稀土金属合金冶炼工艺技术的进展和评述

　　稀土合金基本上可分为两类：一是中间合金，其特点是稀土含量较高、质脆，不是最终应用的产品，而是一种冶金和机械工业用的添加剂如RE-Si-Fe合金，它是用作钢铁的调质剂，另如RE-Mg、RE-Al中间合金，它是用作镁基和铝基合金的添加剂，它们一般是采用电解法或对掺法制得的；二是稀土与其它金属元素冶炼成的精密合金，如钕铁硼永磁合金、铽镝铁磁致伸缩合金，它们都具有一定的功能性，属功能材料。本文重点是描述RE-Si-Fe合金的冶炼工艺技术的发展。

　　我国是世界上最早用硅热法生产RE-Si-Fe合金的国家，20世纪50年代末中科院上海冶金研究所采用硅热法，在有铁参加反应的情况下，还原包钢的高炉渣，制备RE-Si-Fe合金获得成功，在此基础上于20世纪60年代初进行了工业试验，进而于20世纪70年代初建立了包钢有色一厂。由此开始合金冶炼产业技术发展，主要是为了提高冶炼回收率、合金中稀土品位、防止合金粉化以及降低能耗，提高合金冶炼效率。解决这些问题的关键是提高稀土原料的品位，减少磷含量，控制RE-Si-Fe合金中的硅含量以及合理调整冶炼工艺参数如渣铁比、自由碱度，保持炉内的还原气氛和适宜的出炉温度，为此在近30多年中，发展了三相电炉硅铁还原冶炼包头中贫铁矿高炉脱磷、铁的稀土富渣（RE2O3>10%、Fe<2%、不含磷）工艺技术，解决了合金粉化问题，但这种富渣中稀土含量低，致使稀土收率低（约60%）、单耗高、产率低。在20世纪80年代进一步发展了三相电炉冶炼中品位稀土精矿（含RE2O3>30%）经脱铁、磷的高品位稀土富渣（含RE2O3>30%，P<0.1%）显著提高了技术经济指标，稀土回收率达到70%以上，设备利用率提高近一倍，但综合能耗仍较高。改革开放以来，稀土硅铁合金国内外两个市场需求旺盛，促进了合金冶炼工艺技术迅速发展，相继开发了用山东微山和四川的氟碳铈矿精矿（RE2O3约40%）电炉直接硅铁还原冶炼稀土精矿生产稀土硅铁合金，采用两段还原，使冶炼稀土回收率达到90%，冶炼电耗降至2000kWh以下，并且钛含量（以TiO2计）小于0.3%，达到了出口要求；20世纪90年代还发展了高品位稀土精矿（RE2O3≥60%）直接矿热炉碳热还原冶炼稀土硅铁合金工艺技术，进一步提高了冶炼的技术经济指标。综上所述合金冶炼的技术发展都与不断提高稀土原料的品位密切相关，表4列出了生产稀土硅铁合金稀土原料的成分和工艺技术进展。20世纪70年代初在江西龙南县发现了钇组稀土离子吸附型稀土矿并生产出RE2O3>92%的混合稀土，其中Y2O3含量大于60%。北京有色金属研究总院用硅铁和碳化钙做为还原剂在电弧炉中还原制得钇组重稀土合金，稀土回收率大于80%，该合金用于厚大断面球铁件生产。

表 生产稀土硅铁合金的原料及工艺技术进展
 

　　稀土硅铁合金系列产品产量随着冶金机械工业的发展不断增加，到2000年已有生产能力超过10万吨，实际产量随市场而波动，约30000～40000吨。随着冶金行业对稀土合金质量要求的不断提高，稀土硅铁合金生产技术将为解决冶炼过程杂质控制、提高冶炼效率和产品回收率等问题而不断发展完善。