【摘 要】
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镍渣是金属镍冶炼过程中产生的副产物,其中含有约40%的铁及微量镍、铜等有价金属元素,是潜力很大的可利用含铁资源。但由于镍渣中的铁主要以铁橄榄石形式存在,很难用磁选等物理方式对其进行再利用,目前对镍渣较有效的利用方式为还原回收其中的金属元素。综合来看,通过固态还原回收利用镍渣中的金属资源在经济和技术上均较为可行。本课题在前期实验的基础上,提出镍渣预氧化强化还原回收有价元素的利用思路,通过预氧化前处理
【基金项目】
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国家自然科学基金资助（资助号:51774224）；
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镍渣是金属镍冶炼过程中产生的副产物,其中含有约40%的铁及微量镍、铜等有价金属元素,是潜力很大的可利用含铁资源。但由于镍渣中的铁主要以铁橄榄石形式存在,很难用磁选等物理方式对其进行再利用,目前对镍渣较有效的利用方式为还原回收其中的金属元素。综合来看,通过固态还原回收利用镍渣中的金属资源在经济和技术上均较为可行。本课题在前期实验的基础上,提出镍渣预氧化强化还原回收有价元素的利用思路,通过预氧化前处理增强镍渣的还原效果,对实现冶金二次资源再利用具有积极意义。本文将镍渣作为研究对象,以煤作为还原剂,经过预氧化前处理,通过煤基还原的方法将镍渣中的铁氧化物还原为金属铁。运用热力学、动力学等研究方法,结合X-射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪等微观检测技术,利用化学分析等检测手段,进行了预氧化过程对镍渣物相及内部结构的影响,预氧化镍渣还原后物相、晶胞参数、氧化程度及微观结构特性以及预氧化镍渣还原过程中金属铁颗粒生成、聚集、长大特性及生长动力学研究,研究结果如下:（1）镍渣中铁橄榄石的预氧化过程遵循逐级转变原则:Fe2SiO4?Fe3O4?Fe2O3。在镍渣预氧化温度达到900℃之后,镍渣样品氧化程度较高,预氧化效果较好,达到95%以上。当预氧化时间小于10min时,氧化率随氧化时间的延长增幅较大;当预氧化时间大于10min时,氧化率的增幅较小,处于基本稳定状态。预氧化过程破坏了镍渣的结构,使颗粒表面粗糙,周边空隙增多,颗粒边界无规则,增大了镍渣表面积,致使铁氧化物晶粒缺陷增多,使得后续还原过程容易进行。（2）当温度小于1100℃时,预氧化镍渣还原产物的金属化率随温度的升高其增加趋势较明显,而当温度超过1100℃时,其增加趋势逐渐减弱。当还原温度为1250℃时,未预氧化镍渣样品和预氧化镍渣样品的最大金属化率分别为68.72%和74.51%,预氧化过程对镍渣还原结果影响较明显。延长还原时间可以在一定程度上提高还原产物中金属铁的含量,综合考虑还原效果和成本等因素,适宜的还原时间为 30 min。（3）还原时间及还原温度均对铁颗粒的生长有显著影响,还原时间从10min延长到30min、40min、50min和60min时,相应的金属铁颗粒最大尺寸从12μm增加到22μm、45μm、70μm和86μm;还原温度从600℃升高到1100℃时,金属铁颗粒的最大尺寸从7μm增加到86μm。镍渣还原过程中的铁颗粒生长动力学方程为:（?）,镍渣还原过程中铁颗粒生长的颗粒生长活化能和指前因子分别为14.591kJ·mol-1和3.341。
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