CN105779853A - 制备硅铁的方法 - Google Patents

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宋文臣
王静静
李红科
曹志成
薛逊
吴道洪
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Abstract

本发明公开了一种制备硅铁的方法。该方法包括：(1)将镍渣、硅石和碳质还原剂进行混合处理，以便得到混合物料；(2)将所述混合物料进行冶炼处理，以便得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体；以及(3)将所述含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离，以便得到硅铁合金产品。该方法通过充分利用镍渣中的铁氧化物和二氧化硅，使得镍渣可以替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，不仅可以显著降低硅铁生产成本(降低5～15％的硅铁冶炼成本)，而且可以有效实现镍渣的废物利用，避免镍渣污染环境，开辟了镍渣综合利用的新途径，并且与现有的利用镍渣回收铁技术相比，本发明所得硅铁产品附加值更高。

Description

制备硅铁的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种制备硅铁的方法。
背景技术
硅铁主要是由铁和硅组成的铁合金，由于硅和氧很容易结合成二氧化硅，所以硅铁常用于炼钢时的脱氧剂，氧化反应本身又是放热反应，脱氧的同时又能提高钢水温度。同时，硅铁还可以作为合金元素添加剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢及电工硅钢中，同时硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。
硅铁的生产是以天然硅石为原料，利用冶金焦作还原剂并配加一定量的含铁料进行冶炼，采用该工艺生产硅铁时为了保证矿物料的透气性，硅石及焦粒的粒度都比较大，硅石粒度一般60～120mm，焦粒的粒度一般为5～22mm。
镍的冶金方法分为火法和湿法两大类，我国镍的生产主要采用硫化镍矿的火法冶炼，采用的生产工艺有电炉熔炼、闪速炉熔炼和鼓风炉熔炼等3种，其中闪速炉熔炼工艺比较先进。采用闪速炉熔炼法生产1吨镍约排出6～16吨渣，仅金川集团每年就要排放近80万吨镍渣，年利用约10万吨，其余堆积在公司的渣场，累计堆存量已达1000万吨。大量的镍渣如果不进行治理而任意堆放，不仅会占用大量的土地，而且会污染环境，因此需要对镍渣进行综合利用。镍渣的主要成分是铁氧化物和二氧化硅，主要物相是铁橄榄石和辉石相，这些都是生产硅铁的重要原料物质。由此，直接利用镍渣作为原料生产硅铁的技术有待探索。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备硅铁的方法，利用镍渣替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，既降低硅铁生产成本，又避免了镍渣对环境的污染。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备硅铁的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将镍渣、硅石和碳质还原剂进行混合处理，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料进行冶炼处理，以便得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体；以及
(3)将所述含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离，以便得到硅铁合金产品。
由此，根据本发明实施例的制备硅铁的方法通过充分利用镍渣中的铁氧化物和二氧化硅，使得镍渣可以替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，从而可以降低硅铁生产成本，并且可以实现镍渣的废物利用，避免镍渣污染环境。
另外，根据本发明上述实施例的制备硅铁的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述镍渣中全铁的质量分数不小于30％。由此，可以显著提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，所述硅石中二氧化硅的质量分数不小于95％。由此，可以进一步提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，所述碳质还原剂中固定碳含量不低于75％，灰分不高于15％。由此，可以进一步提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，所述碳质还原剂为兰炭或焦炭。由此，可以进一步提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述镍渣、所述硅石和所述碳质还原剂按照质量比为100：(120～140)：(70～100)进行混合。由此，可以进一步提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼处理的温度为1700～2000℃，时间为0.5～2小时。由此，可以进一步提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述冶炼处理是在矿热炉中进行的。由此，可以进一步提高硅铁品位。
在本发明的一些实施例中，所述硅铁合金产品为硅铁铸锭或含硅铁水。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的制备硅铁的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备硅铁的方法。下面参考图1对本发明的实施例的制备硅铁的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将镍渣、硅石和碳质还原剂进行混合处理
根据本发明的实施例，将镍渣、硅石和碳质还原剂进行混合处理，从而可以得到混合物料。发明人发现，镍渣中含有大量的铁氧化物和二氧化硅，以镍渣替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，不仅可以显著降低硅铁生产成本(降低5～15％的硅铁冶炼成本)，而且可以有效实现镍渣的废物利用，避免镍渣污染环境，开辟了镍渣综合利用的新途径，并且与现有的利用镍渣回收铁技术相比，本发明所得硅铁产品附加值更高。
根据本发明的一个实施例，镍渣中全铁的质量分数可以不小于30％。发明人发现，镍渣中的铁主要以铁橄榄石2FeO·SiO2的形式存在，若全铁含量高，可以使得硅铁冶炼原料的杂质少，从而使得所得硅铁具有较高的品位。
根据本发明的再一个实施例，硅石中二氧化硅的质量分数可以不小于95％。由此，硅石的硅含量高，可以使得硅铁冶炼原料的杂质含量少，从而进一步提高所得硅铁的品位。
根据本发明的又一个实施例，碳质还原剂中固定碳含量不低于75％，灰分不高于15％。由此，通过使用固定碳含量较高的碳质还原剂，使得硅铁冶炼原料的杂质含量少，从而进一步提高所得硅铁的品位。
根据本发明的又一个实施例，碳质还原剂可以为兰炭或焦炭。由此，以价格低廉的兰碳或焦炭为原料制备硅铁，可以显著降低生产成本。
根据本发明的又一个实施例，镍渣、硅石和碳质还原剂的混合比例并不受特别的限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍渣、硅石和碳质还原剂可以按质量比100：(120～140)：(70～100)进行混合处理。发明人发现，镍渣、硅石和碳质还原剂按上述比例混合，反应物充分反应生成硅铁，有效避免其中一种反应物过量导致原料浪费，并且有效避免了过量的反应物掺杂进入硅铁中，硅铁的纯度高，品质好。
S200：将混合物料进行冶炼处理
根据本发明的实施例，将上述所得混合物料进行冶炼处理，从而可以得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体。
根据本发明的一个实施例，冶炼处理的温度为可以1700～2000℃，时间可以为0.5～2小时。由此，可以显著提高所得硅铁的品位。
根据本发明的再一个实施例，冶炼处理可以在矿热炉中进行。由此，使得冶炼时间较短，从而可以显著降低能耗，并且通过使用矿热炉对混合物料进行冶炼处理，可以显著提高硅铁氧化物的还原效率，从而进一步提高所得硅铁的品位。
S300：将含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离
根据本发明的实施例，将上述所得含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离处理，从而可以得到硅铁合金产品。由此，利用渣铁分离，可以将硅铁合金产品从混合熔体中分离出来。
根据本发明的一个实施例，硅铁合金产品可以为硅铁铸锭或含硅铁水。由此，可以方便储存或进一步应用。
根据本发明实施例的制备硅铁的方法通过充分利用镍渣中的铁氧化物和二氧化硅，使得镍渣可以替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，不仅可以显著降低硅铁生产成本(降低5～15％的硅铁冶炼成本)，而且可以有效实现镍渣的废物利用，避免镍渣污染环境，开辟了镍渣综合利用的新途径，并且与现有的利用镍渣回收铁技术相比，本发明所得硅铁产品附加值更高。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
将冶炼原料镍渣(含铁40wt％，二氧化硅35wt％)、硅石(二氧化硅97wt％)、兰炭(固定碳86wt％，灰分8wt％)按重量配比为镍渣：硅石：兰炭＝100:130:85进行配料混料，混合料加入矿热炉进行冶炼，冶炼温度1800℃，冶炼时间1h，得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体，渣铁分离后，得到含硅铁水产品，其中，含硅铁水产品中Si75.2wt％，Al0.99wt％，Ca0.83wt％，Mn0.27wt％，P0.035wt％，S0.019wt％，C0.09wt％，符合硅铁牌号FeSi75Al1.0-A的标准。
实施例2
将冶炼原料镍渣(含铁40wt％，二氧化硅35wt％)、硅石(二氧化硅97wt％)、焦炭(固定碳85wt％，灰分10wt％)按重量配比为镍渣：硅石：兰炭＝100:135:90进行配料混料，混合料加入矿热炉进行冶炼，冶炼温度1850℃，冶炼时间为1h，得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体，渣铁分离后，得到含硅铁水，进一步铸锭得到硅铁铸锭产品，该硅铁铸锭产品中Si74.8wt％，Al1.27wt％，Ca0.76wt％，Mn0.25wt％，P0.034wt％，S0.017wt％，C0.17wt％，符合硅铁牌号FeSi75Al1.0-B的标准。
实施例3
将冶炼原料镍渣(含铁40wt％，二氧化硅35wt％)、硅石(二氧化硅97wt％)、兰炭(固定碳76wt％，灰分14wt％)按重量配比为镍渣：硅石：兰炭＝100:140:95进行配料混料，混合料加入矿热炉进行冶炼，冶炼温度1900℃，得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体，渣铁分离后，得到含硅铁水，进一步铸锭得到硅铁铸锭产品，该硅铁铸锭产品中Si73.7wt％，Al1.79wt％，Ca1.16wt％，Mn0.45wt％，P0.037wt％，S0.017wt％，C0.19wt％，符合硅铁牌号FeSi75Al2.0-C的标准。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种制备硅铁的方法，其特征在于，包括：
(1)将镍渣、硅石和碳质还原剂进行混合处理，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料进行冶炼处理，以便得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体；以及
(3)将所述含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离，以便得到硅铁合金产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍渣中全铁的质量分数不小于30％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硅石中二氧化硅的质量分数不小于95％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述碳质还原剂中固定碳含量不低于75％，灰分不高于15％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述碳质还原剂为兰炭或焦炭。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述镍渣、所述硅石和所述碳质还原剂按照质量比为100：(120～140)：(70～100)进行混合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述冶炼处理的温度为1700～2000℃，时间为0.5～2小时。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述冶炼处理是在矿热炉中进行的。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述硅铁合金产品为硅铁铸锭或含硅铁水。
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