一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法技术

本发明专利技术提出了一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法，属于工业固体废弃物资源化利用领域和有色金属的处理技术领域。其特征是以金属铬冶炼形成的工业废弃物铝铬渣作为原料，解决了固体废弃物的排放问题，所生产的产品符合优质氮化铬铁材料要求，原材料价格低廉，生产成本低，比常规方法低20％‑30％；工艺相对简单，生产效率高，对环境影响小；产品质量稳定，含氮量较高，能达到5％‑6％，年可节约铝矾土矿5万吨，铬矿1万吨，实现了铝铬渣的资源化循环利用，节约资源，对环境友好，为氮化铬铁的生产提供了一种较理想的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法
本专利技术涉及工业固体废弃物资源化利用领域和有色金属的处理
，具体是一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法。
技术介绍
氮化铬铁作为一种合金添加剂，被广泛用于不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢、合金钢等特种钢冶炼生产。目前，在生产的含镍的奥氏体不锈钢中加入氮，使镍的含量降低这样的生产方式具有极大的经济效益，氮代替镍会使钢的强度、抗腐蚀性显著提高，而塑性仍保持良好的水平。近年来，国内许多钢铁企业都在研制生产高强度、耐热、耐腐蚀的含铬、氮的钢种。但随着市场需求的变化，客户对含氮、铬较高的氮化铬铁产品需求较大。目前氮化铬铁的传统生产方法是将铬铁产品在一定条件下，通入氮气与铬铁进行化合反应而获得氮化铬铁，具体有液体渗氮法和固体渗氮法这两种形式。但是传统的氮化铬铁的工艺流程较长，原材料成本较高。铝铬渣是铝热还原反应冶炼金属铬所衍生的副产物。在冶炼金属铬时利用金属铝与工业氧化铬发生还原反应制取金属铬，金属铝粉与Cr2O3在熔融的状态下发生激烈的化学反应，生成的Al2O3迅速向刚玉相转变,同时与未反应完全的Cr2O3固溶，生成铝铬固溶体，即铝铬渣。通常，每生产l吨金属铬排放15吨铬渣，铝铬渣的主要成分为Al2O3和Cr2O3。铝铬渣对生态环境等存在一定的危害性，但如果治理得当，又是可利用的资源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法，包含以下步骤：A、原料准备：将铝铬渣破碎，得到铝铬渣颗粒；将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中；启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，当温度达到2039K时，Cr7C3开始熔化、聚集、下沉，最终获得Cr7C3块体，然后将其破碎、球磨成Cr7C3粉末，选取一定量的Fe3O4与Cr7C3粉末混合均匀；B、将上述混合料放进真空感应加热炉的炉腔内，开启真空系统，当真空度达到10Pa时，打开加热系统，升温速率为50℃/min，当温度达到1250℃时候开始恒温，然后加热到1350℃，开始恒温，同时观测真空度数值，此时Cr7C3与Fe3O4高温下发生反应，生成铬铁合金和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，直到真空度维持在10-20Pa范围内，继续恒温。确保反应充分后，关闭真空系统。然后从充气阀充入高纯氮气，当氮气压力达到0.2Mpa时，停止充气，继续恒温在1350℃，随后，随炉冷却到低于100℃时，出炉，即可得到含氮量为5％-6％的氮化铬铁。作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤A中的Cr7C3与Fe3O4的质量比为：1.5:1-3:1。作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤B中1250℃时的恒温时间为1小时。作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤B中真空度维持在10-20Pa范围内的恒温时间为5小时。作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤B中停止充气后的恒温时间为2小时。作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤A中的铝铬渣破碎后的粒度≤10mm。作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤A中的Cr7C3粉末为80-120目颗粒。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术具有能大量消耗铝铬渣、缓解铝铬渣对环境危害、价格低廉和环境友好的特点，所制备的以铝铬渣为主料的含氮量较高。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法，同时解决固体废物铝铬渣的环境污染问题及资源化再利用问题。所述铝铬渣颗粒为治炼金属铬产生的炉渣，所述铝铬渣颗粒的化学成分是:Al2O3为75～85wt％，Cr2O3为8～15wt％，CaO≤3wt％，Fe2O3≤2wt％，MgO≤2wt％；所述铝铬渣的粒径≤10mm；Al2O3的熔点为2327K，密度为3.9g/cm3，Cr2O3的熔点为2539K，密度为5.21g/cm3，C的熔点3823K，密度2.26g/cm3，Cr7C3熔点为2039K，密度6.89g/cm3。将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中，启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，根据热力学原理，温度为1400K时，C与Cr2O3反应生成Cr7C3的标准吉布斯自由能已经小于零，说明该碳还原反应可自动进行，随着温度的升高，该反应趋势越强，当温度达到2039K时，Cr7C3开始熔化、聚集，由于密度较其他氧化物大，会不断下沉，最终形成Cr7C3块体。当温度达到2327K时Al2O3开始熔化，由于密度差异较大，Al2O3与Cr7C3形成分层，一方面得到了纯度较高的Al2O3产品，另一方面得到了廉价的Cr7C3。进一步用真空还原的方法制备更高附加值的氮化铬铁，最大限度地实现了固体废弃资源综合利用。所生成的Cr7C3其主要成分为铬84.52％，碳8.65％，铁1.66％。利用Cr7C3制备氮化铬铁的反应原理如下：4Cr7C3+3Fe3O4＝9Fe+28Cr+12COFe+Cr+N＝FeCrNCr7C3与Fe3O4高温下发生反应，生成铬铁合金和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，可以通过真空计显示值判断是否仍有一氧化碳排出，待反应充分，没有一氧化碳排出后，关闭真空阀，往真空腔内充入氮气，在高温下铬铁合金与氮气反应，最终形成氮化铬铁。具体制备步骤如下：A、原料准备：将铝铬渣破碎至粒度≤10mm，得到铝铬渣颗粒；将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中；启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，当温度达到2039K时，Cr7C3开始熔化、聚集、下沉，最终获得Cr7C3块体，然后将其破碎、球磨成80-120目的粉末。选取一定量的Fe3O4与Cr7C3粉末混合均匀，所述Cr7C3与Fe3O4的质量比为：1.5:1-3:1。B、原料进炉：将上述混合料放进真空感应加热炉的炉腔内，开启真空系统，当真空度达到10Pa时，打开加热系统，升温速率为50℃/min，当温度达到1250℃时候开始恒温，恒温时间为1小时，然后加热到1350℃，开始恒温，此时Cr7C3与Fe3O4高温下发生反应，生成铬铁合金和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，直到真空度维持在10-20Pa范围内，继续恒温5小时后，确保反应充分后，关闭真空系统。然后从充气阀充入高纯氮气，当氮气压力达到0.2Mpa时，停止充气，继续恒温在1350℃，恒温时间为2小时。随后，随炉冷却到低于100℃时，出炉，即可得到含氮量为5％-6％的氮化铬铁。采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果:1.本专利技术以金属铬冶炼形成的副产物铝铬渣作为原料，解决了固体废弃物的排放问题，实现了铝铬渣本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法，其特征在于，包含以下步骤：/nA、原料准备：将铝铬渣破碎，得到铝铬渣颗粒；将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中；启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，当温度达到2039K时，Cr

【技术特征摘要】
1.一种利用铝铬废渣制备氮化铬铁的方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、原料准备：将铝铬渣破碎，得到铝铬渣颗粒；将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中；启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，当温度达到2039K时，Cr7C3开始熔化、聚集、下沉，最终获得Cr7C3块体，然后将其破碎、球磨成Cr7C3粉末，选取一定量的Fe3O4粉末与Cr7C3粉末混合均匀；
B、将上述混合料放进真空感应加热炉的炉腔内，开启真空系统；当真空度达到10Pa时，打开加热系统，升温速率为50℃/min，当温度达到1250℃时候开始恒温；然后加热到1350℃，开始恒温，同时观测真空度数值，此时Cr7C3与Fe3O4高温下发生反应，生成铬铁合金和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，直到真空度维持在10-20Pa范围内，继续恒温；确保反应充分后，关闭真空系统；然后从充气阀充入高纯氮气，当氮气压力达到0.2Mpa时，停止充气，继续恒温在1350℃，随后，随炉冷却到低于100℃时，出炉，即可得到含氮量为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥清，张婷婷，付莹，王学志，牛秀梅，周渊明，周宁宁，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21