用固态去氧的方法还原低品位红土镍矿中的镍

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1、用固态去氧的方法还原低品位红土镍矿中的镍李博,王华,魏永刚摘要通过对用固态去氧作用的方法还原低品位红土镍矿中的镍的研究,对红土镍矿还原过程中温度、时间、还原剂类型和CaO在总镍中金属(αNi)转换的百分比进行了调查。结果表明，反应温度在两个气固相和固固相还原过程中是强烈影响αNi的因素，并且温度越高越有利于镍的还原。因为对于红土镍矿(NiO+CO→CO2+Ni)中镍的还原是间接的,那么要得到更高含量的αNi（＞80%）可以通过增加CO和无烟煤来满足。在气固还原过程中，反应时间越长越有利于镍还原，由于相变会使得气体还原剂的温度在达到850°C时转换百分比减小。在固固相还原过程中，随着反应时间

2、的逐渐增高和CaO的用量的增多，总镍中金属镍的转换比是先增加后减小。在以上两个还原过程中，由于氧化铁的还原和金属镍的形成，在Ｘ射线衍射中镍纹石在这些还原的矿石中被发现。在扫描式电子显微镜下观察到，在还原过程中，红土镍矿由大颗粒的三明治结构转变成为小颗粒的絮状结构。关键词：红土镍矿；转换比例；金属镍；固态去氧1、介绍近年来，关于低品位红土镍矿的使用已得到越来越多的关注，伴随着的还有不锈钢需求的增加和硫化矿供应的下滑，在这些硫化矿中，红土镍矿组成了73％的世界镍资源，并且将成为未来镍的主导资源。随着持续损耗，这些高品位镍矿石如针镍矿和红砷镍矿、红土镍矿已成生产金属镍的主要来源。然而，目前，世界

3、上生产的镍只有42％来自于红土镍矿，因为在矿石中镍的含量是很低的，因此，从长远来看，优化对红土镍矿中镍的提取将是有必要的。火法冶金和湿法冶金两工艺都是商业市场上对从红土镍矿转变到镍的应用。火法冶金技术是适合腐殖土型的矿，过程通常涉及干燥、煅烧、还原和电炉熔炼去生产镍铁或无光泽镍硫化物。这些工艺的不足之处在于要求级别高的矿石和大量能量的输入。湿法冶金过程更适用于褐铁矿型的矿石，这个技术包括氨－碳酸铵浸出、常压硫酸浸出和高压酸浸。这些工艺的缺点是提取镍量低，大量的能源和试剂的需求。许多关于氧化镍和红土镍矿还原的调查以完成。例如，Krasuk等人研究了氧化镍和CO的还原；Utigard等人研究了

4、氧化镍使用氢的还原动力学；James等人研究了用X射线衍射（XRD）研究通过氢还原镍氧化物；Olli研究的还原由H2和CO包括气体在水平管式炉和在实验室液化床反应器研究；Valix等人混合了还原性气体去研究红土镍矿在高温还原过程中硫的作用。Li等人完成了预还原的仿真研究和红土镍矿与焦炭的煅烧处理在镍还原反应速率中确定反应的温度、时间、压力以及CaO的用量。Xu等人进行了用活性炭粉为还原剂的红土镍矿选择性还原焙烧-磁选富集镍的工艺研究。在这项研究中，用固态去氧的方法还原低品位红土镍矿中的镍已经完成，此外，气体还原剂和固体还原剂都被使用，而且在镍的还原过程中还原温度、还原时间、CO的用量、碳的

5、用量和CaO的用量的影响都是被检验分析过的。用转换百分比和阶段分析法在热力学基础上对红土镍矿中镍的还原性质进行了研究。图1.碳氧化物和氧化镍的标准吉布斯自由能（ΔGθ）2、还原镍的热力学基础在红土镍矿还原镍的过程中，镍氧化物转化为金属镍的主要反应如下（Li等人,2009）：Ｃ+CO２＝２COΔGθ=166550-171ＴＪ/mol（１）NiO+C＝Ni+COΔGθ=124800-175ＴＪ/mol（２）NiO+CO＝Ni+CO２ΔGθ=-40590-0.42ＴＪ/mol（３）碳氧化物和氧化镍的标准吉布斯自由能（ΔGθ）是如图1所示，如图所示，常压下NiO通过固定碳发生还原的最低温度是440

6、℃此外，生成NiO的标准吉布斯自由能的曲线高于生成CO2的,而在标准大气压下反应（3）的标准吉布斯自由能是下降的。因此，氧化镍很容易被CO还原。事实上，红土镍矿是混合矿石，包含有NiO、Fe2O3、Fe3O4等等，所以在还原过程中也伴随着其他反应的发生。基于铁镍矿的还原，NiO·Fe2O3,氧化镍还原为金属镍是优先的，这点由（4）～（6）式可以表明（Olli等人，1995）：3NiO•Fe2O3+CO＝3NiO+2Fe3O4+CO2（４）NiO+2Fe2O3+CO＝Ni+2Fe3O4+CO2（５）Ni+Fe3O4+CO＝Ni+3FeO+CO2（６）之后进一步的由方铁矿还原到金属铁发生反应:

7、FeO+CO＝[Fe]Ni+CO2（７）根据实验条件，还原反应过程能进行到反应（6）,但是反应（7）很难进行。这些结果证明用固态去氧的方法将氧化镍还原成金属镍是可行的。3、实验红土镍矿的化学成分用化学方法进行分析，X射线衍射的实验已经由日本研究装置铜Kα辐射（λ=1.5406Å）的D/max-R衍射仪进行完成，其操作电压是40KV,电流是40mA,衍射角是从5°扫描到80°，其形态和粒径决定使用的扫描电子显微镜是菲利普X