镍渣是硫化镍矿火法冶炼过程形成的一种工业废渣,因其具有较高的铁品位(一般可高达40%),故可作为一种潜在的二次资源进行回收利用。由于镍渣中铁主要以铁橄榄石及铁镁橄榄石两种结构致密、稳定性高的物相形式存在,导致其还原性较差。因此,在还原前需要先对镍渣进行改质处理,解离出更多自由‘FeO’,以促进其还原提铁。本文以金川闪速水淬镍渣为研究对象,从降低处理成本和提高二次资源综合利用率两方面考虑,采用转炉钢渣作改质剂及铝灰作还原剂对熔融镍渣还原提铁过程进行了理论计算和高温实验研究。考察了改质剂种类、改质碱度及还原温度等对熔渣中铁氧化物还原行为的影响,探究了不同还原保温时间及铝灰加入量条件下金属相的生长特性。所得研究结论如下。分别采用CaO和转炉钢渣作为改质剂时,熔渣中‘FeO’活度均在改质碱度为1.00时达到最大且数值接近,但经转炉钢渣改质后熔渣体系的熔化温度明显低于CaO改质后熔渣体系的熔化温度,为转炉钢渣作为改质剂提供了理论依据。镍渣改质碱度从0.75增至1.50时,原料中转炉钢渣的质量百分数从35.70%增至62.32%,而镍渣的质量百分数则由64.30%降至37.68%,导致体系中总‘FeO’质量百分数由41.20%降至33.67%。因此,为保证改质后渣系的铁品位,应选择适宜的改质碱度,且应结合渣系‘FeO’活度和熔化温度进行确定。对于铝灰还原熔融改质镍渣提铁工艺而言,铝热还原反应放出热量可对体系进行热补偿,仅在还原初期需要外部热源对渣系补充热量,还原中后期体系依靠铝热还原反应所放出的热量即可保证还原进程良好的动力学条件。且镍渣改质碱度越低,还原过程熔渣体系的温度升高越多,还原终了熔渣温度较还原初始温度大约升高235.23~298.49 K。与CaO改质剂相比,转炉钢渣作为改质剂时可达到破坏镍渣中(2FeO·SiO2)致密结构并解离出自由‘FeO’的效果,且还原出的金属相成分主要为Fe、Cu、P。经脱磷处理后,即可获得附加值较高的铁铜合金。因此,转炉钢渣替代CaO作为改质剂,不仅可回收熔渣中的铁资源,还能达到“以废治废”、降低处理成本之目的。转炉钢渣作为改质剂,改质碱度为1.00时铁氧化物的还原度和铁金属化率达到最大值。升高还原温度对铁氧化物的还原起促进作用,可获得较好的还原指标。综合考虑工艺热平衡计算、渣系热物性以及铁氧化物还原指标随还原温度的变化关系,建议选择镍渣的改质碱度为1.0,还原温度选取为1773 K。在该适宜的工艺条件下铁氧化物还原度为94.21%,铁金属化率为87.43%,金属相铁品位为98.89%。还原保温时间和铝灰加入量对金属相的生成及长大均有显著影响。“以转炉钢渣作为改质剂进行铝灰还原熔融改质镍渣提铁”的工艺可分为改质、熔融还原及金属相聚合长大三个阶段。