2020年(冶金行业)镍铁冶金技术及设备

冶金行业）镍铁冶金技术及

设备

镍铁冶金技术及设备

前言：

就陆地资源而言，镍的矿物资源主要是硫化镍矿和氧化镍矿。人们从硫化镍矿中提取镍金属的历史已久，工艺成熟。但地球上硫化镍矿资源日益枯竭，因而开发利用氧化镍矿已成为当今世界镍金属提取业的主流。从氧化镍矿中提取镍金属有火法和湿法之分，前者一般采用电炉或高炉生产线。

1. 镍冶金概述

1.1 镍矿资源

全世界镍的矿物资源主要有硫化镍矿、氧化镍矿和深海底含镍锰结核三种。陆地资源中氧化镍矿约占65% ，硫化镍矿约占35% ，海底含镍锰结核则是潜在的巨大镍资源。硫化镍精矿一般伴生有铜、钴、金、银和铂族金属等，在冶炼过程中可以综合回收。氧化镍矿主要分为镁质硅酸盐型、褐铁矿型和中间型三大类，可综合回收的成分只有钴和铁。

1.2 镍的性质及用途

镍是元素周期表中第Ⅷ族的元素，其在元素周期表中的位置决定了镍及其化合物的一系列物理化学性质与钴，铁相似，在亲硫和亲氧性方面接近于铜。

镍是一种银白色金属,原子序数为28,相对原子质量为58.71, 熔点为（1453 ±1）℃,沸点为2732 ℃,其在不同条件下的密度如下表1-1 所示。

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表1-1 镍的密度

镍的化合物在自然界里有三种形态，即镍的氧化物、硫化物和砷化物。其氧化物有氧化亚镍（NiO ）、四氧化三镍（Ni 3O 4）及三氧化二镍

（Ni2O3）。三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400-450 ℃，则离解为四氧化三镍，进一步升温则变为氧化亚镍。氧化亚镍的熔点为1650-1660 ℃，很容易被C 或CO 还原。氧化亚镍与C O 和FeO 一样，可形成NiO ·SiO2 和2 NiO ·SiO2 两类硅酸盐化合物，但NiO ·SiO2 不稳定。氧化亚镍能溶于硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸等溶液中，形成绿色的两价镍盐。

概况起来镍的用途可分为六类：

（1）制作金属材料。包括制作不锈钢、耐热合金钢和多种镍合金等约3000 余种金属材料，约占消费总量的70% 以上。

（2）用于电镀。其用量约占镍总消费量的15% 。

（3）在石油化工的氢化过程中作催化剂。在煤气化过程中，专用

CO 和H 2合成甲烷时发生下列反应：CO+H 2→CH4+H 2O （温度

800 ℃加催化剂），常用的催化剂为高度分散在氧化铝基体上的镍复

合材料（25%-27% ），这种催化剂不易被H2S、SO2等毒化。（4）用作化学电源，是制作电源的材料。如在工业上已生产的Cd-Ni 、Fe-Ni 、Zn-Ni 电池和H2 -Ni 密封电池。

（5）制作颜料和染料。其最主要的是组成黄橙色颜料，该颜料由

TiO 2、NiO 和Sb2O3的混合料在800 ℃以下煅烧而成，覆盖能力

强，具有金红石或尖晶石结构，故化学性质稳定。

（6）制作陶瓷和铁素体。如陶瓷工业上用NiO 作着色剂，此外，

还能增加料坯与铁素体间的黏结性，并使料坯表面光洁致密。铁素体

是一种较好的陶瓷材料，主要用于高频电气设备。

2. 镍铁冶炼用耐火材料

耐火材料是能满足高温条件下使用的无机非金属材料，如热工设备中的内衬结构材料，高温容器内衬材料，高温装置中的元件、部件材料等。

冶金对耐火材料的性能要求非常严格，即耐火度要高，高温强度要好，能经受熔渣、金属液的侵蚀和急剧的温度变化，有的还要求其在高真空和高温下不挥发或不发生分解，可以说，冶金工业的发展与耐火材料工业的进步是密不可分的。

按其原料的化学性质，耐火材料可分为碱性、酸性和中性三类。

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碱性耐火材料的主要成分是MgO 和CaO ；酸性耐火材料的主要成分为

SiO2；中性耐火材料分为Al2O3质、C质和SiC 质等，耐火材料成分如表2-1 所示。

表2-1 耐火材料的分类

按照使用温度，可分为普通耐火制品（耐火度为1580-1770 ℃）、高级耐火制品（耐火度为1770-2000 ℃）、特级耐火制品（耐火度大于

2000 ℃）。

耐火材料具有如下重要性质：

1）耐火度和荷重软化点。耐火度是材料在高温下抵抗熔化的性

能，耐火度是衡量硅酸铝系耐火材料品质的一个重要指标。熔点是纯物质的固液

相平衡温度，耐火度是低于纯物质熔点的。耐火材料在使用时都承受一定负荷，如果耐火材料受热后变形，炉体必然损坏，因此荷重软化点是耐火材料的另一个重要质量指标。

2) 高温抗折强度。高温强度大的砖，其抗渣性能必然好，抗急冷急热变化的

能力也强，因此高温抗折强度成为许多耐材特别是碱性耐材的关键指标。

3) 热震稳定性。耐火材料受到的急剧温度变化称作热震 (或叫热冲击)。由

于耐火制品为脆性材料，膨胀率较大而弹性较小，因此在受到热冲击时引起内应力使材料破裂或剥落。

4) 气孔率和密度。耐材的气孔有和外界相通的开口气孔和与外界

不通的封闭气孔两类，封闭气孔体积很难测定，因此，制品的气孔率用开口气孔体积所占的百分比表示，称为显气孔率。耐火制品的密度和气孔有关，不包括任何气孔体积的密度称为真密度；包括全部气孔体积在内的密度称为体积密度；仅包括封闭气孔体积而不包括开口气孔体积的密度称为假密度。气孔率和密度是耐火制品致密程度的指标，高密度制品的力学

性能好，也有利于抗渣侵蚀和抗热震，得到高密度制品的关键是高压成

型设备。

5) 抗渣性。对于冶金耐材，抗渣侵蚀是非常重要的性能，与渣的性质及耐火

材料品种有关。

硅酸铝系耐火材料价格便宜、用途广泛而且品种多，其基本化学成分是SiO2 和Al 2O3，黏土砖、高铝砖及硅砖是典型的硅酸铝系耐火材料。

碱性耐火材料主要组分为CaO- MgO 共晶成分，为67%CaO 、

33%MgO ，共晶温度为2300 ℃。

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