大洋多金属结核金属化还原铁基多元合金磁性能基础理论研究

Ocean polymetallic nodules are important deep-sea polymetallic mineral resources, bears abundant nickel, cobalt, copper, manganese and other important metallic elements, the development and utilization of ocean polymetallic nodules can alleviate the shortage of the land resources effectively. In order to solve the problems of ocean polymetallic nodules in smelting, such as high energy consumption、serious environmental pollution 、subsequent difficult crushing processing for melting alloy ,etc . Considering the above situation, the applicant develops a novel selective metallization reduction - magnetic separation technology with low temperature, low energy consumption, low pollution. This study concerns the critical scientific foudations for the key processes，metallization reduction and magnetic separation of this novel technology:1）Based on different thermal fields and accelerators, metallic reduction mechanism of valuable metals，metal ions diffusion regulation ，iron-base alloy codeposition and grains growth behavior are studied; 2）The influences of manganese、copper content and organizational structure of alloy on magnetism, plus magnetic separation. The systematic study on the selective metallization reduction – magnetic separation technology will help to develop the foundations of nickel, cobalt, copper, manganese separation, beneficiation and utilization, gradually. It offers theoretical foundation for developing selective metallization reduction –magnetic iron technology of ocean polymetallic nodules.

大洋多金属结核是重要的深海多金属矿产资源，富含镍、钴、铜、锰等重要金属元素，其开发利用可以有效填补陆地资源的不足。针对其处理的火法熔炼工艺存在的能耗高、环境污染严重、熔炼合金难破碎等问题，申请者提出了温度低，能耗低，污染小的选择性金属化还原-磁选分离新技术体系。本项目就该新技术的核心工序——金属化还原和磁选分离的关键科学问题：1、基于不同温度场和促进剂作用下有价金属的金属化还原机制、金属离子迁移规律、铁基多元合金的聚合共沉积和晶粒长大行为；2、铁基多元合金中锰、铜等非铁元素含量和组织结构对合金磁性能的影响机理及磁选分离过程进行重点研究。逐步完善镍、钴、铜、锰分离、富集与利用的理论体系，为大洋多金属结核开发基于选择性金属化还原—磁选分离新技术提供理论支撑。

大洋多金属结核是重要的深海多金属矿产资源，富含镍、钴、铜、锰等重要金属元素，其开发利用可以有效填补陆地资源的不足。针对其处理的火法熔炼工艺存在的能耗高、环境污染严重、熔炼合金难破碎等问题，申请者提出了温度低，能耗低，污染小的选择性金属化还原-磁选分离新技术体系。.本项目就该新技术的核心工序——金属化还原和磁选分离的关键科学问题开展系统研究。研究结果表明：（1）大洋多金属结核原料的结晶程度相对较好，绝大部分锰呈10Å水锰矿存在。样品中的岩屑矿物主要为石英及长石。镍、钴、铜等有价金属元素在结核中没有独立的矿物，它们均以杂质方式进入铁锰水合氧化物中，结核中几乎所有的铁锰氧化物中都不同程度地会有镍、钴、铜元素。（2）通过试验研究确定了金属化还原-磁选分离最佳工艺条件：还原温度1100℃，保温时间2.5h，熔剂用量4%，无烟煤配入量7%，外加煤量8%，二元碱度0.13-0.14，黄铁矿配入量6%，焙砂细磨时间2min（粒度-0.048mm占79.06%），磁场强度140mT。最佳反应条件下，精矿品位均值为（%）：Ni7.63，Co1.31，Cu5.76，Mn6.94，Fe60.31，精矿中有价金属回收率均值为（%）：Ni83.36，Co87.66，Cu75.16，Mn3.31，Fe83.89。（3）磁选产品物相分析结果表明，精矿中主要为铁基镍钴铜合金相，还含有少量硫化物相、磷化物相、氧化物相和硅酸盐相；尾矿中主要是以锰橄榄石相为主的硅酸盐渣，另见部分辉石相，少量玻璃相，其间夹杂一些极细小的合金相单体和包体。镍钴铜主要分布在合金相中，硫主要分布在与合金相连生的铁锰硫化物相中，锰主要分布在锰橄榄石相中。（4）开展了金属化还原过程宏观动力学研究。发现金斯特林格方程可以很好的拟合（R2=0.98049）该过程，得出了本研究试验条件下，金属化还原过程反应宏观动力学方程。（5）还原焙砂中合金颗粒尺寸越大，锰含量越低，焙砂磁性能越强。.通过对新工艺技术理论和试验研究，掌握了关键环节机理，丰富了镍、钴、铜和锰的分离富集利用体系，为大洋多金属结核高效综合提取多种有价金属奠定了基础。