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镍是一种重要的战略金属材料,具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点,在现代工业中有着广泛的应用。镍主要消费于不锈钢生产,不锈钢用镍约占全球镍消费总量的66%。2009年,我国不锈钢表观消费量822万吨,不锈钢粗钢产量达到880万吨,居世界首位。2007-2009年间,我国不锈钢年产量递增10.55%,表观消费量递增14.77%。不锈钢工业的迅速发展驱动镍的需求也强劲增加。红土镍矿占有世界陆基镍资源的72%,然而其生产的镍只占有世界镍产量的42%,因此,从长远来看,红土镍矿将是未来镍供应的主要来源。利用红土镍矿生产镍铁,为快速发展的不锈钢工业提供廉价的镍源,是利用红土镍矿资源的有效途径。镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%,因此使用低成本镍铁原料,将大幅度降低不锈钢生产成本,保障不锈钢工业的快速发展。本文利用X-射线衍射分析、X-射线荧光光谱分析、光学显微镜和扫描电镜等分析测试手段,在红土镍矿物化性能分析、热力学以及添加剂强化还原-磁选的作用机理研究的基础上,开发了以中低镍品位的红土镍矿生产镍铁合金的新工艺,所得镍铁可作为不锈钢冶炼原料。得到了以下主要结论：(1)热力学研究表明：NiO比Fe304、FeO更易还原,且NiO能与Fe2O3发生固相反应,生成了更容易还原的NiFe2O4,促进铁氧化物的还原。T-4比T-2更易与MgSiO3和Mg2Si04反应,但二者的硅酸盐产物生成顺序一致,都为：Na2Si2O5> Na2SiO3>Na2Mg2Si2O7> Na4Mg2Si3O10> Na2MgSi04> Na4SiO4> Na2Mg2Si6O15。低熔点化合物Na2Si2O5(熔点874℃)、Na2SiO3(熔点1089℃)、Na2Mg2Si2O7或Na4Mg2Si3O10的生成,为红土镍矿还原过程的传质提供了有利条件。(2)红土镍矿采用直接还原-磁选工艺在复合添加剂(20%T-2,3%T-3,7.5%T-4)作用下,可以得到有效的处理。最佳工艺条件为：还原温度1100℃,还原时间60min,磨矿细度92.6%小于0.043mm,磁场强度1kGs。最佳工艺条件下所得镍铁中的镍、铁品位分别为7.49%、80.47%；镍、铁回收率分别可达到82.7%、62.8%。镍铁中P含量非常低,为0.004%,但S含量偏高,为0.49%,可在AOD炼钢过程中脱除。(3)还原产物物相及显微结构分析表明：还原温度的上升以及还原时间的延长都可以增强还原产物XRD中的Fe-Ni峰,而添加T-2、T-3、T-4并没有增强Fe-Ni峰。T-2在还原气氛下生成FeS和S,FeS的生成减弱了还原产物中的Fe-Ni峰,有利于铁、镍分离,而单质S在还原过程中可以降低镍铁合金晶粒的表面张力和熔点,促进镍铁合金晶粒的聚集、长大,强化磁选分离效果。T-4在1100℃条件下能与Mg2SiO4反应,还原赋存于镁橄榄石中的铁、镍,而T-2、T-3在此温度条件下不能与Mg2SiO4发生反应。复合添加剂作用下红土镍矿经直接还原,铁晶粒聚集长大,铁、镍几乎呈现相同的分布区域,表明镍以铁为载体得到了有效地富集,而部分S也存在于铁分布区域,导致镍铁产品S含量较高；镍、铁分布区域与镁、硅、钠分布区域界限分明,有利于后续的磁选分离。(4)直接还原新工艺原料适应性研究表明：新工艺适合处理各种类型的红土镍矿,原料的镍品位越高,则镍铁中镍品位越高；原料中Fe/Ni比例越高,则镍回收率越高,不同类型的红土镍矿需要优化特定的添加剂配比,从而保证镍回收率。添加金属铁粉、褐铁矿型红土镍矿和T-5等高含铁原料后,镍回收率都得到了提高,而T-5可以取代T-3,同时还能减弱球团还原的膨胀。(5)该工艺创新了红土镍矿冶炼镍铁技术,红土镍矿可不经预先富集,流程短、原料适应强,以廉价的褐煤作为还原剂,可在1100℃的较低还原温度下获得优良的还原与磁选效果,镍铁产品制造成本低,具有较强的推广应用前景。