[发明专利]一种生产轻稀土复合型重稀土硅铁合金的方法

说明书

本发明通过一种新的技术手段，实现在碳热还原条件下生产重金属稀土硅铁合金的工艺，具有稀土得率显著提高、工艺流程简便、综合成本明显低、环境影响相对较轻的特点，对重稀土硅铁合金产品的工业化制备和应用广泛具有重要价值。同时，本发明将轻稀土硅铁合金产品的应用特性与重稀土硅铁合金进行了复合，具有优异的球化、孕育、蠕化以及抗衰退化等更为全面应用技术特征，同时，因为轻稀土类原料价格相对低廉，也直接降低了重稀土硅铁合金产品的制备成本，有利于产品的产业应用。

技术领域

本发明涉及一种生产轻稀土复合型重稀土硅铁合金，其属于稀土火法冶金的技术领域；本技术涉及利用工业废渣作为冶金原料，也属于废弃资源综合利用的技术领域。

背景技术

稀土硅铁合金是我国稀土中间合金工业的主要产品，早已广泛地应用于冶金和铸造生产，稀土的加入明显地改善了钢和铸铁的力学性能、工艺性能和使用性能。随着应用领域的拓展，由于使用目的、条件、技术装备水平的不同，对合金组分和剂型的要求也不同。合金中稀土组分选配不同，产品的应用特性会呈现明显差异。轻稀土硅铁合金主要包括富铈型和富镧型两种，前者中Ce/TREO在70%以上，其是铸铁的优良球化剂和孕育剂；后者要求La/TREO超过50%，则是良好的蠕化剂。与轻稀土硅铁合金相对应的，利用我国南方重稀土资源也已开发生产出钇基重稀土硅铁合金和相应的球化剂产品，此类重稀土硅铁合金中的稀土含量来自钇组重稀土金属，其具有抗球化衰退能力强的优异特性，能够有效弥补轻稀土类产品在抗球化衰退等性能上的不足。

钇基重稀土硅铁合金目前已经发展成为一类重要的球化剂产品。2015年修订后的《稀土硅铁合金 GB/T 4137-2015》和《稀土镁硅铁合金 GB/T4138-2015》特意分别增加了6个重稀土硅铁合金牌号和13个重稀土镁硅铁合金牌号。随着铸件铸造对抗球化衰退提出了更高的技术要求，重稀土硅铁合金产品及相应的球化剂产品应用日趋广泛，现已广泛地被大断面铸铁件、厚断面球铁件、流水作业线、稀土耐热钢、特种工具钢以及铸铁焊条等领域所应用，取得了良好的效果。

就两类稀土硅铁合金的制备技术而言，轻稀土产品和重稀土产品的生产工艺有着明显差别。轻稀土硅铁合金主要通过硅热还原法、碳热还原法等两种工艺来进行制备，相关的技术报道甚多，其中碳热还原工艺因其具备所用原料简便、稀土回收率高、综合成本低的优势从而成为主要生产工艺。围绕重稀土硅铁合金产品的制造，相关研究工作和技术文献都是通过碳化钙、硅热还原工艺来进行制备。冯拔贤在《钇基重稀土硅铁合金研制应用概况及进展》介绍，在电弧炉中以重稀土氧化物、硅铁、电石、石灰、硅砂为原料经碳化钙、硅热还原进行制备。陈纪光在《钇基重稀土硅铁合金的现状与展望》中介绍，在以重稀土氧化物为原料的基础上，充分利用重稀土提取工艺的下料，以氢氧化稀土为原料，采用硅铁和碳化钙为复合还原剂，复合还原剂与稀土氧化物的比值（Ca+Si/Re₂O₃）为1至2，在电弧炉装炼制而成。王国海在《多品种重稀土硅铁合金的试生产》中介绍，钇基重稀土硅铁合金采用我国南方独特的离子型稀土矿提取的重稀土氧化物或氢氧化物为团料，加入硅铁、碳化钙等复合还原剂在电弧炉中熔炼而成。杨清在ZL200510019201.7中介绍，采用钇基重稀土混合稀土矿或稀土分离企业生产的高钇稀土富集物或氧化钇为原料，用铝、硅铁、硅钙、碳化钙等作为还原剂，在电弧炉中冶炼来进行制备。囿于碳化钙、硅热还原工艺原理和平衡反应体系的制约，通过上述传统工艺进行重稀土硅铁合金的制备，不可避免的会存在稀土得率低（一般仅在60%左右）、不能连续化生产、废渣产生量巨大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对仅包括钇组元素的钇基重稀土硅铁合金产品应用性能上的不全面，提供一种利用轻稀土复合型的重稀土硅铁合金，在球化、蠕化特性方面达到增强钇基重稀土硅铁合金的技术目的；同时，制备上述复合型重稀土硅铁合金的方法，该方法采用碳热还原工艺，与传统的“碳化钙+硅铁”还原法相比，具有稀土得率显著提高、工艺流程简便、综合成本明显低、环境影响相对较轻的特点。综合上述几方面的有效效果，从而完成本发明。