硅镁镍矿真空条件下Me-Si-C-O的相互作用及调控机制

In order to solve the problems in traditional treatment process of garnierite, applicant intends to use carbothermic reduction to analyze garnierite under vacuum for comprehensive utilization of the nickel, iron, magnesium, silicon.The project focuses on the interaction and regulation mechanism of Me-Si-C-O under vacuum, and provides a theoretical basis for the process..The project investigates the reaction type and material interaction mechanism by the thermodynamic calculation and experimental analysis of garnierite and C/CO reaction, providing the basis to further conform the target products by the carbothermic reduction. The reduction rate and migration law of valuable metals in Me-Si- C-O system are obtained by the experimental research on various factors. The relationship between the reduction rate and the time of garnierite carbothermic reduction process under vacuum is investigated. The reaction control steps are determined by investigating the influence law of the reaction rate changes under different conditions. Comparing the chemical compositions of reaction products with additives content or not, the process parameters of inhibition reaction of silicon and ferrosilicon production and promote the formation of Ni-Fe alloy are obtained. At last, the mechanism of additives improving vacuum carbothermic reduction and the Me-Si-C-O system regulation is investigated.

针对硅镁镍矿传统处理工艺存在的问题，申请者拟采用真空碳热还原法处理硅镁镍矿，综合利用其中的镍、铁、镁、硅。本项目着重对硅镁镍矿真空条件下Me-Si-C-O的相互作用及调控机制进行研究，为该工艺提供理论基础。.本项目通过硅镁镍矿与C/CO反应的热力学计算分析与实验相交叉的方式，获得反应类型及物质间相互作用机制，为进一步确定碳热还原的目标产物提供依据；通过进行不同因素的实验研究，获得Me-Si-C-O体系中有价金属还原率变化的规律及迁移规律；研究硅镁镍矿真空碳热还原过程中的还原率随反应时间的变化关系，并通过考察不同条件的改变对反应速率的影响规律，确定反应的控制步骤。对比研究有无添加剂反应产物的物相和化学成分，获得抑制反应产物中硅、硅铁生成和促进镍铁合金形成的工艺参数，从而获得添加剂强化真空碳热还原反应的机理及Me-Si-C-O体系的调控机制。

该项目为解决传统火法冶炼工艺难以利用硅镁镍矿中价值更高的镁的问题，重点研究原料混合物在真空碳热还原过程中镍、铁、镁、硅的行为，对矿物中镁的脱除收集、镍和铁的还原磁选、硅的状态行为等进行了系统的研究，获得了硅镁镍矿真空碳热还原的工艺参数，具体如下：.(1)确定了硅镁镍矿真空碳热还原脱除并收集镁的最佳工艺参数。热力学计算结果表明：在真空条件下，采用碳热还原法脱除硅镁镍矿中的镁是可行的，其起始反应温度不超过1300 ℃。实验结果表明：随着还原温度的升高和时间的延长，镁脱除率也随之增加。在体系压强50 Pa ，矿物与焦煤质量比为100：28.3，还原温度为1550 ℃，还原时间为120min时，镁脱除率达到最大，为93.23%。X射线衍射分析表明冷凝产物主要为镁及其氧化物。.(2)确定了硅镁镍矿真空碳热还原脱除镁的动力学机理。在真空碳热还原过程中，二维界面化学反应收缩圆柱体控制模型为该反应的最概然机理函数。根据实验数据可以得出，硅镁镍矿真空碳热还原脱除镁的动力学方程为： 1−(1−α)1/2=(−20682.988311T+1.70183)/t。同时，经计算得到该反应的表观活化能及指前因子分别为Ea=171.958×103 J/mol，指前因子 K 0 =5.484 s-1。.(3)确定了钙盐在硅镁镍矿真空碳热还原过程中的作用机理。采用CaO作为添加剂时，可以破坏矿物中的硅酸盐体系结构，促进硅镁镍矿中有价金属的还原：镍、铁在还原磁选过程中，CaO添加量为22.64 %时，镍、铁回收率分别达到97.00 %、84.33 %，富集比分别达到6.72、6.32倍。CaO添加量为25 %时，镁的脱除率由不添加时的93.23 %提高到99.45 %。同时，CaO的添加还可以抑制硅的还原。当采用CaF2作为添加剂时，主要是形成低熔点的熔体，促进反应的进行。CaF2添加量为3 %时，镍、铁回收率分别达到98.21 %、82.97 %，富集比分别达到9.35、3.18倍。