高硅含铁冶炼渣提铁协同尾渣全组分综合利用基础研究

During metal smelting process, there is large amount of smelt slag which contains valuable elements such as Fe, Ni and Cu. It is urgent to effectively develop and utilize these resources. Applicants propose to synergistically extract Fe from smelt slag containing Fe and rich silicon and to produce gelling materials with the residual slag. Preliminary research has approved the feasibility of this technique. This proposal will conduct a comprehensive research on the fundamental principles, including the reduction control mechanism of Fe, change of Fe phase morphology, evolution of non-Fe component, synergistic control of Fe component and gelling material, structure and properties of gelling materials, etc. According to this study, reduction route and characteristics of smelt slag containing Fe and rich silicon will be clarified. It will reveal the evolving mechanism of both Fe and non-Fe component and master the synergistic production mechanism of gelling materials during high temperature reduction. Finally, fundamental principle system will be formed to effectively utilize the full components of smelt slag containing Fe and rich silicon. It will provide principle support to develop techniques related to utilize slag containing Fe and rich silicon.

金属冶炼中产生大量含铁、镍、铜等具有重要资源价值的难处理高硅含铁冶炼渣，如何高效开发利用是丞待解决的重大课题。申请者提出高硅含铁冶炼渣提铁和渣相组分协同制备胶凝物质的全组分综合利用技术路线，并前期预研，证明了其可行性。本课题拟对其中的基础理论问题进行系统研究，包括高硅含铁冶炼渣铁还原与胶凝材料生成协同利用过程中，铁的还原控制机理、铁相物态行为变化、非铁组分微观行为演变、含铁组分与胶凝材料的协同调控、胶凝材料结构与性能之间的关联行为等。通过项目研究明确高硅含铁冶炼渣的还原路径和特征，揭示高温还原过程铁相和非铁组分物态行为变化规律，掌握高硅含铁冶炼渣高温还原过程胶凝材料协同制备机理，形成一套适用于冶金过程高硅含铁渣全组分综合利用的基础理论体系，为高硅含铁渣的清洁高效利用技术开发提供理论支撑。

冶金固废综合利用是国家重大战略布局方向，高硅含铁镍渣作为一类重要的冶金固废，其资源化利用是行业亟需解决的问题。作为镍冶炼过程中排出的尾渣，镍渣含有约40%的铁及微量镍、铜等有价金属元素，是具有资源潜力的典型高硅含铁冶炼渣，尚缺少有效的资源化利用途径。.基于镍渣全组分利用目标，研究了不同因素对铁还原及胶凝组分生成的影响及协同控制条件；预氧化对镍渣物相及内部结构的影响、预氧化镍渣的还原特征以及金属铁颗粒生成特性和动力学；镍渣中添加碳酸钙、碳酸钠和氧化钙对碳热还原产物中铁各项指标的影响及促进还原的作用机理；机械活化镍渣的结晶相、表面形貌、官能团、机械储能、活化参数对镍渣结构变化及碳热还原的影响；镍渣含碳球团直接还原制备珠铁相关基础理论；提铁后残余铁氧化物对微晶玻璃的制备的热动力学条件和性能等。.通过项目研究探明了高硅含铁冶炼渣在确保胶凝材料形成前提下的含铁物相演变特性、铁相长大聚合规律；揭示了高温还原过程中胶凝材料的协同形成机理；获得了预处理过程中高硅含铁镍渣的物相结构、表面形貌、官能团及机械储能变化，预处理镍渣的还原特征以及铁颗粒生成特性和动力学；获得了镍渣含碳球团直接还原制备珠铁的相关理论及参数控制；探明了提铁后残余铁氧化物对微晶玻璃制备及性能的影响等，项目开展为高硅含铁冶炼渣的高效资源化利用提供了理论基础和技术支撑。