本发明涉及一种硅钙铁合金的制备方法，尤其涉及铁渣和电石渣的利用方法，属于铜渣和电石渣的利用领域。
背景技术：
硅钙铁合金在钢铁冶炼和使用中具有重要作用，是一种冶炼优质钢较理想的复合脱氧剂和脱硫剂。另外，硅钙合金也可以作转炉炼钢的增温剂和钢包精炼的主要喷粉剂，铸铁生产中的孕育剂和球墨铸铁生产中的添加剂。
现有冶炼工艺中，硅钙铁合金的制备方法有一步法和二步法，原料均为硅石、石灰、碳质还原剂等。一步法是在同一台电炉内用碳同时还原硅石和石灰而得到硅钙合金，分为混合加料法和分层加料法。二步法生产有两种，一种是先用石灰和焦炭在一台电炉中生产电石，然后用电石和硅石、焦炭在另一台电炉中生产出硅钙合金；另一种是在一台电炉中生产出高硅硅铁，然后用高硅硅铁加石灰在另一台电炉中生产出硅钙合金，即硅热还原法。
公开号为CN104099487A的专利提供了一种硅钙合金的制备方法，具体为：a、于反应炉中加入熔融状态的金属添加剂；b、将炉料加入反应炉中，于1400～1550℃下重熔、混合，得到炉料熔融液；所述炉料由石灰、硅铁和熔剂组成，按重量比，石灰:熔剂＝1:0.2～0.5，所述熔剂为氧化铝；c、将炉料熔融液进行浇铸，冷却，即得硅钙合金。在该发明中，一方面，采用混合加料法，CaO和SiO2易生成低熔点的硅酸盐，而使硅和钙的还原变得困难；另一方面，采用常规原料石灰、硅铁和大量金属添加剂作原料，原料成本较高。
铜渣是铜冶炼过程中产生的工业固体废弃物，中国每年产生约1000万t铜冶炼渣。铜渣主要成分是氧化亚铁和二氧化硅，是冶炼硅铁的原料。目前，世界电石渣开采量约为2000万t/a，其中粉矿(粒径小于8mm)约占80％，而且电石渣的粉矿价格低于块矿，如将这类资源应用于冶炼硅钙铁合金，不仅能够实现固体废弃物有价成分的综合利用，而且可以降低生产成本，变废为宝，避免了环境污染。
因此，将铜渣、电石渣矿等资源用于冶炼硅钙铁合金具有重大的经济效益和社会效益。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种铁渣和电石渣的利用方法，该方法不仅充分利用电石渣中的氧化钙和铜渣中的二氧化硅等有价组分，实现了铜渣和电石渣的有效利用，生产出高附加值的铁合金，降低了生产成本，还能变废为宝，避免环境污染。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提供了一种铜渣和电石渣的利用方法，包括以下步骤：
(1)将铜渣、硅石、碳质还原剂和粘结剂混合后成型得到湿球团，烘干得到干球团；
(2)干球团加入到电炉中熔炼，得到熔融态的高硅硅铁；
(3)将熔融态的高硅硅铁转到另一台电炉中，再加入电石渣颗粒进行熔炼，静置除渣，得到硅钙铁合金。
本发明利用铜渣和电石渣为主要原料，配以碳质还原剂，通过合理调整比例来优化硅钙铁合金的生产，最终确定了将步骤(1)中铜渣、硅石、碳质还原剂和粘结剂按照100：(80-120)：(100-120)：(3-15)的质量比例进行混合。
其中，步骤(1)中将铜渣以及碳质还原剂进行破碎处理，将硅石进行磨细处理；将上述处理后的产物与粘结剂混合后成型得到湿球团；破碎后的铜渣以及碳质还原剂的颗粒粒度控制在0.1mm以下；磨细后的硅石颗粒粒度在0.074mm以下的颗粒控制在80％以上。
所述铜渣为铜冶炼的尾渣，优选的，铜渣中铁含量30-40wt％，硅含量30-50wt％；硅石中SiO2含量在95％以上；所述碳质还原剂为冶金焦、兰炭、石油焦、煤或半焦中的任意一种或一种以上按照任意比例组成的混合物；所述粘结剂为电石渣浆液，优选电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为10-30wt％。
为了节约成本，更合理的利用电石渣中的氧化钙和铜渣中的二氧化硅等有价组分，有效的制备硅钙铁合金，对以下条件进行了合理的优化，最终得到：
步骤(1)中所述湿球团的料块粒度为8-24mm；所述干球球水分含量控制在0.5％以下。
步骤(2)中所述的电炉熔炼温度为1600℃～2000℃；
步骤(3)中电石渣颗粒的加入量为高硅硅铁质量的150％～200％；所述的熔炼温度为1800℃～2200℃；所述电石渣颗粒是将电石渣煅烧脱水进行破碎处理得到电石渣颗粒，其粒度优选为15-40mm；更优选的，所述电石渣煅烧脱水是在600～800℃煅烧电石渣至水分0.5％以下。
其中，所述的电石渣为电石法制乙炔后剩下的尾渣；优选的，电石渣中氢氧化钙的含量80wt％以上。
本发明采用铜渣、硅石、电石渣为主要原料，配以碳质还原剂冶炼硅钙铁合金，通过合理调整比例和加入顺序生产高附加值的硅钙铁合金。铜渣是铜冶炼的副产品，主要成分是FeO和SiO2，电石渣主要成分是CaO，正是冶炼硅钙合金的主要原料。采用二步法生产硅钙合金，第一步，将铜渣、硅石、还原剂制成的球团加入温度1600℃以上的矿热炉中还原熔炼成高硅硅铁；第二步，高硅硅铁与电石渣颗粒中的CaO在另一个电炉中反应生成硅钙合金。第一步电炉熔炼有效脱除铜渣中的杂质，提高硅铁纯度，减少第二步熔炼的渣量和电耗。本发明充分利用铜渣中的SiO2以及电石渣中的CaO，不仅实现了固体废弃物有价成分的综合回收利用，而且降低了生产成本，变废为宝，避免了环境污染。
本发明还公开了利用上述方法制备得到的硅钙铁合金。
本发明技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明充分利用电石渣中的氧化钙和铜渣中的二氧化硅等有价组分，不仅实现了固体废弃物有价成分的综合利用，而且降低了生产成本，变废为宝，避免了环境污染。
2、本发明采用二步法，第一步电炉熔炼有效脱除铜渣中的杂质，提高硅铁纯度，减少第二步熔炼的渣量和电耗。
3、本发明采用电石渣浆液作粘结剂，降低了造块成本。
4、本发明采用电石渣颗粒和硅铁熔体热送，降低了第二步电炉熔炼的电耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
(1)将铜渣、煤破碎至0.1mm以下，硅石磨细至0.074mm以下的颗粒在80％以上，按照铜渣：硅石：煤：电石渣浆液＝32：32：32：4的质量比混合均匀；将混合料制成料块粒度为10mm的湿球团，烘干，干球团含水量0.2％；
其中，电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为15wt％；
(2)将电石渣进行脱水预处理，在600℃煅烧至含水量0.2％，破碎成15mm的电石渣颗粒；
(3)将干球团放入电炉中熔炼，电炉温度1700℃，出铁得到熔融态的高硅硅铁；
(4)将熔融态的高硅硅铁热送至另一个电炉中，加入高硅硅铁质量160％的电石渣颗粒进行熔炼，温度1900℃，熔炼完成后，静置除渣得到硅钙铁合金。
本发明生产的硅钙铁合金的主要成分重量百分比为：钙含量24％、硅含量44％、铁含量30％，其余为杂质。
实施例2
(1)将铜渣、半焦破碎至0.1mm以下，硅石磨细至0.074mm以下的颗粒在80％以上，按照铜渣：硅石：半焦：电石渣浆液＝30：34：33：3的质量比混合均匀；将混合料制成湿球团，烘干，干球团含水量0.3％；
其中，电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为25wt％；
(2)将电石渣进行脱水预处理，在750℃煅烧至含水量0.3％，破碎成20mm的电石渣颗粒；
(3)将干球放入电炉中熔炼，矿热炉温度1780℃，出铁得到熔融态的高硅硅铁；
(4)将熔融态的高硅硅铁热送至另一个电炉中，加入高硅硅铁质量180％的电石渣颗粒进行熔炼，温度2000℃，熔炼完成后，静置除渣得到硅钙铁合金。
本发明生产的硅钙铁合金的主要成分重量百分比为：钙含量27％、硅含量48％、铁含量23％，其余为杂质。
实施例3
(1)将铜渣、焦粉破碎至0.1mm以下，硅石磨细至0.074mm以下的颗粒在80％以上，按照铜渣：硅石：焦粉：电石浆液＝30:36：32：2的质量比混合均匀；将混合料制成湿球团，烘干，干球团含水量0.1％；
其中，电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为5wt％；所述焦粉为冶金焦、兰炭、石油焦、煤、半焦的混合物；
(2)将电石渣进行脱水预处理，在800℃煅烧至含水量0.1％，破碎成20mm的电石渣颗粒；
(3)将干球放入电炉中熔炼，矿热炉温度1830℃，出铁得到高硅硅铁；
(4)将高硅硅铁液热送至另一个电炉中，加入高硅硅铁质量180％的电石渣颗粒进行熔炼，温度2100℃，熔炼完成后，静置除渣得到硅钙铁合金。
本发明生产的硅钙铁合金的主要成分重量百分比为：钙含量28％、硅含量50％、铁含量21％，其余为杂质。
实施例4
(1)将铜渣、冶金焦破碎至0.1mm以下，硅石磨细至0.074mm以下的颗粒在80％以上，按照铜渣：硅石：冶金焦：电石渣浆液＝100：80：100：3的质量比混合均匀；将混合料制成料块粒度为8mm的湿球团，烘干，干球团含水量0.4％；
其中，电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为10wt％；
(2)将电石渣进行脱水预处理，在600℃煅烧至含水量0.4％，破碎成15mm的电石渣颗粒；
(3)将干球放入电炉中熔炼，电炉温度1600℃，出铁得到熔融态的高硅硅铁；
(4)将熔融态的高硅硅铁热送至另一个电炉中，加入高硅硅铁质量150％的电石渣颗粒进行熔炼，温度1800℃，熔炼完成后，静置除渣得到硅钙铁合金。
本发明生产的硅钙铁合金的主要成分重量百分比为：钙含量23％、硅含量46％、铁含量27％，其余为杂质。
实施例5
(1)将铜渣、兰炭破碎至0.1mm以下，硅石磨细至0.074mm以下的颗粒在80％以上，按照铜渣：硅石：兰炭：电石渣浆液＝20：24：24：3的质量比混合均匀；将混合料制成料块粒度为24mm的湿球团，烘干，干球团含水量0.1％；
其中，电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为30wt％；
(2)将电石渣进行脱水预处理，在800℃煅烧至含水量0.1％，破碎成40mm的电石渣颗粒；
(3)将干球放入电炉中熔炼，电炉温度2000℃，出铁得到熔融态的高硅硅铁；
(4)将熔融态的高硅硅铁热送至另一个电炉中，加入高硅硅铁质量200％的电石渣颗粒进行熔炼，温度2200℃，熔炼完成后，静置除渣得到硅钙铁合金。
本发明生产的硅钙铁合金的主要成分重量百分比为：钙含量30％、硅含量49％、铁含量17％，其余为杂质。
实施例6
(1)将铜渣、石油焦破碎至0.1mm以下，硅石磨细至0.074mm以下的颗粒在80％以上，按照铜渣：硅石：石油焦：电石渣浆液＝10：10：11：1的质量比混合均匀；将混合料制成料块粒度为16mm的湿球团，烘干，干球团含水量0.3％；
其中，电石渣浆液中Ca(OH)2的浓度为20wt％；
(2)将电石渣进行脱水预处理，在700℃煅烧至含水量0.3％，破碎成30mm的电石渣颗粒；
(3)将干球放入电炉中熔炼，电炉温度1800℃，出铁得到熔融态的高硅硅铁；
(4)将熔融态的高硅硅铁热送至另一个电炉中，加入高硅硅铁质量175％的电石渣颗粒进行熔炼，温度2000℃，熔炼完成后，静置除渣得到硅钙铁合金。
本发明生产的硅钙铁合金的主要成分重量百分比为：钙含量26％、硅含量45％、铁含量25％，其余为杂质。