《矽鎂鎳礦真空條件下Me-Si-C-O的相互作用及調控機制》是依託昆明理工大學，由曲濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矽鎂鎳礦真空條件下Me-Si-C-O的相互作用及調控機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曲濤
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對矽鎂鎳礦傳統處理工藝存在的問題，申請者擬採用真空碳熱還原法處理矽鎂鎳礦，綜合利用其中的鎳、鐵、鎂、矽。本項目著重對矽鎂鎳礦真空條件下Me-Si-C-O的相互作用及調控機制進行研究，為該工藝提供理論基礎。.本項目通過矽鎂鎳礦與C/CO反應的熱力學計算分析與實驗相交叉的方式，獲得反應類型及物質間相互作用機制，為進一步確定碳熱還原的目標產物提供依據；通過進行不同因素的實驗研究，獲得Me-Si-C-O體系中有價金屬還原率變化的規律及遷移規律；研究矽鎂鎳礦真空碳熱還原過程中的還原率隨反應時間的變化關係，並通過考察不同條件的改變對反應速率的影響規律，確定反應的控制步驟。對比研究有無添加劑反應產物的物相和化學成分，獲得抑制反應產物中矽、矽鐵生成和促進鎳鐵合金形成的工藝參數，從而獲得添加劑強化真空碳熱還原反應的機理及Me-Si-C-O體系的調控機制。
結題摘要
該項目為解決傳統火法冶煉工藝難以利用矽鎂鎳礦中價值更高的鎂的問題，重點研究原料混合物在真空碳熱還原過程中鎳、鐵、鎂、矽的行為，對礦物中鎂的脫除收集、鎳和鐵的還原磁選、矽的狀態行為等進行了系統的研究，獲得了矽鎂鎳礦真空碳熱還原的工藝參數，具體如下：(1)確定了矽鎂鎳礦真空碳熱還原脫除並收集鎂的最佳工藝參數。熱力學計算結果表明：在真空條件下，採用碳熱還原法脫除矽鎂鎳礦中的鎂是可行的，其起始反應溫度不超過1300 ℃。實驗結果表明：隨著還原溫度的升高和時間的延長，鎂脫除率也隨之增加。在體系壓強50 Pa ，礦物與焦煤質量比為100：28.3，還原溫度為1550 ℃，還原時間為120min時，鎂脫除率達到最大，為93.23%。X射線衍射分析表明冷凝產物主要為鎂及其氧化物。(2)確定了矽鎂鎳礦真空碳熱還原脫除鎂的動力學機理。在真空碳熱還原過程中，二維界面化學反應收縮圓柱體控制模型為該反應的最概然機理函式。根據實驗數據可以得出，矽鎂鎳礦真空碳熱還原脫除鎂的動力學方程為： 1−(1−α)1/2=(−20682.988311T+1.70183)/t。同時，經計算得到該反應的表觀活化能及指前因子分別為Ea=171.958×103 J/mol，指前因子 K 0 =5.484 s-1。(3)確定了鈣鹽在矽鎂鎳礦真空碳熱還原過程中的作用機理。採用CaO作為添加劑時，可以破壞礦物中的矽酸鹽體系結構，促進矽鎂鎳礦中有價金屬的還原：鎳、鐵在還原磁選過程中，CaO添加量為22.64 %時，鎳、鐵回收率分別達到97.00 %、84.33 %，富集比分別達到6.72、6.32倍。CaO添加量為25 %時，鎂的脫除率由不添加時的93.23 %提高到99.45 %。同時，CaO的添加還可以抑制矽的還原。當採用CaF2作為添加劑時，主要是形成低熔點的熔體，促進反應的進行。CaF2添加量為3 %時，鎳、鐵回收率分別達到98.21 %、82.97 %，富集比分別達到9.35、3.18倍。
