CN105886765A - 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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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/06—Alloys

Abstract

本发明公开了制备硅铁的方法。该方法包括：将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，以便得到混合物料；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；以及将所述含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离处理，以便得到硅铁合金产品。该方法利用铜渣主要成分为铁氧化物和二氧化硅的特点，利用铜渣替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，降低硅铁生产成本，有效地实现了铜渣的废物利用，避免铜渣污染环境。

Description

制备硅铁的方法
技术领域
本发明涉及制备硅铁的方法。
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作脱氧剂，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，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在矿热电炉中冶炼，采用该工艺生产硅铁时为了保证矿热炉料面的透气性，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，二氧化硅在铁存在的条件下被碳还原的反应开始理论还原温度为1623℃，实际硅铁冶炼温度均在1700℃以上。
铜渣是炼铜过程中产生的渣，冶炼1吨精铜的同时产生2.2吨铜渣。我国炼铜炉渣产量大，年产150万吨左右，铜渣大量堆积会带来严重的水体污染和土壤污染，加强综合利用非常重要。铜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以及少量磁铁矿。目前对铜渣的利用研究主要集中在提取铜渣中的有价金属铜、钴、锌、铁，采用的方法有选矿法、火法冶炼、湿法冶炼等技术手段。由此，直接利用铜渣作为原料生产硅铁的方法有待进一步探索。
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，利用铜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，又避免了铜渣对环境的污染。
根据本发明的一个方面，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：将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，以便得到混合物料；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；以及将所述含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离处理，以便得到硅铁合金产品。
根据本发明实施例的制备硅铁的方法，利用铜渣主要成分为铁氧化物和二氧化硅的特点，利用铜渣替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，降低硅铁生产成本，有效地实现了铜渣的废物利用，避免铜渣污染环境。
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：
根据本发明的实施例，所述铜渣的全铁的质量分数不小于30％。
根据本发明的实施例，所述硅石的二氧化硅的质量分数不小于95％。
根据本发明的实施例，所述中低阶煤的固定碳含量不低于75％，灰分不高于15％。
根据本发明的实施例，所述中低阶煤为兰炭或焦炭。
根据本发明的实施例，所述铜渣、所述硅石和所述中低阶煤按质量比100：(120～140)：(70～100)进行所述混合处理。
根据本发明的实施例，所述冶炼处理的温度为1700～2000℃，时间为0.5～2小时。
根据本发明的实施例，所述冶炼处理是利用矿热炉进行的。
根据本发明的实施例，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。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备硅铁的方法。参考图1，根据本发明的实施例，对制备硅铁的方法进行解释说明，该方法包括：
S100混合处理
根据本发明的实施例，将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，得到混合物料。发明人利用铜渣主要成分为铁氧化物和二氧化硅的特点，以铜渣替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，降低硅铁生产成本，有效地实现了铜渣的废物利用，避免铜渣污染环境。
根据本发明的实施例，铜渣的全铁的质量分数不小于30％。由于铜渣中的铁主要以铁橄榄石2FeO·SiO2的形式存在，全铁含量高，硅的含量也高，当铜渣的全铁的质量分数不小于30％时，硅铁冶炼原料的杂质少，硅铁的纯度高。根据本发明的实施例，硅石的二氧化硅的质量分数不小于95％。由此，硅石的硅含量高，杂质少，硅铁的纯度高。
根据本发明的实施例，中低阶煤的固定碳含量不低于75％，灰分不高于15％。由此，中低阶煤的固定碳含量高，杂质含量少，硅铁的纯度高。
根据本发明的实施例，中低阶煤为兰炭或焦炭。由此，以价格低廉的兰碳或焦炭为原料制备硅铁，生产成本低。
根据本发明的实施例，进行混合处理的铜渣、硅石和中低阶煤质量比不受特别的限制，只要能冶炼制备硅铁即可。根据本发明的优选实施例，铜渣、硅石和中低阶煤按质量比100：(120～140)：(70～100)进行混合处理。铜渣、硅石和中低阶煤按上述比例混合，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，并且有效降低了过量的反应物掺杂进入硅铁中，硅铁的纯度高，品质好。
S200冶炼处理
根据本发明的实施例，将混合物料进行冶炼处理，得到含硅铁水和硅铁渣的混合熔体。由此，以铜渣、硅石和中低阶煤为原料，通过冶炼处理制备硅铁。
根据本发明的实施例，冶炼处理的温度为1700～2000℃，时间为0.5～2小时。由此，冶炼处理的温度低，时间短，能耗少。
根据本发明的实施例，冶炼处理是利用矿热炉进行的。由此，冶炼处理的时间短，能耗少。
S300渣铁分离处理
根据本发明的实施例，将含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离处理，得到硅铁合金产品。由此，利用渣铁分离，将硅铁合金产品从混合熔体中分离出来。
根据本发明的实施例，所述硅铁合金产品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，利用铜渣主要成分为铁氧化物和二氧化硅的特点，利用铜渣替代钢屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，降低硅铁生产成本，有效地实现了铜渣的废物利用，避免铜渣污染环境。
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
将冶炼原料铜渣(含铁40％，二氧化硅35％)、硅石(二氧化硅97％)、兰炭(固定碳86％，灰分8％)按重量配比铜渣：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1.5h，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，该含硅铁水产品的成份为：Si 75.2％，Al 0.99％，Ca 0.83％，Mn0.27％，P 0.035％，S 0.019％，C 0.09％，符合硅铁牌号FeSi75Al1.0-A的标准。
实施例2
将冶炼原料铜渣(含铁40％，二氧化硅35％)、硅石(二氧化硅97％)、焦炭(固定碳85％，灰分10％)按重量配比铜渣：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1.0h，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，该硅铁铸锭产品的成份为：Si74.8％，Al 1.27％，Ca 0.76％，Mn 0.25％，P 0.034％，S 0.017％，C 0.17％，符合硅铁牌号FeSi75Al1.0-B的标准。
实施例3
将冶炼原料铜渣(含铁40％，二氧化硅35％)、硅石(二氧化硅97％)、兰炭(固定碳76％，灰分14％)按重量配比铜渣：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℃，冶炼时间0.5h，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，该硅铁铸锭产品的成份为：Si73.7％，Al 1.79％，Ca 1.16％，Mn 0.45％，P 0.037％，S 0.017％，C 0.19％，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：
将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，以便得到混合物料；
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
将所述含硅铁水和硅铁渣的混合熔体进行渣铁分离处理，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，所述铜渣的全铁的质量分数不小于30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅石的二氧化硅的质量分数不小于95％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中低阶煤的固定碳含量不低于75％，灰分不高于15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中低阶煤为兰炭或焦炭。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜渣、所述硅石和所述中低阶煤按质量比100：(120～140)：(70～100)进行所述混合处理。
7.根据权利要求1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所述的方法，其特征在于，所述冶炼处理是利用矿热炉进行的。
9.根据权利要求1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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