金川镍矿是我国著名的多金属共生特大型硫化铜镍矿,整个矿区资源以贫矿为主,且其高碱性脉石含量高,可浮选性差,利用传统的火法冶炼方法能耗高、有害气体排放高、金属回收率较低。本文以硫酸铵掺杂硫酸钠作为焙烧剂,对金川铜镍硫化矿中金属组元的转化行为和转化机制进行了研究,以期为金川铜镍硫化矿的经济开发和综合利用提供理论依据和技术支持。铜镍硫化矿主要化学组成为 Ni(4.63%),Cu(2.75%),TFe(32.23%),MgO(10.13%),属于高碱性脉石型铜镍硫化矿。矿物组成为磁铁矿(Fe3O4)、利蛇纹石(Mg3Si2O5(OH)4)、黄铜矿(CuFeS2)、黄铁矿(FeS2)、滑石(Mg3(OH)2Si4O10)和镍黄铁矿(Fe9Ni9S16),其中镍主要以镍黄铁矿(Fe9Ni9S16)形式存在,铜主要以黄铜矿(CuFeS2)形式存在。对焙烧过程矿物中矿相与硫酸铵的反应进行了热力学分析,结果表明:在200℃-600℃温度范围内,硫酸铵与矿物中的硫化物的反应可自发进行。研究了铜镍硫化矿硫酸铵焙烧过程中焙烧温度、焙烧时间、矿物粒度、铵矿比和硫酸钠加入量对有价组元提取率的影响。单因素实验表明:镍和铜提取率随着焙烧温度的升高、矿物粒度的减小、铵矿比的增大而增加;随着焙烧时间的延长和硫酸钠加入量的增加先增加后降低。对铜镍硫化矿硫酸铵焙烧过程进行了正交实验,结果表明:影响Ni提取率的各因素主次关系为:硫酸钠添加量>矿物粒度>温度>铵矿比>时间;影响Cu提取率的各因素主次关系为:硫酸钠加入量>温度>铵矿比>矿物粒度>时间;采取极差法对正交实验结果进行统计分析,综合考虑得到提取Ni、Cu的最优工艺条件为:矿物粒度80-96μm,焙烧时间3h,焙烧温度450℃,硫酸钠加入量4g(10g矿),铵矿比4:1,镍铜提取率分别达99%以上和95%以上。进行了二段焙烧可控矿相转变研究。结果表明:随焙烧温度的升高,镍、铜提取率先有小幅升高,后逐渐降低。铁提取率随温度升高逐渐降低。获得二段焙烧适宜条件为:焙烧温度680℃,焙烧时间4h,Ni、Cu、Fe和Mg提取率分别为95.09%、80.43%、14.96%和 68.96%。对二段焙烧的机理进行了研究,结果表明:Fe2(SO4)3的分解压比NiSO4、CuSO4和MgSO4大,在Fe2(SO4)3存在的体系中,通过控制反应的温度能够使Fe2(SO4)3优先发生分解,从而有效的实现了矿相的可控转换。研究了铜镍硫化矿金属组元转化过程的动力学,结果表明:400℃-500℃温度段内,Ni、Fe和Mg均受内扩散控制,Cu受界面化学反应控制,金属组元反应表观活化能ENi=10.96kJ·mol-1,ECu=43.42kJ·mol-1,EFe=8.89kJ·mol-1,EMg=6.92kJ·mol-1,在实验温度范围内,金属组元焙烧过程中的动力学方程可描述为:Ni 1+2(1-α)-3(1-α)2/3=1.40×10-2 exp(-10960/RT)t Cu 1-(1-α)1/3=2.07×10-2 exp(-43420/RT)t Fe 1+2(1-α)-3(1-α)2/3=7.4×10-3·exp(-8890/RT)t Mg 1+2(1-α)-3(1-α)2/3=1.04×10-3 exp(-6920/RT)t