[发明专利]高纯度的硅和氧化铝的联合生产

权利要求书

1.一种生产硅和氧化铝的工艺，包括以下步骤：

i.在铝热步骤中，在促成铝热反应的条件下，使铝金属与下列物质接触：

-由碱土金属氧化物和二氧化硅组成的炉渣，或者

-所述碱土金属氧化物和所述二氧化硅

尤其其中所述碱土金属氧化物包含氧化钙或基本上由所述氧化钙组成；

从而在分开的相中形成硅和碱土金属氧化物铝酸盐炉渣；

ii.在分离步骤中将所述硅与所述碱土金属氧化物铝酸盐炉渣分离；以及

iii.在转化步骤中，将所述碱土金属氧化物铝酸盐炉渣转化成氧化铝和碱土金属氧化物，其中所述碱土金属氧化物被重新送入到所述铝热步骤中；

其特征在于：

所述铝热步骤中的铝金属是通过以下步骤获得的：

-尤其在700℃至1000℃的温度范围内，更尤其在800℃至900℃的温度范围内，熔化铝屑或不同铝合金的组合，以产生初级铝熔体；

-将所述初级铝熔体中的硅含量调节至以下水平：

-硅的重量百分比含量为8％至14％，尤其为11.5％至12.5％，更尤其为11.8％至12.2％或12.0％

-在5-50h的时间内将所述初级铝熔体冷却至660℃以下，尤其是580℃至620℃，从而形成沉淀物，然后将该沉淀物从所述铝熔体中分离出来，由此获得次级铝熔体，之后再将该次级铝熔体以下列形态用于所述铝热步骤中：

-在固化后，或者

-直接以熔融的形态。

2.根据权利要求1所述的工艺，其中通过加热碱土金属氧化物和二氧化硅以产生炉渣来获得包含所述碱土金属氧化物和所述二氧化硅的所述炉渣，并且所述铝金属是以下列形态添加的：

i.a.固体，或者

i.b.所述次级铝熔体。

3.根据权利要求1所述的工艺，其中将所述碱土金属氧化物和所述二氧化硅以下列形式添加到所述次级铝熔体中：

i.c.所述碱土金属氧化物与所述二氧化硅的混合物；或者

i.d.以固体炉渣的形式添加，该固体炉渣是通过使所述碱土金属氧化物和所述二氧化硅形成熔融炉渣，然后将该熔融炉渣冷却而得到的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中相对于在所述铝热步骤中使用的所述二氧化硅和所述碱土金属氧化物的总量，所述二氧化硅的重量百分比含量为40％至88.5％(对于所述碱土金属氧化物为CaO而言)，尤其为47％至57％，更尤其约为52％。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中重复所述铝热步骤，通过执行以下一或两个步骤，从所述铝酸盐炉渣中除去残留的二氧化硅，并从所述硅中除去残留的铝：

i.e.在铝热硅处理步骤中，在促成铝热反应的条件下，使所述分离步骤中获得的硅与碱土金属氧化物和二氧化硅或者包含碱土金属氧化物和二氧化硅的炉渣反应，从而在分开的相中形成硅和碱土金属氧化物铝酸盐炉渣；以及/或者

i.f.在铝热炉渣处理步骤中，在促成铝热反应的条件下，将所述分离步骤中获得的碱土金属氧化物铝酸盐炉渣与通过权利要求1中的步骤a、b、c得到的铝金属反应；

由此在每个反应中在分开的相内形成氧化态为0的硅和碱土金属氧化物铝酸盐炉渣；

将所述硅与所述碱土金属氧化物铝酸盐炉渣分离。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中所述转化步骤包括Pedersen工艺步骤，其中：

iii.a.用碱金属碳酸盐处理所述碱土金属氧化物铝酸盐炉渣，得到含碱金属铝酸盐的溶液和碱土金属碳酸盐；

iii.b.将所述碱土金属碳酸盐从所述含碱金属铝酸盐的溶液中分离出来；

iii.c.使所述含碱金属铝酸盐的溶液与二氧化碳接触，由此形成氢氧化铝沉淀物和碱金属碳酸盐溶液；

iii.d.收集所述氢氧化铝沉淀物；以及

iii.e.可选地，在步骤iii.a中重复使用在步骤iii.c中形成的碱金属碳酸盐溶液。

7.根据权利要求6所述的工艺，其中所述碱金属碳酸盐是碳酸钠或碳酸钾，尤其是碳酸钠。