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不锈钢酸洗污泥中含有大量的金属元素,如镍、铬等。目前国内的不锈钢厂处理这些污泥的主要方式为填埋,不仅浪费了大量宝贵的金属资源,同时在污泥的堆放过程中,其中的重金属元素对环境和生态造成严重破坏,并最终对人类健康产生危害。因此,寻找高效节能的污泥处理方法迫在眉睫。本论文研究目的是通过将污泥中的金属元素在半熔态条件下进行还原,使之迁移并聚集形成金属颗粒;再通过磁选的方式将金属颗粒与渣相分离,最终得到金属颗粒和符合国家含铬固废排放标准的尾渣,以实现污泥的无害化处理和资源化利用。本文在对不锈钢酸洗污泥进行成分和物相分析的基础上,进行了系统的污泥还原实验。通过X射线衍射,差示扫描量热仪和X射线荧光光谱仪对污泥及其还原样品的成分和物相进行分析,探究了污泥中含Cr、Fe、Ni等金属元素的物相在还原过程中的相变以及相互影响机制。通过金相显微镜,扫描电子显微镜观察了不同条件下还原产物的形貌,并结合XRF及EDS分析其组成成分,揭示了Ni-Fe-Cr-C合金的形成条件及其熔化后各金属元素的迁移趋势和动力学条件。在此基础上,对影响金属液滴迁移过程的因素进行分析,并据此优化还原参数,进而寻找有效回收污泥中的金属元素的方法。实验结果表明,在不锈钢酸洗污泥升温碳还原过程中,污泥中的主要金属元素Fe、Cr、Ni发生的反应可以分为三个阶段:（1）在700℃～800℃的温度范围内,发生Fe2O3的还原反应,还原产物主要为Fe和Fe O。Fe O与Cr2O3进一步结合形成Fe Cr2O4,同时,Ni O与Fe2O3结合形成Ni Fe2O4尖晶相;（2）在800℃～900℃的温度范围内,发生NiFe2O4尖晶相的还原反应,还原产物为Ni-Fe金属相;（3）在1050℃～1100℃的温度范围内,FeCr2O4与C发生固相还原反应,还原的最终产物主要是Fe-Cr-C金属固溶体。上述还原过程中的产物经过渗碳和生长,最终形成了Fe-C、Ni-Fe-C、Fe-Cr-C、Ni-Cr-Fe-C四种金属固溶体颗粒,均匀分布在污泥当中。随着温度进一步升高,污泥中的金属相开始熔化并汇聚长大,这一过程主要分为两个阶段:（1）当温度高于1150℃时,Fe-C、Fe-Ni-C等物相逐渐熔化,并在重力、表面张力等驱动力的作用下在固态渣相中流动,汇聚到尚未熔化的Fe-Cr-C合金颗粒表面,并导致合金颗粒中的Fe、Ni含量上升,Cr含量下降。（2）当温度达到约1243°C以上时,Ni-Fe-Cr-C等合金颗粒也发生熔化,形成成分较为稳定的液滴,并开始汇聚生长。同时,在固态渣相中由于碳的消耗和CO、CO2等气体的生成,形成了毛细微通道和孔洞,为金属液滴提供了流动迁移和汇聚生长的条件。通过对半熔态条件（金属熔化而渣相仍为固态）下金属液滴的运动过程及受力进行分析,建立了金属液滴汇聚生长的动力学模型。据此得出,还原温度等条件不变时,固态渣相中的微通道和孔洞的尺寸和数量是影响金属液滴尺寸的主要因素。实验的统计分析结果表明,金属颗粒的尺寸随渣相内微通道的数量变化趋势与模型预测的基本一致,证明该模型正确。通过实验探究了样品的致密度对最终收得的金属颗粒尺寸的影响。实验结果表明,随着碳-污泥样品致密度的降低,不仅还原所得到的金属颗粒尺寸逐渐增加,金属元素的回收率也随之升高,最佳致密度条件为0.53。在此基础上,通过进一步改善还原温度等实验条件,发现在1300℃的半熔态温度条件下,污泥中Fe、Cr、Ni三种元素的回收率分别达到了93.6%、84.2%和91.8%。同时,经过磁选分离后的尾渣中Cr元素的含量为0.04%,符合国家含铬固废的排放标准。