镍是一种重要的战略资源,主要用于不锈钢生产,随着全球不锈钢产量的快速增长和镍在新兴产业中的广泛应用,全球镍消费量逐年上升。当前可供开发利用的镍矿资源为硫化镍矿和红土镍矿,硫化镍矿因历经开采而趋于枯竭,因此红土镍矿成为镍金属供应的主要来源。我国是不锈钢制造大国,也是镍资源的主要消费国,然而我国红土镍矿资源极度匮乏,主要依赖进口。近年来,因进口红土镍矿来源国印度尼西亚政策变化,国内红土镍矿供应紧张,加快了国内镍生产企业的海外产业布局。红土镍矿床各矿层矿物组成和结构复杂多样,不同类型红土镍矿处理工艺各不相同,现行冶炼工艺存在原料适应性差、生产能耗高、工艺稳定性不足和环境污染等问题。还原-磁选工艺不仅适用于各类红土镍矿的处理,并且工艺流程简单、生产能耗低。该工艺目前主要的存在的问题是:低温下还原得到的镍铁难以富集、添加剂使用量过大和熔融或半熔融态物料易与窑体发生结圈。此外,对于低品位红土镍矿的开发利用也是应对当前红土镍矿资源短缺的重要措施,尤其是开发以低品位红土镍矿制备高品位镍铁的新技术越来越引起人们的重视。本文以低品位腐泥土型红土镍矿为研究对象,在研究矿石物理化学特性的基础上,通过固体碳还原镍、铁氧化物的热力学分析,揭示了红土镍矿煤基还原过程和机理,进行了红土镍矿煤基还原试验,对主要影响因素进行了分析讨论,采用等温还原-化学分析方法研究了红土镍矿煤基还原过程中镍、铁氧化物的还原动力学。红土镍矿煤基自还原是多相、多组分参与进行的复杂化学反应过程,主要化学反应包括固体碳直接还原、CO还原和碳的气化反应,还原反应过程中起主要还原作用的是CO。固体碳选择性还原镍、铁氧化物仅是在还原过程中当还原气氛下降时出现的阶段选择性还原。镍、铁氧化物的金属化影响因素包括:还原剂加入量、还原温度和时间。还原反应前15分钟镍、铁氧化物的还原速率快于15分钟以后,整个还原过程中铁氧化物的还原速率要快于镍氧化物的还原速率。针对红土镍矿自还原过程中镍铁颗粒聚集长大行为的研究,分别以Ca F2和Ca SO4作添加剂,观察红土镍矿自还原产物中镍铁颗粒在添加剂作用下的粒径变化,系统分析了镍铁颗粒聚集长大的影响因素。通过分析添加剂作用下红土镍矿自还原产物的矿物组成和微观结构,揭示了不同添加剂对镍铁颗粒聚集长大行为的作用机制。提出了以复合添加剂协同作用,降低添加剂使用量并使添加剂作用最大化的技术思路。红土镍矿自还原过程中影响镍铁颗粒聚集的主要因素有:镍铁颗粒自身的迁移能力、脉石对镍铁颗粒迁移行为的限制和镍铁颗粒在脉石中的分布;聚集后镍铁颗粒的长大行为主要受镍铁颗粒表面张力影响。Ca F2使晶体结构致密的镁橄榄石和顽火辉石向晶体结构较为疏松的透闪石转变,同时降低了脉石相的熔点,改善了镍铁颗粒的迁移环境,降低了脉石对镍铁颗粒迁移行为的限制。Ca SO4通过还原分解得到的S2和Ca O协同作用促进镍铁颗粒的聚集长大,S2与Fe O或金属铁反应生成Fe S,Fe S与金属铁形成Fe S-Fe共晶体,不仅降低了镍铁颗粒表面张力,同时通过液相驱动镍铁颗粒迁移;Ca O与镁橄榄石形成易变辉石,改善了镍铁颗粒的迁移环境。本文提出了一种低品位红土镍矿自还原-选择性氧化的方法制备高品位镍铁的方法,通过分析镍、铁金属分别被O2和CO2氧化的热力学行为,探索了选择性氧化分离金属镍、铁的可行性;并进行了红土镍矿自还原-CO2/CO混合气氛氧化的试验;通过对产物的矿物组成和微观结构分析,揭示了红土镍矿自还原产物中镍铁合金在CO2/CO混合气氛中的氧化行为。镍在CO2中具有很好的化学稳定性,不能被氧化。铁在温度高于570°C,CO2浓度高于铁被CO2氧化生成Fe O反应平衡时气相CO2浓度时,铁易被CO2氧化生成Fe O。将红土镍矿试样（C/O=1.2,4wt%Ca F2）在1200°C还原25分钟,自还原产物在1100°C,CO2/（CO2+CO）=70vol%气氛中氧化50分钟,熔分后得到一种含镍37.2wt%的镍铁合金,镍、铁回收率分别为95.89%和13.47%。红土镍矿自还原-CO2/CO混合气氛氧化-高温熔分试验结果表明:镍铁合金中铁的氧化行为与温度和CO2浓度有关,高温、高CO2浓度有利于镍铁中铁的氧化,温度高于1100°C时,氧化后的镍铁合金镍含量远高于温度低于1000°C氧化所得镍铁合金中的镍含量。