一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法技术

本发明专利技术公布了一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其针对目前稀土硅铁合金冶炼废渣难以资源化利用的难题，并克服硅热法生产稀土镁硅铁合金传统工艺上的诸多不足，提供一种基于针对稀土硅铁合金冶炼废渣进行资源综合利用，采用硅热法一步制备得到具有高镁特征的稀土镁硅铁合金，且工艺流程简便，冶炼废渣中稀土回收率高、镁元素的还原率及合金得率高的方法。本发明专利技术方案解决了长期以来稀土硅铁合金冶炼废渣存在环境影响和难以资源化利用的产业症结，提供了一种生产稀土镁硅铁合金的新工艺途径，在产业实践方面具有经济和技术可行性。

A method for producing rare earth magnesium silicon iron alloy based on comprehensive utilization of resources

The invention discloses a method for producing rare earth magnesium ferrosilicon alloy based on comprehensive utilization of resources, which aims at the difficult problem that the waste slag of rare earth ferrosilicon alloy smelting is difficult to be utilized as resources at present, overcomes many shortcomings in the traditional process of producing rare earth magnesium ferrosilicon alloy by silicothermal method, and provides a method for smelting rare earth ferrosilicon alloy based on the method. Rare earth Mg-Si-Fe alloy with high Mg characteristic was prepared by one-step silicothermic method after comprehensive utilization of waste slag resources. The process was simple, and the recovery rate of rare earth in smelting waste slag was high, the reduction rate of Mg element and the yield of alloy were high. The scheme of the invention solves the industrial crux that the waste slag of rare earth ferrosilicon alloy smelting has environmental impact for a long time and is difficult to be used as resource, and provides a new technological way for producing rare earth ferrosilicon alloy, which has economic and technical feasibility in industrial practice.

【技术实现步骤摘要】
一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法
本专利技术涉及一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其属于稀土火法冶金的
本专利技术方案要求利用稀土硅铁合金冶炼废渣作为原料，其也属于废弃资源综合利用的

技术介绍
稀土镁硅铁合金（FeSiMgRE）是硅铁中加入钙、镁、稀土配置的合金，亦称镁合金球化剂，是一种良好的孕育剂，其机械强度大，脱氧、脱硫的效果较强。稀土镁硅铁合金主要用于球墨铸铁、蠕墨铸铁的生产，是稀土中间合金中消费量最大的品种。根据相关的文献报导以及对产业技术进展的综合分析，稀土镁硅铁合金的生产一般有如下几种方法：（1）利用RE、Mg、Si等各种单一金属进行熔配，该工艺明显不具有产业层面的经济性，因此不具备产业化实施的可行性，仅在特殊情况下作为试验之用。（2）以稀土硅铁合金（FeSiRE）为基础原料，与硅铁、镁锭、废钢铁进行熔配得到稀土镁硅铁合金产品，该工艺加料顺序一般为“硅铁一镁一硅铁-稀土硅铁合金一废钢铁”；也可以根据特定的指标要求，在上述元素配份的基础上再添加1-3%wt金属钙或者其它元素从而形成多元复合的稀土镁硅铁合金产品。该方法是目前生产稀土镁硅铁合金等复合铁合金的主要方法，行业内习惯称之为“中频感应炉熔炼法”。国内目前几乎所有的稀土镁硅铁合金产品都是采用此方法进行制造。该工艺方法具有操作简便，合金成分易控，产品合格率高等优点；同时也存在生产成本高，合金易喷溅等缺点。（3）70年代前苏联以稀土氟化物、石灰和硅铁用硅热还原法冶炼稀士镁合金，合金中Mg4.1%、RE10.06%，其稀土收率为60%（美国专利，No3094412，类号75--135）。1991年，周有田等报导了一种以稀土原料、硅铁、石灰、废钢铁、镁锭为原料通过电弧炉进行冶炼的工艺方法，根据该工艺可以生产出低镁稀土合金，在具体的冶炼过程中，在Mg还原率达到75%以上的情况下，合金中的Mg收率却只有10%左右，导致所得合金中Mg含量一般不超过2.5%；根据该文献工艺所生产的低镁稀土合金产品RE10%左右、Mg2.5%左右。上述方法采用硅热法在电弧炉中进行生产，因此也称之为“电弧炉冶炼法”。按照国家标准《稀土镁硅铁合金》（GB/T4138-2004）标准，以行业内较为典型的稀土镁硅铁合金产品（国标牌号为195103D，行业内也惯称为“3-8”型）为例，其产品指标为RE2.0-4.0%、Ce/RE≥46%、Mg7.0-9.0、Ca2.0%左右、Si≤45%，从化学组成上为“高镁低稀”指标特征。因此，从产品指标来看，上述方法（3）所制备的产品很难符合目前下游产业应用对稀土镁硅铁合金产品的指标要求。更关键的是，从工艺成本来看，该工艺资源利用率低（RE转化率只有60%左右、合金中Mg含量仅在10%左右），且产品成本很高，故而该方法在国内一直未进入到产业化应用阶段。就国内目前稀土镁硅铁合金产业现状来看，用于熔配稀土镁硅铁合金的基础原料一般为FeSiRE23～27的稀土硅铁合金，其通常来源于碳热法和硅热法等两种制备方法；一种是用矿热炉冶炼，采用碳作为还原剂，即碳热法，又称一步法；另一种是采用电弧炉（或感应炉）来进行生产，用硅铁来还原稀土氧化物，即硅热法，又称两步法。从硅热法工艺的技术发展历程来看，国内传统的硅热法稀土硅铁合金生产工艺，是利用富稀土中贫铁矿经高炉脱铁后的稀土富渣、稀土精矿脱铁渣或氟碳铈矿精矿等稀土类原料与石灰、硅铁混合后在电弧炉中冶炼生产合金，这是结合我国稀土资源特点开发的工艺流程。由于其工艺操作简便，合金成分易于控制，所以很长时间以来一直是国内外稀土硅铁合金生产的主流工艺技术。但是，硅热法制备稀土硅铁合金也存在着稀土元素回收率低（根据原料不同，介于45%～65%之间），工艺产渣量偏大（2.5-3t）的缺点。也正是硅热法冶炼制备稀土硅铁合金存在上述工艺缺陷，一方面硅热法冶炼稀土硅铁合金的产渣大，环境影响问题较为严重；另一方面，由于稀土原料中50%左右RE元素会进入到了工艺废渣中，故而工艺废渣中会包含有大量可利用的RE资源。根据申请人多年从事硅热法冶炼稀土硅铁合金的产业时间以及相关统计分析数据，硅热法工艺的冶炼废渣中稀土含量一般在11-16%wt之间；根据所使用稀土原料的不同，工艺废渣的稀土组份配分情况与稀土原料组成基本一致。当前，上述工艺废渣主要是被用于作为水泥等建材原料，所实现的资源化价值极低。如果妥善地资源综合利用稀土硅铁合金冶炼废渣一直是稀土硅铁产业中一个产业难题。已有文献报导的资源利用方法主要有如下几类：（1）通过硫酸法高温浸出后再逐步进行纯化从而回收其中的稀土元素，该工艺方法的环境影响巨大，更关键的是在经济成本上方面具备产业可行性；（2）采用二段还原的工艺，如方星伯等人在ZL0112002.6中提出的一种用稀土硅铁冶炼废渣的利用方法，该方法是将稀土硅铁冶炼废渣、相当于废渣加入重量的10-45%的石灰、相当于废渣加入重量的5%-25%的废钢、相当于废渣加入重量的25-45%的硅铁及相当于废渣加入重量的5%-30%的稀土精矿，加入炉内进行加热，待上述炉料开始熔化后进行搅拌，当炉料全部熔化后，出料倒入锭模内，冷却后进行渣铁分离。基于该工艺方法，二段还原的情况下，工艺废渣中RE元素确实得到了一定程度的回收，但是其是以添加了较为大量的稀土精矿并以牺牲或者平衡掉稀土精矿中的稀土回收率来作为代价的，并且根据该工艺方法很难冶炼得到RE23以上的稀土硅铁合金产品。综上所述，如何对稀土硅铁合金产业的冶炼废渣进行妥善地资源综合利用，消除对外部环境的固废影响，发挥资源利用价值，真正将其循环应用于稀土铁合金的产业链中是一个急需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前稀土硅铁合金冶炼废渣难以资源化利用的产业症结，并克服硅热法生产稀土镁硅铁合金传统工艺上的诸多不足，提供一种基于针对稀土硅铁合金冶炼废渣进行资源综合利用，采用硅热法一步制备得到具有高镁特征的稀土镁硅铁合金，且工艺流程简便，冶炼废渣中稀土回收率高、镁元素的还原率及合金得率高的方法。本专利技术的具体技术方案如下：一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其特征在于其由如下步骤实现：（1）将稀土硅铁合金冶炼废渣、白云石进行混合，于700-850℃煅烧0.5-1h，升温至1000-1100℃煅烧0.5-1h，升温至1200-1300℃煅烧0.5-1h，再将缎烧料进行细磨得到煅烧料细粉；（2）将煅烧料细粉与预先经细磨的硅质还原剂、钢粉进行配料混匀，通过压制设备压制成冶炼团块；（3）将冶炼团块加入到真空还原炉进行冶炼还原，其具体方案是：在真空度达到200Pa以下时开始升温到750-950℃并保温0-0.5h，提高真空度达到20Pa以下时升温到950-1100℃并保温0.5-1h，提高真空度达到10Pa以下时升温到1100-1200℃并保温0.5-2.5h；（4）炉料出炉，分离出冶炼炉渣后进行烧铸，得到稀土镁硅铁合金；步骤（1）中所述稀土硅铁合金冶炼废渣为通过碳热法或硅热法工艺生产稀土硅铁合金所产生的冶炼废渣，其组份特征为TREO≥4.0%wt；所述白云石的组份特征为其中MgO含量13-28%wt，CaO含量20-40%wt；稀土硅铁合金冶炼废渣与白云本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其特征在于其由如下步骤实现：（1）将稀土硅铁合金冶炼废渣、白云石进行混合，于700‑850℃煅烧0.5‑1h，升温至1000‑1100℃煅烧0.5‑1h，升温至1200‑1300℃煅烧0.5‑1h，再将缎烧料进行细磨得到煅烧料细粉；（2）将煅烧料细粉与预先经细磨的硅质还原剂、钢粉进行配料混匀，通过压制设备压制成冶炼团块；（3）将冶炼团块加入到真空还原炉进行冶炼还原，其具体方案是：在真空度达到200Pa以下时开始升温到750‑950℃并保温0‑0.5h，提高真空度达到20Pa以下时升温到950‑1100℃并保温0.5‑1h，提高真空度达到10Pa以下时升温到1100‑1200℃ 并保温0.5‑2.5h；（4）炉料出炉，分离出冶炼炉渣后进行烧铸，得到稀土镁硅铁合金；步骤（1）中所述稀土硅铁合金冶炼废渣为通过碳热法或硅热法工艺生产稀土硅铁合金所产生的冶炼废渣，其组份特征为TREO≥4.0%wt；所述白云石的组份特征为其中MgO含量13‑28%wt，CaO含量20‑40%wt；稀土硅铁合金冶炼废渣与白云石的混入重量比为1：1～10（以稀土硅铁合金中的REO/白云石中的MgO计）；步骤（2）中所述硅质还原剂为硅铁粉、单质硅在50%wt以上的硅铁炉渣、硅粉、单质硅含量在50%wt以上的废硅粉中一种或几种的混合物，其配料量为三部分数量之和（均以硅质还原剂中的单质硅计）：①稀土硅铁合金冶炼废渣中稀土总量（以REO计）80‑180%wt，②煅烧料细粉中Mg总量（以MgO计）30‑80%wt，③理论所得稀土镁硅铁合金重量的30‑55%wt；步骤（2）中所述钢粉的配料量为理论所得稀土镁硅铁合金重量的20‑40wt%。...

【技术特征摘要】
1.一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其特征在于其由如下步骤实现：（1）将稀土硅铁合金冶炼废渣、白云石进行混合，于700-850℃煅烧0.5-1h，升温至1000-1100℃煅烧0.5-1h，升温至1200-1300℃煅烧0.5-1h，再将缎烧料进行细磨得到煅烧料细粉；（2）将煅烧料细粉与预先经细磨的硅质还原剂、钢粉进行配料混匀，通过压制设备压制成冶炼团块；（3）将冶炼团块加入到真空还原炉进行冶炼还原，其具体方案是：在真空度达到200Pa以下时开始升温到750-950℃并保温0-0.5h，提高真空度达到20Pa以下时升温到950-1100℃并保温0.5-1h，提高真空度达到10Pa以下时升温到1100-1200℃并保温0.5-2.5h；（4）炉料出炉，分离出冶炼炉渣后进行烧铸，得到稀土镁硅铁合金；步骤（1）中所述稀土硅铁合金冶炼废渣为通过碳热法或硅热法工艺生产稀土硅铁合金所产生的冶炼废渣，其组份特征为TREO≥4.0%wt；所述白云石的组份特征为其中MgO含量13-28%wt，CaO含量20-40%wt；稀土硅铁合金冶炼废渣与白云石的混入重量比为1：1～10（以稀土硅铁合金中的REO/白云石中的MgO计）；步骤（2）中所述硅质还原剂为硅铁粉、单质硅在50%wt以上的硅铁炉渣、硅粉、单质硅含量在50%wt以上的废硅粉中一种或几种的混合物，其配料量为三部分数量之和（均以硅质还原剂中的单质硅计）：①稀土硅铁合金冶炼废渣中稀土总量（以REO计）80-180%wt，②煅烧料细粉中Mg总量（以MgO计）30-80%wt，③理论所得稀土镁硅铁合金重量的30-55%wt；步骤（2）中所述钢粉的配料量为理论所得稀土镁硅铁合金重量的20-40wt%。2.根据权利要求1所述一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其特征在于步骤（1）中稀土硅铁合金冶炼废渣为通过硅热法工艺生产稀土硅铁合金所产生的冶炼废渣，其组份特征为TREO介于5-20%wt；所述白云石的组份特征为MgO含量为18-25%wt、CaO含量为25-35%wt；稀土硅铁合金冶炼废渣与白云石的混入重量比为1：2～6（以稀土硅铁合金中的REO/白云石中的MgO计）。3.根据权利要求1所述一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其特征在于步骤（1）中稀土硅铁合金冶炼废渣和白云石经过了破碎处理，破碎后的平均粒度为0.25-5mm。4.根据权利要求1所述一种基于资源综合利用手段生产稀土镁硅铁合金的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有禄，王有祯，
申请(专利权)人：包头市华商稀土合金有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15