镍（Ni）具有优异的延展性、机械强度和化学稳定性，因此被广泛用于不锈钢生产、化学工业和三元动力电池领域。随着电动汽车的快速发展，作为三元正极材料关键成分的镍需求急剧增加[[1], [2], [3]]。如图1所示，印度尼西亚拥有全球最大的镍储量，也是最大的原生镍生产国。全球镍资源估计超过3.5亿吨，其中54%来自红土矿床，35%来自岩浆硫化物矿床[4]。镍硫化物矿石中的有价值矿物更容易提取；然而，经济上可开采的硫化物矿床正在逐渐枯竭。因此，储量丰富且开采成本相对较低的红土型镍矿已成为更具吸引力的镍来源[5]。
根据矿物组成，红土矿通常分为褐铁矿型和风化矿型。褐铁矿型矿石富含Fe和Co但镍含量较低，更适合湿法冶金工艺[6,7]；而风化矿型红土矿富含Si、Mg和Ni但Co含量较低，更适合火法冶金工艺[8,9]。从经济性和工业可行性的角度来看，风化矿型红土矿对现有工艺的适应性更强。目前常用的火法冶金工艺包括回转窑预还原-电炉熔炼（RKEF）、高炉熔炼和回转窑预还原-磁选[10,11]。其中，RKEF工艺因其成熟的技术、较高的镍铁品位以及对原材料的广泛适应性而被广泛采用。然而，RKEF和高炉工艺都存在高能耗问题，并会产生大量副产品，如炉渣和废气[10,12]。NiO、FeNi和NPI生产的特定能耗分别为每吨合金369 GJ、110 GJ和60 GJ，而从硫化物矿石中提取镍的能耗仅为每吨合金174 GJ[13]。尽管高温焙烧可以实现镍和铁氧化物的选择性还原，为后续分离和提纯奠定基础[14,15]，但全球对“碳峰值”和“碳中和”战略的日益重视，使得传统火法冶金的高能耗和高碳排放对其进一步应用构成了重大挑战。
流化技术因其高质量传递效率、快速反应速率和均匀的温度分布而成为矿石焙烧的首选方法[16,17]。还原气体对红土型镍矿的还原行为及Ni-Fe金属相的形成有一定影响[18,19]。孙等人[20]研究了CO/CO2气氛，发现通过控制温度和气体组成可以实现选择性还原。与传统焙烧相比，流化焙烧还可以使用更清洁、更高效的还原剂，如H2[21,22]。Bunjaku等人[23]比较了CO/CO2（72%:28%）和H2/N2（72%:28%）气氛，发现H2/N2具有更强的还原能力。已广泛证实，在H2气氛下，铁氧化物可以高效且均匀地被还原[24,25]。由于H2的分子尺寸较小，其扩散速率远高于碳基还原剂，即使在相对较低的还原温度下也能有效降低颗粒的曲折度。相比之下，在CO气氛下进行还原需要更高的温度来克服动力学障碍，这通常会导致颗粒内部微观结构发生更明显和广泛的转变[26]。流化床焙烧在火法冶金中具有广阔的应用前景。基于悬浮磁化焙烧开发的悬浮焙烧预还原电炉（SRPEF）工艺，凸显了开发更清洁、更高效的红土处理技术的迫切需求[[27], [28], [29]]。试点规模实验表明其可行性。例如，在850 °C和80 kg/h的进料速率下，SRPEF实现了镍品位14.28%和铁品位79.89%的铁镍合金，部分实现了预还原产物的金属化，并显著缩短了电炉还原时间，从而降低了能耗[30,31]。
本研究采用实验室规模的悬浮焙烧系统，研究了H2和CO气氛下风化矿型红土矿的冶金还原行为。通过比较产品的灼烧损失（LOI）、镍金属化率、铁金属化率和铁还原程度，评估了这两种气体的还原性能。此外，还进行了X射线衍射（XRD）、布鲁诺-埃梅特-特勒（BET）表面分析以及带有能量分散光谱的扫描电子显微镜（SEM-EDS）测试，以研究预还原产物的相变、比表面积和孔结构以及微观特征。BPMA（BGRIMM工艺矿物学分析）用于表征预还原产物的矿物组成，为后续的电炉熔炼提供指导。这项工作为不同还原气氛下红土矿的还原行为提供了见解，并为开发高效可持续的镍提取工艺提供了技术参考。
