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镍渣是镍冶炼过程中排放的工业废渣,其中含有Fe、Ni、Co、Cu等多种有价金属元素,且TFe含量平均可达40%以上。生产1t镍约排出6～16t渣,但由于镍渣利用率低,导致其大量堆存在渣场,不仅占用土地、污染环境,而且造成渣中金属资源浪费。若能将镍渣中铁资源加以回收利用,则既可解决镍渣的综合利用问题,又可延伸企业的产业链。镍渣中含铁物相主要为铁橄榄石相,其结构稳定,综合回收难。目前,主要通过湿法浸出或深度还原的方法回收镍渣中铁资源,由于处理过程中工艺、能耗、污染、产品再利用等问题,尚未形成工业化规模。本文结合我国冶金废渣高效综合利用的发展趋势和镍渣提取铁资源技术的研究现状,提出采用改质熔融氧化法回收镍渣中的铁资源,既能将铁资源以磁铁矿的形式回收,又能有效降低能耗和污染,从而为镍渣的综合利用提供新的途径。本文采用热力学模拟计算与实验相结合的方法,以某公司闪速炉水淬镍渣为原料,开展熔融氧化法富集镍渣中铁的应用基础研究。内容包括:分析镍渣改质熔融氧化的热力学条件;研究改质镍渣熔融特性及黏度;分析碱度、供气方式、氧化温度、氧化时间对磁铁矿相形貌及结晶量的影响规律,建立氧化宏观动力学模型,探究铁的富集行为;建立磁铁矿相等温析晶动力模型,研究磁铁矿相形核与成长机制,探究磁铁矿相析晶行为。具体结论为:（1）镍渣中铁主要以铁橄榄石相及固溶部分MgO的铁镁橄榄石相的形式存在;活度计算结果表明,熔渣中aFeO与碱度、FeO含量、MgO含量有关。1500℃时,随w（FeO）增加,aFeO呈现线性增加;随碱度增加,aFeO先增加后减小,并在碱度为1.10时达到最大值;w（CaO）/w（SiO2）为0.20时,aFeO随w（MgO）增加而增大,w（CaO）/w（SiO2）为 0.80～1.10 时,aFeO随 w（MgO）增加反而减小,w（CaO）/w（SiO2）为0.50时,aFeO较为稳定,w（MgO）对其影响较小。为增大熔渣中aFeO,适宜碱度范围为0.90～1.10,需提高w（FeO）,不额外添加MgO。（2）加入CaO可促进熔渣中铁橄榄石分解释放出自由FeO,在随后的氧化过程中自由FeO进一步被氧化为Fe3O4;改质镍渣中aFeO远大于空气气氛中磁铁矿析出的aFeO,c;当碱度为0.60时,CaO-FeO-MgO-SiO2渣系在空气中熔融氧化,熔渣中首先析出以Fe3O4为主的尖晶石固溶体。随碱度增加,尖晶石相区先增大后减小。随氧分压增大,Fe2O3相区逐渐增大。因此,为促进铁富集于磁铁矿相,最佳条件为碱度为0.60～0.90、氧分压为21kPa（空气）。（3）碱度对改质镍渣熔融特性及黏度影响显著,且实验测定与软件计算结果吻合良好。当碱度在0.38～1.50范围内,由于CaO对硅酸盐结构及熔渣中物相的影响,改质镍渣熔化温度随碱度的增大呈先减小后增大变化趋势,熔融状态下的黏度在0～0.50Pa·s之间。碱度为0.90时,改质镍渣软化温度为1282℃,半球温度为1326℃,流动温度为1440℃,黏度约为0.20Pa·s,均为最低值。因此,为改善熔渣氧化反应及传质动力学条件,适宜氧化条件:氧化温度为1350～1450℃、碱度为 0.90。（4）改质镍渣通过熔融氧化处理,渣中Fe、Ni、Co、Cu在磁铁矿相中富集。镍渣碱度、供气方式、氧化温度、氧化时间均影响磁铁矿相形貌及结晶量。随碱度增加,磁铁矿相结晶量先增大后减小;碱度过低或碱度过高,磁铁矿相的结晶度差,呈树枝状及骸晶状;碱度为0.60、0.90时,磁铁矿相呈颗粒状,颗粒平均粒径大于50μm,结晶度较好,结晶量大,分布较为均匀。在空气气氛中氧化,磁铁矿相呈树枝状,结晶度差,结晶量约为18.52%;若向熔渣中通入空气氧化,磁铁矿相则呈完整颗粒状,粒径分布比较均匀,结晶度良好,结晶量较大,约为33.52%。随氧化温度升高,磁铁矿相颗粒粒径明显增大。随氧化时间延长,磁铁矿相由细小枝晶状逐渐转变为颗粒状。氧化过程中磁铁矿相生成速率常数k=0.0183,表观生成活化能En约为76.49kJ/mol。因此,为便于后续磁选分离,适宜条件为:改质镍渣碱度为0.90,氧化温度为1450℃,向熔渣中通入空气30min。（5）冷却速率、保温温度、保温时间均显著影响磁铁矿相的形貌。冷却速率为3℃/min与5℃/min时,磁铁矿相颗粒较为完整,呈多面体颗粒状,平均粒径大于50μm;随冷却速率减小,熔渣中磁铁矿相结晶量增大,基体相中的铁含量呈明显的减小趋势。随保温时间延长,磁铁矿相的结晶量逐渐增大,析晶速率变缓,保温90min时,结晶量不随保温时间的变化而变化,接近平衡。随保温温度下降,磁铁矿相的结晶量逐渐增大。在1350～1450℃,可用JMAK方程描述熔渣中磁铁矿相等温析晶动力学,得n≈0.48,E≈-192.37kJ/mol。表观析晶活化能为负,表明熔融镍渣中磁铁矿相的析晶行为符合反-阿累尼乌斯规律。（6）在适宜的条件下,对氧化镍渣进行磁选分离,磁性物质约65%,非磁性物质约35%。磁性物质中TFe约为51.04%,89.6%的Fe赋存于磁铁矿相,其中Fe3+占50.8%,Fe2+占38.8%,其余10.4%以钙铁辉石等存在。铁回收率84.85%。