拜耳法赤泥碳熱還原熔煉直接制備低鎳鉻合金鑄鐵的研究.pdf

1、拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的強(qiáng)堿性赤泥，因其顆粒細(xì)、化學(xué)組成復(fù)雜、難以回收和綜合利用率低、對生態(tài)環(huán)境造成極大的威脅，嚴(yán)重阻礙了鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對以上問題，本工作以廣西平果鋁拜耳法赤泥為主要原料，引入與赤泥化學(xué)組成相近的含鎳鉻元素的紅土鎳礦，采用電弧爐碳熱還原熔煉技術(shù)探索了從拜耳法赤泥直接制備低鎳鉻合金鑄鐵的可能性。首先，對熔融選擇性還原有價金屬元素的可能性進(jìn)行了熱力學(xué)分析，并進(jìn)行了碳熱還原熔煉的實(shí)驗(yàn)?zāi)M;其次，在實(shí)驗(yàn)?zāi)M基礎(chǔ)上，設(shè)

2、計(jì)了一臺適用于工程化研究的單電極直流埋弧式電弧爐，實(shí)施了赤泥添加紅土鎳礦的碳熱還原熔煉實(shí)驗(yàn)，直接制備了低鎳鉻合金鑄鐵;最后就低鎳鉻合金鑄鐵應(yīng)用的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下:
　　1.首次提出了采用單電極直流埋弧式電弧爐，通過加入紅土鎳礦和其他氧化物礦料，使赤泥中金屬氧化物依次還原并使得金屬與熔渣分離的赤泥材料利用方法。結(jié)合下游產(chǎn)業(yè)，探索了低鎳鉻合金鑄鐵的使用性能，并在實(shí)際生產(chǎn)情況下，證實(shí)了材料的使用性能優(yōu)于現(xiàn)有材料，為實(shí)

3、現(xiàn)拜耳法高堿赤泥材料化利用的工程化技術(shù)提供了試驗(yàn)依據(jù)。
　　2.碳熱還原熱力學(xué)分析得出，在反應(yīng)溫度為700℃～1800℃之間，全赤泥中主要金屬氧化物的還原容易程度為:Fe＞V＞Cr＞Mn＞Ti＞Si＞Zr，還原得到的是金屬/石墨或者金屬/碳化物體系;Si、Zr、Al、Mg和Ca的氧化物會相互作用生成各種復(fù)雜化合物，形成爐渣。赤泥添加紅土鎳礦后，混合料中的Ni、Cr、Mn、V、Ti元素會隨Fe元素一起被還原。
　　3.往赤泥中

4、適量添加紅土鎳礦，有助于獲得還原熔煉所需的適宜堿度，促進(jìn)多種氧化物的還原和進(jìn)一步豐富鐵合金的元素組成。真空碳熱還原實(shí)驗(yàn)?zāi)M表明，全赤泥碳熱還原熔煉時，只有Cr、Ti、Si三種元素隨鐵元素一起得到了還原，且總直收率和Fe、Cr、Ti元素的直收率都比較低，分別只有76.45％、78.03％、45.64％和6.08％。而當(dāng)赤泥添加紅土鎳礦后，碳熱還原熔煉效果得到顯著改善，合金的總直收率和Fe、Ni、Cr、Ti的直收率分別為84.86％、79.

5、44％、83.72％、58.96％和39.74％。合金組織主要由鐵基體和石墨相組成。
　　4.采用單電極直流埋弧式電弧爐，以赤泥和紅土鎳礦為原料，利用高溫碳熱還原熔煉和中頻感應(yīng)電爐精煉工藝可以直接制備高質(zhì)量低鎳鉻合金鑄鐵。所制備的合金鑄鐵中鎳和鉻含量分別為1.59-2.06％和0.76-0.83％。Ni、Cr元素均勻分布在鑄鐵的萊氏體基體中。隨著鑄鐵中Ni、Cr元素含量的增加，硬度和腐蝕性能逐漸提高。
　　5.通過碳熱還原熔

6、煉制備了與HT250、RuT380和QT450成分相近的低鎳鉻合金鑄鐵。隨著鎳鉻元素添加，鑄鐵組織中相的種類沒有變化，均是由石墨+珠光體+少量鐵素體組成，但這些相的形態(tài)分布發(fā)生了相應(yīng)變化，尤其是珠光體得到一定程度上的細(xì)化。從力學(xué)性能方面看，含有鎳和鉻元素的鑄鐵性能優(yōu)于僅含有鎳的鑄鐵，前者珠光體組織更細(xì)小更均勻。與標(biāo)準(zhǔn)的HT250、RuT380和QT450相比，開發(fā)的低鎳鉻合金鑄鐵的抗拉強(qiáng)度分別提高14.8％、31.3％和44.5％，鑄鐵