本文選題：拜耳法赤泥　切入點：碳熱還原熔煉　出處：《廣西大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的強堿性赤泥,因其顆粒細、化學組成復雜、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行了熱力學分析,并進行了碳熱還原熔煉的實驗模擬;其次,在實驗模擬基礎上,設計了一臺適用于工程化研究的單電極直流埋弧式電弧爐,實施了赤泥添加紅土鎳礦的碳熱還原熔煉實驗,直接制備了低鎳鉻合金鑄鐵;最后就低鎳鉻合金鑄鐵應用的一些關鍵問題進行了研究。主要結論如下: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,并在實際生產(chǎn)情況下,證實了材料的使用性能優(yōu)于現(xiàn)有材料,為實現(xiàn)拜耳法高堿赤泥材料化利用的工程化技術提供了試驗依據(jù)。2.碳熱還原熱力學分析得出,在反應溫度為700℃～1800℃之間,全赤泥中主要金屬氧化物的還原容易程度為:FeVCrMnTiSiZr,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,促進多種氧化物的還原和進一步豐富鐵合金的元素組成。真空碳熱還原實驗模擬表明,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%、79.44%、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電爐精煉工藝可以直接制備高質量低鎳鉻合金鑄鐵。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)生了相應變化,尤其是珠光體得到一定程度上的細化。從力學性能方面看,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小更均勻。與標準的HT250、RuT380和QT450相比,開發(fā)的低鎳鉻合金鑄鐵的抗拉強度分別提高14.8%、31.3%和44.5%,鑄鐵的腐蝕性能也得到提高。
[Abstract]:From the Bayer process of alumina production of red alkaline mud, because of its fine grain, chemical composition is complex, difficult recovery and comprehensive utilization rate is low, causing a great threat to the ecological environment, seriously hindered the sustainable development of aluminum industry. To solve the above problems, this work in Guangxi Pingguo aluminum Bayer red mud as the main raw materials, the introduction of the chemical composition of red mud and similar elements containing nickel chromium nickel laterite, using carbon arc furnace smelting technology directly explores the possibility of preparation of nickel chromium alloy cast iron from Bayer red mud. First of all, the possibility of selective reduction of molten metal elements were analyzed and simulated, carbothermal reduction smelting experiment secondly, on the basis of; experimental simulation, design a suitable for Engineering Research of single electrode DC submerged arc furnace, the carbon heat of laterite nickel ore also add red mud The original melting experiments of nickel chromium alloy cast iron have been prepared directly; it makes a study of some key problems of low nickel chromium alloy cast iron application. The main conclusions are as follows: 1. first proposed the use of single electrode DC submerged arc furnace, by adding laterite and other oxide ore material, the metal oxide are reduced and red mud the separation of metal slag and red mud material utilization method. Combined with the downstream industry, explores the performance of nickel chromium alloy cast iron, and in the actual production situation, confirmed the performance is superior to the existing materials, in order to realize the engineering technology of high alkaline red mud material Bayer utilization provides the experimental basis for the carbothermal reduction of.2. thermodynamic analysis shows that the reaction temperature is between 700 to 1800 DEG C, the reduction degree of the main metal oxide easily all in red mud is FeVCrMnTiSiZr, is obtained by reduction of metal Graphite or metal carbide / system; Si, Zr, Al, Mg and Ca oxides will interact to generate various complex compounds, the formation of red mud slag. Addition of laterite, the mixture of Ni, Cr, Mn, V, Ti elements with Fe elements is reduced.3. to add the amount of red mud in laterite nickel, contributes to the reduction of suitable basicity to promote a variety of melting, the oxide reduction and further enrich the iron alloy elements. The experimental results show that vacuum carbothermal reduction, reduction smelting of red mud carbon hot, only Cr, Ti, Si three elements with the iron element together were reduced, and the total yield and Fe, Cr, yield of Ti elements are relatively low, only 76.45%, 78.03%, 45.64% and 6.08%. when adding red mud laterite, improved the carbon thermal reduction smelting effect, the total yield of alloy and Fe, Ni, Cr, the yield of Ti were 84.86%, 79.44%. 83.7 2%, 58.96% and 39.74%., the microstructure is mainly composed of iron matrix and graphite phase composition of.4. single electrode DC submerged arc furnace, with red mud and laterite, and reducing process of medium frequency induction furnace can direct the preparation of high quality nickel chromium alloy cast iron by carbon thermal refining process. The content of chromium and nickel alloy the preparation of iron were 1.59-2.06% and 0.76-0.83%.Ni, Cr elements are evenly distributed in the ledeburite cast iron matrix. With cast iron Ni, the increase of Cr content, hardness and corrosion resistance of.5. gradually improved by carbon thermal reduction smelting was prepared with HT250, nickel chromium alloy cast iron composition is similar to RuT380 and QT450 with. Ni Cr cast iron added, no change in phases are composed of graphite, pearlite and a small amount of ferrite, but the distribution of phase changes, especially to pearlite On the degree of refinement. The mechanical properties, cast iron containing nickel and chromium is better than only containing nickel, the finer pearlite is more uniform. Compared with standard HT250, RuT380 and QT450, the tensile strength of nickel chromium alloy cast iron development were increased by 14.8%, 31.3% and 44.5%, the corrosion resistance of cast iron has also been improved.

【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG257

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本文編號：1583059