羅啟，曲濤，劉大春，徐寶強(qiáng)，楊斌，戴永年

（1.昆明理工大學(xué) 真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明，650093；2.云南省復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（培育基地），云南 昆明，650093；3.云南省有色金屬真空冶金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明，650093）

金屬鎳具有良好的延展性、機(jī)械強(qiáng)度和很高的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，使其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)不銹 鋼、各種合金和電鍍等，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)中不可或缺的金屬[1]。根據(jù)礦石中鎳、鉆含量和礦石類型的差異，鎳的冶煉方法分別為濕法、火法和濕法火法結(jié)合的工藝[2?3]。在濕法工藝中，還原焙燒?氨浸工藝[4]和硫酸加壓酸浸工藝[5?6]只能處理褐鐵礦型紅土鎳礦，且具有回收成本高、經(jīng)濟(jì)效益低及對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)[7?8]?；鸱üに囍?，主要是處理硅鎂型紅土鎳礦，主要流程是回轉(zhuǎn)窯?電爐工藝，產(chǎn)品是鎳鐵或鎳硫，其最大的缺點(diǎn)是渣量大、能耗高，且還原產(chǎn)物中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小[9?10]。由于受我國(guó)鎳礦資源條件所限（硫化銅鎳礦為 86%、紅土型鎳礦只占 9.6%），我國(guó)對(duì)紅土鎳礦的提煉一直難以取得突破性進(jìn)展[11]。云南元江鎳礦鎳儲(chǔ)量 43萬(wàn) t，占全國(guó)第 2位，是一個(gè)典型的高M(jìn)gO、高SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的蛇紋石結(jié)合型貧紅土鎳礦[12]，各元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Ni 0.83%，F(xiàn)e 11%，MgO 28%，SiO237%[13]。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外雖然對(duì)該礦的開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行了大量的研究，但是這些研究均是以回收礦物中的鎳和鈷作為最基本的出發(fā)點(diǎn)，而把礦物中所含價(jià)值極高的鎂作為一種有害雜質(zhì)進(jìn)行處理，因此，元江貧紅土鎳礦的開(kāi)發(fā)必須綜合考慮鎂的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)利用[13?14]。真空冶金具有能耗低、清潔、環(huán)境友好等特點(diǎn)而得到了較多的關(guān)注[15]，因此本文利用真空熱還原原理[16?17]，提出紅土鎳礦真空碳熱還原回收鎂富集鎳鐵新工藝處理元江紅土鎳礦，在冷凝系統(tǒng)回收金屬鎂，鎳、鐵在渣中得到富集。目前，真空碳熱還原紅土鎳礦還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，缺乏基礎(chǔ)性研究和理論指導(dǎo)。為此，本文作者在熱力學(xué)分析基礎(chǔ)上，對(duì)反應(yīng)后還原產(chǎn)物和冷凝物進(jìn)行化學(xué)成分、XRD和SEM-EDS分析，探討紅土鎳礦真空碳熱還原過(guò)程中鎂的行為，以期掌握真空碳熱還原紅土鎳礦的基本規(guī)律，為紅土鎳礦真空碳熱還原新工藝中對(duì)鎂的回收提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

紅土鎳礦來(lái)源于云南元江鎳礦，采樣為塊狀，實(shí)驗(yàn)室用南京大學(xué)儀器廠制造的行星球磨機(jī)（型號(hào)為QM-BP，球磨轉(zhuǎn)速為400 r/min）研磨至粒度小于0.106 mm備用。其化學(xué)成分分析如表1所示。由表1可知：該紅土鎳礦硅鎂含量高、鐵含量低，是典型的硅鎂紅土鎳礦。

還原劑煤炭來(lái)自云南大舍煤礦，取樣研磨至粒度小于0.106 mm備用，其成分分析結(jié)果如表2所示，其中灰分含SiO260.75%，Al2O326.3%，TiO22.47%。使用實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)型號(hào)為ZKS-07-02的立式真空爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)圖1。

表1 實(shí)驗(yàn)用紅土鎳礦的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Component of saprolite nickel laterite ore %

表2 煤炭成分分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2 Analysis results of coal %

圖1 真空爐示意圖Fig.1 Schematic diagram of vacuum furnace

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將煤炭和紅土鎳礦球磨混合均勻，在6～8 MPa的壓力下制成20 mm×25 mm（直徑×高度）塊后放入真空干燥箱，在150 ℃條件下干燥30～60 min。取出置于坩堝中，密封真空爐。打開(kāi)水冷裝置，抽真空至極限（15 Pa），升溫至一定溫度后恒溫，物料將在石墨坩堝內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，揮發(fā)物在冷凝系統(tǒng)冷凝。恒溫一定時(shí)間后停止加熱，冷卻至室溫，開(kāi)爐取樣。

完成上述實(shí)驗(yàn)后對(duì)反應(yīng)殘?jiān)M(jìn)行化學(xué)元素分析，采用日本理學(xué)公司 Rigaku X線自動(dòng)衍射儀（XRD）（TTRⅢ）對(duì)冷凝物和反應(yīng)殘?jiān)M(jìn)行物相分析，使用Cu Kα，掃描區(qū)間為 10°～95°；采用 Philips XL30ESEM-TMP型掃描電子顯微鏡觀察冷凝物的形貌，并用能譜儀（EDAX產(chǎn)PHOENIXTM）分析其表面元素含量。過(guò)程中，Mg的還原率R為：

式中：w1為渣中 Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w2為入爐原料中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 理論分析

2.1 礦物的分解與還原反應(yīng)熱力學(xué)

硅鎂型紅土鎳礦屬難處理低品位含鎳紅土礦，其成分復(fù)雜，煅燒能夠改變紅土鎳礦的微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)礦物的分解，有利于紅土鎳礦中氧化物的還原。圖 2所示為紅土鎳礦在不同的溫度條件下煅燒 90 min后的X線衍射分析圖譜。

由圖 2可知：原礦主要礦物組成為滑石（Mg3Si4O10（OH）2）、（含鎳）利蛇紋石（（Mg,Al）3-[（Si,Fe）2O5（OH）4]）、針鐵礦（Fe2O3·H2O）、石英及脈石等，鎳含量低接近 XRD檢測(cè)限（1%），在圖中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)含鎳的結(jié)晶物相，因此，鎳應(yīng)該是以取代硅酸鹽晶格中鎂或鐵的形式存在；通過(guò)500 ℃煅燒以后，結(jié)晶水全部被脫除，礦物分解為 Fe2O3，MgO·Fe2O3，2MgO·2SiO2和 2FeO·SiO2；在 700 ℃煅燒后，SiO2的特征衍射峰明顯減弱，其有可能聯(lián)合 MgO·Fe2O3，2MgO·2SiO2和 2FeO·SiO2發(fā)生分解化合反應(yīng)生成Fe2O3，2MgO·SiO2和 MgO·SiO2，為礦物的還原創(chuàng)造條件；當(dāng)煅燒溫度為1 450 ℃時(shí)，物相的種類沒(méi)有發(fā)生大的變化，只是SiO2的特征衍射峰消失，2MgO·SiO2和 MgO·SiO2的特征衍射峰多而強(qiáng)，說(shuō)明其含量有所增加，但此時(shí)物料發(fā)生熔融，結(jié)構(gòu)緊密，氣孔率低，還原性差。因此，煅燒溫度不宜過(guò)高，應(yīng)控制在500～700 ℃。

圖2 原礦經(jīng)不同溫度煅燒后X線衍射分析結(jié)果Fig.2 XRD patterns of saprolite laterite ore after roasting at different temperatures

采用固體還原劑碳還原金屬氧化物，且溫度高于1 273 K時(shí)，文獻(xiàn)[18]認(rèn)為還原反應(yīng)由如下2步完成：

（1）CO還原氧化物，MeO+CO=Me+CO2；

（2）CO2與C反應(yīng)生CO，CO2+C=2CO。

但是，在真空條件下的含碳球團(tuán)表現(xiàn)為疏松和多孔性，CO氣體很容易擴(kuò)散出去，其分壓很低。因此，當(dāng)采用固體還原劑還原氧化鎂，且溫度為1 273～1 900 K時(shí)，體系內(nèi)可能發(fā)生以下氣?固和固?固反應(yīng)：

考慮到實(shí)驗(yàn)是在15～200 Pa下進(jìn)行，因此，查閱相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)[19]，運(yùn)用“物質(zhì)吉布斯自由能函數(shù)法”[20]對(duì)反應(yīng)（1）～（3）在系統(tǒng)壓力為100 Pa下獨(dú)立進(jìn)行時(shí)的吉布斯自由能與溫度的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，在系統(tǒng)壓力為100 Pa時(shí)，對(duì)于反應(yīng)（1），當(dāng)溫度升高到1 900 K時(shí)，吉布斯自由能仍然為正，反應(yīng)不能向右進(jìn)行；反應(yīng)（2）的吉布斯自由能總是負(fù)的，因此，CO2在溫度高于1 300 K，且有固體C存在的條件下是不能穩(wěn)定存在的，這與布多爾反應(yīng)理論相吻合；對(duì)于反應(yīng)（3），隨著溫度的升高，吉布斯自由能大幅度下降，反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力大，其起始反應(yīng)溫度為1 476 K。因此，氧化鎂真空碳熱還原反應(yīng)機(jī)理是碳顆粒直接還原的固?固反應(yīng)（3）。

圖3 100 Pa下吉布斯自由能和溫度的關(guān)系Fig.3 Relationships between Gibbs free energy and temperature at 100 Pa

2.2 金屬鎂的揮發(fā)與冷凝

金屬在一定溫度下有固定的蒸氣壓，其揮發(fā)性取決于在一定溫度下的蒸氣壓。純物質(zhì)的飽和蒸氣壓（p）與溫度（T）的關(guān)系可表示為[16]：

式中：A，B，C，D分別為蒸發(fā)常數(shù)。由式（4）可知：環(huán)境的氣體壓力對(duì)金屬的蒸發(fā)有顯著影響。圖4所示為金屬鎂蒸氣壓與溫度關(guān)系。由圖4可知：金屬鎂的蒸氣壓隨溫度的升高而迅速增大，揮發(fā)性增強(qiáng)，在1 350 K時(shí)，金屬鎂蒸氣壓達(dá)到57.6 kPa，因此，在真空（15～200 Pa）碳熱還原氧化鎂的過(guò)程中金屬鎂極易揮發(fā)。

圖4 金屬鎂的蒸氣壓（P）和溫度（T）的關(guān)系Fig.4 P?T diagram of Mg

圖5 單元系相平衡圖Fig.5 Unary system phase diagram

金屬蒸氣引入冷凝區(qū)，冷凝成液態(tài)或者固態(tài)，遵循一定的溫度和壓強(qiáng)條件。圖5所示為單元系相平衡圖[16]，其中：BO為冷凝曲線，AO為升華曲線和OC為熔融曲線，三線相交于點(diǎn)O，在O點(diǎn)三相共存，每種金屬在三相點(diǎn)有其確定的溫度T0和壓強(qiáng)p0。對(duì)于金屬鎂，三相點(diǎn)[16]的溫度T0=923 K，壓強(qiáng)p0=333 Pa。在真空碳熱還原紅土鎳礦過(guò)程中，體系壓力為15～200 Pa，低于p0，因此，鎂的冷凝過(guò)程將類似于圖中b點(diǎn)，溫度降低，b點(diǎn)向左水平移動(dòng)，到達(dá) AO線上氣體成為飽和狀態(tài)，開(kāi)始出現(xiàn)固體，然后移入固相區(qū)（s區(qū)）成為過(guò)飽和氣體，凝華成固體，容易形成鎂粉。在冷凝系統(tǒng)刮取金屬鎂時(shí)，易燃易爆，存在一定的危險(xiǎn)性?；诖?，冷凝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有待改善。

3 結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)溫度的影響

紅土鎳礦與煤炭質(zhì)量比為 100:40，系統(tǒng)壓力為15～200 Pa，在不同溫度下反應(yīng)90 min，鎂還原率和渣中鎳含量與溫度的關(guān)系如圖6所示。由圖6可知：還原溫度對(duì)鎂還原率和鎳含量有顯著影響；當(dāng)溫度低于1 373 K時(shí)鎂的還原率趨近于0，當(dāng)溫度為1 573 K時(shí)還原率為6.4%，說(shuō)明鎂開(kāi)始被還原；溫度繼續(xù)升高，鎂的還原率迅速上升，當(dāng)溫度為1 773 K時(shí)，鎂還原率達(dá)到94.45%，渣中鎳含量為3.32%，富集了3.32倍。

圖6 溫度對(duì)鎂還原率和鎳含量的影響Fig.6 Effect of temperature on reduction ratio of Mg and grade of Ni

還原產(chǎn)物的XRD圖譜如圖7所示。從圖7（a）可以看出：當(dāng)溫度為773 K時(shí)，主要物相為SiO2，MgFe2O4，（Fe0.5Mg1.5）Si2O6和Ni1.43Fe1.7O4，并沒(méi)有金屬Fe和Ni生成；當(dāng)溫度為973 K時(shí)，開(kāi)始生成Fe和Fe3Ni2，隨著溫度的升高，F(xiàn)e和Fe3Ni2的衍射強(qiáng)度增強(qiáng)；在1 173 K時(shí)，XRD圖譜顯示還原產(chǎn)物中含有明顯的Fe，F(xiàn)e3Ni2和Mg2SiO4的特征衍射峰，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鎳、鐵氧化物的特征衍射峰，且在冷凝系統(tǒng)沒(méi)有收集到冷凝物。說(shuō)明此時(shí)紅土鎳礦中硅、鎂的氧化物沒(méi)有和碳發(fā)生反應(yīng)，而鎳、鐵的氧化物和碳發(fā)生了一系列的反應(yīng)，生成了金屬Fe和Ni，并且部分鐵和鎳形成了固溶體鎳鐵合金。

圖7 在不同溫度下還原產(chǎn)物的XRD圖譜Fig.7 XRD patterns of slags after different reaction temperature

從圖7（b）可以看出：當(dāng)溫度為1 373 K時(shí)，F(xiàn)e的特征衍射峰消失，出現(xiàn)了強(qiáng)的 Fe3Si的特征衍射峰，說(shuō)明此溫度SiO2和C開(kāi)始反應(yīng)生成了SiC，繼而SiC與 Fe反應(yīng)生成 Fe-Si合金，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與加西克[21]對(duì)Fe-Si-C三元系的研究相符合。當(dāng)溫度為1 573 K時(shí)，還原產(chǎn)物的物相種類發(fā)生了較大的變化，Mg2SiO4的衍射峰有所減弱，F(xiàn)e3Si的衍射峰消失，出現(xiàn)了SiC，F(xiàn)eSi和Fe5Si3的特征衍射峰，說(shuō)明在此溫度條件下，鎂的氧化物和碳開(kāi)始發(fā)生反應(yīng)，硅的氧化物和碳發(fā)生了較激烈的反應(yīng)，使得Fe-Si合金中Si的含量不斷升高，依次形成了Fe3Si，F(xiàn)e5Si3和FeSi，此結(jié)果與二元合金相圖理論結(jié)果[22]相吻合。當(dāng)溫度為1 773 K時(shí)，還原產(chǎn)物主要物相為SiC和FeSi，以及少量的Fe5Si3和 Mg2SiO4。

3.2 還原煤用量的影響

還原劑的加入量直接影響紅土鎳礦中氧化物的還原氣氛，還原劑含量不夠則鎂不能充分還原，還原劑含量過(guò)量致使還原球團(tuán)內(nèi)部仍殘留大量游離碳，會(huì)降低渣中鎳的含量。當(dāng)溫度為 1 723 K、系統(tǒng)壓力為15～200 Pa時(shí)，在不同還原煤用量（與紅土鎳礦質(zhì)量比計(jì)）條件下反應(yīng)90 min，其還原效果如圖8所示。

從圖8可知：還原煤用量對(duì)還原效果影響顯著，鎂的還原率隨著還原煤用量的增加而急劇增大，當(dāng)還原煤用量為60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，鎂的還原率達(dá)到74.6%；渣中鎳含量隨著煤用量的增加先增大后減小，當(dāng)還原煤用量為50%時(shí)最大為1.95%。這表明通過(guò)增加紅土鎳礦含碳球團(tuán)中碳含量可以達(dá)到一個(gè)更好的還原效果。其原因是：隨著碳含量增加，混合物中氧化鎂和碳之間的接觸面積增大，加快了碳對(duì)氧化鎂的還原。

圖8 還原煤用量對(duì)鎂還原率和鎳含量的影響Fig.8 Effect of reductant contention on reduction ratio of Mg and grade of Ni

3.3 添加劑的影響

由上述實(shí)驗(yàn)可知：紅土鎳礦球團(tuán)還原要達(dá)到較好的效果，需要較高的溫度和煤用量，這不利于節(jié)能降耗。為了提高含碳球團(tuán)的還原效果，國(guó)內(nèi)外科研人員進(jìn)行了許多相關(guān)的研究，得出加入添加劑（催化劑）是一種較有效的方法[23]。紅土鎳礦與煤炭質(zhì)量比為100:50，溫度為1 723 K，系統(tǒng)壓力為15～200 Pa，在不同添加劑（添加量均為紅土鎳礦質(zhì)量的 6%）作用下反應(yīng)90 min，其還原效果如圖9所示。

從圖9可以看出：不同添加劑的催化能力具有一定的差異，CaO和CaF2的催化效果顯著，鎂的還原率分別達(dá)到 99.87%和 99.8%，鎳的含量達(dá)到 3.31%和3.3%，明顯優(yōu)于Na2CO3和NaCl。對(duì)于添加劑強(qiáng)化還原的機(jī)理，研究者提出了不同的理論[24]可概括為：添加劑可以強(qiáng)化碳?xì)饣磻?yīng)；促進(jìn)固相擴(kuò)散反應(yīng)；導(dǎo)致礦物晶格的畸變，降低了其表觀反應(yīng)活化能等。因此，添加劑強(qiáng)化紅土鎳礦球團(tuán)還原的作用機(jī)理較復(fù)雜，受還原溫度和添加劑類別等因素的影響，是多種因素耦合作用的結(jié)果。具體的作用機(jī)理有待進(jìn)一步探索和研究。綜合而言，本實(shí)驗(yàn)所涉及的添加劑中以 CaO和CaF2催化效果較好，可為降低紅土鎳礦碳熱還原溫度以及縮短還原時(shí)間提供幫助。

圖9 添加劑對(duì)鎂還原率和鎳含量的影響Fig.9 Effect of additives on reduction ratio of Mg and grade of Ni

3.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

紅土鎳礦與煤炭質(zhì)量比為100:50，CaF2添加量為6%，系統(tǒng)壓力為15～200 Pa，在1 723 K下反應(yīng)30，50，70，90和110 min，其還原效果如圖10所示。從圖10可知：鎂的還原率和鎳含量均是隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，最后趨于穩(wěn)定，110 min時(shí)氧化鎂的還原過(guò)程基本完成，鎂的還原率達(dá)到 99.99%，鎳含量達(dá)到3.34%。其原因是：紅土鎳礦含碳球團(tuán)的還原受反應(yīng)時(shí)間的制約，在反應(yīng)開(kāi)始階段，紅土鎳礦表面某些質(zhì)點(diǎn)的氧化物優(yōu)先得到還原，并逐漸向中心推進(jìn)，過(guò)程中受界面反應(yīng)和形核勢(shì)壘的限制，故110 min后鎂的還原才能完成。

3.5 冷凝物的分析

圖10 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鎂還原率和鎳含量的影響Fig.10 Effect of reaction time on reduction ratio of Mg and grade of Ni

圖11 不同冷凝層冷凝物的XRDFig.11 XRD patterns of condensate in different condensing system

對(duì)不同冷凝系統(tǒng)的冷凝物進(jìn)行 XRD分析，其結(jié)果如圖11所示。從圖11可知，金屬鎂受到不同程度的污染，主要污染物為Mg2Si，SiO2和MgO，隨著冷凝層的上升，污染物逐漸減少，鋼板冷凝系統(tǒng)中得到的冷凝物只受少量 MgO的污染。因此，在不同冷凝系統(tǒng)得到金屬鎂的純度不一樣。圖12所示為鋼板冷凝系統(tǒng)金屬鎂塊的電鏡和能譜圖。從圖12可以看出：金屬鎂呈層狀冷凝，結(jié)晶較為疏松，含Mg 95.59%，并含有少量O元素（其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.41%）。

對(duì)污染物的形成進(jìn)行分析，其中氧化鎂的形成可能為，一是金屬M(fèi)g與CO發(fā)生逆反應(yīng)，二是金屬鎂被殘余氧氣氧化?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式及其熱力學(xué)分析[19?20]如下（其中P系為化學(xué)反應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行時(shí)的系統(tǒng)壓力，下同）：

圖12 冷凝物金屬鎂的掃描電鏡分析Fig.12 SEM image of condensate Mg

式中：ΔGT為吉布斯自由能，J/mol。

對(duì)于污染物Mg2Si和SiO2，其形成原因是：在紅土鎳礦真空碳熱還原過(guò)程中，SiO2還原為低價(jià)SiO氣體，而SiO氣體高溫穩(wěn)定低溫容易發(fā)生歧化反應(yīng)，因此當(dāng)SiO氣體揮發(fā)至冷凝系統(tǒng)時(shí)將生成Si和SiO2，污染金屬鎂?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式及其熱力學(xué)分析[19?20]如下：

根據(jù)式（5）～（9）得到不同壓力下吉布斯自由能與溫度之間的關(guān)系如圖13所示。由圖13可以看出：反應(yīng)（7）在1～100 Pa下的起始反應(yīng)溫度為1 240～1 334 K，低于氧化鎂的起始反應(yīng)溫度（1 476 K），因此，在紅土鎳礦真空還原回收鎂的同時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生 SiO氣體，污染金屬鎂；反應(yīng)（5），（6），（8）和（9）均為體積縮小的放熱反應(yīng)，在系統(tǒng)壓力為1 Pa，溫度為1 300 K以下時(shí)，吉布斯自由能均為負(fù)值。因此，在試驗(yàn)過(guò)程中（15～200 Pa），在溫度較低（300～1 723 K）的冷凝系統(tǒng)，金屬 Mg會(huì)與 CO，O2和 Si發(fā)生反應(yīng)生成 MgO和Mg2Si，影響鎂的純度。

圖13 不同壓力下反應(yīng)（5）～（9）的吉布斯自由能與溫度的關(guān)系Fig.13 Relationships between Gibbs free energy and temperature for reactions（5）～（9）at different pressures

4 結(jié)論

（1）真空條件下氧化鎂的還原是固體碳直接還原的固?固反應(yīng)，臨界反應(yīng)溫度為1 476 K，生成的金屬鎂極易揮發(fā)，在冷凝系統(tǒng)凝華收集。

（2）紅土鎳礦真空碳熱還原產(chǎn)物主要為SiC，F(xiàn)e-Si合金，Mg2SiO4，Mg和SiO氣體，SiO在冷凝系統(tǒng)歧解生成Si和SiO2；隨著反應(yīng)溫度的升高、還原煤用量的增加和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鎂的還原率顯著增大，渣中鎳的含量也有所上升；添加劑強(qiáng)化紅土鎳礦還原的作用受還原溫度和添加劑類別等因素的影響，實(shí)驗(yàn)所涉及的添加劑中以CaO和CaF2的催化效果較好。

（3）鎂蒸氣與CO，O2和Si的反應(yīng)均為體積縮小的放熱反應(yīng)，在系統(tǒng)壓力為1 Pa時(shí)，其吉布斯自由能仍有可能為負(fù)值，生成MgO和Mg2Si，降低金屬鎂的純度。

[1]GUO Xue-yi,LI Dong,Park K H,et al.Leaching behavior of metals from a limonitic nickel laterite using a sulfation-roastingleaching process[J].Hydrometallurgy,2009,99:144?150.

[2]Loveday B K.The use of oxygen in high pressure acid leaching of nickel laterites[J].Minerals Engineering,2008,21（7）:533?538.

[3]梁威,王暉,符劍剛,等.從低品位紅土鎳礦中高效回收鎳鐵[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,42（8）:2173?2177.LIANG Wei,WANG Hui,FU Jian-gang,et al.High recovery of ferro-nickel from low grade nickel laterite ore[J].Journal of Central South University:Science and Technology,2011,42（8）:2173?2177.

[4]Orquidea C,Federico G,Ianeya H.Cobalt and nickel recoveries from laterite tailings by organic and in organic bio-acids[J].Hydrometallurgyk,2008,94（1）:18?22.

[5]CHEN Sheng-li,GUO Xue-yi,SHI Wen-tang,et al.Extraction of valuable metals from low-grade nickeliferous laterite ore by reduction roasting-ammonia leaching method[J].J Cent South Univ Technol,2010,17（4）:765?769.

[6]Coto O,Galizia F,Hernadez I,et al.Cobalt and nickel recoveries from laterite tailings by organic and inorgnic bio-acids[J].Hydrometallurgy,2008,94（1/2/3/4）:18?22.

[7]ZHAI Yu-chun,MU Wen-ning,LIU Yan,et al.A green process for recovering nickel from nickeliferous laterite ores[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010,20（S1）:s65?s70.

[8]Mcdonald R G,Whittington B I.Atmospheric acid leaching of nickel laterites review（Part Ⅰ）:Sulphuric acid technologies[J].Hydrometallurgy,2008,91:35?55.

[9]Pelino M,Kararnanov A,Pisciella P,et al.Vitrification of electric arc furnace dusts[J].Waste Manage Ment,2002,22（8）:945?949.

[10]Agatzini S L,Zafiratos I G,Spathis D.Beneficiation of a Greek serpentinic nickeliferous ore[J].Hydrometallurgy,2004,74:259?265.

[11]王成彥,尹飛,陳永強(qiáng),等.國(guó)內(nèi)外紅土鎳礦處理技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2008,18（S1）:s1?s9.WANG Cheng-yan,YIN Fei,CHEN Yong-qiang,et al.Worldwide processing technologies and progress of nickel laterites[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2008,18（S1）:s1?s9.

[12]喬富貴,朱杰勇,田毓龍.全球鎳資源分布及云南鎳礦床[J].云南地質(zhì),2005（4）:395?401.QIAO Fu-gui,ZHU Jie-yong,TIAN Yu-long.Nickel resources distribution in the world and nickel resources of Yunan[J].Yunnan Geology,2005（4）:395?401.

[13]徐寶強(qiáng),裴紅彬,楊斌,等.真空碳熱還原脫除紅土鎳礦中鎂的研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2011,31（3）:341?347.XU Bao-qiang,PEI Hong-bin,YANG Bin,et al.The carbothermic reduction process for magnesium removal from nickel laterite in vacuum[J].Chinese Journal of Vacuum Science and Technology,2011,31（3）:341?347.

[14]King M G.Nickel laterite technology-finally a new dawn[J].ABI/INFORM Trade &Industry,2005（7）:35?39.

[15]何德文,劉蕾,肖羽堂,等.真空冶金回收廢舊鋅錳電池的汞和鎘試驗(yàn)研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,42（4）:893?895.HE De-wen,LIU Lei,XIAO Yu-tang,et al.Experimental research on recycling of Hg and Cd from waste zinc-manganic batteries by vacuum metallurgy[J].Journal of Central South University:Science and Technology,2011,42（4）:893?895.

[16]戴永年,楊斌.有色金屬材料的真空冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003:7?43.DAI Yong-nian,YANG Bin.Non-ferrous metal materials vacuum metallurgy[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2003:7?43.

[17]QI Tian-gui,LIU Nan,LI Xiao-bin,et al.Thermodynamics of chromite ore oxidative roasting process[J].J Cent South Univ Technol,2011,18（1）:83?88.

[18]傅崇說(shuō).有色冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005:51?74.FU Chong-yue.Principle of non-ferrous metallurgy[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2005:50?75.

[19]葉大倫,胡建華.實(shí)用無(wú)機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].2版.北京:冶金工業(yè)出版社,2002:175?925.YE Da-lun,HU Jian-hua.Thermochemical date of inorganic substance[M].2nd ed.Beijing:Metallurgical Industry Press,2002:175?925.

[20]傅獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚(yáng),等.物理化學(xué)[M].5版.北京:高等教育出版社,2005:204?386.FU Xian-cai,SHEN Wen-xia,YAO Tian-yang,et al.Physical chemistry[M].5th ed.Beijing:Higher Education Press,2005:204?386.

[21]（蘇）加西克 М И.鐵合金生產(chǎn)的理論和工藝[M].張烽,譯.北京:冶金工業(yè)出版社,1994:18?241.JIAXIKE M И.Principle and technology of ferroalloy production[M].ZHANG Feng,transl.Beijing:Metallurgical Industry Press,1994:18?241.

[22]戴永年.二元合金相圖集[M].北京:科學(xué)出版社,2009:518.DAI Yong-nian.Binary phase diagrams[M].Beijing:Science Press,2009:518.

[23]Zambrano A P,Takano C,Nogueira A E A,et al.Reduction behavior of chromite carbon composite pellets,at temperature of 1 873 K[C]//ANNALS-Int Meet Ironmak Int Symp Iron Ore 3rd International Meeting on Ironmaking and 2nd International Symposium on Iron Ore.Maranhao,Brazil:Int Meet Ironmak Int Symp Iron Ore,2008:667?677.

[24]Ding Y L,Warner N A.Catalytic reduction of carbon-chromite composite pellets by lime[J].Thermochimica Acta,1997,292（1/2）:85?94.