稀土百科 | 碳热还原法制备稀土硅铁合金

在生产中广泛使用的碳热还原法制取稀土硅铁合金的工艺特点是：可使用价格比较便宜的高于55%REO的氟碳铈精矿；采用优先强化经过焙烧的氟碳铈矿中稀土的碳化过程，改善假炉衬的绝缘性能；使用较低的操作电压和较高的极心圆功率；在冶炼过程中选择适宜的配料组成，亏碳操作，使电极深插入炉料中，保证炉底具有较高的温度，防止炉底碳化物的生成和集结，达到炉况顺行、炉底不上涨、无渣冶炼的效果；产品合金成分均匀，不夹渣，不粉化；稀土还原进入合金的收率高于95%；含有30%稀土金属的稀土硅化物合金每吨工艺电耗低于9500kW·h，与生产一吨FeSi75合金电耗相当。

金属氧化物与碳相互作用的还原机制是复杂的，甚至对一种金属来说，在不同的条件下和反应的不同阶段，其主要反应不同，往往几种还原机制同时存在。一般说来， 碳热还原的主要过程不外乎以下三个过程：气相参加的相互作用；固相的相互作用；液相的相互作用。在稀土中间合金熔炼过程中气相参加的反应可能有着重要意义。也就是说凝集的氧化物和气态还原剂，气态氧化物和凝集的还原剂以及气态氧化物和气态还原剂之间的相互作用都是可能的。

当温度高于1600℃时，最初将还原出硅，同时有中间产物SiO、SiC和稀土碳化物等生成。而还原稀土金属则需要更高的温度(高于1800℃)。还原硅和稀土金属的中间凝聚产物是碳化物，它们可与一氧化硅或二氧化硅相互作用而分解。在其余条件相同的情况下，生成碳化硅比生成稀土碳化物容易；随着稀土硅化物的形成，稀土碳化物比碳化硅更容易分解。碳化硅等物质的聚集，若不及时分解，极易造成炉底堆积，形成炉瘤，在碳热还原过程的实际条件下生成和分解的稀土金属和硅的数量比将由热力学和动力学因素的总和决定。与碳热还原时需要配入大量的硅石，一方面还原产物硅可以与稀土、钙形成稳定的硅化物，降低了这些难还原元素的起始还原温度；另方面不可避免地将产生稳定的硅酸盐和其他复杂氧化物，这些氧化物恶化了还原元索的热力学和动力学条件。

用碳热还原法生产稀土硅化物合金的基本原理，主要包括二氧化硅被碳还原为硅和一氧化硅及稀土化合物碳化生成碳化物和稀土碳化物被一氧化硅还原为稀土金属这两部分。当然还有其他一些副反应和中间反应，如碳化硅的生成和破坏硫酸钡的分解与还原，杂质钙、铝化合物的还原，还有稀土金属与硅生成稀土硅化物等。