硅热还原法制取稀土硅铁合金工艺的趋向

目前所采用的稀土硅铁合金生产工艺，即富稀土中贫铁矿经高炉脱铁后的稀土富渣、稀土精矿脱铁渣或稀土精加石灰、硅铁矿石奄弧炉中冶炼合金，这是结合我国稀土资源特点开发的工艺流程。工艺比较稳定成熟，生产能力和产量高，成本低，与国外相比，具有独创性。

该工艺虽经多年的不断改革完善，但至今尚处于发展阶段，潜力很大。现存的主要问题是工艺冗长、工艺环节复杂，能耗大，总能耗为每吨12000～1400kW·h，使合金成为高能耗产品，并且，稀土的回收率低，工业生产通常仅在65%左右。

多年来，国内许多研究单位为简化工艺环节、提高回收率、降低成本、改善技术经济指标等，进行了不断地探索和开拓。这些探索性的工作主要表现在根据不同用途改变稀土原料结构、还原剂选择和工艺操作等诸方面。

（1） 选用精料

随着我国稀土合金工业的发展，稀土原料经历了炼铁高炉渣（REO4%～6%），中贫矿稀土富渣（REO10%～17%）和稀土精矿（REO＞30%）的变革，原料由粗到精，扩大了产量，节省了能源，减轻了环境污染，推动了我国稀土中间合金的发展，但稀土精矿价高，影响了合金成本。

近年来，我国开发出利用白云鄂博或山东微山湖低品位稀土精矿（REO＞30%）直接冶炼稀土硅铁合金的生产新工艺成功。精矿可不经造块、脱铁直接入炉，冶炼稀土品位大于30%的稀土硅铁合金，稀土回收率达75%。冶炼含21%～27%的稀土合金，稀土回收率达80%。每吨电耗3000kW·h以下。与现行工艺相比，节省电耗30%。可直接采用湿法冶金不宜使用的低品位稀土精矿生产稀土中间金属。稀土精矿和白灰分批均布炉膛，送电升温，炉料全熔后升温至1350℃，停电强化还原，再升温再次强化还原。当稀土合金中稀土合金含量接近31.5%，炉温达1400℃左右即可出炉。熔体注入铁渣分离系统，静置数分钟，将合金注入锭模，炉渣则水淬回收综合利用。
此工艺不仅成本低，末渣综合利用后，环境污染也减少。

（2）提高还原剂的还原能力

当前工业生产中所使用的还原剂由硅、硅钙、铝和碳化钙等，从经济的角度考虑主要使用硅铁，以75硅铁为主。如何提高硅的利用率，减少氧化烧损至关重要。从冶炼过程中硅含量的变化发现，还原过程中合金硅含量下降的数量接近于合金中稀土增加的数量。也就是说在正常冶炼情况下，稀土与硅的置换当量为1左右，与化学反应式中计算的数据相差很大。

这一点可用如下的分析来说明。在稀土中间合金冶炼过程中，硅的作用主要是：①合金中稀土、钙、镁、锰、钛和铝等元素的还原；②与各元素形成稳定的硅化物，如RESi、CaSi、MnSi、TiSi2、MgSi、FeSi等；③氧化、烧损挥发的硅量。在冶金过程中只有“自由硅”方能参加还原反应，影响着冶金过程稀土元素的收率和合金中稀土品位。Fe-Si系在固态下是以FeSi、Fe2Si5等化合物构成，由于铁和硅间的强烈相互作用，硅的活度明显地表现出负偏差。

为了说是脱离实际个问题，可进行以下粗略的计算。设某一稀土硅铁合金的成分为：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硅铁0.8t，可以计算出还原上述元素（除了硅和硅铁中含的铁外）所耗用的硅量和这些元素形成相应的硅化物所需要的硅量，这两项为合理消耗。根据硅铁的加入量和合金中实际含硅，可以分计算出剩余自由硅的数量和氧化物烧损硅量。计算表明，氧化烧抽约占总硅量的21%左右，这部分硅的消耗应尽量减少。以前大量冶炼中采用的压缩空气搅拌是硅大量烧损的主要原因。新近开发的强化冶炼技术，改用压缩氮气搅拌，明显降低了硅的氧化损失，稀土收率比原工艺提高10%左右。


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