随着近年来可供开发利用的硫化镍矿资源的日益消耗,其储量逐渐降低,关于红土镍矿的开发利用逐渐成为研究人员关注的重点,而红土镍矿中的高镁硅红土镍矿镍含量较高,更加成为开发利用的重中之重。高镁硅红土镍矿适合采用火法工艺进行冶炼,但是存在产渣量大,渣中含镁量高,难以二次利用等问题。针对以上问题,本文采用真空碳热还原工艺处理高镁硅红土镍矿以脱除其中的镁,对镁进行回收利用,为高镁硅红土镍矿的综合开发利用提供理论支持。本文的主要研究成果如下:(1)利用X-射线衍射分析、扫描电镜对高镁硅红土镍矿的物相及形貌进行了检测,TG-DSC对高镁硅红土镍矿的热力学性质进行了分析,结果表明:当温度超过800℃时,镁主要赋存于镁橄榄石(Mg₂SiO₄)和顽火辉石(Mg SiO₃)之中。分别对镁橄榄石(Mg₂SiO₄)和顽火辉石(Mg SiO₃)在常压以及真空碳热还原过程中的热力学进行了计算,结果表明:在常压条件下,两种物质起始反应温度在1700℃以上;当压强为50 Pa时,起始反应温度降低至1100-1300℃。该结果表明采用真空碳热还原法处理高镁硅红土镍矿以脱除其中的镁在热力学上是可行的。(2)真空下高镁硅红土镍矿碳热还原反应的实验研究表明:在矿粉与焦煤质量比为100:28.3、还原温度为1550℃、还原时间为120 min、体系压强为10-50Pa的条件下,镁脱除率可以达到93.23%;同时,X-射线衍射分析表明:在冷凝系统收集得到的产物主要是金属镁,同时还原剩余物中的Ni、Fe得到富集,可以进一步加以利用。当采用CaO作为添加剂时,真空碳热还原实验结果表明:CaO添加量为高镁硅红土镍矿与焦煤粉总质量的25 wt%时,镁脱除率在上述条件下提高至99.45%,主要是由于CaO加入后可以与镁橄榄石发生反应形成熔点较低的镁黄长石,熔体的出现有利于碳热还原产生的镁蒸气逸出,进而促进镁的脱除。(3)对高镁硅红土镍矿真空碳热还原过程的动力学机理进行了分析,结果表明:该过程受界面化学反应控制,符合二维界面化学反应(收缩圆柱体)控制模型,其动力学方程为:1-(1-a)^1/2=(-20682.988^1/7+1.702)t,表观活化能为E_a=1.720×10⁵ J/mol、指前因子为K₀=5.484 s^-1。