稀土硅鐵合金是我國(guó)傳統(tǒng)的稀土應(yīng)用主產(chǎn)品之一，主要用于球墨鑄鐵和鋼鐵冶煉，年均稀土消耗量為4800t～5200t（以氧化物計(jì)算），占國(guó)內(nèi)稀土應(yīng)用量的1/3以上。“八五”期間我國(guó)稀土硅鐵合金產(chǎn)量年平均1.2萬(wàn)t左右，其中出口0.43萬(wàn)t～0.5萬(wàn)t，對(duì)我國(guó)稀土應(yīng)用舉足輕重。就年均生產(chǎn)能力而言，我國(guó)已超過(guò)10萬(wàn)t，但實(shí)際生產(chǎn)能力超過(guò)3000t的廠(chǎng)家不多。比較有規(guī)模的包鋼稀土一廠(chǎng)、四川雙流稀土合金冶煉廠(chǎng)、山東凱威稀土責(zé)任有限公司等，其生產(chǎn)方法基本代表了國(guó)內(nèi)幾種不同類(lèi)型的生產(chǎn)工藝。

根據(jù)冶金行業(yè)規(guī)劃，稀土處理鑄鐵件和稀土處理鋼都有較大幅度增長(zhǎng)，年消耗稀土約在6500t左右。但由于主要進(jìn)口國(guó)日本、韓國(guó)球化劑趨于采用低稀土，再加上我國(guó)已形成的每年10萬(wàn)t以上的生產(chǎn)能力，致使我國(guó)從事稀土硅鐵合金的廠(chǎng)家競(jìng)爭(zhēng)激烈化。因此，從原料選用、工藝改善、提高稀土回收率等方面增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，顯得十分重要。

1攀西精礦與冶煉工藝選用

眾所周知，精料的選擇是改善金屬冶煉過(guò)程中各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要手段。我國(guó)首創(chuàng)的硅熱法生產(chǎn)稀土硅鐵合金，工藝的形成和發(fā)展已有30余年。其間重大工藝改進(jìn)均與稀土原料的變化密切相關(guān)。在幾種稀土礦中，以攀西地區(qū)冕寧礦有害雜質(zhì)元素最低。而80年代以來(lái)國(guó)際上對(duì)合金中雜質(zhì)含量要求愈來(lái)愈高。

由南京市冶金研究所首創(chuàng)采用包頭30％REO精礦直接冶煉稀土硅鐵合金新工藝（1997年年初包鋼稀土一廠(chǎng)亦采用該工藝），大大簡(jiǎn)化了硅鐵還原稀土富渣和硅鐵還原稀土精礦脫鐵脫磷渣工藝，大大改善了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。80年代后期南京南方稀土研究所首先利用攀西冕寧、三岔河、牦牛坪礦區(qū)為中心的稀土礦，進(jìn)一步改善直接冶煉新工藝，立足攀西礦易采選、品位高、成本低等特點(diǎn)，采用40％REO精礦直接冶煉稀土硅鐵合金，使各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)又大大提高一步，增強(qiáng)了產(chǎn)品出口能力，并將此工藝在國(guó)內(nèi)普及，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分明顯。

隨著國(guó)外冶金技術(shù)的提高，國(guó)際市場(chǎng)要求我國(guó)出口稀土硅鐵合金中鈦（Ti）含量低于0.3％以下，有的甚至要求低于0.15％，對(duì)P、Mn、Ca等雜質(zhì)元素含量亦提出相應(yīng)嚴(yán)格要求。同時(shí)對(duì)以稀土硅鐵合金為原料的延伸產(chǎn)品——稀土硅鎂合金中微量元素含量亦有嚴(yán)格控制，如：Ti≤0.2％，Al≤0.5％，Mn≤0.5％。為了開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，與國(guó)際通標(biāo)接軌，出口產(chǎn)品原料的選擇也十分重要，攀西稀土礦物相組成和其化學(xué)成分是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)稀土硅鐵合金最理想的原料。

2工藝概述

2.1一段還原

選用HX—0.5T標(biāo)準(zhǔn)煉鋼電弧爐。變壓器公稱(chēng)容量650kW。全碳質(zhì)爐襯，爐膛直徑1050mm，合金主原料為攀西稀土精礦、75#硅鐵與石灰，采用直接入爐一次冶煉工藝。操作中應(yīng)注意，攀西精礦粒度為60目～120目，含水量為8％左右，布料時(shí)宜置于爐膛中下部，避免蹋料噴濺而影響操作環(huán)境和稀土收得率，冶煉中應(yīng)嚴(yán)格控制爐內(nèi)氣氛，掌握堿度、溫度與強(qiáng)化還原程度三者關(guān)系，以確保各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，冶煉中應(yīng)嚴(yán)格操作規(guī)程，掌握出料溫度與澆注合金錠的合理方法等，完成一段還原。

2.2留渣二段還原

采用電硅熱法生產(chǎn)稀土硅鐵合金，即使在還原狀態(tài)良好的情況下，也有20％～30％的REO殘留在爐渣中成為廢棄物。采用40％REO的攀西精礦生產(chǎn)稀土硅鐵合金，爐渣中REO仍高達(dá)5％～7％。尤其在生產(chǎn)高品位合金時(shí)（REO＞30％以上）爐渣中REO的殘留量更大。

為充分利用資源，進(jìn)一步降低成本，可采用留渣二段還原工藝，將高品位合金生產(chǎn)中熱渣留在爐內(nèi)，重新調(diào)整堿度，再次進(jìn)行還原。其優(yōu)點(diǎn)，一是可生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的RE13％～17％低品位多元復(fù)合合金；二是二段還原實(shí)現(xiàn)后，稀土總收得率可大于90％；三是爐渣中REO可降至1％～1.5％，低于國(guó)家允許的廢渣排放標(biāo)準(zhǔn)（放射性比活度7×104Bq/kg），廢渣可綜合利用于水泥或玻璃澄清、復(fù)合微肥等方面。該工藝由南京南方稀土研究所研制并在四川雙流稀土合金冶煉廠(chǎng)加以應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

3問(wèn)題討論

3.1Ti含量的控制

國(guó)外市場(chǎng)對(duì)合金中Ti含量要求甚嚴(yán)。攀西稀土原礦中Ti含量較低，用于冶煉出口合金，Ti含量超標(biāo)的可能性甚微。生產(chǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，在還原條件基本不變的情況下，精礦、石灰中的TiO2與稀土氧化物的還原處于同步甚至優(yōu)先狀態(tài)，隨著還原反應(yīng)的充分進(jìn)行，合金中的Ti呈緩慢下降趨勢(shì)。在合金冶煉中選用低Ti稀土精礦和提高稀土收得率的辦法對(duì)降低合金的Ti含量具有一定作用，但難以達(dá)到理想效果。當(dāng)使用冕寧礦生產(chǎn)高品位稀土硅鐵合金時(shí)，最佳還原條件下Ti＜0.3％幾乎不可能。為此，我們又對(duì)如下幾種主要原料做了系統(tǒng)研究。

石灰：石灰是改善稀土還原條件的重要原料。CaO含量高低直接影響稀土收得率，而其含微量元素狀況也直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。石灰生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的石灰，除CaO差距甚大外，TiO2含量亦有差別，高的達(dá)0.2％以上。因此，選用石灰時(shí)除了保證堿度，還應(yīng)考慮其TiO2的含量。

還原劑：75#Si-Fe作為還原劑應(yīng)用于冶煉稀土硅鐵合金。一般來(lái)講，1t稀土合金耗用硅鐵在0.7t～0.8t，硅鐵中含硅量（特別是活性硅）的高低，直接影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。硅鐵中微量元素的選擇控制對(duì)高品位低雜質(zhì)合金質(zhì)量至關(guān)重要。國(guó)標(biāo)對(duì)硅鐵產(chǎn)品Ti含量沒(méi)有要求，國(guó)際通標(biāo)中僅要求Ti含量≤0.3％。因此，在生產(chǎn)高品位低Ti出口合金時(shí)，即使采用攀西稀土精礦也應(yīng)采取相應(yīng)工藝手段（如硅鐵爐外精煉等）選擇低雜質(zhì)、低Ti硅鐵作為還原劑。經(jīng)工藝處理后，可將硅鐵中Ti含量降至0.08％以下。在采用攀西稀土精礦，選擇適合的石灰處理后的硅鐵作還原劑，嚴(yán)格工藝操作情況下生產(chǎn)的高品位低Ti稀土硅鐵合金，其Ti含量可穩(wěn)定地降至0.15％以下，滿(mǎn)足國(guó)際市場(chǎng)需要。

3.2合金粉化的控制

合金中磷含量的控制是防止稀土硅鐵合金粉化的關(guān)鍵因素。攀西稀土中含磷低，采用高堿度、高稀土收得率工藝操作方法，把合金中磷含量控制在0.03％以下是完全可能的。經(jīng)測(cè)試，在最佳狀態(tài)時(shí)合金中磷含量可降至0.008％以下。

硅熱法以電弧爐生產(chǎn)稀土硅鐵合金，在確保低磷情況下，硅含量對(duì)合金粉化也甚為重要，一般硅含量在38％～40％為宜。但采用碳熱法，則可以較大幅度放寬合金中硅含量，當(dāng)硅含量＞50％時(shí)也不粉化。

此外，生產(chǎn)實(shí)踐和操作經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，合金的冷卻速度及鑄錠的厚度對(duì)合金粉化亦有一定影響，也應(yīng)引起注意。

3.3稀土包芯線(xiàn)的應(yīng)用

近年來(lái)，由于電力礦粉等原料價(jià)格上升，稀土硅鐵合金生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，使鋼用稀土轉(zhuǎn)為使用混合稀土，金屬量加大，國(guó)內(nèi)鋼用稀土硅鐵合金量在縮減。若采用攀西稀土生產(chǎn)RE60％左右、Fe＜3％、硅30％～36％的稀土中間合金，制成包芯線(xiàn)用于鋼處理，比混合稀土金屬價(jià)格低廉，有廣闊前景。在部分變質(zhì)合金、不銹鋼中采用此規(guī)格稀土硅鐵合金替代混合稀土金屬，可降低成本，已有不少單位應(yīng)用。

3.4延伸產(chǎn)品

采用攀西礦生產(chǎn)的稀土硅鐵合金為原料，生產(chǎn)稀土鎂多元復(fù)合合金時(shí)，使用中頻感應(yīng)電爐，中溫冶煉、低溫出爐工藝，嚴(yán)格控制鎂的燒損，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，偏析小，合金中MgO含量可在0.6％以下，合金中主要元素Mg、RE、Ca等含量波動(dòng)范圍可控制在±＜0.3％，微量元素Ti＜0.15％，Al＜0.5％，P≤0.03％，S＜0.01％，達(dá)到國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，出口前景看好。

3.5低放射性有利環(huán)保

攀西稀土精礦釷含量較低，若采用選擇性還原先進(jìn)工藝，合金中的放射性比活度可降至3.7×104Bq/kg，為國(guó)家環(huán)保局允許豁免值的50％，十分有利于向歐洲市場(chǎng)開(kāi)拓。

4結(jié)論

（1）采用攀西稀土精礦用硅熱法在電弧爐中直接冶煉稀土硅鐵合金，比采用國(guó)內(nèi)其它稀土資源易獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。

（2）若采用二段還原工藝，可大幅度提高稀土收得率，降低成本，降低產(chǎn)品污染，綜合利用爐渣，增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大出口途徑。

（3）稀土硅鐵合金中雜質(zhì)元素含量控制與稀土礦源、還原劑等因素關(guān)系甚大，應(yīng)注意從工藝角度和原料選擇方面加以控制，注意精耕細(xì)作。

（4）采用攀西稀土礦生產(chǎn)稀土硅鐵合金對(duì)延伸產(chǎn)品和開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域有一定優(yōu)勢(shì)，應(yīng)因勢(shì)利導(dǎo)并作進(jìn)一步探索。