红土镍矿资源占世界陆基镍资源的72%,然而红上镍矿生产的镍只占世界镍产量的48%。随着高品位硫化镍矿资源渐趋枯竭,红土镍矿的开发利用已被人们广泛关注,成为目前国际上重大的冶金难题。本文主要针对硅镁型红上镍矿进行了干燥及预还原的基础研究,研究结果为硅镁型红土镍矿的火法冶炼提供理论指导,对其工业生产具有重要的参考价值。本文围绕红土镍矿的火法冶金过程,对硅镁型红上镍矿的干燥特性和预还原开展了系统的研究。从低温干燥和高温干燥两个方面进行红上镍矿的干燥特性研究发现：红上镍矿低温干燥过程被分成升速干燥和减速干燥两个阶段,干燥过程的活化能为1.7kJ.mo1-1。在高温干燥过程中,温度越高,脱除水分的速率越快,最佳干燥时间为30min。随着温度的升高,红土镍矿从不定型硅酸镁转变成(Mg,Fe)SiO4和Fe203晶体。随着红土镍矿干基含水量的不断增加,静态休止角和动态休止角不断增加,内摩擦角和壁摩擦角不断减小。研究了红土镍矿预还原过程中镍、铁的还原行为,结果表明：在气—固还原过程中,随着还原温度的增加,金属镍还原率和FeO的含量不断提高,但是当温度为850℃,金属镍还原率和FeO的含量突然降低,主要是由于红上镍矿发生了相变。随着还原时间的增加,金属镍的还原率不断增加,FeO的含量先增大后减小；随着CO含量的增加,金属镍还原率和FeO的含量不断增加,CO含量越大,还原性气体的分压就越大,扩大了化学反应的界面,促进了红土镍矿的还原。随着矿石粒径的减小,金属镍的还原率和FeO含量不断增加,矿石粒径较大,内扩散速度较慢,还原率较低；在固—固还原过程中,随着还原温度和碳含量的增加,金属镍还原率和FeO含量不断增加,NiO和Fe304还原反应为吸热反应,温度升高,参加反应的物料化学活性和反应气体分子运动增强。随着还原时间和CaO含量的增加,金属镍还原率和FeO含量先增大后减小,反应时间增加,还原剂不断地被消耗,CO2的浓度不断地增加,抑制了反应的进行,过量的CaO会减少红上镍矿还原反应的有效接触面积,不利于固相还原反应的进行。红上镍矿还原产物中主要物相为镁橄榄石、石英和少量的镍铁合金。采用Coats-Redfern热分析动力学法,对固体C和CO预还原硅镁型红上镍矿动力学进行了研究,可以得出：固体C预还原硅镁型红上镍矿过程可分为200℃～500℃和500℃～950℃两个阶段,机理函数均为Avarmi-Erofeev方程(n=4),属随机成核和随后生长型机理函数,第一阶段活化能为171.91kJ·mol-1,第二阶段活化能为52.75kJ.mol-1,确定红上镍矿预还原过程受成核长大模型控制,得出红上镍矿预还原反应速率主要由碳气化反应控制；CO预还原硅镁型红土镍矿过程被分成三个阶段：初始阶段、中间阶段、衰减阶段,还原反应初始阶段的机理函数为G-B方程,属于三维扩散型机理函数,该阶段主要反应为NiO·Fe2O3转化成Ni和Fe3O4；还原反应中间阶段的机理函数为Avarmi-Erofeev方程(n=4),属随机成核和随后生长型机理函数,动力学参数为E=60.78kJ·mol-1、A=125599.044β/(3655-T),该阶段主要反应为Fe3O4转化成FeO和Fe。通过数学模型的验证,得出模型的计算值与实验测量值具有良好的相关性。研究了金属镍分析结果准确性的影响因素,确定了最佳实验条件为样品粒度小于0.1mm、萃取时间为90min、萃取剂中溴浓度为50ml/L、溴-甲醇用量为100mL。此方法灵敏度高、精密度好、测量范围广,对同一样品连续测定5次,测定金属镍的标准偏差在0.015%以下,金属镍回收率在97.8%～103.8%之间。
