近年来随着中国钢铁工业的发展,镍的需求不断攀升。长期以来中国镍原料的获取以硫化镍为主,但硫化镍矿因长期开采,储量急剧下降。因此,研究和开发红土镍矿资源是非常必要的。红土镍矿主要分为褐铁矿型和腐植土型型,前者多采用高压酸浸等湿法工艺处理,后者铁低、镍高,电炉还原熔炼是主流工艺。 由于湿法工艺环境污染严重、火法工艺能耗过高等问题,本文以印尼某红土镍矿为原料,进行了腐植土型红土镍矿煤基直接还原粒铁法制备镍铁合金实验研究,主要研究对比两种煤基直接还原工艺:回转窑粒铁法和转底炉粒铁法各自的优缺点,采用热力学计算软件FactSage进行了红土镍矿碳热还原热力学分析,考察了回转窑粒铁法还原温度、还原时间、配碳比、CaO添加量对红土镍矿中Ni、Fe还原工艺指标的影响,并探究了转底炉粒铁法还原温度、还原时间、磨矿时间、磁场前度对红土镍矿中Ni、Fe还原工艺指标的影响,得到如下结论: (1)热力学分析表明,红土镍矿碳热还原过程中存在的含铁、镍复合物相为2FeO·SiO2(铁橄榄石)、2NiO·SiO2(硅酸镍)、MgO·SiO2(顽辉石)、2MgO·2A12O3·5SiO2(堇青石),含铁、镍物相的还原顺序依次为Fe2O3、NiO、2NiO·SiO2、Fe3O4、FeO、2FeO·SiO2; (2)还原过程含铁物相的转变历程为(Mg,Fe)3(Si,Al)3O7(OH)4/FeOOH/Fe2O3→Fe2O3→Fe3O4→2FeO·SiO2→Fe;含镍物相的转变历程为:Ni3Si2O5(OH)4/(Ni,Mg)3Si2O5(OH)4→NiO·SiO2→Ni; (3)回转窑法确定的工艺参数为还原温度1350℃、还原时间2h、配碳比1.2、CaO添加量10%,磁性物中铁、镍的含量分别为77.32%、7.90%;铁、镍的回收率分别为95.87%、89.36%; (4)转底炉法确定的工艺参数为磁场强度100mT、磨矿时间2min、还原温度1350℃、还原时间0.5h、配碳比1.2、CaO添加量10%;在此条件下,磁性物中铁、镍的含量分别为74.36%、7.78%;铁、镍的回收率分别为91.45%、92.15%; (5)对比两种低品位红土镍矿处理工艺,表明回转窑工艺能耗低、镍铁合金颗粒大,而转底炉工艺冶炼周期短、操作简单、生产效率高。