第11卷第5期 2011年10月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering 红土镍矿的固相还原动力学
李博，魏永刚，王华
(昆明理工大学冶金与能源工程学院，冶金节能减排教育部工程研究中心，云南昆明650093)
Vol.11 No.5 Oet.2011
摘要：采用非等温热分析法对红土镍矿圈相还原动力学进行了研究，由热失重曲线确定了红土镍矿固相还原的反应机理函数a)，在此基础上求解出动力学参数，并对建立的动力学模型进行了验证，分析了红土镍矿固相还原机理，结果表明，红土镍矿失重率与加热温度密切相关，而升温速率对其影响很小：模型计算值与实测值具有良好的相关性：固相还原过程可分为473~773和773~1223K两个阶段，反应活化能分别为171.91和52.75kJ/mol，与挥发分的析出和镍、铁氧化物的还原对应；反应属随机成核和随后生长型机理函数，其微分形式为a)=1/4(1-a)[-n(1-a)}-"，反应速率主要由碳气化反应控制。
关键词：红土镍矿：固相还原：动力学；失重率
中图分类号：TF815 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2011)05-0767-05
力学的研究，直接对红土镍矿的还原动力学研究少有报道，本研究以红土镍矿为研究对象，采用热分析法，在
红土镍矿是含镍橄榄石长期风化淋滤变质而形成的矿物，由于矿床风化后铁的氧化，矿石呈红色("，世界上红土镍矿主要分布在赤道线南北30°以内的热带国家，集中分布在环太平洋的热带、亚热带地区.世界陆基镍储量约4.7亿t，其中60.6%以红土镍矿形式存在[2) 红土镍矿具有资源丰富、勘查与开采成本低、选冶工艺逐渐成熟、近赤道地区分布且方便外运等优点间，近年来，随着金属镍市场需求的不断增加和硫化镍矿资源的日益枯竭，红土镍矿的开发利用已受到广泛关注，成为热门研究方向(4]
诸多学者对镍氧化物及其他矿物还原动力学进行了研究，分析了还原机理并建立了动力学模型.Jankovic 等[5.6]研究了非等温条件下H还原NiO的动力学，分别采用IKP法、FR法、FWO法和KAS法进行了动力学分析，验证了20种机理函数，确定了最佳机理函数α) α0.63(1-α)139，计算出活化能为96.4kJ/mol，指前因子为 1.04x10°min"，并建立了分散动力学模型.Jungah等[7] 研究了用固体碳还原Fe2O,-NiO纳米复合材料生成 Fe-Ni合金的动力学，结果表明随温度升高，还原速率不断提高，还原过程受气相还原机理影响，在低温条件下反应速率受布多尔反应控制，黄典冰等研究了不向条件下含碳球团在N气氛中的还原动力学，建立了含碳球团还原过程模型，结果发现球团中心的还原速度较快，边缘的还原速度相对较慢，适当提高配碳量可加快含碳球团的还原，
目前研究主要局限在对纯NiO及其他矿物还原动收稿日期：20110624，修图日期：2011-0808
基金项目：国家白然科学基金资助项目(编号：50906035)
非等温条件下对其固相还原动力学进行研究，确定还原动力学参数，分析固相还原反应机理，为优化红土镍矿火法冶炼工艺提供理论依据
2
实验
2.1实验原料
实验用红土镍矿化学成分见表1，其中镍含量为 1.09%，MgO含量为29.08%，SiOz含量为36.48%(@).无烟煤作为固相还原剂，其工业分析见表2.图1是红士镍矿的XRD谱，由图可见，红土镍矿由蛇纹石、石英、磁铁矿和赤铁矿组成，主要矿物是蛇纹石，镍以NiO形式存在于蛇纹石中，
表1红土镍矿的化学成分
Table 1Chemical composition of nickel laterite ore (%, )
Ni
Co 0.023
1.09
Fe
Cr.O,
Mgo
Abo
9.12
0.34
29.08
2.47
表2无烟煤的工业分析
0t0ro
Industrial analysis of anthracite (%, )
Table2
Moisture 1.02
Ash 15.29
Note: Air dried basis.
2.2实验装置及分析仪器
Volatile 7.78
Sio, 36.48
Fixed carbon 76.43
实验装置示意图见图2，主要由程序控温电阻炉(士1 ℃，合肥科晶材料技术有限公司)、精密电子天平(感量 0.001g，上海精密科学仪器有限公司)、计算机等组成通过设定电阻炉技术参数精确控制实验温度和升温速
作奢第介：李博(1984-)，男，近宁省铁岭市人，博上研究生，有色金属冶金专业：王华，讯联系人，E-mail:wanghuahea@hotmail.com 万方数据