本發(fā)明涉及一種硅鈣鐵合金的制備方法，尤其涉及鐵渣和電石渣的利用方法，屬于銅渣和電石渣的利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅鈣鐵合金在鋼鐵冶煉和使用中具有重要作用，是一種冶煉優(yōu)質(zhì)鋼較理想的復(fù)合脫氧劑和脫硫劑。另外，硅鈣合金也可以作轉(zhuǎn)爐煉鋼的增溫劑和鋼包精煉的主要噴粉劑，鑄鐵生產(chǎn)中的孕育劑和球墨鑄鐵生產(chǎn)中的添加劑。
現(xiàn)有冶煉工藝中，硅鈣鐵合金的制備方法有一步法和二步法，原料均為硅石、石灰、碳質(zhì)還原劑等。一步法是在同一臺電爐內(nèi)用碳同時(shí)還原硅石和石灰而得到硅鈣合金，分為混合加料法和分層加料法。二步法生產(chǎn)有兩種，一種是先用石灰和焦炭在一臺電爐中生產(chǎn)電石，然后用電石和硅石、焦炭在另一臺電爐中生產(chǎn)出硅鈣合金；另一種是在一臺電爐中生產(chǎn)出高硅硅鐵，然后用高硅硅鐵加石灰在另一臺電爐中生產(chǎn)出硅鈣合金，即硅熱還原法。
公開號為CN104099487A的專利提供了一種硅鈣合金的制備方法，具體為：a、于反應(yīng)爐中加入熔融狀態(tài)的金屬添加劑；b、將爐料加入反應(yīng)爐中，于1400～1550℃下重熔、混合，得到爐料熔融液；所述爐料由石灰、硅鐵和熔劑組成，按重量比，石灰:熔劑＝1:0.2～0.5，所述熔劑為氧化鋁；c、將爐料熔融液進(jìn)行澆鑄，冷卻，即得硅鈣合金。在該發(fā)明中，一方面，采用混合加料法，CaO和SiO2易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，而使硅和鈣的還原變得困難；另一方面，采用常規(guī)原料石灰、硅鐵和大量金屬添加劑作原料，原料成本較高。
銅渣是銅冶煉過程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，中國每年產(chǎn)生約1000萬t銅冶煉渣。銅渣主要成分是氧化亞鐵和二氧化硅，是冶煉硅鐵的原料。目前，世界電石渣開采量約為2000萬t/a，其中粉礦(粒徑小于8mm)約占80％，而且電石渣的粉礦價(jià)格低于塊礦，如將這類資源應(yīng)用于冶煉硅鈣鐵合金，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)固體廢棄物有價(jià)成分的綜合利用，而且可以降低生產(chǎn)成本，變廢為寶，避免了環(huán)境污染。
因此，將銅渣、電石渣礦等資源用于冶煉硅鈣鐵合金具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鐵渣和電石渣的利用方法，該方法不僅充分利用電石渣中的氧化鈣和銅渣中的二氧化硅等有價(jià)組分，實(shí)現(xiàn)了銅渣和電石渣的有效利用，生產(chǎn)出高附加值的鐵合金，降低了生產(chǎn)成本，還能變廢為寶，避免環(huán)境污染。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
本發(fā)明提供了一種銅渣和電石渣的利用方法，包括以下步驟：
(1)將銅渣、硅石、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑混合后成型得到濕球團(tuán)，烘干得到干球團(tuán)；
(2)干球團(tuán)加入到電爐中熔煉，得到熔融態(tài)的高硅硅鐵；
(3)將熔融態(tài)的高硅硅鐵轉(zhuǎn)到另一臺電爐中，再加入電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，靜置除渣，得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明利用銅渣和電石渣為主要原料，配以碳質(zhì)還原劑，通過合理調(diào)整比例來優(yōu)化硅鈣鐵合金的生產(chǎn)，最終確定了將步驟(1)中銅渣、硅石、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑按照100：(80-120)：(100-120)：(3-15)的質(zhì)量比例進(jìn)行混合。
其中，步驟(1)中將銅渣以及碳質(zhì)還原劑進(jìn)行破碎處理，將硅石進(jìn)行磨細(xì)處理；將上述處理后的產(chǎn)物與粘結(jié)劑混合后成型得到濕球團(tuán)；破碎后的銅渣以及碳質(zhì)還原劑的顆粒粒度控制在0.1mm以下；磨細(xì)后的硅石顆粒粒度在0.074mm以下的顆?？刂圃?0％以上。
所述銅渣為銅冶煉的尾渣，優(yōu)選的，銅渣中鐵含量30-40wt％，硅含量30-50wt％；硅石中SiO2含量在95％以上；所述碳質(zhì)還原劑為冶金焦、蘭炭、石油焦、煤或半焦中的任意一種或一種以上按照任意比例組成的混合物；所述粘結(jié)劑為電石渣漿液，優(yōu)選電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為10-30wt％。
為了節(jié)約成本，更合理的利用電石渣中的氧化鈣和銅渣中的二氧化硅等有價(jià)組分，有效的制備硅鈣鐵合金，對以下條件進(jìn)行了合理的優(yōu)化，最終得到：
步驟(1)中所述濕球團(tuán)的料塊粒度為8-24mm；所述干球球水分含量控制在0.5％以下。
步驟(2)中所述的電爐熔煉溫度為1600℃～2000℃；
步驟(3)中電石渣顆粒的加入量為高硅硅鐵質(zhì)量的150％～200％；所述的熔煉溫度為1800℃～2200℃；所述電石渣顆粒是將電石渣煅燒脫水進(jìn)行破碎處理得到電石渣顆粒，其粒度優(yōu)選為15-40mm；更優(yōu)選的，所述電石渣煅燒脫水是在600～800℃煅燒電石渣至水分0.5％以下。
其中，所述的電石渣為電石法制乙炔后剩下的尾渣；優(yōu)選的，電石渣中氫氧化鈣的含量80wt％以上。
本發(fā)明采用銅渣、硅石、電石渣為主要原料，配以碳質(zhì)還原劑冶煉硅鈣鐵合金，通過合理調(diào)整比例和加入順序生產(chǎn)高附加值的硅鈣鐵合金。銅渣是銅冶煉的副產(chǎn)品，主要成分是FeO和SiO2，電石渣主要成分是CaO，正是冶煉硅鈣合金的主要原料。采用二步法生產(chǎn)硅鈣合金，第一步，將銅渣、硅石、還原劑制成的球團(tuán)加入溫度1600℃以上的礦熱爐中還原熔煉成高硅硅鐵；第二步，高硅硅鐵與電石渣顆粒中的CaO在另一個(gè)電爐中反應(yīng)生成硅鈣合金。第一步電爐熔煉有效脫除銅渣中的雜質(zhì)，提高硅鐵純度，減少第二步熔煉的渣量和電耗。本發(fā)明充分利用銅渣中的SiO2以及電石渣中的CaO，不僅實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物有價(jià)成分的綜合回收利用，而且降低了生產(chǎn)成本，變廢為寶，避免了環(huán)境污染。
本發(fā)明還公開了利用上述方法制備得到的硅鈣鐵合金。
本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
1、本發(fā)明充分利用電石渣中的氧化鈣和銅渣中的二氧化硅等有價(jià)組分，不僅實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物有價(jià)成分的綜合利用，而且降低了生產(chǎn)成本，變廢為寶，避免了環(huán)境污染。
2、本發(fā)明采用二步法，第一步電爐熔煉有效脫除銅渣中的雜質(zhì)，提高硅鐵純度，減少第二步熔煉的渣量和電耗。
3、本發(fā)明采用電石渣漿液作粘結(jié)劑，降低了造塊成本。
4、本發(fā)明采用電石渣顆粒和硅鐵熔體熱送，降低了第二步電爐熔煉的電耗。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會隨著描述而更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1
(1)將銅渣、煤破碎至0.1mm以下，硅石磨細(xì)至0.074mm以下的顆粒在80％以上，按照銅渣：硅石：煤：電石渣漿液＝32：32：32：4的質(zhì)量比混合均勻；將混合料制成料塊粒度為10mm的濕球團(tuán)，烘干，干球團(tuán)含水量0.2％；
其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為15wt％；
(2)將電石渣進(jìn)行脫水預(yù)處理，在600℃煅燒至含水量0.2％，破碎成15mm的電石渣顆粒；
(3)將干球團(tuán)放入電爐中熔煉，電爐溫度1700℃，出鐵得到熔融態(tài)的高硅硅鐵；
(4)將熔融態(tài)的高硅硅鐵熱送至另一個(gè)電爐中，加入高硅硅鐵質(zhì)量160％的電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，溫度1900℃，熔煉完成后，靜置除渣得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量24％、硅含量44％、鐵含量30％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例2
(1)將銅渣、半焦破碎至0.1mm以下，硅石磨細(xì)至0.074mm以下的顆粒在80％以上，按照銅渣：硅石：半焦：電石渣漿液＝30：34：33：3的質(zhì)量比混合均勻；將混合料制成濕球團(tuán)，烘干，干球團(tuán)含水量0.3％；
其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為25wt％；
(2)將電石渣進(jìn)行脫水預(yù)處理，在750℃煅燒至含水量0.3％，破碎成20mm的電石渣顆粒；
(3)將干球放入電爐中熔煉，礦熱爐溫度1780℃，出鐵得到熔融態(tài)的高硅硅鐵；
(4)將熔融態(tài)的高硅硅鐵熱送至另一個(gè)電爐中，加入高硅硅鐵質(zhì)量180％的電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，溫度2000℃，熔煉完成后，靜置除渣得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量27％、硅含量48％、鐵含量23％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例3
(1)將銅渣、焦粉破碎至0.1mm以下，硅石磨細(xì)至0.074mm以下的顆粒在80％以上，按照銅渣：硅石：焦粉：電石漿液＝30:36：32：2的質(zhì)量比混合均勻；將混合料制成濕球團(tuán)，烘干，干球團(tuán)含水量0.1％；
其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為5wt％；所述焦粉為冶金焦、蘭炭、石油焦、煤、半焦的混合物；
(2)將電石渣進(jìn)行脫水預(yù)處理，在800℃煅燒至含水量0.1％，破碎成20mm的電石渣顆粒；
(3)將干球放入電爐中熔煉，礦熱爐溫度1830℃，出鐵得到高硅硅鐵；
(4)將高硅硅鐵液熱送至另一個(gè)電爐中，加入高硅硅鐵質(zhì)量180％的電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，溫度2100℃，熔煉完成后，靜置除渣得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量28％、硅含量50％、鐵含量21％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例4
(1)將銅渣、冶金焦破碎至0.1mm以下，硅石磨細(xì)至0.074mm以下的顆粒在80％以上，按照銅渣：硅石：冶金焦：電石渣漿液＝100：80：100：3的質(zhì)量比混合均勻；將混合料制成料塊粒度為8mm的濕球團(tuán)，烘干，干球團(tuán)含水量0.4％；
其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為10wt％；
(2)將電石渣進(jìn)行脫水預(yù)處理，在600℃煅燒至含水量0.4％，破碎成15mm的電石渣顆粒；
(3)將干球放入電爐中熔煉，電爐溫度1600℃，出鐵得到熔融態(tài)的高硅硅鐵；
(4)將熔融態(tài)的高硅硅鐵熱送至另一個(gè)電爐中，加入高硅硅鐵質(zhì)量150％的電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，溫度1800℃，熔煉完成后，靜置除渣得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量23％、硅含量46％、鐵含量27％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例5
(1)將銅渣、蘭炭破碎至0.1mm以下，硅石磨細(xì)至0.074mm以下的顆粒在80％以上，按照銅渣：硅石：蘭炭：電石渣漿液＝20：24：24：3的質(zhì)量比混合均勻；將混合料制成料塊粒度為24mm的濕球團(tuán)，烘干，干球團(tuán)含水量0.1％；
其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為30wt％；
(2)將電石渣進(jìn)行脫水預(yù)處理，在800℃煅燒至含水量0.1％，破碎成40mm的電石渣顆粒；
(3)將干球放入電爐中熔煉，電爐溫度2000℃，出鐵得到熔融態(tài)的高硅硅鐵；
(4)將熔融態(tài)的高硅硅鐵熱送至另一個(gè)電爐中，加入高硅硅鐵質(zhì)量200％的電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，溫度2200℃，熔煉完成后，靜置除渣得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量30％、硅含量49％、鐵含量17％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例6
(1)將銅渣、石油焦破碎至0.1mm以下，硅石磨細(xì)至0.074mm以下的顆粒在80％以上，按照銅渣：硅石：石油焦：電石渣漿液＝10：10：11：1的質(zhì)量比混合均勻；將混合料制成料塊粒度為16mm的濕球團(tuán)，烘干，干球團(tuán)含水量0.3％；
其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為20wt％；
(2)將電石渣進(jìn)行脫水預(yù)處理，在700℃煅燒至含水量0.3％，破碎成30mm的電石渣顆粒；
(3)將干球放入電爐中熔煉，電爐溫度1800℃，出鐵得到熔融態(tài)的高硅硅鐵；
(4)將熔融態(tài)的高硅硅鐵熱送至另一個(gè)電爐中，加入高硅硅鐵質(zhì)量175％的電石渣顆粒進(jìn)行熔煉，溫度2000℃，熔煉完成后，靜置除渣得到硅鈣鐵合金。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量26％、硅含量45％、鐵含量25％，其余為雜質(zhì)。