中國撫順鋁廠于20世紀60年代進行了電熱法熔煉鋁硅合金以及從鋁硅合金中提取純鋁的研究。電熱法熔煉鋁合金是非電解法，它的原理就是碳還原，即用碳還原含鉛和硅的礦石，得到鋁硅合金。
一、電熱法熔煉鋁硅合金的原理
在電爐中，鋁礦加熱到2000℃，碳就可以奪取氧化鋁中的氧，還原出金屬鋁。而礦中的SiO2在1700℃下就還原為硅，形成鋁硅合金。SiO2和Al2O3共同被碳還原的反應分為三步：
第一步，在1500～1600℃下，3SiO2＋9C→3SiC＋6CO
第二步，在1600～1900℃下，2Al2O3＋3C→Al4O4C＋2CO
第三步，在1950～2200℃下，Al4O4C＋3SiC→4Al＋3Si＋4CO
只要反應生產(chǎn)的CO氣體盡快排除，就可以順利還原出鋁硅合金。
二、電熱法熔煉鋁硅合金的工藝
電熱法熔煉鋁硅合金的工藝如圖1。電熱法的原料是鋁土礦、高嶺石和硅線石等，主要控制原料中的鋁硅比，若要制取含鋁70%的鋁硅合金，原料的鋁硅比應為2～3。如果達不到這個要求，就需要調(diào)配。通常認為鋁硅合金中的鋁為70%～72%最為適宜，過高就會出現(xiàn)Al4C3。原料中的Fe2O3、TiO2對熔煉有很大影響，要嚴格控制。熔煉中用褐煤、泥煤焦等作還原劑。配料的目的是進行準確配入還原劑和鋁硅比，還原劑過量則生成碳化物，爐料電阻降低，造成爐底長高的現(xiàn)象，反之渣量會增大，造成原產(chǎn)損失和產(chǎn)品的機械損失。制團的目的是使反應產(chǎn)生的CO氣體能很順利排除，對球團的要求是：（1）有較高的還原能力和速度，有足夠的孔隙度；（2）團塊的電阻率大，強度較大；（3）四塊料的熔點要高于還原溫度；（4）團塊的含水應在1%以下。熔煉在電爐中進行，在正常情況下爐膛內(nèi)可化分為爐料預熱帶、凝固帶、反應帶、電弧帶和鋁硅合金帶?，F(xiàn)在電熱法熔煉鋁硅合金的電爐越來越大，三相爐達到25000～30000kW。電弧爐的電耗隨著功率的增加而降低。
圖1 電熱法熔煉鋁硅合金的工藝原則流程
三、粗鋁硅合金的精煉
電熱法的熔煉所得的鋁硅合金是粗合金，還含F(xiàn)e、Ti、Ca等雜質(zhì)及硅化物、碳化物、氧化物、氨化物等，必須精煉。精煉在電爐中進行。熔劑組成為44%Na3AlF6、47%NaCl和9%KCl。精煉溫度是1100～1200℃，精煉得到的鋁硅合金為一次鋁硅合金，作為制取鋁硅盟（鋁硅共晶）的原料。
四、鋁硅盟的制取
在Al－Si－Fe三元系中有一個共晶點，其組成為87.6%Al、11.8%Si、0.6%Fe，共晶溫度為576℃，這就是鋁硅盟的成分。提取的方法有稀釋法和過濾法。稀釋法就是將精煉所得的一次鋁硅合金用工業(yè)鋁稀釋，使之達到鋁硅盟的成分。過濾法是將一次合金冷卻至共晶溫度，然后過濾，濾液為鋁硅盟。
電熱法熔煉鋁硅合金和冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法相比，可以用黏土、煤矸石、煤面料等低品位含鋁原料；生產(chǎn)流程短，設(shè)備生產(chǎn)能力大，可得到CO氣體燃料副產(chǎn)品，設(shè)備投資少；能量利用率高，不用整流設(shè)備；對原材料要求相對較低，不需要氟化鹽等優(yōu)點，但只能得到鋁硅合金。
五、鋁硅合金提取純鋁
從鋁硅合金提純鋁的方法很多，常用電解法和低價氯化鋁歧化法。
（一）電解法
鋁硅合金的電解法提純鋁的原理與三層液電解精煉相同，但是陽極合金保持為固態(tài)。在電解過程中，陽極鋁硅合金溶解進入電解質(zhì)，然后在陰極析出。陽極鋁硅合金的組成是46%～56%Al，36%～38%Si，6%～8%Fe，0.8%～3.5%Ti；電解質(zhì)為KCl－NaCl－AlF3，陽極電流密度為0.06%～0.08A/cm2，陰極電流密度為0.4A/cm2，電流效率為95%～97%，陰極鋁為99.7%。就單純鋁硅合金電解而言，電能消耗只有5800kW·h/t（鋁）。但把熔煉鋁硅合金的能量消耗算上，能耗比傳統(tǒng)方法更高。
（二）低價氯化鋁歧化法
由于鋁比較容易和氯生成低價氯化鋁，而低價氯化鋁只在高溫下穩(wěn)定，在低溫下就歧化為三氯化鋁和金屬鋁。據(jù)此可在高溫下使鋁合金中的鋁轉(zhuǎn)化為AlCl氣，然后在低溫下使AlCl歧化分解出鋁和三氯化鋁，三氯化鋁再返回與鋁硅合金反應。在坡化分解過程中，鋁硅合金中的Si、Fe、Ti很少參與反應，但Zn、Mg隨之進入鋁液。
低價氯化鋁歧化法包括5個環(huán)節(jié)：（1）電熱法制取粗合金；（2）鋁硅合金和AlCl3氣體在反應爐內(nèi)發(fā)生反應，溫度為1300℃；（3）鹵化物同低價鹵化物在分餾室內(nèi)蒸發(fā)分離；（4）用氯氣與高鋁硅合金反應得到AlCl3；（5）在冷凝器內(nèi)，AlCl歧化解得到純鋁和AlCl3，后者返回使用。
低價氯化鋁歧化法在工業(yè)上從鋁硅合金中提取純鋁是有效的方法。在真空條件下，AlCl的分解率很高，在1kPa時的分解率接近100%。低價氯化鋁歧化過程還可以在熔鹽中進行，AlCl3通入鋁硅合金與KCl組成的熔鹽中返應，生成的AlCl溶于高溫熔體中而不揮發(fā)，當熔體冷卻時AlCl就歧化分解出純鋁。
煉鋁新技術(shù)之電熱法熔煉鋁硅合金PDF文檔下載：http://bbs.dalilvcai.com/aluminum_technology_mine/thread-3057-1-1.html
