阅读说明：本技术 一种电热炼铝的装置 (Electric heating aluminum smelting device ) 是由 牛强 储少军 庞建明 王耀武 郭占成 陈为亮 夏明国 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于材料学领域,涉及一种电热炼铝的装置,包括以下部分：至少一台铝镁离心分离机,所述铝镁离心分离机接收含铁铝合金与金属镁熔化为含有铝-镁-硅-铁四种元素的合金液,经离心处理后分离成铝镁合金液和析出的固相金属化合物,所述铝镁合金液经冷却后生成铝镁合金块；至少一台铝镁连续蒸馏分离炉,铝镁连续蒸馏分离炉接收铝镁离心分离机生产的铝镁合金块,经重熔、蒸馏后分离成铝液和镁蒸气,所述镁蒸气经冷凝后生成凝聚态镁。本发明采用金属镁作为萃取剂,将铝、硅和铁采用物理法离出来,将铝与镁实现互熔,将铁、硅排除出合金液,然后铝镁进行蒸馏分离。(The invention belongs to the field of materials science, and relates to an electric heating aluminum smelting device, which comprises the following parts: at least one aluminum-magnesium centrifugal separator, wherein the aluminum-magnesium centrifugal separator receives alloy liquid containing iron-containing aluminum alloy and metal magnesium which are melted into four elements of aluminum, magnesium, silicon and iron, the alloy liquid is separated into aluminum-magnesium alloy liquid and separated solid-phase metal compounds after centrifugal treatment, and the aluminum-magnesium alloy liquid is cooled to generate aluminum-magnesium alloy blocks; and the aluminum-magnesium continuous distillation separation furnace receives the aluminum-magnesium alloy blocks produced by the aluminum-magnesium centrifugal separator, re-melts and distills the aluminum-magnesium alloy blocks to separate the aluminum liquid and magnesium vapor, and the magnesium vapor is condensed to generate condensed magnesium. The invention adopts metal magnesium as an extracting agent, physically separates out aluminum, silicon and iron, realizes mutual melting of the aluminum and the magnesium, removes the iron and the silicon from an alloy liquid, and then distills and separates aluminum and magnesium.)

一种电热炼铝的装置

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种提纯铝的装置，具体涉及一种电热炼铝的装置。

背景技术

铝是重要的金属，应用广泛，是仅次于钢铁的第二金属。目前全世界的金属铝，都是采用电解铝工艺生产的。但电解铝工艺，存在多个重要的、难以克服的弊端。这使得人们一直在寻求电热炼铝工艺，以替代电解铝。电热炼铝比起电解铝，在多个方面具有优势，至少是可预期的潜在优势：(1)首先是矿物来源的差异：含铝的矿物大约250余种，其中100种也就是40％是硅酸盐类，也就是说，大多数情况下，含铝矿物都是铝硅矿。电热法可以使用的铝硅矿，在自然界十分广泛。电解铝需要纯度极高的含铝矿物，也就是铝硅比很高的铝土矿，例如铝硅比在5-12的矿物，适合的矿物极为有限，常见的三水铝石、一水硬铝石、一水软铝石等有限几种，适合电解铝的矿产资源的空间分布不均。全球每年原铝产量约为6000-7000万吨，其中约51-55％也就是约3600万吨产自中国，而中国的铝土矿资源只占全球的2.7％。如果中国不进口铝土矿或者氧化铝，本国适合电解铝的优质铝土矿将在7年内消耗殆尽。全球铝土矿成矿带主要分布在非洲、大洋洲、南美及东南亚。从国家分布来看，铝土矿主要分布在几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加、越南、印度尼西亚等国。中国、北美、欧洲等世界主要原铝生产国几乎都需要进口铝土矿。也就是说，世界上的主要工业国家，大部分位于北半球较高纬度的东亚、西欧、前苏联东欧地区、北美等，都缺乏适合电解铝的铝土矿。(2)其次是生产过程的污染排放：电解铝生产全过程污染严重。电解铝的生产过程首先是生产氧化铝，其次是电解过程。这两大环节产生大量赤泥、氟化物烟尘、氟化物气体、阴极大修渣导致的氰化物等多种污染，而且有的是剧毒污染物，对生态环境和人类健康产生严重危害。而采用电热法生产铝，几乎没有难以控制的污染，矿热炉中的氧化物粉尘，其本身没有化学毒性，很容易得到较好的控制。整个生产过程没有酸碱废液的处理循环，整体环保水平要好得多。(3)第三是能源消耗水平的不同：目前电解铝的全过程，电解环节工艺电耗大致在每吨铝13000kwh的能耗水平，但每吨铝需要1.92吨左右的氧化铝，氧化铝制备环节，折合每吨铝的能耗约为20-60GJ的能耗。如果采用电热法，获得铝硅合金，每吨合金的能耗主要是工艺电耗，在综合回收的情况下，大致只需要12000kwh，并不需要太多的原料制备过程的能耗，或者说原料制备环节能耗远远低于氧化铝环节。(4)设备产能差异大：电热炼铝，设备紧凑，单台设备的功率、产能大得多，电压达到数百伏特，而电解槽电压只有个位数。大型电解槽每台每年产铝量只有数百吨，而大型矿热炉电热法炼铝，可以达到万吨级。这是因为一方面电解反应只在平面上进行，而电热法是在整个立体空间内进行的。还有电解工艺的综合能源效率并不高，而电热法则要高得多。从反应器的角度，电解铝车间往往是数百台电解槽串联在一起运行，对于电力稳定、运行管理与维护的要求要高得多。而电热法的反应器产能大，所需设备台数少，生产管理要灵活得多。(5)使用可再生能源的适应性：电解铝只能使用传统化石能源产出的电力。电解铝生产过程中，电解槽的电化学反应必须是连续进行的，一旦发生停电，就会造成凝槽的重大生产事故，导致生产停顿，再行恢复需要彻底重新大修，费用昂贵，且耽误数月工期。这就使得电解铝作为耗电大户，却不能使用风电、光伏、光热、水电等可再生能源，以防止电力供应波动，只能使用传统燃煤、燃气、燃油等化石能源发出的电力，使得全球碳减排的努力在电解铝行业无法实行。(6)对硅元素的处理利用：在自然界中，铝与硅的矿物是结合在一起的，电解炼铝的两步法工艺中，先是通过水溶液的作用，强行使得铝硅的氧化物实现分离，然后消耗大量热能烘干氧化铝中水分，送入电解槽获得电解铝。但电解铝最终的应用中，约有70％需要后续再配入工业硅作为合金元素，这样导致巨大的浪费。特别是随着高品位铝土矿的逐步消耗，更多铝硅比较低的，例如3-6铝硅比的铝土矿，需要脱除掉的氧化硅更多，导致工艺复杂、成本增加。而电热法直接是将铝硅协同还原进入合金，既不需要耗费很大力气在氧化物状态分离二者，也不需要将水分烘干，后期也无需专门再配入工业硅以提高硅含量。在对待伴生硅元素的利用上，显然电热法更为合理。(7)电热法成本优势巨大：电解铝的生产成本高昂。电解铝的生产成本中，电力能源占到40％左右，还有比较重要的就是氧化铝的采购成本，每吨电解铝需要消耗氧化铝一般为1.92吨，氧化铝采购成本占到电解铝售价的40％，导致电解铝成本高企。而相同条件下建厂，电热法要比电解法的吨铝成本降低约30％.

随着全球用铝量的不断增长，金属铝及铝合金在社会上的积存量也越来越大，意味着工业化过程中积累的回收废旧铝，将成为未来金属铝的主要来源，也就是说，再生铝替代原铝，成为主要的用铝来源。但是回收废铝中往往含有超量的铁，例如含铁大于1.5％甚至更高，影响到再生铝的品质，往往通过添加数倍的纯净电解铝来稀释，使得铁含量降低到合格水平，这意味着再生铝的低成本、低能耗也被电解铝所稀释，未来随着再生铝成为主流，社会上已经没有很多电解铝用来稀释，那么铁的积累随着循环次数而逐步攀升，导致铝合金退化。目前尝试过加锰除铁、电磁场辅助过滤等，都没有收到很好的效果。所以，开发回收废杂铝熔融后除铁的工艺技术，迫在眉睫。

中国储藏的适合电解铝的优质铝土矿并不丰富。但却存在比较多的低品质含铝固废，典型的如高铝粉煤灰、高铝煤矸石、铝土矿尾矿等。例如，在中国的内蒙古中西部地区、山西省中北部地区，煤炭中含铝量较高，煤炭燃烧后的粉煤灰中铝硅比较高，甚至可能大于1，其余的煤矸石中，也有较高铝含量。在中国北方少有的部分铝土矿产区，低品质的铝土矿尾矿，例如铝硅比在1.5-3之间的，往往由于低于下游氧化铝企业的采购标准，而被遗弃，堆积量很大，而这种低阶铝矿资源，总保有量还是较多的，目前没有很好的利用办法。

曾经大唐电力集团联合清华大学，在内蒙古鄂尔多斯大路工业园建设了高铝煤炭的研究机构，并建成高铝粉煤灰浸出提取氧化铝的工业生产线，但是这种低阶资源如果将其中的氧化硅等去除掉，其污染排放、能耗水平，比现行的电解铝全流程更高，从经济和环保两个方面，都证实没有价值。后来这些生产线及其技术路线并没有得到推广，最终自行拆除了。

世界各国关注直接从铝土矿中，采用电热工艺，用碳为还原剂，直接冶炼出金属铝，这种努力已经超过一个多世纪了。经过大量研究和积累，可以确认的几个事实和结论是：(1)铝被碳直接还原，是很难的。一方面需要很高的温度，大约2000-2200℃，另一方面，生成的铝直接与碳结合成碳化铝，而不是金属铝。由于温度升高，大量铝挥发进入到炉气中，而不是留在炉膛里。如果采用真空熔炼，更存在铝大量挥发的情况。(2)比还原纯铝更容易做到的是铝硅氧化物协同还原，获得铝硅合金，如果有铁氧化物的优先还原，生成的铝、硅金属直接与铁互溶，则更为有利。一般来说，此种铝硅合金，只要铝含量不超过72％，理论上都是可以还原的。如果铝硅中含有一定铁，例如5-10％，则更为有利。(3)国内多家铁合金企业，尝试用矿热炉还原含铝合金，例如铝硅合金或者铝硅铁合金，一般35％以下含铝量比较容易实现。如果入炉原料中氧化铝含量高，要超过40％，甚至按照合金中50-60％配入，则特别容易产生难熔碳化物，例如碳化硅，导致炉底上涨，使得生产被迫停止。(4)在工业硅生产过程中，也存在生成碳化硅导致炉底上涨的难题，通过工艺调控，旋转炉底等方式，得到较为良好的控制。(5)冶炼高含铝的铝硅或者铝硅铁合金，属于难冶炼的品种，需要原料的磨粉制球烘干，精心的工艺控制和生产操作，炉型一般建议比较大的功率密度、炉底密度，比较集中的热量供应，以及炉料比较快的升温速度，以及极心圆、炉膛高径比方面的参数优化。

总的来说，世界范围看，能够做到数十年稳定商业生产的，有苏联时期的一些电热铝硅合金生产线，例如第聂伯的工厂，有8台的16500KVA以上矿热炉进行相关生产，产品含铝量50-60％上下，电耗在12000-14000kwh/吨合金的水平。

进入21世纪，中国的登封登电集团铝业公司，引进掌握前苏联技术的乌克兰专家团队，来华进行技术指导，经过数年摸索，在同样的16500KVA交流矿热炉上，实现稳定的商业化生产，产品含铝量在50-60％左右，含硅大于30％，含铁少于10％，经过了河南省的鉴定，并被国家外国专家局列为国际人才合作示范项目。

然而，无论是前苏联、乌克兰，还是中国唯一一家实现稳定生产的登电铝业，其产品高铝的铝硅铁，仍然无法作为金属结构材料铝合金使用。一般要求把铁降至1％以下，硅含量降至13％以下，才有可能成为铝合金中可以作为结构材料的铸造合金，否则只能作为钢铁冶金过程的复合脱氧剂，这是一种远比金属铝廉价的化学功能用铝。曾经进行过此类高铝合金的除铁降硅的试验，例如加锰过滤除铁，以及用多倍的电解铝将其稀释到10％左右的硅含量，这又导致电热冶炼铝硅合金无法脱离电解铝而独立存在，其原料价格低廉的优势也同样被数倍的电解铝高成本所侵蚀。

由此可见，即使精心掌握了电热冶炼铝硅合金的工艺和装备技术，能够产出含铝60％左右的高铝含量的铝硅铁合金，但无法将其中的铝与硅、铁作较为彻底的分离而获得结构用金属铝，那么这种工艺技术在商业上并没有太强的竞争力，也无法替代现有的电解铝工艺。

美国专利US2829961、US2974032、US4099959、US4213599，揭示了直接用碳做还原剂，进行氧化铝的热还原，是很难获得金属铝的，通过形成碳化铝作为中间还原剂，才能够实现铝的分步还原。

美国专利US7704443描述用侧壁电极加上顶电极对熔融物料加热获得铝蒸气。美国US7819937提出通过加料装置回收气相中的含铝产物。

Richard J Fruehan在美国专利US6849101中提出一种用多孔隙木炭吸收炉气中的碳热炼铝中间产物碳化物，通过与气相中铝及氧化亚铝反应获得金属铝。

美国铝业公司申请进入中国的专利号为200980150004.5提出用降温析出沉淀来分离碳化铝与金属铝。

中国铝业申请的中国专利200610051148.3提出矿热炉直接生产铝硅铁合金，其中的铝含量为38％，铁含量23％，作为脱氧剂是可行的，但其铝含量与铁含量之差太小，不可能分理出类似于结构材料用铝。

中国专利申请201710874459.8提出采用加入锰来清除回收再生铝镁硅合金中的铁，然后通过陶瓷泡沫过滤网去除含铁的沉淀物，以净化铝合金液。

申请号为98113973.6的中国专利，以及201210242147.2提出了蒸馏提纯镁的装置，但都是间歇式生产，产品为单一高纯金属镁。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提供一种电热炼铝的装置，采用金属镁作为萃取剂，将铝、硅和铁采用物理法离出来，利用熔融镁液对金属铝液态无限互溶的特性，选择性地将铝溶解进金属镁，而铁、硅在熔融金属镁液中几乎不溶解的特性，将铝与镁实现互熔，将铁、硅排除出合金液，然后铝镁进行蒸馏分离。

本发明所述的一种电热炼铝的装置，其特征在于，包括以下部分：

至少一台铝镁离心分离机，所述铝镁离心分离机接收含铁铝合金与金属镁熔化为含有铝-镁-硅-铁四种元素的合金液，经离心处理后分离成铝镁合金液和析出的固相金属化合物，所述铝镁合金液经冷却后生成铝镁合金块；

至少一台铝镁连续蒸馏分离炉，所述铝镁连续蒸馏分离炉接收铝镁离心分离机生产的铝镁合金块，经重熔、蒸馏后分离成铝液和镁蒸气，所述镁蒸气经冷凝后生成凝聚态镁。

本发明中，所述含铁铝合金为矿热炉还原冶炼产出的含铁1-20％，含铝40-72％，含硅5-50％的电热法铝硅合金、铝硅铁合金，其所使用的原料为含铝、硅、铁的自然矿物、能源工业废弃物，包括低阶铝土矿、铝土矿尾矿、含铝粉煤灰、煤矸石、高岭土等；含铁铝合金也可以为含铁在1.5-10％的回收废杂铝。

其中，优选方案如下：

所述铝镁离心分离机具有一个由离心机固定筒壁和离心机固定筒保护盖板围成的空间，所述空间内设置有可拆卸的离心转筒，所述离心转筒包括离心转筒底板、离心转筒外筒壁、离心转筒内筒壁和离心转筒顶板，所述离心转筒外筒壁和离心转筒内筒壁同一圆心设置于离心转筒底板和离心转筒顶板之间，所述离心转筒外筒壁和离心转筒内筒壁之间具有环形布置的离心转筒环形接液槽，所述离心转筒内筒壁所围成的内部空间为离心转筒内腔，所述离心机固定筒保护盖板与离心转筒顶板之间开设有通向离心转筒内腔的离心转筒注液通道，所述离心转筒内筒壁上均匀开设有若干个甩液孔。所述铝镁离心分离机的离心转筒，由碳钢、耐热钢等制成，离心转筒内筒壁能够承受直接接触500-1000℃的铝镁合金液。所述铝镁离心分离机的离心转速为30-5000转，其产生的离心加速度为重力加速度的10-1000倍。

所述铝镁连续蒸馏分离炉包括铝镁合金重熔炉、镁蒸馏塔、铝液保温炉、镁冷凝器、结晶镁储存室和总真空管道及真空泵；所述铝镁合金重熔炉经真空吸液管与镁蒸馏塔的顶部进料口相连通，所述镁蒸馏塔的底部出料口通过铝液顺流管连通至铝液保温炉，所述镁蒸馏塔顶部还通过镁蒸汽管与镁冷凝器的顶部进料口相连通，所述镁冷凝器底部出料口连通有结晶镁储存室，所述镁冷凝器顶部还连通有总真空管道及真空泵。

本发明中，铝镁合金重熔炉和镁蒸馏塔采用电阻、感应加热，或者燃气、热风的非接触式间接加热，铝镁重熔炉的加热温度为500-900℃，镁蒸馏塔的加热温度为700-1200℃，镁蒸馏塔的真空度为绝对压力0.1-1000Pa。镁蒸馏塔及铝液顺流管内部可以盛放3.5-5米高的铝液柱，实现对镁蒸馏塔内真空在当地大气压下的铝液柱密封。同样，还可以在镁蒸馏塔底部及铝液顺流管中设置鼓入氩气的装置，实现对铝液柱的浸没式氩气鼓气搅拌或射流搅拌。

所述镁蒸馏塔的内腔空间内垂直布置有若干层蒸馏塔盘，所述蒸馏塔盘的顶部一侧设置有铝镁液接流区，另一侧开设有铝镁液下落孔，所述蒸馏塔盘顶部外侧边缘围绕设置有围挡，所述铝镁液接流区与铝镁液下落孔之间设置有由流道围堰构成的迂回状铝镁液流道。

所述镁蒸馏塔的壳体采用双层钢制结构，包括外壳和内壳，所述外壳与内壳之间的夹层经真空处理，所述内壳的内壁砌筑有耐火隔热层。夹层为抽真空的压力缓冲区域，外壳为承受大气压与夹层压力差的承压钢壳。

所述镁冷凝器内部具有一冷却空腔，所述冷却内腔的顶部分别连通镁蒸汽管和总真空管道及真空泵，底部连通结晶镁储存室，所述冷却内腔外部包裹设置有降温装置，所述冷却内腔内设置有螺旋刮镁器，所述冷却内腔内顶部还设置有镁蒸气挡板，所述镁蒸气挡板位于冷却内腔与镁蒸汽管和总真空管道及真空泵的两个连接口之间。

所述降温装置包括负压喷雾汽化室以及与负压喷雾汽化室相连的汽化负压吸管及真空泵，所述负压喷雾汽化室内设置有若干个雾化水喷头。

所述镁冷凝器与结晶镁储存室之间设置有结晶镁锁止上阀，所述结晶镁储存室卸料口设置有结晶镁锁止下阀。

所述结晶镁储存室分别连通设置有真空抽气管路和破真空充气管路。

所述铝液顺流管的高度按照当地大气压除以标准大气压后乘以4.5m进行计算。

本发明的具体工艺如图1所示，以一种与现有的主流高品质铝土矿—氧化铝—电解铝完全不同的电热法还原工艺，将低阶铝土矿、铝土矿尾矿、粉煤灰、煤矸石等普遍存在铝硅资源或者含铝固废为廉价原料，通过热还原法在密闭埋弧矿热电炉中冶炼出高铝的铝硅铁合金，然后进一步采用熔融液态金属镁作为溶剂、萃取剂，从铝硅铁合金中将铝选择性溶解出来，并有效将铁、硅从铝镁合金液中分离出去，采用凝析法，或者熔析法，以及凝析与熔析结合的方法，并且采用比自然重力分离效率高得多的超重力离心分离法，使得更多铝元素进入到最终牌号铝合金中。同时副产品硅铁渣作为还原剂用于金属镁的热还原，得到比较好的综合利用。此过程中，没有水溶液参与的铝提取冶金化学过程，也没有氟化物的铝冶炼过程，以便炼铝过程没有水溶液、氟化物处理及可能的污染风险；

以矿热电炉立体反应器替代电解槽的平面反应器，以扩大单个铝提取冶金的还原反应器容量；可以使用风电、光伏、光热等可再生能源电力供应的铝冶金反应过程，即不受停电或者电力波动影响的铝冶炼反应器及其生产过程，以及可以季节性停产的使用水力发电，或者类似于中东地区在夏季用电高峰时期可以调节电力负荷的炼铝生产线，比电解槽有较强的适应电力波动。

开发铝镁通过蒸馏实现有效分离的装置及方法，特别是适合大型工业化、连续化的装置和生产工艺过程，包括自动化的连续进料、镁的稳定连续蒸发-逸出-冷凝，以及残余铝液的连续流出和下游合金化、铸锭，同时将冷凝金属镁以不破坏真空的方式连续排出，用于下步重熔、合金化、铸锭。

随着废铝在社会上的存量逐步累积，再生铝的比例会越来越高，但含铁比较高的废杂铝难以除铁，对废杂铝的使用产生很大限制，通过加入镁除去铁，然后连续蒸馏实现铝镁互相分离，将为高含铁废杂铝的使用开辟出广阔前景，不再需要降级使用，更不需要使用很多新鲜电解铝用来稀释降铁；废铝中含有的镁元素，得到比较好的回收利用。废镁中往往含有一定的铝元素，通过铝镁互熔后再蒸发分离，获得比较好的铝回收。以往废镁直接蒸馏后，残渣中含有一定量的铝和其他金属元素，粘附于蒸馏器内壁上，没有流动性，难以清除。镁的精炼，不再采用氟氯盐污染环境的化学精炼方法，而是物理蒸馏，环境效应良好，

通常镁的硅热法还原过程，以往因为采用化学精炼，难以去除Al、Si、Fe等金属杂质，使得无法使用高温、高真空的强化提取手段，导致设备生产能力、镁元素回收率、硅铁利用率一直较低。而采用本方法对结晶粗镁直接与铝合金混合，进行协同净化，使得能够大胆采用高温、高真空的强化的手段和过程，使得产率、镁元素收得率、硅元素利用率得到明显提升，而不必顾忌后续能否通过精炼去除杂质，因为后续凝析和离心分离，使得硅与铁元素进入滤渣，而铝元素进入铝液得到去除；

镁蒸馏是一个高能耗过程，工业上上一吨镁的蒸馏挥发，即使连续生产过程，也往往需要15-20GJ的能源，采用燃气间接加热，比电力更为节约成本，很多时候火力电力是通过燃气转化的，其能源转化效率往往只有30-42％；镁蒸馏，采用类似于多效蒸发的装置和工艺，将蒸馏出来的镁蒸气，作为热源间接加热新的铝镁合金液或者镁液，使之挥发提纯，相当于用了一倍的金属镁蒸馏能耗，产生多倍的镁蒸馏效果，节能效果更为显著。

本发明的具体工艺原理可以参考以下说明：

人们所希望的电热炼铝反应，是将含有氧化铝的矿物，与碳质还原剂接触甚至是深度混合并造球，然后送入矿热炉一类的电热冶金设备中，采用电弧高温加热，希望发生碳还原氧化铝的反应，获得金属铝。

人们所希望的下列反应，并不能实际发生。

Al₂O₃+3C＝2Al+3CO

这个反应需要极高的温度，按照化学热力学的理论，开始还原的理论温度高达2000-2100摄氏度。

ΔG⁰＝325660+3.75TlgT-1.5507T

按照上述公式，计算出来的开始还原温度在绝对温度2295K，也就是2022℃附近。冶金行业广泛认可的化学热力学国际商用软件Factsage7.3计算，则反应自由能值如下表，在约2053℃开始产生金属铝。

表1氧化铝被碳还原的标准自由能

温度(摄氏度)	Delta G<sup>0</sup>(J)
		1400.00	364910.5
1500.00	307004.8
		1600.00	249307.9
1700.00	191812.4
		1800.00	134511.4
1900.00	77398.9
		2000.00	20468.9
2053.87	-10122.7
		2100.00	-33911.1
2200.00	-85180.4

但即使在这么高的温度下，还原得到的并不是金属铝，而主要是碳化铝。也就是说，实际如下的反应大量发生。

2Al₂O₃+9C＝Al₄C₃+6CO

在高温时，碳化铝、氧化铝大量互相溶解，并且溶解了生成的金属铝，使得产物很难获得金属纯铝。同时，在2000℃以上高温中，随着炉气CO气体的逸出，也伴随着铝的大量挥发，以铝蒸气的形式逸出损失掉。

如果采用的矿物是铝硅的复合氧化物，或者氧化硅与氧化铝协同还原，则碳热还原反应则要有利得多。

碳还原氧化硅，如下式表现的化学反应，是生产硅铁、工业硅、其他硅系合金的主要反应之一。

SiO₂+2C＝Si+2CO

实际上，硅的还原过程也存在着碳化物作为中间产物的反应。如下式

SiO₂+3C＝SiC+2CO

但碳化物的存在，会进一步发生如下反应，还原出半金属硅。

2SiC+SiO₂＝3Si+2CO

铝还原过程的中间产物碳化铝，也能够还原氧化硅，使得铝硅协同还原，如下反应式所示。产出的铝与硅的摩尔比为8:3，质量分数为含铝72％，这也是行业普遍认为电热还原制取铝硅合金时，铝含量理论上不能超过72％的原因。

2Al₄C₃+3SiO₂＝8Al+3Si+6CO

除了生成中间产物碳化硅、碳化铝外，氧化铝与碳作用还可能生成碳氧化物。

4Al₂O₃+Al₄C₃＝3Al₄O₄C

在整个碳还原铝硅氧化物的过程中，中间价态的氧化亚硅、氧化亚铝、一氧化二铝等气态产物也会产生。如下反应式所示

SiO₂+C＝SiO↑+CO↑

Al₂O₃+2C＝Al₂O↑+2CO↑

这些低价态的气体氧化物在上升过程中，如果炉膛比较深，那么会继续发生反应，从而获得铝硅合金。这就要求反应器设计要比较深，以便气体中间产物有足够多停留和反应时间。

由于硅的存在，碳化铝被破坏，特别是硅与碳同族元素，硅有更大的活性与其他铝等元素结合，占据本来是碳的位置，使得大量生成铝硅合金，而不是碳化铝。硅与铝互溶后，使得铝的活度下降，还原制铝的反应进行程度较大。

总体来说，关于电炉冶炼铝硅合金，在理论上、实践中的结论指出如下的建议：(1)矿热炉冶炼出铝硅合金，或者铝硅铁合金，工业上是可行的，而纯铝是无法用电热法获得的；(2)采用自然界或者能源工业的含铝硅廉价资源，如果在铝硅比1.3-1.6的前提下，能够冶炼获得含铝50-60％的合金，如果此种合金允许含铁5-10％，则冶炼难度比低于1.5％含铁的铝硅合金更为容易；(3)矿物入炉前，需要与碳质还原剂一起磨粉，用粘结剂然后一定压力造球，烘干为一定强度的球团矿入炉，以便能够在炉内保持一定强度，使得还原产物CO气体能够从缝隙中逸出炉膛。压球强度太低，球团在炉内容易粉碎，导致堵塞气体通道。压球强度太大，球团太过紧密，还原过程气体无法从中逸出，也会阻碍进一步的还原。(4)还原剂可供选择的很多，比如烟煤，具有一定挥发分，球团受热后，成为多孔隙结构，有利于反应气体的逃逸。其他碳质还原剂，如生物质碳、石油焦、焦炭、兰炭、无烟煤也有建议，但总体来说，多孔隙的碳质还原剂比较理想；(5)配入碳质还原剂的量，比理论计量略低，例如94％为好，这样能够减少碳化物生成几率；(6)高铝粉煤灰、煤矸石、低阶铝土矿及其尾矿、高岭土等，都是适合的廉价铝硅矿产资源。在山西晋中北如朔州、内蒙古鄂尔多斯的准格尔旗，都有大量高铝煤炭资源，其铝硅比能够达到1或者1以上，其煤矸石以及燃煤电厂的粉煤灰，也是高铝的。此外，中国山西、河南以及南方广西等等铝土矿产区，大量铝硅比低于3的低阶铝土矿或者铝土矿尾矿，由于不符合电解铝所用氧化铝厂的采购标准而被大量遗弃，通过掺混，也是电热铝硅合金的良好矿产资源；(7)如果原料中含有较高的氧化钙，则不是有利的炉料条件。由于氧化钙会导致炉料熔点降低，从而使得炉料过早熔化，影响了铝硅的还原过程。部分高硫煤在锅炉燃烧室燃烧时，为了减少后续烟气脱硫的负担，往往混入一定石灰参与燃烧，导致电厂的粉煤灰中石灰含量高于原有燃煤的灰分，这是不利的因素；(8)从后续提取金属铝的角度，含铝越高越好，含铁越低越好，但从矿热炉冶炼的难度，一般来说，能够做到的较好水平为含铝55-63％，含硅30-36％，含铁2-10％，还有少量的钛，一般并入铁中一起考虑；(9)影响矿热炉操作顺行的，除了合金液能否顺利流出，还有炉底上涨的风险。合金液之所以不太容易流出，在于高铝低铁的合金，密度很小，差不多在2500kg/M3的量级，甚至比矿石、碳化物的密度还低，这与其他普遍的铁合金不同，使得炉缸中合金液浮在炉料上方，导致出铁难，也导致电流不通过炉底使得炉底较冷，从而产生碳化硅等难熔碳化物在炉底沉积上涨，最终使得生产很短时间，不得不停炉大修，甚至需要炸掉难清除的坚硬炉底碳化物，生产过程只能维系几十天；(10)产出的铝硅合金、铝硅铁合金，其实还是含有一定的碳化物、未反应氧化铝氧化硅等，混在在合金液中，需要精炼去除。精炼方法比较好的是化学精炼，使用少量卤化物作为精炼剂去除，也可以考虑物理法，例如超重力离心法，也减少卤化物使用过程的环境污染；(11)有人尝试在真空条件下进行氧化铝的碳热还原，以便降低还原反应的初始温度，但效果并不理想，究其原因，在于真空虽然降低了还原反应开始的温度，但也降低了金属铝的沸点，导致真空下生成的金属铝大量挥发；(12)从电炉装备的角度，适合电热冶炼铝硅合金的，大致与工业硅等难熔的高硅合金，例如硅钙合金等，比较类似。工业硅采用的旋转炉壳以抵消炉底上涨或者延缓炉底上涨，是个比较好的做法。如果能够将炉底上涨导致的炉役周期延长至10-12个月，整个生产过程就可以实现较好的商业运营；(13)反应区以及炉底的温度一定要高，同时炉料被加热升温至反应温度的时间还要短，也就是说，温度要高，需要2200℃的温度，此外升温的速度也要高，使得尽量在容易生成碳化物的温度区域减少停留时间；(14)一般矿热炉冶炼铝硅合金，需要较深的炉膛，较小的极心圆直径，以及较大的炉底单位面积比功率，例如450-600kw/M2，较大的单位体积比功率。(15)电炉功率大于16500KVA比较有利，这是前苏联以及乌克兰在这一领域全球领先的机构给出的大致建议，在这样的功率之上，炉底面积功率强度、炉膛体积功率强度都比较大；(16)理论上，采用直流矿热炉也是很好的选择，特别是底阳极的使用，炉底温度高，不容易涨炉底。但底阳极造价高，而且容易损坏，导致炉役太短，电炉可靠性不够而被放弃。目前仍然是交流电矿热炉为主。(17)曾经有建议，加装一个假炉底，由带孔的耐火材料制成，使得生成的液态铝硅铁一旦生成，就迅速从假炉底流到下面，避免与碳质还原剂接触而生成碳化物，同时不让生成的铝硅合金漂浮在炉料上方造成出液难。

电热炼铝的尝试和实践，大约从1880年代就开始了，英国、法国、德国、美国、加拿大、中国、前苏联及后来的乌克兰，均进行了大量的研究和实践。但最终实现商业化的是前苏联的第聂伯等工厂，以及后来继承下来的乌克兰冶金界。

还有说法是二战结束前的德国——第三帝国，采用该种工艺，不仅能够生产铝硅合金，还能够最终获得结构铝合金，命名为Beck工艺，但能够提供的资料并不是很充分。

尽管西方科技和工业界进行了大量工作，但并没有完全实现商业化，也未能在形成对电解铝所垄断的原铝生产造成任何的冲击。究其原因，可能是这样的：西方的科技产业化体系遵循着严格的实验室小试—中试—工业试生产的逐级放大路径，这样从事研究的科学家必须在小型的实验室规模，能够顺利实现电热铝硅合金，特别是含铝50％以上铝硅的稳定产出，然后工业界才会接受更大型电炉的试制。但电热铝硅合金的非同寻常之处就在于，由于需要极高的坩埚温度和快速的升温过程，小型电炉的炉底功率密度无法满足这样的温度和升温速度，甚至几千KVA的电炉都不能满足，正如前苏联专家曾经建议的那样，16500KVA电炉是能够稳定生产的设备功率下限。由于前苏联以及二战结束前的纳粹德国实行的是军事化的或准军事的战时体制，并不会严格遵守所谓的“市场经济规律”或者“设备及规模逐级放大”的化学冶金的经济规律，使得有可能越过常规的逐级放大过程，而直接采用工业上较大规模的电炉进行试制，从而获得“意外”成功。当然，上述只是一种合理的推测。

矿热炉中定期排出的含有较高铝含量的铝硅合金或者铝硅铁合金，例如含铝50-65％，含铁及钛1.5-10％，其余为硅，大致在30-38％，这样的合金，称为一次铝硅合金、初合金、粗合金、中间合金等名称，如果不能提取出铸造铝合金甚至含硅含铁更低的变形铝合金，那么只有作为较低经济价值的钢铁脱氧剂或者热法炼镁还原剂，那么对于以结构材料为主的铝工业来说，并没有产生所期望的工业原铝。

初期的精炼或者处理办法是，尽可能在一次合金中将铁含量降低，例如1.5％左右甚至更低，在液态合金的简单化学精炼除去混合的碳化物和氧化物后，通过加锰来除去其中的铁，在铁降低后，以电解铝来稀释，使得硅含量从30-38％降低到10-13％，也就是共晶铝硅合金或者亚共晶的含硅水平，这意味着要用3-4倍优质的高价格电解铝液来稀释一倍的一次铝硅合金，其实很不划算，这样电热法获得的一些成本优势，被3-4倍的电解铝也随之稀释了，其成本优势反而被抵消掉。图2是铝硅二元合金相图，可以看到，一般铝合金中的硅不宜超过13％，否则成为过共晶合金，使用范围将受到限制。

冶炼低铁的铝硅合金，本身难度较大。铁含量有助于铝、硅的还原。对于含铝20-30％，含硅30-40％，含铁20-30％的作为脱氧剂的合金，其冶炼难度与常规硅系合金并没有什么两样。

为了冶炼低铁合金，原料选择必须仔细，采用低铁的原料，电极要采用昂贵的碳素自焙电极，而不能采用预焙电极，后者在钢壳中用电极糊自行烧结而成，成本低，但是给产品带入一定的铁含量，所以不能用。一旦铁含量比1.5％高，那么这种加锰除铁，以及纯铝稀释降硅的做法便无法实施了。这种办法显然并不能作为矿热炉冶炼的后续操作。

比较可行的是选择一种金属Me，其对铝有较强的溶解能力，但是对于硅、铁元素来说，溶解度不高，这样可以采取选择性溶解的方法，通过熔析、凝析等有色金属常用的精炼除杂方法，形成Al-Me二元合金，将其中的硅铁分离出来成为副产品，然后再想办法，比如利用蒸气压不同将Al与Me金属实现蒸馏分离。这种选择性溶解，或者说金属液的物理“萃取法”，需要两步来完成。第一步是，溶解，然后固液分离。第二步，蒸馏分离。可供选择的Me金属有铅、汞、锌、镁等较为常见的金属，都在一定程度上具有上述的可分离特性。铅、汞作为有毒害的重金属，对人体健康和环境有不利影响，不是很好的选择。锌、镁更为合适一些。锌是大宗常见金属，按理说是可以用的。但镁与锌比起来，优势更为明显。主要体现在：(1)采用锌来处理铝硅合金，需要的质量大约是铝硅合金的3-4倍，而镁只需要1倍左右。这是因为锌的原子量较大，密度也大，从原子数配比以及体积来说，需要较大的质量倍数，这就使得所需使用、循环周转的锌量要比较大；(2)锌的价格比镁高很多。最近20年来，随着镁工业的大发展，特别是中国成为全球86％镁产量的新兴镁生产国，镁的价格经常与铝徘徊在同一水平，更是低于锌价。这样采用镁作为“萃取剂”，更为有利。(3)镁脱除铝硅合金中铁、硅的能力，要优于锌。锌在较高温度下，不能脱除掉铝中结合的硅元素，而这一点，镁要有效得多。(4)铝硅合金脱除掉的硅铁固相析出物，夹带一定的铝含量，是优良的金属镁热法冶炼还原剂，这就意味着热法炼铝与热法炼镁能够形成耦合生产关系，这种闭环耦合，不仅带来铝行业的进步升级，对于镁行业同样具有巨大的推动作用，而且能形成铝镁双赢的铝镁联产。相比之下，采用锌来提取铝，则锌只是单纯的循环用金属，不会对现有的炼锌产业产生影响。(5)采用镁为萃取剂，意味着大型轻合金联合工厂，在铝镁产业板块之间形成良性互动。镁的还原，还原剂从硅铁演变为硅铝铁，铝的还原能力要强于硅，使得炼镁的能耗、物耗、生产周期，比单纯用硅铁有较大提升。而且，现有的镁化学精炼被省去，从粗结晶镁即用来作为萃取剂，提取纯铝，而且炼镁环节原来顾忌的镁蒸气纯度无需多虑，可以采用高温高真空的过程强化快速冶炼，缩短镁冶炼周期，即使镁中含有较高的硅、铝、铁含量也不足虑，杂质元素硅、铝、铁在随后的铝硅镁互熔阶段成为有用产品。

镁之所以能成为优选的溶解铝的金属液，在于其特殊的性质；液态可以与铝无限互溶，如图3的铝镁二元合金状态图所示，却几乎不溶解铁与硅。图4是镁基合金液中可溶解的铁含量，是微乎其微的，在一般的有色金属工业中，可以认为是低铁的优良金属。图5是镁中硅的溶解度，由于生成Mg2Si化合物，镁中可溶解的硅元素含量也很低，特别是随着温度降低，硅元素与镁生成化合物而沉淀析出。但镁与铝能够在液态无限互溶，而且其共晶区间较大，且共晶温度低至480摄氏度左右，比纯金属的铝镁熔化温度，降低了接近200℃，这意味着其中可溶解的铁、硅进一步得到彻底去除。

镁溶解铝，以及与硅铁分离的过程，可以采取凝析法，也可以熔析法。从能源利用的角度，矿热炉出来的热态铝硅铁合金液，温度高达1300-1500摄氏度，经过精炼后，温度有一定降低，但仍然保持高温液态，适合先用凝析法。将粗镁或者废镁烘干预热后，或者先熔化，或者小心地与铝硅铁液进行混合，然后降温，最低可以到铝镁的液相线480摄氏度以上一定温度。镁的加入量为铝硅铁合金液的0.5-2倍为宜，镁量越多，净化除铁降硅越彻底。降温凝析后，保持液态的只有较为纯净的铝镁合金液，而铁元素与铝结合成复杂的铝铁金属化合物以及铝硅铁金属化合物，比较典型的为FeAl3，意味着铁将会结合约1.5倍的金属铝，如图6所示的铝铁二元状态图所示。硅元素大部分与镁结合成为Mg2Si，其熔点高达1000摄氏度以上，这样固相析出物主要是FeAl3，以及Mg2Si，前者密度与铝镁合金液比较大，而硅化镁的密度与铝镁合金液相比，并没有明显差别。图7显示了铝镁硅三元合金在550℃下，镁与硅结合成硅化镁，而铝镁形成液态合金。

分离此种硅铝合金液与弥散其中的固相析出物的方法有多种，常见的固液分离方法都有一定的效果。比如重力沉降、真空过滤、加压过滤，以及有色金属锡行业所用的斜面上的螺旋电热结晶机等。但固液分离最有效的当属超重力离心分离。离心分离固液，可以采用离心沉降，也可以离心过滤。对于铝镁合金液与其中大比例的固相析出物，离心过滤较为合适。离心分离比起自然重力沉降，固相质点所受离心力可以达到重力的很多倍，实现强化分离的效果。一般定义固相质点所受离心力与重力之比为分离因子，工程上可以用简易公式计算，如下式

其中，Fc表示离心力对于重力的倍数，无量纲。r为离心半径，单位是米。ω是角速度，无量纲。N为转速，单位rpm，每分钟多少转。

在高温冶金工业中，本发明中的铝镁合金液离心过滤，或者其他黑色合金或有色合金的离心铸造中，假如离心机转速1000rpm，也就是转速每分钟1000转，转筒直径1米，那么分离因子为556，也就是说，离心力高达重力的556倍。

采用立式离心机，比卧式悬臂离心机、卧式托轮式离心机，能够采用更大的离心半径，较为有利。离心过程一般10-20分钟即可完成，但前期的降温凝析，以及后期的精整过程较为耗时，为了提高离心机利用率，采用一台离心机匹配多个离心转筒模式。离心转筒是同心双转筒结构，最内层的核心空腔，盛放铝硅铁-镁四元合金液，然后使得钢制转筒接触热的合金液后，吸收热量，使得合金液较快降温，产生凝析作用，通过一段时间的转筒吸热及向外散热后，温度接近设定的分离温度，例如530℃，然后将整个离心转筒置入离心机并锁紧，然后启动离心机，使得铝镁合金液从甩液孔甩出，固相的硅铝铁及硅化镁结合的镁，作为滤渣留在内筒里。需要注意的是，离心转筒内筒壁上的甩液孔，并不是用于固液分离的，真正用于固液分离的，是析出的固相物质之间晶体的搭桥作用所形成的的网络结构，对于铝镁合金液形成了过滤。宏观尺度的甩液孔只是液态合金流出的通道，并不是过滤介质，真正起作用的过滤介质是析出的固相所结合成的微观晶体结构。

经过降温凝析-离心分离过程，绝大多数铁、硅元素以固相形式存在于滤渣中，而滤液则是相对比较纯净的铝镁大比例合金液，其熔点较低，最低只有480℃以下。后续通过蒸馏实现铝镁的互相分离。凝析的温度越低，那么铝镁合金液中的铁、硅越低，但在工业生产中，根据实际的产品需要来设定凝析和离心分离的温度，而没有必要非要临近铝镁的凝固线，如图8所示的分离过程，液相中的铁、硅含量随着温度降低，在铝镁合金液相中逐步降到很低的水平。

金属的蒸气压随着温度的升高而增加。可以由下列公式计算出金属的蒸气压。

lgp＝AT^-1+BlgT+CT+D

其中P为蒸气压Pa，T是绝对温度，A、B、C、D是常数。铝、镁的蒸气压如下式

lgp_Al＝-16380/T-1.0lgT+14.445

lgp_Mg＝-7550/T-1.411gT+14.915

参考表2-表4，计算得到铝镁的蒸气压如下。比较可知，镁是易挥发金属，蒸气压比铝大5-8个数量级。这显示，可以采用蒸馏的方法，使得铝镁较为彻底分离。也就是说，铝镁合金液在高温受热情况下，镁将挥发逸出合金熔池，镁蒸气在另外的冷凝空间中受冷而凝结成液态或固态，与原来熔池残留的铝液实现分离。

表2镁与铝的蒸气压比较及其倍数

摄氏温度	绝对温度	Mg蒸气压(Pa)	Al蒸气压(Pa)	倍数
					650	923	3.58E+02	5.41E-07	6.62E+08
700	973	8.75E+02	4.19E-06	2.09E+08
					750	1023	1.95E+03	2.65E-05	7.37E+07
800	1073	4.03E+03	1.41E-04	2.86E+07
					850	1123	7.78E+03	6.43E-04	1.21E+07
900	1173	1.42E+04	2.58E-03	5.49E+06
					950	1223	2.45E+04	9.21E-03	2.66E+06
1000	1273	4.04E+04	2.97E-02	1.36E+06
					1050	1323	6.41E+04	8.76E-02	7.32E+05
1100	1373	9.82E+04	2.38E-01	4.12E+05

表3金属镁及多种杂质元素的蒸气压

金属镁及各杂质元素在不同温度下的饱和蒸汽压

表4镁中主要杂质元素通过蒸馏能达到的含量下限

不同温度下金属镁中各杂质元素通过蒸馏能达到的最低含量/％

对于铝镁组成的二元合金液，其蒸气压的数值比纯金属有所降低，不仅是由于浓度降低，更由于铝镁合金之间互相作用，形成活度系数的负偏差，使得铝镁各自的蒸气压以非线性的程度加速降低，如表5所示的活度系数值。

表5 Al-Mg组分活度系数(温度：800℃)

N<sub>Al</sub>	1.00	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0.0
												γ<sub>Al</sub>	1.000	0.971	0.900	0.817	0.732	0.658	0.599	0.555	0.530	0.522	0.526
γ<sub>Mg</sub>	0.168	0.301	0.464	0.623	0.763	0.871	0.942	0.982	0.997	1.000	1.000

气相中铝镁的密度比值，可以按照如下公式计算，其中，N是摩尔分数，P*是蒸气压，M是摩尔质量。

从上式估算得知，在1000℃时，即使铝镁合金液中镁含量降到1wt.％，镁的活度系数降低到0.168，由于此温度下镁的蒸气压仍然是铝的136万倍，使得气相中瞬时的镁质量仍然高达铝的2000倍以上，意味着此瞬时气相中铝的含量仍然不到0.05％，说明可以从冷凝气相产物中获得较纯的金属镁，使得铝镁较为彻底地分离。

单位面积上金属蒸发的速度，可由下述公式计算得到

其中，ω是蒸发速度，g/cm²/hr；

凝聚系数α，最大为1，一般为小于1的分数；

p_Pa，以Pa为单位的蒸气压；

M，摩尔质量。

计算得到的纯镁的蒸发速率如下表6所示。实际蒸发速率要小于此理论值。在铝镁合金液的蒸发过程中，随着镁浓度的不断降低，镁的蒸气压非线性加速下降，导致真实的蒸发速率只有纯金属理论值的不到1％，例如在含有1wt％镁的铝镁合金液中，镁蒸气压大约只有纯金属的1/600，因而蒸发速率也会急剧降低。通过增加蒸发面积、升高温度、提高真空度，都可以加快蒸发速率，保证生产效率。另外，金属蒸发具有一个临界压力，低于此压力的真空度，则蒸发速率达到该温度下的最大值，真空度继续提升，而增发速率并不会随之提高，如图9所示，则工业生产中真空度没有必要低于此临界压力太多。

表6金属镁在不同温度下的蒸发速率

温度(℃)	500	600	700	800	900	1000
							蒸发速率(g·cm<sup>-2</sup>·h<sup>-1</sup>)	1.68	17.5	110	484	1620	4450

蒸发出的气相中，根据蒸发的温度，冷凝物中的铝含量有所不同。如果追求蒸馏的镁纯度较高，需要较低的温度，相应的蒸发速度较低，但产量较低。在工业化大生产中，需要保持较高的蒸发速率，以维持设备的产量，则蒸馏镁中会有一定含铝量。如果镁是作为萃取剂循环利用，则含铝并不影响其使用。如果作为副产品对外销售，则不能按照纯镁或者高纯镁，适合作为含铝的镁合金，例如AZ系列的含铝镁合金，此种含铝镁合金是应用广泛的合金产品。

残余铝液中，在镁含量降低至比较低的水平，例如0.2％，则继续蒸馏的速率大为下降，同时，铝的蒸发量也相对上升。到此浓度，有三种做法可取：一个是向蒸馏罐底部的铝液中通入氩气继续蒸馏，用氩气鼓气的气泡体积中将更多镁蒸馏出来，直至超低镁含量；第二是停止蒸馏，将残余铝液流出后，采用化学精炼法，将其中的镁去除掉或者置换为铝，例如通入氯气、铝的氯化物、氟铝酸钠等，通过铝镁互相置换，镁氧化进入到熔盐中。第三就是保留一定含铝量，使得蒸馏残液作为含镁铝合金，或者还有硅、镁的铝合金，也是通常使用的铝合金类型。

尽管铝镁合金通过蒸馏能够较好地实现分离，但当前少量的金属镁蒸馏的实践，仅仅限于间歇式的装备和工艺，例如废镁回收、高纯镁制备，以及海绵钛生产中多余镁的蒸馏回收，都是在一个可以加热的密封坩埚中，置入固态或者液态镁，通过持续加热和抽真空，使得镁蒸发进入到冷凝室或者冷凝区，冷凝后成为纯镁得到收集。整个过程没有金属液的流动，因而蒸发面积很小，而且必然是间歇式生产，蒸馏完毕，破掉真空，取出结晶的纯镁进行后续处理，生产节奏不连续，效率低小，而且破真空和恢复真空导致的设备降温，带来能源效率的降低，没有待分离两种金属液的连续流动分离，因而难以符合大生产的要求。

离心过滤中剩余的滤渣，主要元素为几乎所有的铁元素、绝大多数硅元素、一定量被铁结合的铝元素、一定量被硅结合的镁元素等，可以称为硅铁滤渣。其中主要物相包括FeAl3金属化合物、Mg2Si、FeSiAl、结晶Si等。硅铁滤渣最适合作为热法炼镁的还原剂，或者也可以用作钢铁工业的复合脱氧剂。作为钢铁复合脱氧剂的话，如果客户不需要其中的镁，则要在真空中将镁蒸馏回收回来，得到硅铝铁，甚至需要重熔增加铁的含量，以便使得密度和成分符合钢铁用户的要求。

作为热法炼镁的还原剂，替代普遍使用的#75硅铁，不仅仅在皮江法横罐还原工艺中，即使在竖罐工艺、电阻内热工艺、电弧熔融还原工艺中，都是适合的，且比硅铁的还原能力更强。具体优势在于：(1)还原剂夹带镁，也就是Mg2Si，在高温真空下，只需要物理蒸馏即能分离出来；(2)还原剂中含有铝，使得炼镁的镁元素还原率、还原能耗、硅铁过剩量、还原温度、还原真空度等都优于纯硅铁；(3)还原剂中铁含量远远低于#75硅铁中的25％水平，进一步改善还原各项指标；(4)粗镁不需要精炼，直接运到炼铝车间重熔，减少了精炼成本；(5)粗镁常规氟化物精炼，污染重，面临着环保法律法规方面严控限制的极大风险；(6)电热炼铝的除尘灰中含有铝硅金属粉，可以作为炼镁还原剂；含有的MgO+CaO，就是白云石镁矿微粉，返回到镁厂作为炼镁原料，进一步增加炼镁的经济性；(7)最重要的还原工序可以采用高温、高速还原过程，不必顾虑粗镁中铝、硅、铁杂质含量超标，原来的氟化物化学精炼无法去除这些金属杂质，而铝镁联产这些金属杂质都是可以利用的产品，无需低速冶炼保质量，生产效率能够提升50-100％。

硅热法固态还原炼镁，原来冶炼周期12小时，为保产品质量，采用的是“中温中真空低速”冶炼模式，防止镁锭中硅、铝、铁元素超标。本发明中，采用真空蒸馏提纯镁，前面镁锭需要与铝硅铁合金互熔，镁中所有的金属杂质都得到回收利用。故本发明实现的铝镁热法联产，突破了皮江法炼镁的低速模式，采用“高温高真空高速度”的过程强化三高模式，能耗降低、物耗降低、还原时间缩短、人工成本、煤气成本都有所降低，同时产能增大、劳动生产率增大、投资降低。电热炼铝联产金属镁的整体工艺流程，如图10所示。

附图说明

图1为电热炼铝总体工艺图示；

图2为铝硅二元合金状态图；

图3为铝镁二元合金状态图；

图4为铁在镁基合金中的溶解度；

图5为镁硅二元合金状态图；

图6为铁铝二元合金状态图；

图7为铝镁硅三元合金状态图；

图8为液相凝析离心分离的除铁降硅效果；

图9为金属蒸馏速度的临界真空度；

图10为热法铝镁联产工艺流程示意图；

图11为离心分离与蒸馏分离工艺布置图；

图12为铝镁离心分离机的装置示意图；

图13为铝镁离心分离工艺过程示意图；

图14为离心分离除铁降硅测定值；

图15为实施例1中铝镁连续蒸馏分离炉的装置示意图；

图16为蒸馏塔盘的装置示意图；

图17为蒸馏塔盘垂直叠放示意图；

图18为实施例3中内热式双壳蒸馏炉本体；

图19为实施例3中铝镁连续蒸馏分离炉的装置示意图；

图中：301、铝镁离心分离机 302、离心机固定筒壁 303、离心机固定筒保护盖板310、离心转筒 311、离心转筒底板 312、离心转筒外筒壁 313、离心转筒内筒壁 314、离心转筒顶板 317、离心转筒内腔 318、离心转筒环形接液槽 319、离心转筒注液通道 320、甩液孔 330、原始铝硅铁镁四元合金液 340、铝镁合金滤液 350、硅铁滤渣 601、蓄热式加热炉 602、蓄热体及空气通道 611、铝镁合金重熔炉 612、铝镁合金块 613、铝镁合金液 614、真空吸液管 621、镁蒸馏塔 622、蒸馏塔盘 623、铝液顺流管 624、纯铝液 625、铝液保温炉626、铝液定量泵 630、镁蒸气管 631、镁冷凝器 632、负压喷雾汽化室 633、雾化水喷头634、汽化负压吸管及真空泵 641、螺旋刮镁器 642、镁蒸气挡板 643、结晶镁锁止上阀645、结晶镁锁止下阀 646、结晶镁储存室 650、总真空管道及真空泵 651、纯镁液 652、镁液定量泵 653、镁重熔炉 661、真空抽气管路 662、破真空充气管路 701、外壳 702、热烟气进口 703、烟气出口 720、耐火隔热层 721、内壳 722、热烟气管道蒸馏塔板 763、夹层真空管道 802、铝镁液接流区 803、铝镁液下落孔 804、围挡 805、流道围堰 806、铝镁液流道807、铝镁液折回流动方向 821、第k级蒸馏塔盘 822、第k级蒸馏塔盘接流区 823、第k级蒸馏塔盘下落孔 828、第k级蒸馏塔盘接液位置 831、第k+1级蒸馏塔盘 832、第k+1级蒸馏塔盘接流区 833、第k+1级蒸馏塔盘下落孔 838、第k+1级蒸馏塔盘接液位置 848、第k+2级蒸馏塔盘接液位置 P1、双壳蒸馏炉工作真空压力 P2、双壳蒸馏炉夹层缓冲压力。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

以高铝粉煤灰、铝土矿尾矿经过配比，达到铝硅比1.5，配入化学计量的烟煤作为碳质还原剂，并计入了烟煤带入的灰分中铝、硅、铁氧化物，充分混合并磨粉，用纸浆废液作为粘结剂，混捏压球，烘干后制成一定强度的炉料，加入到16500KVA经过改造的交流矿热炉中，经电热还原，制得铝硅铁合金液，出液温度约1500℃，混有一定的碳化物和未还原氧化物，经加入混合卤盐精炼，得到初始铝硅铁合金含铁10％，含硅30％，含铝60％。每吨铝硅铁三元合金的电耗为13000kwh。

将上述三元合金液与收集到的粗镁互熔：粗镁在铝镁互熔炉内预热烘干后，分批少量兑入三元合金液，并进行搅拌静置，经一段时间后，全部混合完毕，最终三元合金液的量为1000kg，粗镁为1200kg，缓慢升温至1000℃。整体流程如图11所示。

图12为离心分离环节的设备及连接布局，图13是离心分离过程的分段展示。将混合后的铝硅铁镁四元合金液经由离心转筒注液通道319，兑入到离心转筒内腔317中，此时离心转筒310处于注液工位，并不在铝镁离心分离机301上。盖好离心转筒顶板314，并充入惰性气体保护，使得离心转筒内腔317中的原始铝硅铁镁四元合金液330不与外界接触，以保护镁不被空气氧化。离心转筒内筒壁313以及离心转筒底板311吸收了四元合金液的热量而升温，经过一段时间静置，待温度均匀并测定达到预定温度，如530℃，将整个离心转筒310吊起，安置到离心机固定筒壁302内部，并加盖离心机固定筒保护盖板303固定。然后启动铝镁离心分离机301进行旋转，转速达到1000转/分钟。

离心转筒310的离心转筒内腔317直径为1米，离心转筒内筒壁313的高度为700mm，总容积约为540升，一次注入原始铝硅铁镁四元合金液330为700公斤，留有一定的自由空间。甩液孔320为贯通孔，孔型从内向外呈圆台状，孔最内侧的直径6mm，最外侧直径8mm，均匀分布在离心转筒内筒壁313上，孔洞总面积占据离心转筒内筒壁313外表面积的10-15％。

铝镁离心分离机301旋转进行固液分离作业，达到1000rpm后持续15分钟，此时原始铝硅铁镁四元合金液330中析出的固相质点，包括几乎所有铁、硅元素，以及部分与铁、硅化合的铝、镁元素，剩余为低熔点的低铁低硅的铝镁合金液，在离心力的作用下，铝镁合金铝液经从固相质点缝隙中甩出向着离开旋转中心运动，并经过甩液孔320到达离心转筒环形接液槽318，并向外持续射出碰撞到离心转筒外筒壁312，与离心转筒外筒壁312接触后受冷凝结，粘附于离心转筒外筒壁312内，此时铝镁合金滤液340积存于离心转筒环形接液槽318内，与停留在离心转筒内腔317里的硅铁滤渣350实现物理分离。

将上述原始铝硅铁镁四元合金液330降温凝析前取样分析，含铁为4.55％，含硅为13.64％，离心分离作业后从铝镁合金滤液340中取样分析，含铁0.01％，含硅0.24％，表明原始铝硅铁中的铝元素已经较为彻底与硅、铁得到分离。总的计量结果为，原始铝硅铁镁四元合金液330的量为2200kg，经过离心分离后，铝镁合金滤液340为1150kg，其余为硅铁滤渣350，有少许镁铝的氧化损失，也一并计入硅铁滤渣350中。

通过离心分离，铝元素600kg，其中460kg进入到铝镁合金滤液340中，其余在硅铁滤渣350中，铝的提取率达到76.7％。

得到的铝镁合金滤液340冷凝后，含铝41％，含镁58.7％，含硅0.24％，含铁只有0.01％，如图14所示的除铁降硅的结果。这种大比例铝镁合金，即使不进行蒸馏分离，也有四类用途。这种大比例的铝镁合金，由于性质很脆，不再像普通金属物，更类似于陶瓷的特性，特别容易机械破碎磨制成细粉，而普通铝合金或者镁合金通过机械加工制粉时，很容易发粘，不容易加工成很细的粉末，这在某些需要铝镁粉的场合，例如军工领域、民用的烟花爆竹等领域，有比较好的使用性能，如果对其中的铝镁比例有进一步的特定要求，那么可以通过重熔后补加一定的铝或者镁，或者在前期配入镁时预设好相应的铝镁合金滤液340的成分，则可以向制造铝镁合金粉的企业销售该类块状、片状铝镁合金。

更为普遍和适合大工业规模的彻底做法是用连续蒸馏炉，对铝镁合金滤液340的凝固物实现彻底的铝与镁的整理分离。

打开铝镁离心分离机301的离心机固定筒保护盖板303，从离心机固定筒壁302中取出整个离心转筒310，移运到离心转筒310清理工位，以腾空铝镁离心分离机301，供下一个待分离合金液及其盛放的离心转筒310使用。打开离心转筒顶板314，将离心转筒环形接液槽318中的铝镁合金滤液340的凝固物人工取出或者机械工具顶出，用于蒸馏分离。同时将离心转筒内腔317内残留的硅铁滤渣350人工取出或者机械工具顶出，作为副产品，用于钢铁生产的复合脱氧剂，以及热法炼镁的还原剂，或者在此应用之前进行适当的成分调整。

主产品铝镁合金滤液340的凝固物，进入到蒸馏分离环节，如图15所示。将铝镁合金滤液340的凝固块状或者片状物，作为蒸馏环节的铝镁合金块612投入到铝镁合金重熔炉611中，此时铝镁合金重熔炉611已有一定量的铝镁合金液613保留，作为连续生产过程，铝镁合金重熔炉611的坩埚中始终保留一定的已熔化的铝镁合金液613，新投入的铝镁合金块612熔化于已有的铝镁合金液613中。本实施例中，铝镁合金重熔炉611置于蓄热式加热炉601中，通过蓄热体及空气通道602的切换使用，保证蓄热式加热炉601中燃气加热的能源效率较高。

铝镁合金重熔炉611中盛放的铝镁合金液613，通过一个真空吸液管614被抽吸到镁蒸馏塔621中，并从镁蒸馏塔621的顶部或者中上部向下自然流淌，经过反复折流坠落，平铺于多级蒸馏塔盘622上，形成一个铝镁合金液的薄层，受热发生镁的蒸发，进入到气相，镁蒸气在真空抽吸作用下，从镁蒸气管630离开镁蒸馏塔621，进入到镁冷凝器631而冷凝成液态或者固态。本实施例中，镁蒸馏塔621置于蓄热式加热炉601中，镁蒸馏塔621采用耐热钢制成，外壁受火焰或者热风加热，保持900-1000℃温度，内部真空度为绝压0.1-133Pa，真空系统是通过总真空管道及真空泵650以及串联的镁冷凝器631、镁蒸气管630对镁蒸馏塔621形成持续的抽力。

如图16的蒸馏塔盘622，是一个圆盘状的用于铝镁液蒸发的装置，在镁蒸馏塔621中垂直叠放了很多个，用于铝镁合金液613逐层流淌平铺于上，进行蒸发，并且使得残液能够继续向下流淌。每个蒸馏塔盘622上，***是围挡804，高30-60mm，蒸馏塔盘622中一侧有铝镁液接流区802，则另一侧布置有一个铝镁液下落孔803，从上一层蒸馏塔盘622流淌下来的铝镁合金液613落到铝镁液接流区802，然后沿着流道围堰805所约束出来的铝镁液流道806，按照铝镁液折回流动方向807所指示的方向曲折流动，直到铺满并通过整个蒸馏塔盘622表面，最后从另一侧的铝镁液下落孔803流淌至下一层蒸馏塔盘622。

每一层蒸馏塔盘622与下一层蒸馏塔盘622的铝镁液下落孔803反向布置，如图17所示，第k级蒸馏塔盘821位于第k+1级蒸馏塔盘831的上方，铝镁合金液613按照第k级蒸馏塔盘接液位置828所指示的位置，先落到第k级蒸馏塔盘接流区822处，然后流经第k级蒸馏塔盘821全部流道，最终从第k级蒸馏塔盘下落孔823落到第k+1级蒸馏塔盘接流区832，如第k+1级蒸馏塔盘接液位置838所指示的，从第k+1级蒸馏塔盘接流区832逐步流经本层的各个流道，最后从第k+1级蒸馏塔盘下落孔833向下流淌，如图中第k+2级蒸馏塔盘接液位置848所指示的。蒸馏塔盘622可以采用石墨、陶瓷等材质，也可以采用复合材料，如耐热钢表面镀有耐高温铝液、镁液侵蚀的碳化物、氮化物涂层的结构。

在铝镁合金液613流经各个蒸馏塔盘622的同时，镁蒸气不断受热蒸发，离开铝镁合金液613，使得铝镁合金液613中的镁浓度不断降低，到最下一层的蒸馏塔盘622后，镁浓度已经很低甚至接近于零，剩余残留为纯铝液624，经铝液顺流管623，流入到铝液保温炉625，铝液保温炉625是与大气相接通的，处于常压状态。铝液顺流管623以及镁蒸馏塔621中的纯铝液621的液层高度，应在3.5-5米左右，使得铝液液柱能够帮助维持住镁蒸馏塔621内的真空，也就是液柱密封。在低海拔平原地区，气压较高，液柱高度应在4.5米左右，在高海拔的高原地区，气压较低，液柱高度在4米即可。铝液保温炉625中盛放的纯铝液624，可以直接原地进行精炼及合金化，也可以直接利用诸如铝液定量泵626或者真空抬包之类的装置移走，液态运输到下一环节，进行下游深加工。本实施例中，镁蒸馏塔621的内径为700mm，内高4米，采用耐热钢，内置蒸馏塔盘622直径略小于镁蒸馏塔621，共有35层蒸馏塔盘622，总蒸发面积为11平方米，每小时可蒸馏镁大约150kg。

关于真空吸液管614的流量控制，一般采用预先理论设计并通过工业试生产修正的方法，确定其流液量。在真空吸液管614上设有可以开闭的控制机关，能够控制其流液量大小。在给定的蒸馏温度和真空度条件下，通过数次尝试即可以确定真空吸液管614上开闭阀门的大小。通过由大到小，或者由小到大设定流量，取样分析铝液顺流管623末端流出的纯铝液624中的含镁比例，如果含镁超出设定值，则说明设定流量太大，需要回调减小。

在蓄热式加热炉601中，可以设置多个镁蒸馏塔621，同时作业。本实施例中，为降低蒸馏能源成本，采用燃气蓄热式燃烧加热，即对于镁蒸馏塔621来说，是外热式，必须采用非接触式隔绝加热。由此镁蒸馏塔621既要受到内外压差近一个大气压的压力，同时承受高温1000℃左右的作用，该镁蒸馏塔621一般制成筒状，而且直径不宜很大，例如700-1000mm的直径，如果太大则必须采用加厚的耐热钢壳，制作成本高，同时传热阻力也更大，因而宜采用一个蓄热式加热炉601中，并列放置多个镁蒸馏塔621的布置形式。

蒸发出来的镁蒸气，经过镁蒸汽管630进入到镁冷凝器631，残余不凝性气体绕过一个镁蒸气挡板642进入到总真空管道及真空泵650。镁冷凝器631外壳是一个保持低温的装置，可以采用水冷，为了节水及更好控制温度，采用负压喷雾汽化室632，内设有一个或多个雾化水喷头633，当探测到镁冷凝器631的温度需要降温时，打开雾化水喷头633向负压喷雾汽化室632喷吹水雾，负压喷雾汽化室632与汽化负压吸管及真空泵634相连，内部为负压或真空，使得其中的水及水雾在低于一个大气压的负压状态蒸发，蒸发温度低于100℃，真空度设置使得水汽化温度低于70℃，不会结垢，水汽化吸收大量的热，降低了镁冷凝器631外壳温度，使得金属镁蒸气可以持续在镁冷凝器631内部冷凝。镁蒸气在镁冷凝器631内壁凝结为固体结晶，会越积越多，为了保持连续生产，在镁冷凝器631中间设置一个螺旋刮镁器641，类似于一个旋转的螺旋刮刀，将冷凝在壁上的结晶镁用螺旋状的刀头刮擦下来，变成镁的碎末或者粉状结晶，跌落入镁冷凝器631下方，通过结晶镁锁止上阀643定期打开，使得镁碎末掉入结晶镁储存室646，结晶镁储存室646通过一个结晶镁锁止下阀645与大气相通。结晶镁锁止下阀645开启前，须保证结晶镁锁止上阀643为严格锁闭状态，通过破真空充气管路662给结晶镁储存室646充入惰性气体，一般为氩气或者氮气，使得结晶镁储存室646内部压力与外部大气压平衡，然后打开结晶镁锁止下阀645，使得储存在结晶镁储存室646中的镁碎块落下。如果想实现循环利用，则直接收集镁碎块返回到最前端的铝硅铁三元合金液互熔环节。如果结晶镁碎末需要重熔作为商品出售，或者进一步深加工，则结晶镁储存室646中的镁碎末，通过打开的结晶镁锁止下阀645掉落入镁重熔炉653，受热重新熔化为纯镁液651，通过注入镁液定量泵652之类的装置移走或者直接抽出铸锭。结晶镁储存室646清空后，及时关闭锁死结晶镁锁止下阀645，通过真空抽气管路661给结晶镁储存室646抽真空，达到与镁冷凝器631相同的真空度，以便打开结晶镁锁止上阀643，承接新一批刮擦下来的结晶镁碎末。

本实施例中，最终纯铝液624的成分按照6061铝合金以及其他含硅铸造铝合金来调配使用。

实施例2：

回收的混合废杂铝，熔化后成分为含铁3.5％，含硅7.6％，含镁2.3％，上述组分无法用机械方法提前分离。采用回收废镁进行互熔、离心过滤除铁、蒸馏分离，实现了铝、镁的协同除杂再生。

废镁成分为含铝10.1％，含铁0.2％，含硅0.5％，按照废铝量的50％加入，在感应炉或者燃气加热炉中互熔，形成铝镁硅铁四元合金液，然后进入离心转筒分离。

由于可能形成的固相析出物比例要比较少，在将原始铝硅铁镁四元合金液330注入到离心转筒310后，投加一定量的前几批已经离心过滤的硅铁滤渣350，同时实现降温冷却作用。

离心过滤后，大部分原始铝硅铁镁四元合金液330中铁进入到硅铁滤渣350，硅也得到很大程度降低。经过蒸馏后的纯铝液624，含铁低于0.3％，含硅约为2％，符合大多数铸造铝合金的成分要求，经过添加一定的合金元素，作为铸造铝合金得到再生利用。

同时，蒸馏后冷凝的纯镁液651也得到了净化，含铝量小于0.2％，适合配制常见镁合金。

废铝、废镁均实现了除杂再生，经济价值和应用领域比之前都有了很大的提升。

实施例3：

实施例1中采用的镁蒸馏塔621为外部受热，内部真空实现镁的蒸发分离，由于镁蒸馏塔621的外壳既要承受高温，又要承受高压，使得镁蒸馏塔621的直径不能太大，往往不宜超过1米，故容积偏小，另外从承压的角度，宜采用圆筒形，限制了可能其他形状。

本实施例采用一种适合大型化的镁蒸馏塔621，即双壳内热式蒸馏炉。如图18、图19所示。图18是双壳内热蒸馏炉本身，图19是整体连接关系。

外壳701是普通钢板制成的，可以采用加厚或者带有加强筋、加强支撑的平面或者曲面钢板，或者采用适合耐压的圆筒结构。内壳721采用普通钢板制成，呈普通平面围成的长方体即可。内壳721里面为耐火隔热层720，由砌筑的保温隔热材料和耐火材料构成，最里层的耐火材料为铝镁质或者石墨质，使得在真空中不与金属镁蒸气发生化学反应。外壳701与内壳721之间的密闭空隙，抽真空使双壳蒸馏炉夹层缓冲压力P2与内壳721内部双壳蒸馏炉工作真空压力P1一致或者接近，由夹层真空管道763保证夹层内的真空度。采用电阻加热或者辐射热管加热的方式，加热装置置于耐火隔热层720内部。可以由多层叠放的热烟气管道密排或者焊接肋板组成热烟气管道蒸馏塔板722，图18和图19显示的是这种加热管与蒸馏塔板722紧密结合的类型，或者热辐射的电阻加热管道、热烟气管道另外独立布置在耐火隔热层720内部，依靠辐射热向热烟气管道蒸馏塔板722上流淌的铝镁合金液传热，热烟气管道蒸馏塔板722其结构与功能与实施例1中的蒸馏塔盘622相同。本实施例中采用燃气辐射热管加热以节约能源成本，燃气辐射热管为空心的耐热钢制或者陶瓷管，里面流通热的燃气烟气，温度可达900-1100℃，依靠辐射向待蒸发的铝镁合金液613传热，热烟气进口702和烟气出口703均设置在外壳701外部。

采用此种双壳内热式蒸馏炉，相当于双层炉壳实现了各自的“分工”：外壳701承压，内壳721受热，受热的内炉壳不承压，承压的外壳701不受热，这样易于实现大型化，例如热烟气管道蒸馏塔板722面积即可达到诸如3X3平方米或者5X5平方米的蒸发面积，如果有数十层热烟气管道蒸馏塔板722，那么总蒸发面积即能够达到数百平米，每小时蒸发镁量达到数吨以上，实现大型化。

实施例4：

离心过滤得到的固态硅铁滤渣350，作为副产品有多种使用方向。如果不蒸馏分离其中的镁，那么既可以用作炼镁还原剂，也可以作为钢铁复合脱氧剂。用作热法炼镁还原剂是最为优选的方案。整个物料实现了闭环循环。

硅铁滤渣350运至热法炼镁车间，与白云石煅白混合然后压球，进入到皮江法炼镁的横罐或者竖罐，进行真空加热，与普通硅铁不同的是，首先发生还原剂中Mg2Si在真空高温下的分解，释放出镁蒸气得到冷凝。然后剩余的铝、硅先后与煅白中的MgO发生还原反应，并与其中的CaO发生造渣反应。

由于铝的参与，还原剂的利用率、煅白利用率、还原温度和真空度、还原罐寿命、单位时间产率、单位设备产率、燃气能耗都比使用普通#75硅铁有较大程度的优化提升，而且由于获得粗镁不需要精炼，更可以采用高温高真空将炉料和还原剂的最后能力“压榨”出来，以至于结晶粗镁的金属杂质硅、铝、铁、钙有所提升而已，这对于后续与铝硅铁三元合金液互熔的粗镁来说，反而是增加了合金的收得率。至于其中的钙元素，无论在镁中、还是在铝中，活泼性更强的钙很容易置换成所需要的金属元素。

如果需要将硅铁滤渣350制成严格符合牌号要求的硅铁或者硅铝铁，可以在密闭的电弧炉或者感应炉中，先进行蒸馏脱镁，然后破真空取出冷凝镁后，加入废钢、硅铁调节成分至符合牌号要求，或者采用铝热法，加入含氧化铁、氧化硅的物料，消耗其中的铝元素，还原铁、硅入合金，得到符合牌号的合金，副产高铝渣作为耐火材料行业等所需的原料。