【摘 要】
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目前工业上通过配料稀释法、气化脱砷法以及钢铁液脱砷法等控制和消除钢中的砷元素,但存在生产成本高和环境污染严重等问题。在钢液中具有强化学活性的镧系元素能与砷元素形成高熔点化合物。我国稀土资源丰富,开展稀土变质处理残余元素具有独特的优势,通过稀土与砷的相互作用改变砷在钢中的赋存行为。本文主要研究不同实验条件对镨-铁-砷三元系化合物的种类、元素的扩散以及化合物稳定性的影响,研究稀土镨与砷的相互作用规律和
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目前工业上通过配料稀释法、气化脱砷法以及钢铁液脱砷法等控制和消除钢中的砷元素,但存在生产成本高和环境污染严重等问题。在钢液中具有强化学活性的镧系元素能与砷元素形成高熔点化合物。我国稀土资源丰富,开展稀土变质处理残余元素具有独特的优势,通过稀土与砷的相互作用改变砷在钢中的赋存行为。本文主要研究不同实验条件对镨-铁-砷三元系化合物的种类、元素的扩散以及化合物稳定性的影响,研究稀土镨与砷的相互作用规律和机制等问题,控制稀土镨与砷的冶金学条件,得出以下主要结论:化合物PrAs、Fe2As、Fe17Pr2和含砷α-Fe是镨-铁-砷三元系的主要高温作用产物。温度为950℃的试样中,所有化合物的相对含量随着镨砷原子比的增加先增加后降低;温度为900℃的试样中,随着镨砷原子比的增加,化合物PrAs的相对含量逐渐减少,化合物Fe2As的相对含量先增加后减少;随着镨砷原子比的增加,试样熔渗边缘区域的扩散距离均呈现先增加后降低的趋势。随着恒温温度的增加,镨砷原子比为1:3.5的试样中,化合物Fe2As的相对含量逐渐降低,化合物PrAs的相对含量先增加后降低;镨砷原子比为1:4的试样中,化合物PrAs的相对含量逐渐升高;随着恒温温度的增加,试样熔渗边缘区域的扩散距离均呈现先降低后增加的趋势。随着恒温时间的增加,化合物PrAs和化合物Fe2As的相对含量均呈现先降低后升高的趋势。镨-铁-砷三元系高温作用产物在干燥大气环境中最稳定,在普通管道水环境中稳定性最差。温度越高,铁原子的自扩散系数越大,当温度从1173K升高到1273K时,铁原子的自扩散系数从DFe=3.39×10-68)~2/增大到DFe=4.26×10-6m~2/s。理论上,铁原子在工业纯铁缸体的扩散距离最短为3.68mm,最长为29.19mm。由Pualing经验公式可得,Pr原子和As原子优先结合形成金属间化合物,其次是Pr原子和Fe原子,最后是Fe原子和As原子。稀土金属镨在铁基体中的浓度随着扩散深度的增加呈现先减小后增加的趋势。化合物PrAs的生成阻碍了砷在铁基体中的扩散,体系中化合物生成的化学过程主要为[Pr]+[As]→[PrAs]生成化合物PrAs以及2[Fe]+[As]→Fe2As生成化合物Fe2As。
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