拜耳法生产氧化铝过程中产生的强碱性赤泥,因其颗粒细、化学组成复杂、难以回收和综合利用率低、对生态环境造成极大的威胁,严重阻碍了铝工业的可持续发展。针对以上问题,本工作以广西平果铝拜耳法赤泥为主要原料,引入与赤泥化学组成相近的含镍铬元素的红土镍矿,采用电弧炉碳热还原熔炼技术探索了从拜耳法赤泥直接制备低镍铬合金铸铁的可能性。首先,对熔融选择性还原有价金属元素的可能性进行了热力学分析,并进行了碳热还原熔炼的实验模拟;其次,在实验模拟基础上,设计了一台适用于工程化研究的单电极直流埋弧式电弧炉,实施了赤泥添加红土镍矿的碳热还原熔炼实验,直接制备了低镍铬合金铸铁;最后就低镍铬合金铸铁应用的一些关键问题进行了研究。主要结论如下:1.首次提出了采用单电极直流埋弧式电弧炉,通过加入红土镍矿和其他氧化物矿料,使赤泥中金属氧化物依次还原并使得金属与熔渣分离的赤泥材料利用方法。结合下游产业,探索了低镍铬合金铸铁的使用性能,并在实际生产情况下,证实了材料的使用性能优于现有材料,为实现拜耳法高碱赤泥材料化利用的工程化技术提供了试验依据。2.碳热还原热力学分析得出,在反应温度为700℃～1800℃之间,全赤泥中主要金属氧化物的还原容易程度为:Fe>V>Cr>Mn>Ti>Si>Zr,还原得到的是金属/石墨或者金属/碳化物体系;Si、Zr、Al、Mg和Ca的氧化物会相互作用生成各种复杂化合物,形成炉渣。赤泥添加红土镍矿后,混合料中的Ni、Cr、Mn、V、Ti元素会随Fe元素一起被还原。3.往赤泥中适量添加红土镍矿,有助于获得还原熔炼所需的适宜碱度,促进多种氧化物的还原和进一步丰富铁合金的元素组成。真空碳热还原实验模拟表明,全赤泥碳热还原熔炼时,只有Cr、Ti、Si三种元素随铁元素一起得到了还原,且总直收率和Fe、Cr、Ti元素的直收率都比较低,分别只有76.45%、78.03%、45.64%和6.08%。而当赤泥添加红土镍矿后,碳热还原熔炼效果得到显著改善,合金的总直收率和Fe、Ni、Cr、Ti的直收率分别为84.86%、79.44%、83.72%、58.96%和39.74%。合金组织主要由铁基体和石墨相组成。4.采用单电极直流埋弧式电弧炉,以赤泥和红土镍矿为原料,利用高温碳热还原熔炼和中频感应电炉精炼工艺可以直接制备高质量低镍铬合金铸铁。所制备的合金铸铁中镍和铬含量分别为1.59-2.06%和0.76-0.83%。Ni、Cr元素均匀分布在铸铁的莱氏体基体中。随着铸铁中Ni、Cr元素含量的增加,硬度和腐蚀性能逐渐提高。5.通过碳热还原熔炼制备了与HT250、RuT380和QT450成分相近的低镍铬合金铸铁。随着镍铬元素添加,铸铁组织中相的种类没有变化,均是由石墨+珠光体+少量铁素体组成,但这些相的形态分布发生了相应变化,尤其是珠光体得到一定程度上的细化。从力学性能方面看,含有镍和铬元素的铸铁性能优于仅含有镍的铸铁,前者珠光体组织更细小更均匀。与标准的HT250、RuT380和QT450相比,开发的低镍铬合金铸铁的抗拉强度分别提高14.8%、31.3%和44.5%,铸铁的腐蚀性能也得到提高。