小，熱膨脹系數低，鑄造性能和抗磨性能好，用其鑄造的合金鑄件具有很高的抗擊沖擊能力和很好的高壓致密性，可大大提高使用壽命。鋁-硅合金作為一種新型E車材料、 高級技電子產E材料、航天材料，在E車變速箱、發動機殼體、E閥、方向E、活塞、輪轂、高級技電子產E和高溫環境下的航空E件上有廣闊的應用前景，常用其生產航天飛行器和汽車零部件。冰晶石(Cryolite)主要用作鋁電解的助熔劑，橡膠、砂輪的耐磨填充劑，搪瓷乳白劑，玻璃遮光劑和金屬熔劑，農作物的殺蟲劑等。在制鋁工業上，迄今為止還沒有發現另一種化合物可以代替冰晶石。這是因為冰晶石除了能夠溶解氧化鋁以外還具有其它一些不可缺少的性質，如不含比鋁更正電性的元素，穩定性好，在一般條件下不分解、不揮發、不潮解，熔點高于鋁，導電性好，節約電量等。可以說，如果沒有冰晶石，全世界也許就沒有如此大規模的鋁工業，價格也就沒有這么低，應用也就沒有這么廣泛。鋁-硅合金是應用最廣的鑄造鋁合金，目前世界各國所用的鋁-硅合金均是純鋁與純硅混熔摻兌生產的。生產純鋁需要高品位的鋁土礦，我國鋁土礦的靜態保障年限只有十多年，且該方法生產鋁-硅合金工藝流程長而復雜，能耗高。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供了一種利用磷肥企業低價值副產物氟硅酸鈉制備高附加值的鋁-硅合金，且過程中不會產生難以處理的廢棄物，高效地利用磷肥企業中副產的氟硅酸鈉，采用熔融態鋁與氟硅酸鈉反應制備鋁-硅合金和冰晶石的方法。本發明所述的一種氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，包括以下步驟
a.將IOO-IlOkg的工業鋁粉在石墨坩堝中熔融，并保持溫度在800°C-900°C ；
b.將40-200kg的工業氟硅酸鈉和氟化鈉粉末在干燥的氬氣保護下以3-5kg/min的速度吹入石墨坩堝中與熔融鋁反應，得到冰晶石固體和熔融態的鋁-硅合金；
c.將得到的冰晶石固體與熔融態鋁-硅合金分離。步驟a所述的將工業鋁粉在石墨坩堝中熔融是將石墨坩堝放置于帶加熱的密閉反應釜中。步驟a中工業鋁粉必須過量2. 3-10. 3倍。
步驟b中工業氟硅酸鈉和氟化鈉混合均勻，其中氟硅酸鈉的純度在98%wt)以上， Fe含量不超過0. 3% wt.。
步驟b反應時間在15min-60min之間，反應溫度在660°C _1100°C之間。
步驟b中的緩慢吹入，是通過噴砂裝置以3-5kg/min的速度吹入。
步驟c所述的分離為溢流分離的方式。
本發明所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，是利用氟硅酸鈉與鋁反應，在鋁過量的情況下，控制不同的摩爾比、反應時間及反應溫度，得到硅含量不同的鋁-硅合金。
本發明的原理可根據下列反應方程式進行描述和說明
權利要求
1.氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于包括以下步驟a.將IOO-IlOkg的工業鋁粉在石墨坩堝中熔融，并保持溫度在800°C-900°C ；b.將40-200kg的工業氟硅酸鈉和氟化鈉粉末在干燥的氬氣保護下以3-5kg/min的速度吹入石墨坩堝中與熔融鋁反應，得到冰晶石固體和熔融態的鋁-硅合金；c.將得到的冰晶石固體與熔融態鋁-硅合金分離。
2.如權利要求1所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于，步驟a 所述的將工業鋁粉在石墨坩堝中熔融是將石墨坩堝放置于帶加熱的密閉反應釜中。
3.如權利要求1所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于，步驟a 中工業鋁粉必須過量2. 3-10. 3倍。
4.如權利要求1所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于，步驟 b中工業氟硅酸鈉和氟化鈉混合均勻，其中氟硅酸鈉的純度在98%wt.以上，Fe含量不超過 0. 3% wt.。
5.如權利要求1所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于，步驟b 反應時間在15min-60min之間，反應溫度在660°C _1100°C之間。
6.如權利要求1所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于，步驟b 中的緩慢吹入，是通過噴砂裝置以3^kg/min的速度吹入。
7.如權利要求1所述的氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法，其特征在于，步驟c 所述的分離為溢流分離的方式。
全文摘要
氟硅酸鈉制備鋁-硅合金和冰晶石的方法涉及材料技術領域，特別涉及一種由氟硅酸鈉與鋁反應制備鋁-硅合金和冰晶石的方法。本發明包括以下步驟a.將100-110kg的工業鋁粉在石墨坩堝中熔融，并保持溫度在800℃-900℃；b.將40-200kg的工業氟硅酸鈉和氟化鈉粉末在干燥的氬氣保護下以3-5kg/min的速度吹入石墨坩堝中與熔融鋁反應，得到冰晶石固體和熔融態的鋁-硅合金；c.將得到的冰晶石固體與熔融態鋁-硅合金分離。本發明避免了傳統工藝路線產生的“三廢”和高能耗等問題，環境負荷較小，環境效益較高。
文檔編號C22B5/04GK102492862SQ20111039010
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者吳立群, 梁雪松, 肖勇 申請人:云南省化工研究院