熔融氧化法富集镍渣中铁资源的热力学研究

摘要

我国镍冶金企业堆积了大量的镍渣，仅甘肃省金川集团的堆存量多达4000万吨。镍渣中的全铁含量约为40 wt%，主要以弱磁性的铁橄榄石相存在，采用传统还原技术难以实现回收再利用。本课题针对金川公司闪速炉水淬镍渣，采用熔融改质和氧化磁化相结合的方法使渣中的铁组分由铁橄榄石相转化为磁铁矿相，进而通过磁选分离实现铁资源的回收。 本文系统研究了镍渣体系的 CaO-FeO-MgO-SiO2四元相图，针对镍渣改质及熔融氧化过程中铁组元的富集进行热力学分析及计算，并进行实验验证，为熔融氧化法回收镍渣中的铁资源奠定理论基础。主要内容和结论如下： (1) 利用离子-分子共存理论建立了CaO-FeO-MgO-SiO2四元渣系活度计算模型，并利用该模型分析了二元碱度、FeO质量分数、MgO质量分数对渣中FeO活度的影响规律。计算结果表明：1500 ℃时，随着体系碱度的不断增加，FeO活度呈先增大后减小的趋势，碱度为1.1时，达到最大；FeO活度随 FeO质量分数的增加呈线性增加；1500 ℃，磁铁矿析出对应的FeO活度的临界值约为0.06，远小于模型计算的FeO活度值，磁铁矿相可以从熔渣中析出。 (2) 利用 FactSage 热力学软件对镍渣熔融改质和氧化过程进行热力学分析计算。结果表明：改质剂 CaO的加入有利于铁橄榄石相的分解，释放出的FeO，进而被空气/氧气氧化为磁铁矿相，铁的富集相由铁橄榄石相转换为磁铁矿相。 (3) 利用 FactSage热力学软件分析了 CaO-SiO2-FeO-MgO 四元渣系及其子渣系的相图，结果显示：温度对四元相图液相线位置和相平衡影响显著，温度升高，液相区扩大，初晶区减小；碱度对四元渣系的相平衡影响显著，碱度从 0.38增加到1.2，尖晶石的初晶区域先增大后减小；以磁铁矿为主要成分的尖晶石固溶体在熔渣中优先析出，碱度为0.6时，析出量最大。 (4) 通过实验研究，验证热力学模拟计算的准确性：镍渣中的铁组分可通过改质熔融氧化的方法转变为磁铁矿相；当碱度为0.6时，磁铁矿相的结晶量最大。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 镍渣的特性

1.3 镍渣的综合利用现状与发展趋势

1.4 FactSage热力学模拟计算软件及其应用

1.5 熔渣渣系热力学性质的研究现状

1.6 本论文的研究目的及主要内容

第2章 CaO-FeO-MgO-SiO2四元渣系活度模型及应用

2.1 引言

2.2 镍渣的成分及物相分析

2.3 离子-分子共存理论模型简介

2.4 熔渣活度模型的计算方法

2.5 CaO-FeO-MgO-SiO2渣系中FeO活度的影响因素分析

2.6 本章小结

第3章 镍渣中铁组分选择性富集的研究

3.1 引言

3.2 铁组分选择性富集的热力学分析

3.4 氧分压与熔渣中铁氧化物转变关系

3.5 熔渣成分对磁铁矿富集过程的影响规律

3.6 本章小结

第4章 CaO-SiO2-FeO-MgO系相图研究

4.1 引言

4.2 FactSage相图计算原理及计算过程

4.3 CaO-SiO2-FeO-MgO渣系中相关二元子渣系相图的分析

4.4 CaO-SiO2-FeO三元子渣系相图的分析

4.5 CaO-SiO2-FeO-MgO四元渣系相图的分析

4.6 磁铁矿析出的热力学研究

4.7 本章小结

第5章 镍渣中铁组分选择性富集的实验验证

5.1引言

5.2 实验原料及方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录（攻读硕士学位期间所发表的学术论文）