红土镍矿氯化离析过程研究

论文摘要

随着高品位硫化镍矿日益枯竭,低品位红土镍矿的利用随之受到越来越多的关注。本论文以国外某一地区的低铁高镁红土镍矿为原料,在本课题组所进行的工艺研究基础上,对红土镍矿氯化离析过程进行研究。通过热力学计算,绘制了气相组成热力学平衡图。应用FactS age软件以及其相图数据库,研究了M-C-O系相图、MO-SiO2系相图、Ni-Fe-O系相图、Ni-Fe合金磁性相图和混合氯化物相图,结果表明要得到好的离析效果必须要控制体系为弱还原性气氛和较高的温度,在850℃出料水淬,应控制镍铁合金中镍的质量分数≥5%。为了研究氯化氢的生成过程,研究了SiO2与CaCl2的反应过程：在200℃以下,二水氯化钙发生脱水反应；温度在200℃到750℃之间,体系无有效反应发生；温度在750℃到800℃之间,体系SiO2和CaCl2的摩尔比为2：1和1：1时,生成了Ca2SiO3Cl2,随温度升高Ca2SiO3Cl2与水反应放出氯化氢气体,摩尔比为1：2时,生成了Ca3SiO5·CaCl2,但是随着温度升高,其并不分解,过量的氯化钙会因蒸汽压降低而以气体的形式挥发。对金属氧化物的氯化过程进行研究,结果表明：在600℃左右,蛇纹石分解,脱羟基,增大了氯化过程的反应界面,而温度在700℃,热力学上需要更高的氯化氢气体分压,从而造成了镍的氯化率随着温度从600～1000℃升高,先降低然后升高。对氧化镍氯化过程动力学计算,反应符合气固反应的“收缩核模型”,属于内扩散控制,表观活化能为32.42 kJ-mol-1。对金属颗粒的生成及长大过程进行研究,结果表明：随着水蒸气分压的升高,精矿品位逐渐降低,镍的收率逐渐升高。镍铁合金颗粒可以在碳表面和粗糙的硅酸盐表面离析,在碳表面离析的合金颗粒容易长大,而在硅酸盐表面离析的颗粒难以长大。在1000℃～1100℃下,颗粒的长大机制是小的镍合金颗粒向更加有利位置即两颗粒的接触点迁移的过程；在1100～1350℃条件下,颗粒的长大机制是小的镍铁合金颗粒熔化蒸发吸附到大的镍铁合金颗粒表面的过程。对红土镍矿离析过程物相变化进行研究,结果表明：在400℃～600℃之间,随着温度的升高,碳酸镁分解；600℃～700℃之间,蛇纹石相分解消失,取而代之的是富铁和富钙的橄榄石相。降温过程中红土镍矿的矿相并没有发生明显改变,红土矿氯化离析的过程是不可逆的过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 镍的性质和用途
• 1.3 镍的需求和价格
• 1.4 镍矿资源
• 1.5 红土镍矿的地质分析
• 1.5.1 橄榄石
• 1.5.2 蛇纹石
• 1.5.3 红土镍矿
• 1.6 红土镍矿的处理工艺
• 1.6.1 湿法冶金处理工艺
• 1.6.2 火法处理工艺
• 1.6.3 火法-湿法冶金工艺
• 1.6.4 氯化离析工艺
• 1.6.5 其他工艺
• 1.7 课题研究的内容、目的和意义
• 第二章 实验原料、流程及方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 化学试剂
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验方法
• 2.5 元素分析
• 2.5.1 Ni、Co元素的分析
• 2.5.2 全铁的分析
• 2.5.3 氯离子分析
• 2.6 样品表征与检测
• 2.6.1 XRD分析
• 2.6.2 SEM分析
• 2.6.3 TG-DTA分析
• 2.6.4 EDS分析
• 第三章 红土镍矿氯化离析过程热力学分析
• 3.1 前言
• 3.2 红土矿氯化离析过程简述
• 3.3 镍离析过程气相平衡研究
• 3.4 凝聚相的相图研究
• 3.4.1 M-C-O系相图
• 2系相图'>3.4.2 MO-SiO₂系相图
• 3.4.3 产物Ni-Fe合金相图
• 3.4.4 混合氯化物相图
• 3.5 小结
• 第四章 红土镍矿氯化离析过程研究
• 4.1 前言
• 4.2 氯化氢气体生成过程研究
• 4.2.1 TG-DTA分析
• 4.2.2 氯化氢气体生成过程
• 4.3 金属氧化物氯化过程研究
• 4.3.1 氯化过程热力学
• 4.3.2 焙烧温度及氯化剂加入量对镍的氯化率的影响
• 4.3.3 预焙烧温度对镍的氯化率的影响
• 4.3.4 氧化镍氯化过程动力学
• 4.4 金属颗粒成核及晶核生长过程研究
• 4.4.1 水分对镍铁合金生成热力学
• 4.4.2 水分对镍铁合金晶核生长的影响
• 4.4.3 温度对镍铁合金晶核生长的影响
• 4.5 小结
• 第五章 红土镍矿氯化离析相转变研究
• 5.1 前言
• 5.2 TG-DTA分析结果
• 5.3 氯化离析过程相转变
• 5.4 铁的反应过程
• 5.5 物相控制实验
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果