【摘 要】
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还原—磁选提镍工艺具有能耗低、污染少等优点,对于低品位红土镍矿具有显著的优势。该工艺技术的关键在于,镍铁金属颗粒可以充分地从矿石中还原出来,并聚集长大成为一些有利于磁选分离的粒径。众多研究表明,通过在红土镍矿还原过程中引入氯化物、氟化物及硫酸盐等化学添加剂可强化镍矿还原并促进镍铁金属颗粒的聚集长大。近年来,不锈钢酸洗过程中产生的铬泥因其含有毒致癌六价铬而被视为危废,目前尚未有安全有效的处置方式。基
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还原—磁选提镍工艺具有能耗低、污染少等优点,对于低品位红土镍矿具有显著的优势。该工艺技术的关键在于,镍铁金属颗粒可以充分地从矿石中还原出来,并聚集长大成为一些有利于磁选分离的粒径。众多研究表明,通过在红土镍矿还原过程中引入氯化物、氟化物及硫酸盐等化学添加剂可强化镍矿还原并促进镍铁金属颗粒的聚集长大。近年来,不锈钢酸洗过程中产生的铬泥因其含有毒致癌六价铬而被视为危废,目前尚未有安全有效的处置方式。基于铬泥含有硫酸钙以及金属铁等成分特点,本论文将危废铬泥引入低品位红土镍矿中,研究铬泥对强化红土镍矿自还原和金属聚集长大的作用,以及还原过程中铬泥解毒的效果。首先,基于XRF、XRD以及SEM-EDS分析对低品位红土镍矿和危废铬泥进行了成分、物相以及微观结构分析;然后,在大剂量热重分析仪上开展了不同温度、不同升温速率以及不同铬泥含量条件下的红土镍矿自还原实验,研究了其等温还原机理及非等温还原动力学;最后,在高温碳管炉中进行了铬泥强化红土镍矿还原—磁选分离实验,研究了铬泥配比、还原温度和保温时间对红土镍矿自还原金属聚集长大的影响规律,以及铬泥还原前后六价铬的浸出规律。结论如下:(1)红土镍矿主要成分为25.99%Fe2O3、2.06%Ni O和2.73%Cr2O3,其中的Fe、Ni主要以利蛇纹石((Mg,Al)3[(Si,Fe)2O5](OH)4)和绿泥石(Ni3Si2O5(OH)4)等物相形式存在;危废铬泥主要含有45.58%的CaO、36.43%的SO3和11.33%的Cr2O3,其主要物相为CaSO4·0.5H2O和CaCr2O4。(2)内配碳红土镍矿等温自还原实验结果表明,当温度从800℃升至1250℃时(保温30 min),热重分析显示还原过程中失重率从2.85%增加到12.48%,XRD和SEM-EDS分析发现温度高于1000℃时,还原产物中出现了金属相,1250 ℃条件下还原产物中金属颗粒平均等效直径为0.78μm,金属面积占比为3.42%。添加铬泥能显著促进红土镍矿自还原产物中金属粒径聚集并长大。非等温还原动力学研究表明红土镍矿自还原过程在600~1080℃时为扩散控速,在1080~1200℃时为化学反应控速。(3)铬泥强化红土镍矿还原—磁选碳管炉实验结果表明,添加铬泥可在还原过程中形成低熔点相Fe S,它以“桥”的形式连接着相邻的金属,从而促进金属颗粒的聚集长大。在配碳比为1.2时,当添加9.76%铬泥的红土镍矿在1250℃下保温50 min,还原产物中金属颗粒等效直径达11.46μm,Fe、Ni、Cr的回收率分别为94.05%、95.66%、89.45%。TRGS 613六价铬浸出测试表明,危废铬泥中Cr6+浓度高达654.83 mg·kg-1,而当铬泥引入红土镍矿还原后,尾渣中六价铬浸出浓度低于环境允许值上限2 mg·kg-1。
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