多金属结核金属化还原过程热力学和动力学

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1、多金属结核金属化还原过程热力学及动力学赵峰基金项目：国家自然科学基金资助项目（51704024）Fundprogram:NationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNo.51704024).赵峰（1987-），男（汉），河北唐山，工程师，zhaofeng1315@163.com，从事有色金属冶金研究。ZHAOFeng(1987-),male(han),HebeiTangShan,engineer,zhaofeng1315@163.com，Engagedinnon-fer

2、rousmetalsmetallurgyresearch.，蒋训雄，汪胜东，李达，蒋伟，刘巍（北京矿冶科技集团有限公司，北京100160）摘要：对多金属结核金属化还原过程进行热力学和动力学分析，研究其热力学上的可行性和反应速率限制环节。结果表明，MnO2还原起始温度最低，优先还原；NiO、CoO、CuO、Fe2O3四种氧化物的还原比MnO容易，其中最难还原的Fe2O3，其开始还原温度约798℃（1070.72K），而碳还原MnO的理论开始反应温度约为1420℃（1693.15K），为选择性还原提供了充足的温度范围。

3、反应体系的反应速率受扩散过程控制，固相反应动力学方程符合金斯特林格方程。关键词：多金属结核；金属化还原；热力学；动力学ThermodynamicsandKineticsofMetallicReductionofPolymetallicNodulesZHAOFeng，JIANGXun-xiong，WANGSheng-dong，LIDa，JIANGWei，LIUWei（BGRIMMTechnologyGroup，Beijing100160，Bejing100160，China）Abstract:Thermodynami

4、csandkineticsofMetallicReductionofPolymetallicNoduleswereanalyzedtostudythefeasibilityofitsthermodynamicsandthereactionratelimitingelement.TheresultsindicatethatMnO2ispreferentialreducedwithalowinitialreductiontemperature,NiO、CoO、CuO、Fe2O3areeasierreducedthanM

5、nO,TheinitialreductiontemperatureofFe2O3isabout798℃（1070.72K）,Fe2O3whoseinitialreductiontemperatureisthemostdifficulttoreduceinNiO、CoO、CuO、Fe2O3,TheinitialreductiontemperatureofMnOisabout1420℃（1693.15K）usingcoalasthereductant,Anadequatetemperaturerangeisprovid

6、edforselectivereduction.Thereactionrateofthereactionsystemiscontrolledbydiffusionprocess,Thesolid-phasereactionkineticsequationconformstokingstingerequation.Keywords:polymetallicnodules；metallicreduction；Thermodynamics；kinetics多金属结核是大洋中最早被发现而且研究时间最长的深海固体矿产。主要赋

7、存于水深4000～6000m的深海平原、海沟、海谷、海底火山和群岛附近，多产出在松软沉积物表层[1-3]。多金属结核富含锰、铜、镍、钴等70多种元素，其中有开采价值的有20多种，以锰、铜、钴和镍四种金属价值最大[4]。多金属结核结晶程度很差，多呈半晶质、隐晶质甚至非晶质，且有用矿物嵌布粒度很细，大部分有价金属元素都赋存于锰矿物晶格中，用传统的物理选矿方法很难富集和分离[5-7]。多金属结核的处理工艺大致分为火法和湿法两大类。火法主要有还原焙烧、氯化焙烧、硫酸化焙烧、离析、熔炼等；湿法主要是在各种还原剂作用下，利用硫

8、酸、氨性溶液进行常压或加压浸出。代表性流程包括：还原焙烧—氨浸、亚铜离子氨浸、高温高压硫酸浸出、常压还原酸浸、还原熔炼—酸浸等[8-12]。现有工艺处理多金属结核都有一定的局限性，常压酸浸工艺简单，有价金属的浸出率高，但选择性差，酸耗大，溶液提纯过程复杂，废水、废渣量大；加压酸浸虽可以提高浸出选择性，但对设备要求高，投资大；氨浸工艺浸出选择性好、浸出试剂可循