專利名稱：用稀土富集物制稀土鈰硅、稀土鑭硅合金的工藝及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于稀土合金制備領(lǐng)域，具體涉及利用濕法稀土富集物作原料，礦熱法制取高稀土硅合金的工藝及其產(chǎn)品。
以上諸法各有優(yōu)劣，但普遍存在能耗高、稀土回收率低、爐齡短或生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，制約了稀土合金工業(yè)的發(fā)展。
本發(fā)明人提出的專利申請(qǐng)，即申請(qǐng)?zhí)枮?1107843.X，申請(qǐng)日為2001年2月28日，名稱為《在礦熱爐制取高稀土鐵合金的工藝及其產(chǎn)品》的專利申請(qǐng)，提出了第五種方法。第五法的工藝合理，電位梯度選擇較寬，爐齡延長(zhǎng)至半年以上，稀土回收率在90％以上，相對(duì)成本低；但仍有以下不足1.稀土焦化團(tuán)塊需在爐外處理，工藝較繁瑣，周期較長(zhǎng)；2.濕法稀土富集物無(wú)法利用，原料大都采用磁選礦、浮選礦、重選礦等精礦，因而高稀土硅合金的成本相對(duì)較高；3.電位梯度是對(duì)應(yīng)稀土精礦條件設(shè)定，不能適應(yīng)濕法冶金的富集物，如果照搬該，容易引起高溫區(qū)坩堝上移，爐底上漲。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)施的研制一種用稀土富集物制稀土鈰硅、稀土鑭硅合金的工藝，其特征是，主要工藝過(guò)程為主要原料為濕法稀土冶金富集物，配碳量是濕法稀土富集物中稀土氧化物全部轉(zhuǎn)化為碳化物所需碳量的2.8～3.5倍，加碳質(zhì)粘合劑混勻擠壓成型，在礦熱爐內(nèi)表層及沉料過(guò)程中，自焙焦化處理成焦化團(tuán)塊；再配入硅石、氣煤焦及蘭碳。焦化稀土團(tuán)塊中稀土金屬與硅石中硅總量之比為1∶0.50～1.0；用焦碳作還原劑；工藝用碳量為理論用碳量的0.85～0.96；三者均勻加入礦熱爐中冶煉，供電系統(tǒng)條件為電位梯度0.90～1.20V/cm間可調(diào)，一次側(cè)電流150～220A，二次側(cè)電壓74～88V；1.5～2h出合金一次，澆鑄、破碎、精整得稀土硅合金。
上述的稀土富集物加入精煤粉焦化處理，是在礦熱爐內(nèi)利用爐表層300～900℃余熱，利用煤的固有物化特性進(jìn)行自焙焦化，上述的還原劑用焦碳是氣煤焦及蘭碳，其中氣煤焦占40～60％。
一種用稀土富集物制稀土鈰硅合金的工藝，其特征是稀土鈰富集物REO含量43～80％，CeO/REO 36～70％，粒度80～250目；BaO＜10％，CaO＜5％，TiO＜1％，TnO＜0.5％，稀土鈰富集物用量30～100％，余量為稀土精礦。
一種用稀土富集物制稀土鑭硅合金的工藝，其特征是稀土鑭富集物REO含量43～80％，LaO/REO 36～70％，粒度80～250目；BaO＜10％，CaO＜5％，TiO＜1％，TnO＜0.5％，稀土鑭富集物用量30～100％，余量為稀土精礦。
上述的用稀土富集物制稀土鈰硅合金、鑭硅合金的工藝，其特征是所述的在制備團(tuán)塊時(shí)加的碳質(zhì)粘合劑是酚醛樹(shù)脂或焦油瀝青，加入量是團(tuán)塊總量的5～20％。
一種在礦熱爐制取的高稀土硅合金，其百分組成為RE 27～40％，其中Ce/RE 48％，La/RE34％，Si 35～58％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜9％，Ti＜0.50％，F(xiàn)e余量。
一種在礦熱爐制取的高鈰稀土硅合金，其特征在于團(tuán)塊加工時(shí)配入濕法冶金的鈰富集物，REO含量45～75％，其中CeO/REO 47～70％，高鈰硅合金的百分組成為RE 27～40％，其中Ce/RE47～70％，Si 35～58％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜9％，Ti＜0.5％，F(xiàn)e余量。
一種在礦熱爐制取的高鑭稀土硅合金，其特征在于團(tuán)塊加工時(shí)配入濕法冶金的鑭富集物，REO含量45～75％的鑭富聚物，其中LaO/REO 35～60％，高鑭稀土硅合金的百分組成為RE 27～40％，其中La/RE 35～60％，Si 35～58％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜9％，Ti＜0.5％，F(xiàn)e余量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.在礦熱爐內(nèi)利用爐表層300～900℃余熱，利用煤的固有物化特性進(jìn)行自焙焦化，稀土焦化團(tuán)塊無(wú)需在爐外處理，工藝簡(jiǎn)便，周期較短；2.采用稀土濕法冶金的富集物經(jīng)煅燒、重選、磁選成為稀土富集物，在礦熱爐內(nèi)使稀土氧化物還原，從而有效地解決了濕法稀土富集物(因反復(fù)化學(xué)處理粒度細(xì)，加干碳粉不能制團(tuán)，套用原精礦工藝后，電位梯度不行，容易引起高溫區(qū)坩堝上移，爐底上漲等因素)無(wú)法利用的局面，廢棄稀土資源得以重新利用，稀土精礦用量大幅減少，稀土硅合金成本下降；3.電位梯度是對(duì)應(yīng)濕法冶金的稀土富集物條件設(shè)定，稀土富集物與精煤粉擠壓成型，并在爐內(nèi)自焙焦化，配入硅石，選用氣煤焦及蘭碳作還原劑，使稀土回收率提高到≥95％±，電耗降低到8500～11000 kwh/d，爐齡延長(zhǎng)到7個(gè)月以上，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。
本發(fā)明將稀土富集物、精煤粉、高碳質(zhì)粘合劑制成團(tuán)塊后入礦熱爐內(nèi)自焙焦化，自360℃焦化開(kāi)始，700℃接速束；焦化過(guò)程是利用煤的固有物化特性，排出揮發(fā)分，形成焦化團(tuán)塊，剛性隨爐料沉降得以增強(qiáng)。在自焙焦化中，煤中有機(jī)質(zhì)充分揮發(fā)，產(chǎn)生了大量微孔，增大了展比面積，碳與稀土富集物充分接觸，形成了獨(dú)特的焦化骨架，比電阻升高，因團(tuán)塊中的碳嚴(yán)重過(guò)剩，爐料中碳不足，爐料沉降減緩，電極易深插，確保高溫區(qū)的建立；冶煉不同合金時(shí)，施加不同的電場(chǎng)強(qiáng)度和功率密度，有效地控制冶煉所需溫度，加速了高熔點(diǎn)產(chǎn)物的形成與轉(zhuǎn)化，從而有效地抑制了爐底的上漲，爐齡延長(zhǎng)，電耗降低，提高了有效元素的回收率，改進(jìn)了產(chǎn)品品質(zhì)。
本工藝研制的稀土硅合金是采用稀土富集物來(lái)生產(chǎn)，高鈰稀土硅合金、高鑭稀土硅合金據(jù)需求可有效調(diào)整鈰及鑭在合金中的配分，因合金中硅含量在35～58％，鐵含量3～8％，可鑄錠用來(lái)替代價(jià)格昂貴的混合稀土金屬和單一稀土金屬，適應(yīng)了有色、黑色冶金及鑄造業(yè)不同的需求，因大量采用稀土富集物作原料，降低了稀土使用成本，推動(dòng)了稀土工業(yè)的發(fā)展。
工藝簡(jiǎn)述
一、原材料要求稀土鈰富集物REO含量43～80％，CeO/REO 36～70％，粒度80～250目；BaO＜10％，CaO＜5％，TiO＜1％，TnO＜0.5％，稀土鈰富集物用量30～100％，余量為稀土精礦。
稀土鑭富集物REO含量43～80％，LaO/REO 36～70％，粒度80～250目；BaO＜10％，CaO＜5％，TiO＜1％，TnO＜0.5％，稀土鑭富集物用量30～100％，余量為稀土精礦。
精煤粉固定碳含量58～68％，揮發(fā)分18～31％，灰分＜15％，水分＜3％，發(fā)熱值5000～6800 Kcai/kg，粒度80～200目；煤粉使用量在15～100％，余量是焦粉，加入量是稀土氧化物全部轉(zhuǎn)化為稀土碳化物理論用碳量的2.8～3.5倍。
焦碳?xì)饷航构潭ㄌ己?0～86％，粒度5～15mm；蘭碳固定碳含量80～85％，粒度5～15mm。
粘合劑酚醛樹(shù)脂或焦油瀝青，加入量是5～20％。
二、工藝過(guò)程(一)配料1.自焙焦化團(tuán)塊制備 自焙焦化團(tuán)塊中的粘合劑采用酚醛樹(shù)脂或焦油瀝青，加入量是團(tuán)塊總量的5～20％。根據(jù)所需制備Re30稀土硅合金所需的自焙焦化團(tuán)塊中的REO總量400kg/t，配入硅石1470kg，2，配入氣煤焦、蘭碳600kg，可生產(chǎn)一噸Re30稀土硅合金。
2.配碳用碳量據(jù)RE金屬量的變化，工藝用碳量是理論用碳量的0.85～0.96，選用氣煤焦及蘭碳，氣煤焦占碳總量的30～60％3.硅石 自焙焦化團(tuán)塊中，稀土金屬總量與硅總量值控制在0.50～1.0；(二)冶煉澆鑄、破碎、精整將上述各種物料按配量比稱量，入爐臺(tái)混勻，加入礦熱爐內(nèi)冶煉，供電系統(tǒng)條件為電位梯度0.90～1.20V/cm，一次側(cè)電流150～200A，二次側(cè)電壓74～88V；1.5～2h出合金一次，澆鑄、破碎、精整得稀土硅合金。
三、生產(chǎn)普通稀土硅合金或高鈰或高鑭硅合金產(chǎn)品，則添加鈰或鑭富集物，其它相同。
四、稀土回收率計(jì)算RE回收率％＝(合金中RE總量/團(tuán)塊中REO總量×轉(zhuǎn)換系數(shù)0.8326×投料批數(shù))×100
控制參數(shù) 電極直徑540mm，電位梯度0.95～1.05 V/cm，一次側(cè)電流150～220A，二次側(cè)電壓80～86V；1.5～2 h出合金一次，回收率＞95％。成品指標(biāo)(％)RE＞30；Ce/RE47±0.5；均電耗9300 KWh/t；數(shù)據(jù)見(jiàn)附表1、表4。
實(shí)施例二 2600 KVA礦熱爐制取SiRE35其中自焙焦化團(tuán)塊中REO 40％；CeO/REO＞55％；噸合金產(chǎn)品需自焙焦化團(tuán)塊1106kg，硅石1450kg，氣煤焦223kg，蘭碳370kg；按上述簡(jiǎn)述的工藝入爐冶煉。
控制參數(shù) 電極直徑540mm，電位梯度1.0～1.15 V/cm，一次側(cè)電流150～200A，二次側(cè)電壓82～88V；1.5～2h出合金一次，回收率＞95％。成品指標(biāo)(％)RE＞35；Ce/RE＞55；均電耗9700 KWh/t；數(shù)據(jù)見(jiàn)附表2、表5。
實(shí)施例三2600 KVA礦熱爐制取SiRE40其中自焙焦化團(tuán)塊中REO 40％；LeO/REO＞40％；噸合金產(chǎn)品需自焙焦化團(tuán)塊1290kg，硅石1350kg，氣煤焦220kg，蘭碳360kg；按上述簡(jiǎn)述的工藝入爐冶煉。
控制參數(shù) 電極直徑540mm，電位梯度1.0～1.20 V/cm，一次側(cè)電流150～200A，二次側(cè)電壓82～88V；1.5～2h出合金一次，回收率＞95％。成品指標(biāo)(％)RE＞40；Le/RE＞40；均電耗10400 KWh/t；數(shù)據(jù)見(jiàn)附表3、表6。
按例1～3投產(chǎn)，共出稀土合金3000爐次，連續(xù)生產(chǎn)8.3個(gè)月，產(chǎn)合金1450 T；產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。
表一 普通稀土硅合金(SiRE30)％

表二 高鈰稀土硅合金(SiRE35)％

表三 高鑭稀土硅合金(SiRE40)％

表四 普通稀土硅合金產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表五 高鈰稀土硅合金產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表六 高鑭稀土硅合金產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

權(quán)利要求
1.一種用稀土富集物制稀土鈰硅、稀土鑭硅合金的工藝，其特征是，其主要工藝過(guò)程為主要原料為濕法稀土冶金富集物，配碳量是濕法稀土富集物中稀土氧化物全部轉(zhuǎn)化為碳化物所需碳量的2.8～3.5倍，加碳質(zhì)粘合劑混勻擠壓成型，在礦熱爐內(nèi)表層及沉料過(guò)程中，自焙焦化處理成焦化團(tuán)塊；再配入硅石、氣煤焦及蘭碳。焦化稀土團(tuán)塊中稀土金屬與硅石中硅總量之比為1∶0.50～1.0；用焦碳作還原劑；工藝用碳量為理論用碳量的0.85～0.96；三者均勻加入礦熱爐中冶煉，供電系統(tǒng)條件為電位梯度0.90～1.20 V/cm間可調(diào)，一次側(cè)電流150～220A，二次側(cè)電壓74～88V；1.5～2h出合金一次，澆鑄、破碎、精整得稀土硅合金。
2.按照權(quán)利要求1所述的用稀土富集物制稀土鈰硅、稀土鑭硅合金的工藝，其特征是稀土富集物加入精煤粉焦化處理，是在礦熱爐內(nèi)利用爐表層300～900℃余熱，利用煤的固有物化特性進(jìn)行自焙焦化，上述的還原劑是氣煤焦及蘭碳，其中氣煤焦占40～60％。
3.一種用稀土富集物制稀土鈰硅合金的工藝，其特征是稀土鈰富集物REO含量43～80％，CeO/REO 36～70％，粒度80～250目；BaO＜10％，CaO＜5％，TiO＜1％，TnO＜0.5％，稀土鈰富集物用量30～100％，余量為稀土精礦。
4.一種用稀土富集物制稀土鑭硅合金的工藝，其特征是稀土鑭富集物REO含量43～80％，LaO/REO 36～70％，粒度80～250目；BaO＜10％，CaO＜5％，TiO＜1％，TnO＜0.5％，稀土鑭富集物用量30～100％，余量為稀土精礦。
5.按照權(quán)利要求1所述的用稀土富集物制稀土鈰硅、稀土鑭硅合金的工藝，其特征是所述的在制備團(tuán)塊時(shí)加的碳質(zhì)粘合劑是酚醛樹(shù)脂或焦油瀝青，加入量是團(tuán)塊總量的5～20％。
6.一種用稀土富集物制備的稀土硅合金，其特征是其百分組成為RE 27～40％，其中Ce/RE48％，La/RE 34％，Si 35～58％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜9％，Ti＜0.50％，F(xiàn)e余量。
7.一種用稀土富集物制備的稀土鈰硅合金，其特征是團(tuán)塊加工時(shí)配入濕法冶金的鈰富集物，REO含量45～75％的鈰富聚物，其中CeO/REO 47～70％，高鈰稀土硅合金的百分組成為RE 27～40％，其中Ce/RE 47～70％，Si 35～58％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜9％，Ti＜0.5％，F(xiàn)e余量。
8.一種用稀土富集物制備的稀土鑭硅合金，其特征是團(tuán)塊加工時(shí)配入濕法冶金的鑭富集物，REO含量45～75％的鑭富聚物，其中LaO/REO 35～60％，高鑭稀土硅合金的百分組成為RE 27～40％，其中La/RE 35～60％，Si 35～58％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜9％，Ti＜0.5％，F(xiàn)e余量。
全文摘要
本發(fā)明屬稀土合金制備,是用稀土富集物制稀土鈰硅、稀土鑭硅合金的工藝及其產(chǎn)品。特征是配碳量是濕法稀土富集物中稀土氧化物全部轉(zhuǎn)化為碳化物所需碳量的2.8～3.5倍,碳質(zhì)粘合劑混勻擠壓成型,在礦熱爐內(nèi)表層及沉料過(guò)程中,自焙焦化處理成焦化團(tuán)塊;再配入硅石、氣煤焦及藍(lán)碳。團(tuán)塊中稀土金屬與硅石中硅總量之比為1∶0.50～1.0;用焦碳作還原劑其量為理論用碳量的0.85～0.96;三者均勻加入礦熱爐中冶煉,電位梯度0.90～1.20V/cm,一次側(cè)電流150～220A,二次側(cè)電壓74～88V。工藝簡(jiǎn)便周期較短;解決了濕法稀土富集物無(wú)法利用的局面;稀土回收率≥95%±,成本下降,產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C22B59/00GK1385547SQ02110308
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者袁洪斌, 王全根, 岳鋒, 李昌兮, 王小林, 袁航 申請(qǐng)人:袁洪斌