镍冶金

7.2.2 镍锍的吹炼
• 镍锍吹炼与冰铜吹炼差异：镍锍吹炼的 最终产品不是金属镍而是Ni3S2 与Ni的合 金。（称为高镍锍或高冰镍）。
原因：随着熔体中硫含量的降低和镍含
量的增多，吹炼温度要求越来越高，如 当熔体中镍的质量分数达到90%，硫的 质量分数降到1%时，炉温必须提高到 2044K以上，反应Ni3S2 + 4NiO = 7Ni + 2SO2才能进行。在普通空气吹炼的转炉 中达不到如此高的温度.
• 中国镍储量约800万吨，世界第七位，以
硫化矿为主，其中金川镍矿548万吨， 新疆喀拉通克镍矿约40万吨，吉林 镍矿约25万吨，此外，四川会理、 青海化隆、云南金平也有少量镍矿。 氧化矿主要集中在云南省。
• 世界产量约100万吨，中国约5万吨。
• 中国主要生产厂家：金川有色金属 公司、吉林镍业公司、成都电冶厂、 重庆冶炼厂、会理镍矿、新疆喀拉 通克铜镍矿。
• 该工艺流程的优点: A、碳铵溶液既能选择性浸出焙砂的镍、铜、 钴，生成稳定的络合物，又能成功地分离 回收；
B、碳铵溶液易于回收利用； C、物料腐蚀性弱，设备可用碳钢制作； D、采用常压浸出，设备结构简单。 • 该工艺流程的缺点： A、能耗较高； B、镍钴回收率低； C、液固分离设备容积大，厂区占地面积大。
（2）还原焙烧
• 还原焙烧的目的是使镍钴氧化物还 原成易溶于NH3-CO2-H2O系溶液中 的金属镍钴或镍钴铁合金，同时使 铁的高价氧化物大部分还原成Fe3O4, 仅少量为金属铁。
• 还原焙烧采用沸腾焙烧炉。
• 还原焙烧过程发生的主要反应：
H2O(g) + CO = H2 + CO2
2CO = CO2 + C NiO(s) + H2= Ni(s) + H2O(g) NiO(s) + CO= Ni(s) + CO2
7.1.5 镍的提取方法 • 镍矿的特点: 品位低、成分复杂、伴
生脉石多、难熔。 • 镍的产品：
纯镍类：电镍、镍丸、镍粉； 非纯镍类：烧结氧化镍、镍铁。 • 炼镍方法分为火法和湿法两大类。
7.2 氧化镍矿的火法冶金
7.2.1 氧化镍矿烧结和鼓风炉熔炼 • 进入鼓风炉的炉料须经制团或烧结焙烧.
硫化剂为:黄铁矿或石膏. • 烧结时发生脱水\分解\还原\造渣和硫化
• 回转窑焙烧实际上是氯化-硫酸化焙烧,目 的是使铜转变成易溶盐,而镍、钴铁则仍 为氧化物。回转窑焙烧物经溶浸除铜后，
加入另一回转窑烘干和氧化，焙烧产物 为氧化亚镍。
• 氧化亚镍配入石油焦或沥青焦在电弧炉 中还原，产出镍锭、镍粒或金属镍阳极。
7.2.4 氧化镍制取镍铁 (1)电炉熔炼法
(Ni + Co)20~23%, Si2~4%,C1.8~2.2%, Cr1.5~1.7%,S0.25~0.35%,余者为铁。 (2)高炉熔炼法
（3）产物
• 电炉熔炼产物有铜镍锍（称为低镍锍）、 炉渣、烟尘、烟气。低镍锍的主要成分 为Ni3S2、Cu2S、FeS。
• 电炉渣的主要成分是FeO、SiO2、MgO、 CaO、Al2O3，总质量分数是97~98%。
（4）主要技术指标 • 焙砂：Ni5~6%; Cu2.5~3%; Co0.15 ~
7.2.3 高镍锍的处理
• 高镍锍经破碎、焙烧、还原处理后产出 粗镍阳极。
• 焙烧的目的是使高镍锍中的硫化物氧化， 同时使铜变成可溶铜，以便浸出除去。 焙烧分沸腾焙烧和回转窑焙烧两步进行。
• 沸腾焙烧是为了氧化脱硫。温度为 1243~1423K，过程可实现自热。焙砂中 硫的质量分数可将至0.4~0.6%.
分铁还原并使其硫化为金属硫化物与炉 渣分开。熔炼时焦点区温度可达1973K。 • 鼓风炉还原的主要反应为：
NiO + C(CO) = NI + CO(CO2)
NiSiO3 + 2FeO + C(CO) = Ni + Fe2SiO4
+ CO(CO2)
NiSiO3 + CaO + C(CO) = Ni + CaSiO3
7.3.2 硫化镍矿的电炉熔炼 (1)原料准备 • 水份降至3%以下, 经流态化焙烧. • 流态化焙烧分制粒焙烧和精矿直接
焙烧. (2)电炉熔炼 • 矿热电炉:电阻炉与电弧炉性能的复
合式电炉.
• 电炉熔炼的冶金反应主要发生在炉 渣与炉料的接触面上,即以液固反应 为主.当温度达到1373~1573K时,硫化 物与氧化物间的相互反应激烈进行. 主要有:
反应:
2Fe2O3·3H2O = 2Fe2O3 + 3H2O
CaCO3 = CaO + CO2
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2
NiO + CO + 1/2S2 = NiS + CO2 • 还原硫化熔炼：将矿石中的镍、钴和部
第7章 镍冶金
7.1 概述
7.1.1 镍的资源及生产状况 • 镍在地壳中的平均质量分数为0.01%，资
源分两类：硫化矿和氧化矿。海底锰结核 中也存有丰富的镍。 • 硫化矿中主要有镍黄铁矿(Fe, Ni)9S8、镍 磁黄铁矿(Ni, Fe)7S8、针硫镍矿NiS、辉铁 镍矿 3NiS·FeS2、钴镍黄铁矿(Ni, Co)3S4。
+ 9CO2
0.5Fe2SiO3 + 4CO + SO3 = FeS + 0.5SiO2 + 4CO2 3NiO + 2FeS + Fe = Ni3S2 + 3FeO 3NiSiO3 + 2FeS + Fe =Ni3S2 + 1.5Fe2SiO4 + 1.5SiO2 NiO + Fe = FeO + Ni 2NiSiO3 + 2F = 2Ni + Fe2SiO4 + SiO2
7.1.2 ห้องสมุดไป่ตู้的性质
(1)物理性质
• 属于VIII族元素, 银白色铁磁金属, 熔点 1726K, 沸点约3073K. 镍的密度为 8.908g/cm3.
(2) 化学性质
• 在大气中不易生锈，能抗苛性碱的侵蚀， 易受氧化性盐类（氯化铁、氯酸铁）侵 蚀，几乎所有的有机化合物都不与镍作 用。在空气或氯气中镍表面形成一薄层 防止继续氧化的NiO。
CoO(s) + H2= Co(s) + H2O(g) CoO(s) + CO= Co(s) + CO2 3Fe2O3(s) + H2= 2Fe3O4(s) + H2O(g) 3Fe2O3(s) + CO= 2Fe3O4(s) + CO2 Fe3O4(s) + H2= 3FeO (s) + H2O(g) Fe3O4(s) + CO= 3FeO(s) + CO2
+ CO(CO2)
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = 3Fe + CO2 Fe3O4 + CO + 1.5SiO2 = 1.5Fe2SiO4 + CO2 Fe2SiO4 + 2CO =2Fe + SiO2 +2CO2 • 鼓风炉硫化的主要反应： CaSO4·2H2O = CaO + SO3 + 2H2O 3NiO + 9CO + 2SO3 = Ni3S2+9CO2 FeO + 4CO + SO3= FeS + 4CO2 3NiSiO3 + 9CO + 2SO3 = Ni3S2 + 3SiO2
• 硫化镍精矿：镍的质量分数为62~63%， 铜的质量分数为3.3~3.6%, 几乎不含贵金 属.
硫化铜精矿中,铜的质量分数为69~ 71%, 镍的质量分数为3.4~3.7%.
铜镍合金中,镍的质量分数为60%, 铜的质 量分数为17%, 其中夹杂少量硫化物.
• 磨浮过程中产出的硫化镍精矿或经焙烧还原熔炼铸成金属镍阳极,或直接铸成硫 化镍阳极,送电解精炼.硫化铜精矿送铜冶 炼厂.铜镍合金富集了高镍锍中的贵金属, 单独进行处理.
3NiO + 3FeS = Ni3S2 + 3FeO + 0.5S2
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO
CoO + FeS = CoS + FeO
10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2
• 生成的Ni3S2、Cu2S、 Cu2S、 FeS 相互溶解形成铜镍锍，铜镍锍中还 溶有贵金属和部分Fe3O4.
7.1.3 镍的主要化合物 (1)镍的氧化物
镍有3种氧化物:NiO, Ni3O4, Ni2O3. (2)镍的硫化物
镍有4种硫化物:NiS2, Ni6S5, Ni3S2，NiS。 (3)镍的砷化物
镍有2种砷化物:NiAs, Ni3As2。 (4)羰基镍
镍与铁、钴相似，在323~373K温度下， 与CO反应形成羰基镍Ni(CO)4,当温度提 高到453~473K时，羰基镍分解为金属镍。
7.1.4 镍的用途
(1)大量用于不锈钢、铁磁合金和合金 结构钢的生产，镍与铜、铬、钴、铝 等金属组成非铁合金。
(2)镍基合金与镍铬基合金是一种耐高 温、抗氧化材料，用于喷气蜗轮、电 热元件、电阻和高温构件。
(3)镍钴铝合金是一种良好的磁性材料， 用于电工器材。
(4)镍粉是化学反应加氢催化剂。
(5)镍的镀层具有良好的防锈性能。
0.25%;S15~18%; Fe27~32%.