CN104263932A

CN104263932A - 一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法

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Publication number: CN104263932A
Application number: CN201410548031.0A
Authority: CN
Inventors: 吕学伟; 魏瑞瑞; 陈龙; 扈玫珑; 白晨光; 邱贵宝; 徐健; 张生富
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明提供了一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其利用选铜尾渣的成分特点，配入硅石和焦炭，通过混合造球和冶炼生产硅铁合金，有效回收了选铜尾渣中的铁元素和硅元素资源，一方面解决了选铜尾渣废弃堆放污染环境的问题，另一方面也避免了采用价格高昂的钢屑、氧化铁料等铁制品，并减少了硅石的用量，达到了降低硅铁合金生产成本的目的；同时，本发明生产硅铁合金的方法，可以根据所需生产的硅铁合金中硅含量的不同，调整选铜尾渣的用量以及配入硅石和焦炭的重量比例，来生产不同规格的硅铁合金产品，应用范围广泛，为硅铁合金生产提供了一种新工艺，解决了现有技术的硅铁生产生产成本较高、制约硅铁生产发展的问题。

Description

一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法。

背景技术

硅铁合金作为合金剂用于炼钢中，硅和氧的化学亲和力很大，所以硅铁常用于炼钢工业中的脱氧剂，同时由于SiO₂生成时释放出大量的热能，在脱氧的同时，可提高钢液温度，降底炼钢的能源消耗；此外，在钢中添加一定数量的硅能显著提高钢的强度和弹性，因而在冶炼结构钢、工具钢、弹簧钢等钢种时必须添加一定数量的硅铁作为合金剂使用；在铸铁中加入一定量的硅能阻止铁中的碳化物形成，促进石墨析出和球化。因而在铸铁生产中，硅铁是一种重要的孕育剂和球化剂，并且高硅硅铁或硅质合金还在铁合金工业中用作生产低碳铁合金的还原剂。

在现有的硅铁生产工艺中，通常采用硅石、钢屑或氧化铁料及焦炭作为原料冶炼硅铁，其中，钢屑或氧化铁料作为生产硅铁合金的铁的供体，硅石则作为生产硅铁合金的硅的供体，将上述原料在在矿热炉内高温条件下冶炼，用焦炭中的碳夺取SiO₂中的氧，用碳还原二氧化硅的基本反应可以写成：

SiO₂+2C=SiO+2CO↑；

同时，铁也有促进二氧化硅还原的作用，在有铁存在的条件下，上式还原出来的硅与铁发生下式反应：

Fe+Si=FeSi；

由此便得到硅铁合金。

以生产75硅铁（硅含量为72~80%的硅铁合金）为例，在现有的硅铁生产工艺中，采用硅石、钢屑和焦炭生产一吨75硅铁所需的原料约为：硅石1780~1850kg、钢屑220~230kg、焦炭890~930kg；采用硅石、氧化铁料和焦炭生产一吨75硅铁所需的原料约为：硅石1780~1850kg、氧化铁料260~280kg、焦炭1070~1100kg。然而，随着钢屑、氧化铁料等铁制品成本不断上升，硅铁合金的生产成本在不断增加，为硅铁生产企业带来了不小的经济压力，制约了硅铁生产的发展。如何解决铁供体原料成本高的问题，寻求一种更低成本生产硅铁合金的新工艺，成为了硅铁生产企业研究的新课题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，为硅铁合金生产提供一种新工艺并降低生产成本，以解决现有技术的硅铁生产生产成本较高、制约硅铁生产发展的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，采用选铜尾渣作为生产硅铁合金的铁的供体以及部分硅的供体，并根据选铜尾渣的硅含量以及所需生产的硅铁合金中硅的含量，确定配入硅石和焦炭的重量比例，通过混合造球和冶炼，得到硅铁合金；具体包括如下步骤：

A）将选铜尾渣、硅石和焦炭粉碎处理为粉末，要求粉末中粒度在-200目的颗粒占原料重量的85%以上；

B）将前一步骤所得的选铜尾渣粉末、硅石粉末和焦炭粉末按照所确定的重量比例组成混合料，加入造球机中，再按所述混合料总重量的5%~8%加水混合造球，制成直径为30~40mm的混合料球；

C）将所得的混合料球放入烘箱中在110℃下干燥1小时，然后将干燥后的混合料球放入中频感应炉或矿热炉于1600~1800℃熔炼30~40分钟，除去熔炼后的固体残渣，即得到硅铁合金。

上述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法中，作为优选方案，所述选铜尾渣的硅含量大于12%，铁含量大于25%。

上述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法中，作为优选方案，所述焦炭的固定炭含量大于82%。

上述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法中，作为优选方案，所述加入的硅石中SiO₂含量大于97%。

上述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法中，作为一种可实施方案，选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：0.12~0.26：0.39~0.45，所得到的硅铁合金为45硅铁。

上述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法中，作为一种可实施方案，选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：0.98~1.44：0.79~1.01，所得到的硅铁合金为65硅铁。

上述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法中，作为一种可实施方案，选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：1.52~2.51：1.05~1.52，所得到的硅铁合金为75硅铁。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，利用选铜尾渣的成分特点，配入硅石和焦炭，通过混合造球和冶炼生产硅铁合金，有效回收了选铜尾渣中的铁元素和硅元素资源，一方面解决了选铜尾渣废弃堆放污染环境的问题，另一方面也避免了采用价格高昂的钢屑、氧化铁料等铁制品，并减少了硅石的用量，达到了降低硅铁合金生产成本的目的。

2、本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，可以根据所需生产的硅铁合金中硅含量的不同，调整选铜尾渣的用量以及配入硅石和焦炭的重量比例，来生产不同规格的硅铁合金产品，应用范围广泛。

3、本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法为硅铁合金生产提供了一种新工艺，解决了现有技术的硅铁生产生产成本较高、制约硅铁生产发展的问题。

附图说明

图1为本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法的流程图。

图2为本发明实施例中所选用的选铜尾渣实物图。

图3为本发明实施例中所选用的选铜尾渣的XRD图谱。

具体实施方式

针对于现有工艺中采用钢屑、氧化铁料等铁制品生产硅铁合金成本较高的问题，本发明提供了一种生产硅铁合金的新工艺，即一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法。该方法采用选铜尾渣代替传统的钢屑、氧化铁料等作为生产硅铁合金的铁的供体以及部分硅的供体，并根据选铜尾渣的硅含量以及所需生产的硅铁合金中硅的含量，确定配入硅石和焦炭的重量比例，通过混合造球和冶炼，得到硅铁合金。

其中，生产硅铁合金的基本原理如下：

①在较低温度下二氧化硅与碳作用：

SiO₂+3C=SiC+2CO↑，ΔG ^θ=67035-43.89T，T_开=1523K。

②在较高温度下，二氧化硅被碳还原成一氧化硅：

SiO₂+C=SiO+CO↑，ΔG ^θ=159600-77.94T，T_开=2048K；

而碳化硅在高温下因二氧化硅和一氧化硅的存在而被破坏：

2SiC+SiO₂=3Si+2CO↑，ΔG ^θ=97380-47.64T，T_开=2043K；

SiC+SiO=2Si+CO↑，ΔG ^θ=49150-24.59T，T_开=1999K；

因此，碳还原二氧化硅总反应为：

SiO₂+2C=Si+2CO↑，ΔG ^θ=167400-86.40T，T_开=1938K；

有铁存在时，还原出来的铁与硅反应：

Fe+Si=FeSi；ΔG ^θ=-28500-0.64T；

碳化硅被铁破坏：

Fe+SiC=FeSi+C；ΔG ^θ=9900-9.14T，T_开=1083K。

其中，ΔG ^θ表示吉布斯自由能；T表示反应温度；T_开表示开始反应温度。

通过上述硅铁合金生产反应原理可见，最高开始反应温度在1873~2073K之间，因此，应选择1873~2073K作为冶炼硅铁合金的最佳温度，即1600~1800℃。

本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法流程如图1所示，具体包括如下步骤：

在本发明生产硅铁合金的方法中，采用了选铜尾渣代替传统的钢屑、氧化铁料等作为生产硅铁合金的铁的供体以及部分硅的供体。选铜尾渣是铜冶炼生产选铜之后排放的冶炼弃渣，是一种工业固体废弃物。随着铜冶炼生产的发展，选铜尾渣废弃物逐年增加，往往都在铜冶炼企业周边渣场露天堆存，除了极少量供水泥厂作添加剂或建筑砌块之外，其余绝大部分选铜尾渣没有得到很好的利用，对企业周边生态环境、人居环境造成了的严重环保问题。目前对选铜尾渣的综合利用实际上己成为世界性的难题。实际上，选铜尾渣中含有大量铁质元素和二氧化硅，另外含有少量钙、铜、铝、镁、锌等金属元素。因此选铜尾渣的废弃是巨大的矿物资源浪费，同时选铜尾渣的价格也非常便宜。本发明正是利用选铜尾渣的成分特点，采用焦炭作为还原剂，加入硅石冶炼生产硅铁合金，来回收选铜尾渣中的铁元素和硅元素；由于完全采用选铜尾渣中的铁元素作为生产硅铁合金的铁的供体，并利用了选铜尾渣中的硅元素作为了生产硅铁合金的部分硅供体，因此一方面解决了选铜尾渣废弃堆放污染环境的问题，另一方面也避免了采用价格高昂的钢屑、氧化铁料等铁制品，并减少了硅石的用量，达到了降低硅铁合金生产成本的目的。

本发明生产硅铁合金的方法中，如果要得到具有较好质量、能够达到国家标准的硅铁合金产品，各原料中有效成分的比例最好能够达到一定的要求。其中，选铜尾渣的硅含量最好能够大于12%，铁含量最好能够大于25%。焦炭的固定炭含量最好能够大于82%。加入的硅石中SiO₂含量最好能够大于97%。采用这样的原料，既有助于减少渣料，也有利于降低生产能耗。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

以下实施例中采用的选铜尾渣、焦炭和硅石的主要成分构成分别如表1、表2及表3所示。选铜尾渣中，SiO₂含量为34.92%，即硅含量为16.30%；Fe₂O₃含量为44.99%，即含铁量为31.49%。焦炭中固定炭含量为83.46%。硅石中的SiO₂含量为97.55%。此处所述含量均为重量百分比（wt%）。其中，选铜尾渣的实物图如图2所示，选铜尾渣的XRD图谱（X射线衍射图谱）如图3所示，其中θ是指布拉格衍射角。

表1 选铜尾渣成分（wt%）

名称	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TFe	Cr₂O₃	CuO	MgO	ZnO	其他
											选铜尾渣	6.00	34.92	3.86	44.99	31.49	0.09	0.58	1.44	3.03	5.09

表2 焦炭化学成分（wt%）

名称	固定碳	水分	灰分	挥发份
					焦炭	83.46	1.57	12.63	2.34

表3 硅石化学成分（wt%）

名称	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃
					硅石	1.12	97.55	1.41	0.56

实施例1：

采用本发明方法，用上述选铜尾渣，加入焦炭进行冶炼，生产硅铁合金。其中所用原料的重量配比为：选铜尾渣77.59%、焦炭22.41%；将原料粉碎处理后，混合加入造球机中，并加入混合料总重量的5%的水，制成直径为30mm的混合料球，混合料球经干燥处理后在感应炉中于1600~1800℃熔炼30分钟，得到了含硅量21.23%、含铁量72.61%的硅铁合金。

实施例2：

采用本发明方法，用上述选铜尾渣，加入硅石和焦炭进行冶炼，生产硅铁合金。其中所用原料的重量配比为：选铜尾渣61.35%、硅石12.27%、焦炭26.38%（选铜尾渣：硅石：焦炭的重量比例为1：0.2：0.43）；将原料粉碎处理后，混合加入造球机中，并加入混合料总重量的6%的水，制成直径为35mm的混合料球，混合料球经干燥处理后在感应炉中于1600~1800℃熔炼30分钟，得到45硅铁。

实施例3：

采用本发明方法，用上述选铜尾渣，加入硅石和焦炭进行冶炼，生产硅铁合金。其中所用原料的重量配比为：选铜尾渣30.77%、硅石40%、焦炭29.23%（选铜尾渣：硅石：焦炭的质量比为1：1.3：0.95）；将原料粉碎处理后，混合加入造球机中，并加入混合料总重量的7%的水，制成直径为35mm的混合料球，混合料球经干燥处理后在感应炉中于1600~1800℃熔炼35分钟，得到了65硅铁。

实施例4：

采用本发明方法，用上述选铜尾渣，加入硅石和焦炭进行冶炼，生产硅铁合金。其中所用原料的重量配比为：选铜尾渣21.83%、硅石48.03%、焦炭30.13%（选铜尾渣：硅石：焦炭的质量比为1：2.2：1.38）；将原料粉碎处理后，混合加入造球机中，并加入混合料总重量的8%的水，制成直径为40mm的混合料球，混合料球经干燥处理后在感应炉中于1600~1800℃熔炼40分钟，得到了75硅铁。

通过上述四个实施例可以看到，采用本发明生产硅铁合金的方法，在所选用的原料确定的情况下（选铜尾渣、硅石、焦炭的成分构成确定），根据所需生产的硅铁合金中硅含量的不同，可以确定选铜尾渣的用量以及配入硅石和焦炭的重量比例，来生产不同规格的硅铁合金产品，例如45硅铁（硅含量为40~47%的硅铁合金）、65硅铁（硅含量为65~72%的硅铁合金）、75硅铁（硅含量为72~80%的硅铁合金）等。并且，通过对本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法进行一系列的生产实验验证得知，在采用不同成分构成的选铜尾渣、硅石、焦炭作为原料生产45硅铁、65硅铁、75硅铁时，所需原料配比情况如下：

选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为1：0.12~0.26：0.39~0.45，可生产得到45硅铁；

选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：0.98~1.44：0.79~1.01，可生产得到65硅铁；

选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：1.52~2.51：1.05~1.52，可生产得到75硅铁。

综上所述，本发明采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，利用选铜尾渣的成分特点，配入硅石和焦炭，通过混合造球和冶炼生产硅铁合金，有效回收了选铜尾渣中的铁元素和硅元素资源，一方面解决了选铜尾渣废弃堆放污染环境的问题，另一方面也避免了采用价格高昂的钢屑、氧化铁料等铁制品，并减少了硅石的用量，达到了降低硅铁合金生产成本的目的。同时，本发明生产硅铁合金的方法，可以根据所需生产的硅铁合金中硅含量的不同，调整选铜尾渣的用量以及配入硅石和焦炭的重量比例，来生产不同规格的硅铁合金产品，应用范围广泛，为硅铁合金生产提供了一种新工艺，解决了现有技术的硅铁生产生产成本较高、制约硅铁生产发展的问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，采用选铜尾渣作为生产硅铁合金的铁的供体以及部分硅的供体，并根据选铜尾渣的硅含量以及所需生产的硅铁合金中硅的含量，确定配入硅石和焦炭的重量比例，通过混合造球和冶炼，得到硅铁合金；具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述选铜尾渣的硅含量大于12%，铁含量大于25%。

3.根据权利要求1所述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述焦炭的固定炭含量大于82%。

4.根据权利要求1所述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述加入的硅石中SiO₂含量大于97%。

5.根据权利要求1所述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：0.12~0.26：0.39~0.45，所得到的硅铁合金为45硅铁。

6.根据权利要求1所述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：0.98~1.44：0.79~1.01，所得到的硅铁合金为65硅铁。

7.根据权利要求1所述采用选铜尾渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，选铜尾渣、硅石、焦炭的重量比例为：1：1.52~2.51：1.05~1.52，所得到的硅铁合金为75硅铁。