矽熱還原法制取稀土矽鐵合金工藝的趨向

目前所採用的稀土矽鐵合金生產工藝，即富稀土中貧鐵礦經高爐脫鐵後的稀土富渣、稀土精礦脫鐵渣或稀土精加石灰、矽鐵礦石奄弧爐中冶煉合金，這是結合我國稀土資源特點開發的工藝流程。工藝比較穩定成熟，生產能力和產量高，成本低，與國外相比，具有獨創性。

該工藝雖經多年的不斷改革完善，但至今尚處於發展階段，潛力很大。現存的主要問題是工藝冗長、工藝環節複雜，能耗大，總能耗為每噸12000～1400kW·h，使合金成為高能耗產品，並且，稀土的回收率低，工業生產通常僅在65%左右。

多年來，國內許多研究單位為簡化工藝環節、提高回收率、降低成本、改善技術經濟指標等，進行了不斷地探索和開拓。這些探索性的工作主要表現在根據不同用途改變稀土原料結構、還原劑選擇和工藝操作等諸方面。

（1） 選用精料

隨 著我國稀土合金工業的發展，稀土原料經歷了煉鐵高爐渣（REO4%～6%），中貧礦稀土富渣（REO10%～17%）和稀土精礦（REO＞30%）的變 革，原料由粗到精，擴大了產量，節省了能源，減輕了環境污染，推動了我國稀土中間合金的發展，但稀土精礦價高，影響了合金成本。

近 年來，我國開發出利用白雲鄂博或山東微山湖低品位稀土精礦（REO＞30%）直接冶煉稀土矽鐵合金的生產新工藝成功。精礦可不經造塊、脫鐵直接入爐，冶煉 稀土品位大於30%的稀土矽鐵合金，稀土回收率達75%。冶煉含21%～27%的稀土合金，稀土回收率達80%。每噸電耗3000kW·h以下。與現行工 藝相比，節省電耗30%。可直接採用濕法冶金不宜使用的低品位稀土精礦生產稀土中間金屬。稀土精礦和白灰分批均布爐膛，送電升溫，爐料全熔後升溫至 1350℃，停電強化還原，再升溫再次強化還原。當稀土合金中稀土合金含量接近31.5%，爐溫達1400℃左右即可出爐。熔體注入鐵渣分離系統，靜置數 分鐘，將合金注入錠模，爐渣則水淬回收綜合利用。
此工藝不僅成本低，末渣綜合利用後，環境污染也減少。

（2）提高還原劑的還原能力

當 前工業生產中所使用的還原劑由矽、矽鈣、鋁和碳化鈣等，從經濟的角度考慮主要使用矽鐵，以75矽鐵為主。如何提高矽的利用率，減少氧化燒損至關重要。從冶 煉過程中矽含量的變化發現，還原過程中合金矽含量下降的數量接近於合金中稀土增加的數量。也就是說在正常冶煉情況下，稀土與矽的置換當量為1左右，與化學 反應式中計算的資料相差很大。

這一點可用如下的分析來說明。在稀土中間合金冶煉過程中，矽的作用主要是：①合金中稀土、鈣、鎂、錳、鈦和鋁 等元素的還原；②與各元素形成穩定的矽化物，如RESi、CaSi、MnSi、TiSi2、MgSi、FeSi等；③氧化、燒損揮發的矽量。在冶金過程中 只有“自由矽”方能參加還原反應，影響著冶金過程稀土元素的收率和合金中稀土品位。Fe-Si系在固態下是以FeSi、Fe2Si5等化合物構成，由於鐵 和矽間的強烈相互作用，矽的活度明顯地表現出負偏差。

為了說是脫離實際個問題，可進行以下粗略的計算。設某一稀土矽鐵合金的成分為：RE 30%、Ca 3%、Mn 3%、Ti 0.5%、Mg 0.1%、Al 1%、Fe 23%、和Si 40%。制取上述成分合金1t，需加入75矽鐵0.8t，可以計算出還原上述元素（除了矽和矽鐵中含的鐵外）所耗用的矽量和這些元素形成相應的矽化物所需 要的矽量，這兩項為合理消耗。根據矽鐵的加入量和合金中實際含矽，可以分計算出剩餘自由矽的數量和氧化物燒損矽量。計算表明，氧化燒抽約占總矽量的21% 左右，這部分矽的消耗應儘量減少。以前大量冶煉中採用的壓縮空氣攪拌是矽大量燒損的主要原因。新近開發的強化冶煉技術，改用壓縮氮氣攪拌，明顯降低了矽的 氧化損失，稀土收率比原工藝提高10%左右。


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