镍及镍铁合金.

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 + CO(CO2)
11
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = 3Fe + CO2 Fe3O4 + CO + 1.5SiO2 = 1.5Fe2SiO4 + CO2 Fe2SiO4 + 2CO =2Fe + SiO2 +2CO2
13
镍锍吹炼分为吹炼阶段和精炼阶段
吹炼目的：除去镍锍中大部分的硫和铁。
镍锍中含有较多的金属化镍和铁，吹炼吹炼时在 大部分金属铁氧化除去后，FeS才开始氧化。
精炼目的：将残留的铁和钴氧化造渣，以
便提高镍锍的镍品位和得到含钴高的炉渣，有利 于钴的回收。
高锍镍的化学成分：Ni78~79.5%,
Co0.3~0.5%, Fe0.2~0.3%, Cu0.8~2.5%,S17~19%.
27
2.2.2铜冰镍的吹炼和吹炼产物的分离
（1）铜冰镍的吹炼 吹炼的目的：使铜冰镍中的FeS氧化造渣，将铁和部分硫
脱除，产出高铜冰镍，铜冰镍的吹炼只有造渣期而没有造 金属期。
高铜冰镍：Ni40~48%； Cu24~30%；Fe2~14%；S>20%.
28
造渣期反应不重复，在吹炼后期，可发生下列反应： Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 4Cu + Ni3S2 = 3Ni + 2Cu2S Ni3S2 + 4NiO = 7Ni + 2SO2
印尼 新卡里多尼亚
其他
3
1.2 镍的性质
(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
在打气中不易生锈，能抗苛性碱的侵蚀
易受氧化性盐类侵蚀，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。
14
2.1.3 高冰镍的处理
高冰镍经破碎、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。
15
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%.
45
46
采用隔膜电解的原因：由于阳极板成分复杂，杂
质含量高，进入电解液后在阴极析出，使阴极产物镍 纯度降低。
隔膜电解：用隔膜将电解槽分为阴极区和阳极区两
部分，并保持阴极区液面始终高于阳极区，使电解液 由阴极区流向阳极区，从而保证了阴极室内电解液的 纯度。阳极区的电解液，也叫阳极液，不断从电解槽 流出，送去进行深度净化，然后再送到阴极区进行电 解提镍。
铁。
36
(3)氨浸
焙烧矿中镍、钴、铁在空气存在的情况下， 按下式在NH3-CO2-H2O系溶液中溶 解，形成氨络离 子： Ni + 1/2O2 + nNH3 + CO2 = Ni(NH3)2+n + CO32Co + 1/2O2 + nNH3 + CO2 = Co(NH3)2+n + CO32Co + 3/2O2 + nNH3 + 3CO2 =2 Co(NH3)2+n + 3CO32Fe + 1/2O2 + nNH3 + CO2 = Fe(NH3)2+n + CO32-
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.
镍及镍铁合金
1
镍的概述
2 镍的火法冶金
3
镍的湿法冶金
4
镍的电解精炼
5
镍冶金的发展趋势
1
1 概述
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。
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。
(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)镍粉是化学反应加氢催化剂。 (4)镍的镀层具有良好的防锈性能。
6
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、
39
碱式碳酸镍处理：
A、回转窑煅烧生产NiO粉； B、硫酸浸出，净化后送电解生产电镍； C、用NH3-(NH4)2CO3–H2O 或 NH3-(NH4)2SO4– H2O 系溶液溶解，净化 后用高压氢还原制取镍粉。
40 40
3.2硫化镍矿的湿法冶金
硫化镍矿主要采用火法冶金处理，用湿法冶 金处理的比例不大。 （1）加压氨浸
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：火法和湿法。
7
1
镍的概述
2 镍的火法冶金
3 镍的湿法冶金
4
镍的电解精炼
5
镍冶金的发展趋势
8
黄铁矿，石膏
9
10
还原硫化熔炼：将矿石中的镍、钴和部分
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。
(2)高炉熔炼法
镍铁磷合金,Ni1.8~9.0%, Fe70~75%,P14~20%.
(3)回转窑法
粗镍铁粒
17
2.2 硫化镍矿的火法冶金
铜镍硫化 矿熔炼
鼓风炉法 反射炉法 电炉法
闪速炉法
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2.2 .1硫化镍矿的电炉熔炼
(1)原料准备
MgO含量不超过6%。 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)电矿热电炉
3.2 硫酸化焙烧-浸出
（1）硫酸化焙烧； （2）浸出； （3）铁屑沉淀镍、钴、铜。
43
镍及镍铁合金
1
镍的概述
2 镍的火法冶金
3
镍的湿法冶金
4
镍的精炼
5
镍冶金的发展趋势
44
4.1 镍硫化物阳极隔膜电解
电解原理：以硫化镍板作阳极，以镍始级片 作阴极。在通电电解过程中，硫化镍阳极溶解， 镍及铁、铜、钴等元素以离子状态进入溶液中， 同时溶液中的镍离子在阴极上析出，形成金属镍。
浸出焙砂的镍、铜、钴； 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、常压浸出，设备结
构简单。
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
目的：使镍钴氧化物还原成易溶于NH3-CO2H2O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
第三个反应向右进行的原因是由于金属铜的生成将金 属镍溶解的缘故。
吹炼产出的高镍锍中铜镍质量分数和不超过80%，硫
的质量分数不低于17%。
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（2）铜镍硫化物的分离
分层熔炼法; 磨浮分离法;最普遍。 盐酸浸出法。
磨浮分离法的实质是当高镍锍缓慢冷却时， 其中各组分由于相互溶解度的差异，分离成具有 不同化学成分的晶粒，随后用选矿法使之分离。 30
2
全球镍资源分布
硫化矿主要集中0 在0 一0 0些北部国家，加澳拿大利大亚、前苏联、
中国；氧化矿主要沿南北回归线分布，特俄罗别斯集中于两个地 带，即新卡里多24尼% 亚、印度尼30西% 亚、菲律古巴宾一带和古巴、
多米尼加一带。
加拿大
中国镍15储% 量约800万吨，世界1七1%位。 中国
5% 4% 4% 7%
24
生成的Ni3S2、Cu2S、Cu2S、FeS 相互溶解形 成铜冰镍，铜冰镍中还溶有贵金属和部分Fe3O4.
生成的氧化物和炉料中的脉石与溶剂反应形 成硅酸盐炉渣。
3Fe3O4+ FeS+ 5SiO2 =5(2FeO·SiO2)+ SO2 2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 CaO + SiO2 = CaO·SiO2 MgO + SiO2 = MgO·SiO2
1
镍的概述
2 镍的火法冶金
3 镍的湿法冶金
4
镍的电解精炼
5
镍冶金的发展趋势
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3氧化镍矿的湿法冶金
含镍高的硅镁镍矿用火法处理；而含镍较贫
的红土矿用湿法处理。
湿法处理
还原焙烧-低压氨浸 矿石直接酸浸
32
3.1 氧化镍矿还原焙烧-低压氨浸
33
还原焙烧-低压氨浸工艺流程
34
还原焙烧-低压氨浸
优点： A、碳铵溶液既能选择性
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。
16
2.1.4 氧化镍制取镍铁
(1)电炉熔炼法
高碳镍铁合金，成分为(Ni + Co)20~23%, Si 2~4%,C l8~2.2%, Cr 1.5~1.7%,S 25~0.35%,余者 为铁。
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+ 9CO2
12
2.1.2 镍锍的吹炼
4
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3种硫化物:NiS2, 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 5 为金属镍。
25
电流在熔池中的流动有两个途径：
A、电极A 炉渣 铜镍锍 炉渣 电极B
B、电极A 炉渣 电极B
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（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%。
硫化物中硫在氧化浸出过程中，首先氧化为 硫代硫酸根S2O32-, 然后再按下列两式氧化生成连
多硫酸根、氨基磺酸根及硫酸根：
2(NH4)2S2O3 +2O2 =(NH4)2S3O6 +(NH4)2SO4
（NH4)2S3O6 +2O2+4NH3+H2O =NH4·SO3NH2 +2(NH4)2SO4
42
47
电解产物：
阴极产物：电镍 阳极产物：阳极泥
阳极板中的镍、铜、铁等大部分进入溶液，而元素硫和未 溶解的硫化物及贵金属则形成阳极泥。阳极泥进过水洗回收其 中游离的金属后，被作为提取贵金属和硫磺生产的原料
镍硫化物阳极电解精炼特点：
37
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（4）成品液蒸氨
蒸氨的目的是使镍钴氨络合物分解成碱式碳 酸镍和氢氧化钴沉淀析出，同时回收NH3 和CO2。 2Ni(NH3)6CO3 + 2H2O = Ni(OH)2·NiCO3·H2O +12NH3 +CO2 [Co(NH3)6]2CO3+3H2O=2Co(OH)2 +12NH3+3CO2 (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O
电阻炉与电弧炉性能的复合式电炉.
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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:
3NiO + 3FeS = Ni3S2 + 3FeO + 0.5S2 Cu2O + FeS = Cu2S + FeO CoO + FeS = CoS + FeO 10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2
浸出是在加压条件下用溶解有氧的NH3(NH4)2SO4溶液进行。浸出所用设备为高压釜。加 压氨浸时，镍的硫化物与氧、氨反应：
NiS + 2O2 + 6NH3 = Ni(NH3)6SO4 水解后液用H2还原得到镍粉，镍粉中镍的质
量分数为99.9%.
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铁的硫化物则形成Fe2O3沉淀。 4FeS +9O2 +8NH3 +4H2O =2Fe2O3 +4(NH4)2SO4