研究了富稀土元素高爐渣含鋁壓塊中稀土直接合金化行為。在氬氣保護(hù)的高溫管式爐中將含鋁高爐渣壓塊在1550℃保溫1 h,采用X射線衍射儀和場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡中的能譜掃描及電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)分析鋁熱還原的微觀過程。利用30 kg級(jí)中頻感應(yīng)爐冶煉10 kg純鐵,待鐵水熔化后加入100 g高爐渣和40 g鋁粉壓成的自還原塊進(jìn)行稀土元素直接合金化,分別在不同時(shí)間取樣,利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測(cè)鐵水樣中的鑭和鈰的含量。結(jié)果表明,鋁熱還原富稀土高爐渣中稀土元素的微觀過程有三個(gè)階段:首先是鋁熱還原硅元素的過程,SiO₂→Al₉Si→Si;然后是硅熱還原鈣元素的過程,CaO→CaSi₂;最后是CaSi₂還原稀土元素的過程,CaSi₂→(Ca_0.8RE_0.2)Si₂。鐵水中鑭和鈰的含量隨時(shí)間變化都是先增加,后略有下降并趨于平緩,最終冷卻至室溫的鐵塊中鑭和鈰的含量為1.5×10^-6和2.78×10

【文章來源】：稀土. 2020,41(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

富稀土高爐渣含鋁壓塊

圖2為自還原塊經(jīng)過鋁熱還原后的X射線粉末衍射圖譜,可以看出,經(jīng)過還原反應(yīng)后,還原產(chǎn)物主要為Si和Al9Si,其余的衍射峰為其它仍然以氧化物形式存在的物質(zhì),在這里不予具體分析。由于高爐渣中稀土元素含量較低,在X射線上不能反應(yīng)出其還原產(chǎn)物,因此,利用了場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行了微觀分析,在背散射電子下,原子序數(shù)高的區(qū)域在視場(chǎng)下較亮[15],從而可以較為方便地找到稀土元素存在的位置。由面掃描的結(jié)果可知,在圖中最亮的區(qū)域有鑭和鈰元素富集,在這些富集區(qū)域周圍是一片低氧區(qū)域,說明在這個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生了脫氧還原反應(yīng)。而在這個(gè)低氧區(qū)內(nèi)主要分為4個(gè)區(qū)域:區(qū)域1為鋁元素和硅元素富集區(qū);區(qū)域2為硅元素富集區(qū)而且硅元素的含量最高;區(qū)域3為硅鈣富集區(qū),其中的硅含量較區(qū)域2有所降低;區(qū)域4為硅、鈣和稀土鑭及鈰元素的富集區(qū),如圖3所示。結(jié)合X射線的分析結(jié)果可知,區(qū)域1內(nèi)主要為Al9Si,根據(jù)氧化物的Ellingham圖可知[16],這是由于加熱時(shí),還原劑鋁優(yōu)先和高爐渣中的SiO2發(fā)生反應(yīng),生成Si,而Al9Si作為鋁熱還原SiO2的一種中間產(chǎn)物也存在于自還原塊中。而硅含量最高的區(qū)域2則正是鋁熱還原SiO2的最終產(chǎn)物Si,即SiO2→Al9Si→Si,其菊池花樣如圖4a所示。區(qū)域3中主要含有硅和鈣元素,結(jié)合圖4b EBSD菊池衍射花樣標(biāo)定結(jié)果可知,該區(qū)域的物相結(jié)構(gòu)為CaSi2,這與X射線衍射結(jié)果相同,從而可以得到,被Al還原出來的Si可以作為還原劑繼續(xù)進(jìn)行脫氧還原反應(yīng),得到CaSi2。區(qū)域4中鑭和鈰較周圍區(qū)域含量較高,通過菊池衍射花樣標(biāo)定可以得到該區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)為(Ca0.8RE0.2)Si2,即CaSi2繼續(xù)發(fā)生脫氧反應(yīng),還原了高爐渣中的稀土氧化物,CaSi2晶格中的部分鈣原子與稀土原子發(fā)生了置換,從而形成(Ca0.8RE0.2)Si2。

由面掃描的結(jié)果可知,在圖中最亮的區(qū)域有鑭和鈰元素富集,在這些富集區(qū)域周圍是一片低氧區(qū)域,說明在這個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生了脫氧還原反應(yīng)。而在這個(gè)低氧區(qū)內(nèi)主要分為4個(gè)區(qū)域:區(qū)域1為鋁元素和硅元素富集區(qū);區(qū)域2為硅元素富集區(qū)而且硅元素的含量最高;區(qū)域3為硅鈣富集區(qū),其中的硅含量較區(qū)域2有所降低;區(qū)域4為硅、鈣和稀土鑭及鈰元素的富集區(qū),如圖3所示。結(jié)合X射線的分析結(jié)果可知,區(qū)域1內(nèi)主要為Al9Si,根據(jù)氧化物的Ellingham圖可知[16],這是由于加熱時(shí),還原劑鋁優(yōu)先和高爐渣中的SiO2發(fā)生反應(yīng),生成Si,而Al9Si作為鋁熱還原SiO2的一種中間產(chǎn)物也存在于自還原塊中。而硅含量最高的區(qū)域2則正是鋁熱還原SiO2的最終產(chǎn)物Si,即SiO2→Al9Si→Si,其菊池花樣如圖4a所示。區(qū)域3中主要含有硅和鈣元素,結(jié)合圖4b EBSD菊池衍射花樣標(biāo)定結(jié)果可知,該區(qū)域的物相結(jié)構(gòu)為CaSi2,這與X射線衍射結(jié)果相同,從而可以得到,被Al還原出來的Si可以作為還原劑繼續(xù)進(jìn)行脫氧還原反應(yīng),得到CaSi2。區(qū)域4中鑭和鈰較周圍區(qū)域含量較高,通過菊池衍射花樣標(biāo)定可以得到該區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)為(Ca0.8RE0.2)Si2,即CaSi2繼續(xù)發(fā)生脫氧反應(yīng),還原了高爐渣中的稀土氧化物,CaSi2晶格中的部分鈣原子與稀土原子發(fā)生了置換,從而形成(Ca0.8RE0.2)Si2。圖4 熱還原反應(yīng)后自還原塊中各區(qū)域的菊池衍射花樣

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3342157