CN111647793B - 一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬ⅰ型铸铁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，属于金属冶金技术领域，包括如下步骤：先将拜耳法赤泥、红土镍矿混合后，向上述混合物中添加焦粉、生石灰混合均匀，再将混料预热后放入炉中进行加热还原，得到铁合金；将铁合金添加镍、铬制备成镍硬铸铁，再进行低温回火处理，然后出炉空冷即可。实现了拜耳法赤泥的有效治理，减低成本，对环境友好，且得到的成品镍硬铸铁的组织特点符合镍硬Ⅰ型铸铁组织标准。

Description

一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法
技术领域
本发明属于金属冶金技术领域，尤其是一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法。
背景技术
拜耳法是提炼氧化铝的主要方法，全球95％左右的氧化铝通过拜耳法生产，利用拜耳法生产氧化铝，每生产一吨氧化铝会附带产生1-2吨的污染性废渣-赤泥。目前全世界每年产生拜耳法赤泥量接近1万亿吨，中国拜耳法赤泥的产生量约3000万吨。赤泥成分复杂，赤泥中的矿物质包括赤铁矿、钙质、硅铝酸钠、金红石、钙钛矿、针铁矿、水合石榴石、碳化硅、石英和钛磁铁矿等。铁矿物主要是赤铁矿，其次是褐铁矿，钛铁矿，针铁矿。赤泥中含有多种微量元素，如Ni、Cr、Nb、V、P、Mn、Zr、Pb、K、Cu、Cd、Mg、Ba、Sr、Ga、Zn和稀土等。由于用拜耳法提炼氧化铝时加入大量的氢氧化钠溶液，因此产生的赤泥碱性大，其PH值一般10.29～13.0。泥的高碱性特征对堆积赤泥的土地和周围环境造成了极大的破坏。高碱性赤泥会使土地盐碱化，碱性土地不适合植物生存，雨季时还会使大量碱性水流入当地水域污染水源。在土地资源和矿产资源日趋紧张的今天，可持续发展和环境保护越来越受到重视，赤泥的综合利用成为人们关注的焦点之一。
从现有的文献来看，几乎所有针对拜耳法赤泥有价金属的处理研究都是集中在金属回收方向，研究重点是如何提高金属回收效率，而不是使赤泥材料化，转化成一种功能性产品，对红土镍矿的利用大多数也是提取红土镍矿中的镍元素。镍硬铸铁的生产方法通常是在白口生铁中加入纯镍以到达成分要求。镍硬铸铁需要添加较多含量的镍，镍提纯成本增加了镍硬铸铁的生产成本。
公布号为CN104178624B的中国发明授权专利公开了一种利用赤泥和红土镍矿制备铁镍合金的方法，利用赤泥、红土镍矿和焦粉，配加膨润土、聚乙烯醇、纸浆废液、糖蜜废液，通过电弧加热的方法进行还原加热，最终得到铁镍合金。但其不仅使用原理繁多、复杂，且反应中渣、铁分离不够，得到的铁镍合金中铁含量不高，为87.97％。因此，现需研究一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，实现了拜耳法赤泥的有效治理，减低成本，对环境友好，且得到的成品的组织特点符合镍硬Ⅰ型铸铁的组织标准。
为实现上述目的本发明提供如下技术方案：
一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，包括如下步骤：
(1)将拜耳法赤泥、红土镍矿混合后得到混合物，向上述混合物中添加焦粉、生石灰混合均匀，再加入硅酸钠水溶液再混合均匀，冷压并干燥后，得到混料；
(2)将混料预热后放入炉中进行加热还原，得到铁合金；
(3)将铁合金脱碳处理后，加入添加镍、铬制备成镍硬铸铁；
(4)将镍硬铸铁进行低温回火处理，然后出炉空冷即可得到镍硬Ⅰ型铸铁。
进一步地，所述拜耳法赤泥包含31～33wt.％Fe2O3、17～18wt.％Al2O3、14～15wt.％CaO、10～12wt.％SiO2、4～5wt.％Na2O、0.1～0.15wt.％MgO、0.3～0.4wt.％Cr2O3。
进一步地，所述红土镍矿包含18～19wt.％Fe2O3、0.4～0.5wt.％Al2O3、0.003～0.005wt.％CaO、40～41wt.％SiO2、2～3wt.％NiO、19～20wt.％MgO、0.5～0.6wt.％Cr2O3。
进一步地，步骤(1)所述赤泥与红土镍矿的用量比为5～7:3～5。
进一步地，步骤(1)所述焦粉添加量为所述混合物总质量的18～23％，所述生石灰添加量为所述混合物总质量的2.5～4％。
进一步地，步骤(1)所述硅酸钠水溶液的浓度为3～5％。
进一步地，硅酸钠水溶液的添加量为所述混合物总质量的5～10％。添加了硅酸钠水溶液可使原料混合并粘结均匀，有助于后续加热还原反应更好的渣、铁分离。
进一步地，步骤(1)所述干燥是于干燥箱中在55～60℃下干燥1.5～2h。
进一步地，步骤(2)所述预热是于温度为320～350℃下预热3.5～4h；加热还原处理是于中频感应炉中加热至1450～1550℃。
进一步地，步骤(3)所述镍含量添加至总镍含量为3.58～4.50wt.％、铬含量添加至总铬含量为1.80～2.21wt.％。
进一步地，步骤(3)所述脱碳处理是通过加入由铁、氧化铁和氧化钙组成的降炭剂进行反应脱碳；其中，铁和氧化铁的总含量为脱碳剂总质量的85～90％，其余为氧化钙补足100％。脱碳处理后的合金碳含量在3.0～3.1％。
进一步地，所述铁、氧化铁的使用质量比为1：9～12。
进一步地，步骤(4)所述低温回火的工艺为：将试样放在225～310℃中保温10～12h。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明方法以拜耳法赤泥、红土镍矿为主要原料，添加了焦粉、生石灰，通过加入生石灰，使铁水中的杂质附着在其中，形成氧化渣，便于清理，利于铁水纯净，能够更好的剔除钢水中的杂质，使铁和渣分离效果更好，且原料易得、来源广泛，进一步减低了生产成本，得到的铁含量为90.283～90.719％，符合镍硬Ⅰ型铸铁的化学成分标准。
2.本发明利用中频感应炉进行还原反应的加热处理，利用磁感应使矿石中的金属产生热，进而进行金属还原。本发明用感应加热方式还原出来的铁品质高，渣和铁分离非常好，分离后的实物图如图6，可见分离情况彻底，不存在粘连；传统方法的电弧还原分离实物图如图7所示，可见渣和铁混合在一起、分离不完全。
3.本发明加热还原后得到的铁合金其组织为莱氏体+石墨，在后续冶炼中加入铁、氧化铁和氧化钙进行脱碳，最终产品镍硬Ⅰ型铸铁使碳含量降低，同时加入1％左右的Cr和Ni来抑制石墨的产生，消除了石墨，并提高产品硬度和冲击韧性，硬度达61.9HRC、冲击韧性高大2.991J·cm-1，符合镍硬Ⅰ型铸铁组织标准硬度大于56HRC的要求；得到的成品镍硬Ⅰ型铸铁的组织具有马氏体+碳化物+贝氏体+残余奥氏体，符合镍硬Ⅰ型铸铁组织标准；且具有良好的耐磨性能。
附图说明
图1为本发明实施例1-3得到的镍硬铸铁的X射线衍射图谱，(图中Ni 3.58％为实施例1、Ni 4.05％为实施例2、Ni 4.50％为实施例3)；图中：○表示马氏体；△表示碳化物；□表示奥氏体。
图2为本发明实施例1-3得到的镍硬铸铁的显微组织图，(图中a为实施例1、b为实施例2、c为实施例3)。
图3为本发明实施例4-7得到的镍硬Ⅰ型铸铁的X射线衍射图谱，(图中：225℃为实施例4、250℃为实施例5、275℃为实施例6、310℃为实施例7)；图中：○表示马氏体；△表示碳化物；□表示奥氏体。
图4为本发明实施例4-7得到的镍硬Ⅰ型铸铁的显微组织图，(图中a为实施例4、b为实施例5、c为实施例6、d为实施例7)。
图5为实施例8中试样Ni 3.58％，275℃在不同磨料磨损后的扫描电镜磨损形貌图，(图中，a为石英，b为刚玉，c为碳化硅)。
图6为本发明的加热还原步骤后得到铁合金实物图。
图7为传统方法的电弧还原分离实物图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，以使本发明的优点和特征更易于被理解，但是本发明的保护范围不局限于这些实施例。
本发明下述实施例采用的实验原料赤泥与红土镍矿的主要化学成分见表1。
表1
Figure BDA0002562368690000041
实施例1
一种制备镍硬铸铁的方法，包括如下步骤：
(1)将拜耳法赤泥、红土镍矿按照7:3质量比混合后得到混合物，向上述混合物中添加其质量20％焦粉、其质量3％生石灰混合均匀，再加入其质量5％的浓度为4％硅酸钠水溶液，再混合均匀，冷压并于干燥箱中在60℃下干燥2h后，得到混料；
(2)将混料于温度为340℃下预热3.5h后，放入中频感应炉中于1500℃进行加热还原，得到铁合金；(如图6所示，铁合金和渣分离彻底，得到铁合金的外表平整)；
(3)将铁合金加入降炭剂脱碳处理后，加入添加镍、铬制备成镍硬铸铁；镍含量添加至总镍含量为3.58wt.％、铬含量添加至总铬含量为1.80wt.％；所述降炭剂是由9％铁、81％氧化铁和10％氧化钙组成。
实施例2
与实施例1的区别在于：
(3)将铁合金脱碳处理后，加入添加镍、铬制备成镍硬铸铁；镍含量添加至总镍含量为4.05wt.％、铬含量添加至总铬含量为1.88wt.％。
实施例3
与实施例1的区别在于：
(3)将铁合金脱碳处理后，加入添加镍、铬制备成镍硬铸铁；镍含量添加至总镍含量为4.50wt.％、铬含量添加至总铬含量为2.21wt.％。
一、对实施例1-3制备得到的镍硬铸铁，分别进行如下检测：
1.化学成分分析
使用ARL8860直读光谱仪测试铸铁合金样品的化学成分分析。测试前，用砂轮把样品表面的氧化皮磨掉，然后把样品放到样品台上激发。得到的化学成分如表2。
表2
Figure BDA0002562368690000042
Figure BDA0002562368690000051
得到镍硬铸铁的铁含量在90.283～90.719％范围，且各组的化学成分组成已经符合镍硬Ⅰ型铸铁的要求。
2.显微组织分析
测试前，用电火花线切割机将试样切成尺寸为10×10×10mm方形试样块，分别使用600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂纸进行打磨，打磨好后使用抛光机进行抛光，使用的抛光膏为1.5um规格的抛光膏。抛光完成后使用无水乙醇清洗抛光面。使用4％的硝酸酒精进行腐蚀，腐蚀时间为3～4s，腐蚀完成后使用无水乙醇洗净腐蚀面。
使用D/Max 2500V型X射线衍射仪进行结构分析(见图1)、使用光学显微镜进行光学显微组织分析(见图2)。
图1为本发明实施例1-3得到的镍硬铸铁的X射线衍射图谱。如图1显示，试样组织结构均有马氏体、碳化物和奥氏体。
图2为本发明实施例1-3得到的镍硬铸铁的显微组织图。观察显微组织发现基体中已经不存在石墨，说明经过降低C含量和增加反石墨化元素Cr后已经成功消除了石墨，保证基体为白口组织。
结合图1、2分析，实施例1-3得到的镍硬铸铁的显微组织由竹叶状马氏体+碳化物+残余奥氏体组成。基体中亮白色部分为M3C型碳化物，马氏体组织呈“z”型分布，马氏体片之间大多数呈60°、90°、120°夹角，且马氏体针中间有一条明显的中脊线；马氏体之间颜色稍暗部分为残余奥氏体，如图标识。随着提高Ni含量后，更多的Ni溶入奥氏体中，基体淬透性进一步提高，过冷奥氏体的稳定性增加，使合金在铸态连续冷却条件下避开了珠光体形成区域，获得马氏体。基体中马氏体体积分数的增加不是靠原有的马氏体长大而增加占有比例，而是靠不断产生新的马氏体片，这意味着在连续冷却条件下不是所有的奥氏体都可以转化为马氏体。当冷却温度到达马氏体转变终了温度(Mf)点以下，奥氏体将不再转化为马氏体，未转变的奥氏体被保留下来形成了残余奥氏体。至此，实施例1中Ni 3.58％的镍硬铸铁已经获得了Ni-Hard 1型铸铁组织，说明使用红土镍矿还原赤泥获得铁合金，通过降低所获得铁合金的碳含量并添加少量Ni和Cr元素可以制备出Ni-Hard 1型铸铁。
3.力学性能测试
1)硬度测试
采用洛氏硬度计进行宏观硬度测试。测试过程中选用金刚石压头，压力1471N，载荷时间为15s。硬度测试前，样品需要使用砂纸打磨样品，使样品表面平整光滑。每个样品测试5次，取5次的平均值作为该硬度的最终值。使用维氏硬度计对样品进行显微硬度测试，压力为0.5N，载荷时间为15s，硬度测试前，样品需要使用砂纸打磨样品并抛光。每个样品测试20次，取平均值作为该硬度的最终值。结果见表3。
2)冲击性能测试
冲击实验利用的是能量守恒定律，冲击吸收功AKV＝Mg(H1-H2)，公式中M为摆锤重量，H1为初始摆锤的高度，H2为摆锤自由落下冲断试样后继续上升的高度。摆之前和之后的势能差是摆锤破坏样品所消耗的能量，也是样品的冲击吸收功AKV。
使用Zwick/roell Amsler RKP 450J落锤冲击实验机进行冲击性能实验。试按GB/T18658-2002摆锤式冲击实验机检验标准进行，测试样尺寸为55×10×10mm。每个样品测试3次取平均值。结果见表3。
表3
Figure BDA0002562368690000061
表3为本发明实施例1-3得到的镍硬铸铁的力学性能测试结果。由表3可知，实施例1中马氏体含量多，残余奥氏体量较少，马氏体显微硬度高，大量马氏体使得基体宏观硬度很高，随着实施例2、3中Ni含量增加，奥氏体稳定性增加，铸态下获得的马氏体含量减少，残余奥氏体含量增加，硬质相马氏体含量减少，软韧相残余奥氏体含量增加，导致基体硬度下降。冲击韧性则随着镍含量的增加而增加。这是因为镍含量增加，试样残余奥氏体量增加，软韧相的残余奥氏体给基体带来了一定的韧性，使基体的冲击韧性提高。
实施例4
一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，
在实施例1的基础上，还包括步骤(4)：将镍硬铸铁在225℃进行低温回火处理12h，然后出炉空冷即可得到成品镍硬Ⅰ型铸铁。
实施例5
与实施例4的区别在于：
(4)：将镍硬铸铁在250℃进行低温回火处理12h，然后出炉空冷即可得到成品镍硬Ⅰ型铸铁。
实施例6
与实施例4的区别在于：
(4)：将镍硬铸铁在275℃进行低温回火处理12h，然后出炉空冷即可得到成品镍硬Ⅰ型铸铁。
实施例7
与实施例4的区别在于：
(4)：将镍硬铸铁在310℃进行低温回火处理12h，然后出炉空冷即可得到成品镍硬Ⅰ型铸铁。
二、对实施例4-7得到成品镍硬Ⅰ型铸铁分别做出如下检测：
1.显微组织分析
使用D/Max 2500V型X射线衍射仪进行结构分析(见图3)、使用光学显微镜进行光学显微组织分析(见图4)。
图3为本发明实施例4-7得到的镍硬Ⅰ型铸铁的X射线衍射图谱。图4为本发明实施例4-7得到的镍硬Ⅰ型铸铁的显微组织图。将图1、2与图3、4对比显示，回火处理后主要进行的转变是马氏体的分解及残余奥氏体的转变。马氏体低温回火过程中，马氏体的碳原子扩散，马氏体分解形成α-相和弥散的碳化物。
实施例8
以实施例4的制备方法为基础，以回火温度(未回火、225℃、250℃、275℃、310℃)、总镍含量(3.58％、4.05％、4.50％)为影响因子，进行正交试验，将得到的15种镍硬Ⅰ型铸铁。
三、对实施例8得到15种成品镍硬Ⅰ型铸铁分别做出如下检测：
1.力学性能测试
1)硬度测试
测试方法同上，得到结果见表4。
表4
Figure BDA0002562368690000071
由表4可见，经热处理后各试样硬度值均有所提高。Ni 3.58％试样热处理态比未回火提高了2～3HRC，Ni 4.05％、Ni 4.5％试样提高了4～5HRC，但试样的硬度在225～275℃之间的变化很小，当回火温度为310℃时，硬度出现了下降的现象。试样进行低温回火热处理时，基体组织将会发生变化。一是马氏体析出碳化物。在较低温度回火时，马氏体析出细小弥散的碳化物，引起时效硬化。又由于温度较低，析出的碳化物的量不会太多，基体中固溶的碳仍然保持着较高的含量，基体中碳原子的固溶强化效果还是主要的强化因素，使低温回火后基体硬度没有降低反而有所提高。二是残余奥氏体发生转变。低温回火过程中，残余奥氏体将部分转化为贝氏体，贝氏体的强度和硬度高于残余奥氏体，残余奥氏体向贝氏体的转化提高了基体的硬度。所以在225～275℃之间回火时，试样硬度上升。当温度继续升高时，由于碳进一步析出，基体中的碳含量降低，碳的固溶强化效果降低，使强度和硬度下降。同时温度过高，马氏体分解过多，马氏体相变强化效果降低，导致基体硬度下降。所以出现了，当回火温度为310℃时，试样硬度下降的现象。
2)冲击性能测试
测试方法同上，得到结果见表5。
表5
Figure BDA0002562368690000081
由表5可知，回火后个试样的冲击韧性与未回火试样的冲击韧性值基本没有差别。是因为碳化物是硬脆相，低温回火热处理没有改变碳化物的形态，硬脆的碳化物仍然是影响材料冲击韧性的主要因素，碳化物没有发生改变，材料的冲击韧性改变不大；再一个原因是韧性较好的残余奥氏体发生了转变，残余奥氏体量减少抵消了应力消除的效果，使得材料冲击韧性没有发生明显变化。
3)磨损性能测试
磨损实验使用ML-100型磨粒磨损实验机上进行。试样尺寸为Φ4×30mm。实验过程中，设备转动进给速度设置为4mm/r与测试样直径相同，这样保证了实验中样品与砂纸的接触不是重复的。砂纸为180#的石英(主要成分SiO2)砂纸、刚玉(主要成分Al2O3)砂纸和碳化硅(主要成分SiC)砂纸，附加载荷为10N。为了确保结果的可靠性，所有样品都使用600#和1000#砂纸进行预研磨，确保测试摩擦表面平坦，并为每组样品取三个平行样品，每个试样每次实验更换相应的新砂纸。在实验之前和之后用超声波清洁器清洁两者，干燥并称重。使用扫描电镜进行微观组织形貌分析。记录试样的磨损失重量及相对耐磨性(以高锰钢为标准材料)于表6。
表6
Figure BDA0002562368690000091
由表6可知，实验所制备的样品，其相对耐磨性都大于1，说明在不同的实验条件下所制备的样品耐磨性能都优于高锰钢，特别是在以石英为磨料的实验条件中，试样的相对耐磨性为2.10～3.49之间。
同一种试样，在不同磨料下表现出的耐磨性相差巨大，Ni 3.58％试样，在石英磨料中的磨损量仅为5.9～6.3mg，在刚玉磨料中的磨损量为21.1～22.6mg，在碳化硅磨料的磨损量为22.9～23.8mg。试样在刚玉和碳化硅磨料中的磨损量大约是在石英中的400％，但是在刚玉磨料和碳化硅磨料中，试样的失重量差别很小。就相对耐磨性而言，试样在刚玉和碳化硅磨料中的相对耐磨性非常接近。
在同种磨料下，不同种试样表现出不同耐磨性能。在石英磨料下，从磨损量来看Ni3.58％试样不同状态下各试样的磨损量为5.9～6.3mg，Ni 4.05％试样不同状态下各试样的磨损量为6.5～7.2mg，Ni 4.50％试样不同状态下各试样的磨损量为8.5～9.8mg。石英磨料下，Ni 4.05％试样的失重量比Ni 3.58％试样多了10～14％，Ni 4.50％试样失重量比Ni3.58％试样多了44～55％。相对耐磨性，Ni 3.58％试样不同状态下各试样的相对耐磨性为3.26～3.49，Ni 4.05％试样不同状态下各试样的相对耐磨性为2.86～3.16，Ni 4.50％试样不同状态下各试样的相对耐磨性为2.10～2.42。说明在石英磨料试样磨损量少，相对耐磨性高，耐磨性好，尤其是Ni 3.58％试样。但是在刚玉磨料下，各试样磨损损失量差别很小，在碳化硅磨料下各试样的磨损失重量相近，而且试样在刚玉磨料下的失重量跟在碳化硅磨料下的失重量也相近。
4)磨损前后的硬度
对下述三种试样(Ni 3.58％，275℃、Ni 4.05％，275℃、Ni 4.50％，275℃)在同一类磨料(如石英)下的磨损前、后的硬度进行对比，测试数据见表7。
表7
Figure BDA0002562368690000101
由表7可见，1：试样经磨损后磨损面硬度增加，Ni 3.58％试样增加幅度在46～100HV之间，Ni 4.05％试样增加幅度在71～108HV之间，Ni 4.50％试样增加幅度在75～120HV之间；2：试样在刚玉和碳化硅磨料中磨损后磨损面硬度基本相同；3：各试样磨损量在石英磨料中有明显差别；4：试样在刚玉和碳化硅中的磨损量比在石英中的磨损量大得多，但在刚玉和碳化硅磨料中的磨损量差别很小。
Ni 3.58％、Ni 4.05％、Ni 4.50％在石英磨料中磨损后磨损面显微硬度分别为807.2HV、761.1HV、690.4HV，石英的显微硬度为840HV，则“磨后硬度/石英硬度”的值分别为0.96、0.90、0.82均大于0.8，说明在石英磨料下，材料的磨料磨损属于软磨料磨损。Ni3.58％,275℃、Ni 4.05％,275℃、Ni 4.50％,275℃在石英磨料中磨损量分别为5.9mg、6.7mg、8.6mg，以Ni 3.58％,275℃试样作为对比，Ni 4.05％,275℃、Ni 4.50％,275℃的磨损量分别比Ni 3.58％,275℃试样多了13.5％和45.7％，说明在软磨料磨损情况下，材料硬度对耐磨性能有着重要的影响，材料硬度越高耐磨性能越好。
以上述方法分析各个试样在刚玉、碳化硅中的数据，说明本实验条件下在硬磨料磨损中，材料的硬度和磨料的硬度对材料的耐磨性能都有一定的影响，在磨料硬度没有大大超过材料磨后硬度的情况下(如刚玉)，材料的硬度高可以减少一定的质量损失，对耐磨性有正面影响；当在磨料硬度大大超过材料磨后硬度的情况下(如碳化硅)，材料的磨后硬度高低对耐磨性能的高低基本没有影响，不同硬度的材料其磨损量基本相同。
5)磨损形貌检测
对在不同磨料磨损后的试样Ni 3.58％，275℃，进行扫描电镜，结果见图5。
图5为试样Ni 3.58％，275℃在不同磨料磨损后的扫描电镜磨损形貌图。由图可见，试样在石英磨料中磨损产生的犁沟宽度小深度浅，磨损表面产生的塑性变形小，磨损面较为平整；试样在刚玉和碳化硅磨料中磨损产生的犁沟宽度大深度深，磨损表面产生的塑性变形大，磨损面磨损严重。可以看出试样的主要磨损形式为微观切削，伴有一定的断裂剥落，磨损过程中，磨料在力的作用下压入材料表面并进行切削，在材料磨损表面形成犁沟。磨料在切削材料过程中使材料发生一定量的塑性变形。
实施例9
一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，包括如下步骤：
(1)将拜耳法赤泥、红土镍矿按照6:4质量比混合后得到混合物，向上述混合物中添加其质量18％焦粉、其质量2.5％生石灰混合均匀，再加入其质量10％的浓度为5％硅酸钠水溶液，再混合均匀，冷压并于干燥箱中在55℃下干燥1.5h后，得到混料；
(2)将混料于温度为350℃下预热4h后，放入中频感应炉中于1550℃进行加热还原，得到铁合金；
(3)将铁合金加入降炭剂脱碳处理后，加入添加镍、铬制备成镍硬铸铁；镍含量添加至总镍含量为4.05wt.％、铬含量添加至总铬含量为1.88wt.％；；所述降炭剂是由6.6％铁、79.2％氧化铁和14.2％氧化钙组成；
(4)将镍硬铸铁在225℃进行低温回火处理10h，然后出炉空冷即可得到成品镍硬Ⅰ型铸铁。
Figure BDA0002562368690000111
实施例10
一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，包括如下步骤：
(1)将拜耳法赤泥、红土镍矿按照5:5质量比混合后得到混合物，向上述混合物中添加其质量23％焦粉、其质量4％生石灰混合均匀，再加入其质量8％的浓度为3％硅酸钠水溶液，再混合均匀，冷压并于干燥箱中在58℃下干燥1.8h后，得到混料；
(2)将混料于温度为320℃下预热3.8h后，放入中频感应炉中于1450℃进行加热还原，得到铁合金；
(3)将铁合金加入降炭剂脱碳处理后，加入添加镍、铬制备成镍硬铸铁；镍含量添加至总镍含量为4.50wt.％、铬含量添加至总铬含量为2.21wt.％；所述降炭剂是由8％铁、80％氧化铁和12％氧化钙组成；
(4)将镍硬铸铁在310℃进行低温回火处理11h，然后出炉空冷即可得到成品镍硬Ⅰ型铸铁。
Figure BDA0002562368690000121
再对实施例9、10进行如上述检测，检测结果均与实施例4-8相近，说明本发明方法在制备镍硬Ⅰ型铸铁中，具有良好的重现性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将拜耳法赤泥、红土镍矿混合后得到混合物，向上述混合物中添加焦粉、生石灰混合均匀，再加入硅酸钠水溶液再混合均匀，冷压并干燥后，得到混料；所述赤泥与红土镍矿的用量比为6～7:3；
（2）将混料于温度为320～350℃下预热3.5～4 h后，放入中频感应炉中加热至1450～1550℃进行还原，得到铁合金；还原后得到的铁合金其组织为莱氏体+石墨；
（3）将铁合金脱碳处理后，加入镍、铬制备成镍硬铸铁；所述脱碳处理是通过加入由铁、氧化铁和氧化钙组成的降炭剂进行反应脱碳；其中，铁和氧化铁的总含量为脱碳剂总质量的85～90%，其余为氧化钙补足100%；
（4）将镍硬铸铁进行低温回火处理，然后出炉空冷即可得到镍硬Ⅰ型铸铁；最终产品的硬度达61.9 HRC、冲击韧性高达2.991 J·cm-1，得到的成品镍硬Ⅰ型铸铁的组织具有马氏体+碳化物+贝氏体+残余奥氏体。
2.根据权利要求1所述利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，步骤（1）所述焦粉添加量为所述混合物总质量的18～23%，所述生石灰添加量为所述混合物总质量的2.5～4%。
3.根据权利要求1所述利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，步骤（1）所述硅酸钠水溶液的浓度为3～5%。
4. 根据权利要求1所述利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，步骤（1）所述干燥是于干燥箱中在55～60℃下干燥1.5～2 h。
5. 根据权利要求1所述利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，步骤（3）所述镍含量添加至总镍含量为3.58～4.50 wt.%、铬含量添加至总铬含量为1.80～2.21 wt.%。
6.根据权利要求1所述利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，所述铁、氧化铁的使用质量比为1：9～12。
7.根据权利要求1所述利用赤泥高效渣铁分离制备镍硬Ⅰ型铸铁方法，其特征在于，步骤（4）所述低温回火的工艺为：将试样放在225～310℃中保温10～12h。
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