铝热还原高炉渣中氧化铈行为的研究

发布时间：2020-08-31 13:07

　　 本文介绍了高炉渣的存在形式、研究方法、形成原理及高炉渣在制备微晶玻璃、处理水污染、农业上、生产建筑材料、高温相变材料、稀土直接合金化等领域的应用。以包钢含稀土高炉渣作为研究对象,采用直接合金化冶炼稀土钢,使稀土元素进入钢中达到直接合金化的目的。利用共存理论模型建立CaO-SiO _2-Al _2O _3-MgO-CaF _2-Ce _2O _3六元渣系。利用Matlab编程并采用Newton下山法迭代计算出各结构单元的活度。通过研究温度范围为1370℃-1620℃时不同碱度的熔渣中Ce_2 O_3的活度变化情况得出。碱度为1.0时,温度为1370℃时高炉渣中Ce _2 O_3的活度最大,最大为0.0081。将锡粒5g,R为1.0、1.4、1.7、2.0、2.3包钢新配高炉渣5克和高纯铝克依次放入高温管式炉中升温到1550℃,得出随着碱度的升高锡金属中Ce的含量从4.51ppm逐渐降低为1.85ppm,与利用共存理论模型建立六元渣系活度理论计算的规律一致。铝热还原包钢稀土高炉渣中稀土元素的微观过程为:SiO_2?Al _9Si?Si。其次是被Al还原出来的硅元素继续进行脱氧还原反应得到CaSi_2。在30Kg中频感应炉中进行了直接合金化实验,加入10Kg纯铁、100g高炉渣和40g铝粉,10min时进入钢液中Ce的含量为3.5ppm,Ce的还原率8.05%。加入10g还原剂铝,钢液中的夹杂物由于铝脱氧形成的Al _2 O_3夹杂以及含有MgO的复合夹杂物。加入20g还原剂铝,钢液中形成了MnS夹杂和MnO夹杂。M氧化为MnO,沉淀在Al_2 O_3-MgO类夹杂物的表面,最终形成Al_2 O_3-MgO-MnO的复合夹杂。加入30g还原剂铝,钢液中内部球形夹杂物中Al、Ce、和O含量很高,同时还出现较多内部为C e_2 O_3-A l O_3,外围包裹着Al _2 O_3或者CaO的复合夹杂物。钢液中还原出来的稀土与氧的结合能大,可能形成稀土铝酸盐CeAlO_3。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF845;X758
【部分图文】：

图 3.1 1370℃-1620℃时不同碱度的熔渣中2 3Ce O 的活度变化情况图（a）为 1370℃下不同碱度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当高炉渣的碱度为 1.0 时高炉渣中的 的活度最大为 0.0081，碱度为 2.3 时高炉渣中的 的活度最小为 0.0047，随着碱度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（b）为 1420℃下不同碱度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当高炉渣的碱度为 1.0 时高炉渣中的 的活度最大为 0.0080，碱度为 2.3 时高炉渣中的的活度最小为 0.0047，随着碱度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（c）为 1470℃下不同碱度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当高炉渣的碱度为 1.0 时高炉渣中的 的活度最大为 0.008，碱度为 2.3 时高炉渣中的 的活度最小为 0.0046.随着碱度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（d）为 1520℃下不同碱度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当高炉渣的碱度为 1.0 时高炉渣中的的活度最大为 0.0079，碱度为 2.3 时高炉渣中的 的活度最小为 0.0046 随着碱度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（e）为 1570℃下不同碱度对高炉渣中

图 3.2 温度对不同碱度的高炉渣中组元 活度的影响图（a）为碱度为 1.0 时不同温度对高炉渣中2 3Ce O 活度的影响，从图中可以看出当温度为 1370℃时高炉渣中 的的活度最大为 0.0081，温度为 1620℃时高炉渣中的 的活度最小为 0.0077，随着温度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（b）为碱度为 1.4 时不同温度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当温度为 1370℃时高炉渣中的 的活度最大为 0.0073，温度为 1620℃时高炉渣中的的活度最小为 0.0059，随着温度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（c）为碱度为 1.7 时不同温度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当温度为1370℃时高炉渣中的 的活度最大为 0.0062，温度为 1620℃时高炉渣中的的活度最小为 0.0059，随着温度的提高高炉渣的活度逐渐降低。图（d）为碱度为 2.0 时不同温度对高炉渣中 活度的影响，从图中可以看出当温度为1370℃时高炉渣中的 的活度最大为 0.0053，温度为 1620℃时高炉渣中的的活度最小为 0.0051，随着温度的提高高炉渣的活度下降趋势不太明显呈下

放入定制的小坩埚里。升温到 1550℃，保温 3 小时后随炉冷却取样并用锯条取 1 克样品，采用液-液萃取王水酸溶液将样品进行化学消解成液体样品后定容，再利用电感耦合等离子体质谱仪检测锡金属中铈的含量，如下图 3.3 所示：图 3.3 1550℃下不同碱度稀土铈的含量从图 3.3 中可以看出：在同一温度下。随着碱度的升高锡金属中稀土铈含量从4.51ppm 逐 渐 降 低 为 1.85ppm ， 与 利 用 共 存 理 论 模 型 建 立2 2 3 2 2 3CaO-SiO -Al O -MgO-CaF -Ce O 六元渣系活度理论计算的规律一致。3.6 铝热还原行为过程本研究采用铝热法在熔融状态下对含稀土高炉渣进行还原。可还原出高炉渣稀土元素镧和铈并进入钢液中起到合金化的作用。图 1 为含铝高炉渣压块后经过高温处理后进行 XRD 物相检测，由 XRD 图谱分析得出含铝高炉渣经过铝还原反应后，还原产物主要含有硅、9Al Si 、2CaSi 、2 7CaAl SiO 和2 4MgAl O 等。由于高炉渣中自身稀土元素含量比较少，在 XRD 物相检测上不能直观的反应出还原产物，需要进一

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本文编号：2808842