本技术涉及一种环保的稀土硅铁合金生产技术,利用稀土尾矿和钐还原渣作为原料,通过碳热法在电弧炉中冶炼。工艺步骤包括:(1)尾矿焙烧后与焦炭粉、木炭粉混合研磨,添加黏结剂和水制成球团并干燥;(2)将硅石、碳还原剂、钢屑与球团一起加入电弧炉冶炼;(3)出炉浇注,获得稀土硅铁合金及无害化玻璃态尾渣。该方法实现了尾矿资源的高值化利用,同时减轻了环境压力。
背景技术
稀土中间合金广泛应用于钢铁生产、机械制造和军工生产,大部分都用作钢铁的添加剂,在钢中的主要作用是脱磷、脱硫,中和低熔点杂质的有害作用,细化晶粒,改善钢的力学性能。在铸铁中,主要作为球墨铸铁的球化剂、蠕墨铸铁的蠕化剂、合金铸铁的添加剂,使各种铸铁的机械性能得到极大提高。稀土中间合金的种类繁多,主要包括稀土硅铁合金、稀土镁合金,稀土铝合金等。用热还原法制备的稀土中间合金主要有稀土硅铁合金、稀土硅铁镁合金、稀土硅铁钙合金、稀土硅铁钛合金等。
稀土硅铁合金生产的热还原法主要有两种,一种是采用硅铁作为还原剂,用电弧炉冶炼,称为硅热还原法。1956年中国科学院上海冶金研究所在电弧炉中用75硅铁作还原剂,以含REO为4-6%的包头钢铁公司炼铁高炉渣为原料,成功制取了稀土硅铁合金。包钢稀土一厂首先采用该工艺,开始生产稀土硅铁合金。1966年冶金部包头稀土研究所成功地研制出含稀土的中贫铁矿矿石和低品位稀土精矿球团直接入高炉脱铁去磷,制取REO>10%的富渣,再采用硅热还原法冶炼稀土硅铁合金的工艺,使我国稀土硅铁合金的生产步入了新阶段,合金成本远低于国外的同类产品。由于我国稀土原料的特殊性,在1990s之前,我国一直采用硅热法作为生产稀土硅铁合金的主要工艺。该工艺具有操作简单、成品率高、合金成分易于控制等优点,但是存在稀土元素回收率低、冶炼渣中残余稀土含量高等缺点。
另一种生产稀土硅铁合金的热还原法法则是采用碳作为还原剂,用矿热炉冶炼,称为碳热还原法。该方法以稀土精矿、硅石、碳质还原剂为原料在矿热炉内连续作业直接生产稀土硅铁合金,因此也被称作“一步法”。相较于传统的硅热法,碳热法则具有可以一步直接还原出金属、还原剂便宜、元素烧损少等优点。该方法也具有明显不足,即在合金冶炼的过程中,矿热炉炉底极易形成稀土碳化物炉瘤,此炉瘤熔点高且不易流动,不能随铁水排出炉外而沉积在炉底,造成炉底上涨,使炉膛冶炼空间越来越小,必须停炉修复。
稀土尾矿是经选铁、选稀土后产生的大型共生、伴生难处理尾矿,其中含有大量稀土、萤石、铁和铌等可利用的矿物组分。尾矿的长期堆放和积压会对周围环境造成严重污染。尾矿废水加重土壤盐碱化,导致了牧草的氟污染;尾矿粉尘颗粒较细,使土壤中稀土元素不断累积,造成环境污染。稀土尾矿具有相当可观的利用价值,研究如何经济、合理、有效地回收利用稀土尾矿中的有用资源,不仅能解决稀土尾矿资源综合利用难题,产生巨大的经济效益,同时也能有效日趋严重的资源和环境压力。在专利CN201711024218.0中提到的一种稀土硅铁合金的制备方法中利用的稀土原料为氟碳铈精矿,REO含量>55%,属于稀土精矿,该方法无法应用于低品位稀土尾矿资源;在专利CN201810411685.7中提到的一种生产稀土硅铁合金的方法中每生产一吨稀土硅铁合金产品会对应产生886千克的冶炼炉渣,长期堆放和积压会对周围环境造成严重污染。
实现思路