一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法技术

本发明专利技术公布了一种提高稀土中铁合金中稀土得率的方法，有效克服硅热法工艺稀土得率低、冶炼废渣中残余稀土含量过高的缺陷。本发明专利技术技术通过在硅铁还原生产稀土硅铁合金的冶炼后程加入硅钙合金，利用硅钙合金中Ca元素所具有的强还原性通过金属热还原的原理深度还原体系中残余稀土氧化物，从而提升合金中稀土得率，也达到减少稀土冶炼渣中稀土残余量的目的。此外，采用加入氧化铁皮等物质，快速脱除合金熔液中过量Ca元素，并可以控制合金中Ca含量。本技术方案实现了提升合金中稀土得率的技术目的，合金中稀土得率大幅度提升，稀土资源利用率明显提高，且工艺步骤紧凑，操作规程简便，完全直接在原有冶炼体系中进行工艺调控（不需要再行冶炼），经济效益良好。

A method to improve the yield of rare earth in rare earth ferrosilicon alloy

The invention discloses a method for improving the rare earth recovery rate of rare earth iron alloy, effectively overcoming the defects of low recovery rate of rare earth in silicothermic process and high residual rare earth content in smelting waste slag. The technology of the invention adds silicon calcium alloy to the smelting process of producing rare earth silicon iron alloy through silicon iron reduction, uses the strong reducibility of Ca element in silicon calcium alloy to deeply reduce the residual rare earth oxide in the system through the principle of metal thermal reduction, so as to improve the rare earth yield in the alloy and reduce the residual rare earth in the rare earth smelting slag. In addition, by adding iron oxide scale and other substances, the excessive Ca element in the molten alloy can be removed quickly, and the Ca content in the alloy can be controlled. The technical scheme realizes the technical purpose of improving the rare earth recovery rate in the alloy. The recovery rate of rare earth in the alloy is greatly improved, the utilization rate of rare earth resources is significantly improved, and the process steps are compact, the operation procedures are simple, and the process control is carried out directly in the original smelting system (no further smelting is required), with good economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法
本专利技术涉及一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法，其属于稀土火法冶金的

技术介绍
稀土硅铁合金是一类由稀土与硅铁组成的中间合金，也是我国稀土中间合金工业的主要产品，其既可用作炼钢生产的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂，又可用作铸铁生产的孕育剂、蠕化剂和球化剂。稀土硅铁合金的工业化生产主要有两种方法，一种是采用碳作为还原剂，用矿热炉冶炼，即碳热法，业界又称之为一步法；另一种是用硅铁作为还原剂，采用电弧炉进行冶炼，用硅铁来还原稀土氧化物，即硅热法，业界又称之为两步法。硅热法是最早开发成功的传统技术，已经产业化应用多年；总体上，硅热法工艺具有操作简单、成品率高、合金成分易于控制的特点；但是其存在着稀土元素回收率低（工业化生产的通常得率仅能达到约65%）、冶炼废渣中残余稀土含量高（一般会在6%-13%之间）的致命缺陷。国内专利“利用含稀土废渣冶炼稀土合金工艺”（申请号：91102194.9）报道一种利用硫酸法生产氯化稀土的废渣冶炼稀土合金工艺，其利用氯化稀士的废渣为原料，加人硅铁和氧化钙，在1400-1600℃下进行还原反应，稀土金属回收率仅为54%。以氯化稀土废渣作为冶炼原料，在冶炼环节会产生大量难以处置工艺废气，因此，目前硅热法生产稀土硅铁合金的稀土原料主要是采用氟碳铈矿稀土精矿、稀土渣料。方星伯在专利技术专利00112002.6中报道了一种稀土硅铁冶炼废渣的利用方法，该方法利用稀土硅铁冶炼废渣再行与石灰、硅铁、废钢以及稀土精矿进行配料，加入相当于废渣加入重量10-45%的石灰、相当于废渣加入重量5-25%的废钢、相当于废渣加入重量25-45%的硅铁及相当于废渣加入重量5-30%的稀土精矿，对稀土硅铁冶炼废渣进行二次还原冶炼，以实现提高稀土收率达到资源综合利用的目的。但该技术方案在实际应用中，因为工艺过程需要经过二次冶炼必然导致单位能耗明显上升，且硅热冶炼反应平衡系数相对固定，稀土硅铁废渣中回收再利用稀土元素的收效十分有限。如何突破硅热法生产稀土硅铁合金的稀土收率瓶颈，较为充分地实现稀土元素在合金中的转化利用，是硅热法产业技术需要克服的首要性问题，具有重要的经济价值和产业发展意义，直接关乎到硅热法冶炼工艺用以制备稀土硅铁合金的产业发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法，有效克服硅热法工艺稀土得率低、冶炼废渣中残余稀土含量过高的缺陷。本专利技术的具体技术方案如下：一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法，其包括如下步骤：（1）在电弧炉中加入稀土原料、石灰、废钢进行熔料，待炉料熔化后加入硅铁，将炉温控制在1350-1450℃，硅铁完全熔化后启动搅拌，自炉料完全熔化后反应0.5-2.0小时；石灰、废钢、硅铁加入量分别为稀土原料量的100-300%wt、40-100%wt、70-270%wt，其中稀土原料量以REO计，石灰加入量以CaO计，废钢加入量为Fe计，硅铁加入量以FeSi75计；（2）向炉中加入硅钙合金，将炉温控制在1450-1550℃，搅拌反应5-30分钟，再向炉内加入铁质氧化物，搅拌反应5-20分钟；硅钙合金、铁质氧化物加入量分别为稀土原料量的5-30%wt、2-20%wt，其中稀土原料量以REO计，硅钙合金加入量以Ca含量为28%wt计，铁质氧化物加入量为Fe2O3计；（3）出料后倒入锭模内，冷却后进行渣铁分离，得到稀土硅铁合金。进一步的，所述稀土原料为下列物质中的一种或几种的混合物：a.氟碳铈矿精矿；b.氟碳铈矿或包头混合稀土矿精矿分离过程中产生的富铈渣、富镧渣、镧铈渣、富钐渣；c.南方离子矿精矿分离过程中产生的富钇渣；d.稀土抛光粉废料。进一步的，所述稀土原料和石灰的加入方式采用交替加入方式；所述硅铁采用分2-6批次加入，硅铁加入在炉内高温区且避开电极。进一步的，步骤（1）和（2）中所述搅拌采取的方式为在炉内中插入搅拌管，并同时通入压力为196-784千帕的压缩空气、蒸汽或者惰性气体。进一步的，所述硅钙采用一次性加入或者分2-6批次加入，采用喷吹或者喂丝方式加入。进一步的，所述铁质氧化物为主要成分是氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁或其混合物的工业品或工艺废物，其含铁量在60%wt以上。进一步的，步骤（1）和（2）所述控制炉温采用如下方式：在炉温低于温度范围时插入电极并送电，在炉温高出温度范围时抬起电极并停止送电。进一步的，步骤（3）所述出料方式是先将一部分炉渣倒入渣罐内，其余的炉渣和合金倒入另一个罐内。为了更加清楚的表述本专利技术的技术方案，首先对硅热法冶炼过程中稀土元素去向进行阐明。以稀土原料选择四川产富铈渣为例，采用传统硅热法工艺，合金中稀土元素得率一般只能达到65%wt的水平，其余稀土元素主要是残余在稀土冶炼渣中。根据现有的关于硅热法制备稀土硅铁合金冶炼过程的热力学和动力学研究结果，影响合金中稀土得率的主要影响因素包括反应温度、碱度、反应体系的传质传热特性等等。冶炼温度提高有利于稀土元素的还原转化，并且有利于降低物料黏度，但是冶炼温度过高时，硅和稀土元素会过多挥发和烧损。比如，从产业实践来看，当冶炼温度超过1580℃时，硅和稀土元素的挥发及烧损度将超过10%，会严重地影响冶炼进程和合金产品质量，最终的稀土合金得率相反可能会降至50%以下。因此，在稀土硅铁合金冶炼的后程继续通过送电加热以提高冶炼温度在工艺上并不可取。提高炉渣的碱度有利于稀土氧化物的还原，但是碱度太高，会造成物料黏度会明显增大，搅拌难度大，对物料传热传质极为不利，也不利于冶炼反应充分进行。因此，通过提高碱度来提升稀土原料的转化率和合金中稀土得率的作用也是较为有限的。总体上看，硅热还原制备稀土硅铁合金的反应本身较难进行，需要满足一定的冶炼温度条件和较高的碱度条件方可进行，反应体系具有平衡反应的特点。基于传统的硅热法冶炼工艺，通过对反应温度、碱度、反应体系的传质传热特性等影响因素来进行优化改善，很难大幅度地提升合金中的稀土得率。本专利技术的技术原理是：1、本专利技术技术通过在硅铁还原生产稀土硅铁合金的冶炼后程加入硅钙合金，利用硅钙合金中Ca元素所具有的强还原性通过金属热还原的原理来深度还原体系中残余稀土氧化物，从而提升合金中稀土得率，也达到减少稀土冶炼渣中稀土残余量的目的。本专利技术技术方案中在原有的反应体系引入了金属热还原（钙热还原）反应，从而有效地突破了传统硅热法冶炼工艺的体系平衡系数影响。此外，在冶炼后程加入硅钙合金，可以发挥其作为增温剂的效用，迅速提高炉料内温，有利于还原反应加速进行，并且在这种情形下，炉料内温的提升不会带来明显的硅和稀土元素挥发和烧损影响。2、本专利技术技术在冶炼后程加入一定数量的硅钙合金后，将可能导致合金中Ca含量超过《GB/T4137稀土硅铁合金》表1对Ca含量的限值（例如RESiFe-32Ce牌号产品要求Ca含量不超过4.0%）；对此，本专利技术技术采用继续加入氧化铁皮等物质，快速脱除合金熔液中过量Ca元素；通过控制氧化铁皮等物质的加入量，可以达到控制合金中Ca含量的目的。本专利技术与现有技术相比，其优点在于：1、本专利技术通过添加硅钙合金等方案达到提升合金中稀土得率的技术目的，合金中稀土得率大幅度提升，稀土资源利用率明显提高，且工艺步骤紧凑，操作规程简便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法，其包括如下步骤：（1）在电弧炉中加入稀土原料、石灰、废钢进行熔料，待炉料熔化后加入硅铁，将炉温控制在1350‑1450℃，硅铁完全熔化后启动搅拌，自炉料完全熔化后反应0.5‑2.0小时；石灰、废钢、硅铁加入量分别为稀土原料量的100‑300%wt、40‑100%wt、70‑270%wt，其中稀土原料量以REO计，石灰加入量以CaO计，废钢加入量为Fe计，硅铁加入量以FeSi75计；（2）向炉中加入硅钙合金，将炉温控制在1450‑1550℃，搅拌反应5‑30分钟，再向炉内加入铁质氧化物，搅拌反应5‑20分钟；硅钙合金、铁质氧化物加入量分别为稀土原料量的5‑30%wt、2‑20%wt，其中稀土原料量以REO计，硅钙合金加入量以Ca含量为28%wt计，铁质氧化物加入量为Fe2O3计；（3）出料后倒入锭模内，冷却后进行渣铁分离，得到稀土硅铁合金。

【技术特征摘要】
1.一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法，其包括如下步骤：（1）在电弧炉中加入稀土原料、石灰、废钢进行熔料，待炉料熔化后加入硅铁，将炉温控制在1350-1450℃，硅铁完全熔化后启动搅拌，自炉料完全熔化后反应0.5-2.0小时；石灰、废钢、硅铁加入量分别为稀土原料量的100-300%wt、40-100%wt、70-270%wt，其中稀土原料量以REO计，石灰加入量以CaO计，废钢加入量为Fe计，硅铁加入量以FeSi75计；（2）向炉中加入硅钙合金，将炉温控制在1450-1550℃，搅拌反应5-30分钟，再向炉内加入铁质氧化物，搅拌反应5-20分钟；硅钙合金、铁质氧化物加入量分别为稀土原料量的5-30%wt、2-20%wt，其中稀土原料量以REO计，硅钙合金加入量以Ca含量为28%wt计，铁质氧化物加入量为Fe2O3计；（3）出料后倒入锭模内，冷却后进行渣铁分离，得到稀土硅铁合金。2.根据权利要求1所述一种提高稀土硅铁合金中稀土得率的方法，其特征在于所述稀土原料为下列物质中的一种或几种的混合物：a.氟碳铈矿精矿；b.氟碳铈矿或包头混合稀土矿精矿分...

【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