镍冶金概述与镍铁冶炼用原材料(1)

52
3.0 0.03 0.12
石灰石
5.3 冶金辅料
⑺ 膨润土/皂土：用作成球粘结剂，分钙质钠质两种 ，以蒙脱石为主，质量要求： ⑴最适宜含水量7%~8%， ⑵＜0.043mm粒度的含量高于70%，＜0.074mm粒度的含量高于90%，
＜0.150mm粒度的含量高于97%。 ⑶应具以下形态：3g膨润土与0.15g化学纯的MgO及100mL蒸馏水混合静置24h，无
4. 金属挥发
4.1 金属挥发作用与影响 4.2 金属挥发之衡量参考 4.3 Dalton的经验式
5. 镍铁冶炼用原材料
5.1 原材料分类 5.2 主炉料 5.3 冶金辅料
6. 结论
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1. 1 镍矿资源类型与分布
⑴镍矿类型：
硫化镍矿
镍矿
氧化镍矿
⑵镍矿分布：
类型
深海底含镍锰结核
分布
储量/亿吨 平均镍含量 镍储量/亿吨
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5.3 冶金辅料
⑵ 无烟煤：
过去氧化镍矿焙烧处理多用低硫、低灰 分、高发热值的焦煤。为节约焦煤和改 善工艺效果，目前多用无烟煤代替或部 分代替。
对其煤质要求为：
①灰分＜15% ②硫分＜1.5%③磷分＜0.04%
⑶ 煤炭分类及用途：
无烟煤：按煤化程度高低，可用于还原 剂或燃料等。
烟煤：可作为炼焦、燃料等。
⑶ 氧化镍矿
氧化镍矿 （含水30%左右 ）
含镍不锈钢
干燥窑干燥（含20%左右结晶水）
回转窑煅烧 （充分排水、60%-90%的铁质变为FeO、 10%的铁被还原成金属铁、0-40%镍被还原成金属镍）
矿热炉熔炼
氧化镍矿
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⑴ 冶金辅料分类：
5.3 冶金辅料
无烟煤（还原剂）
冶金辅料
石灰石（溶剂）
膨润土 （造球粘结剂）
氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散。 c. 结晶化学反应：
在金属-氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应，金属晶格变成金属氧 化物晶格。
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3.2 氧化还原动力学
⑵ 限制性环节讨论： a). 外扩散：一般不是限制性环节，因为金属熔炼过程中，气流速度较快，常常
高于形成边界层的临界速度。 b). 内扩散：氧化物的分子体积大于此金属原子体积时，氧化膜致密， 随氧化膜
uv=(p0Me-pMe)b/p
（uv：挥发速率 p:体系外部压力 p0Me:元素蒸气压 pMe:元素实际蒸气分压 b:常数） ⑴p↓，挥发速率↑（应用：真空熔炼） ⑵(p0Me-pMe)＞=＜0 分别表现为蒸发、平衡、凝聚 影响因素：温度、挥发表面积（ ↑，元素蒸气压 ↑，促进挥发） 蒸发空间体积、传质速度（↑，元素实际蒸气分压 ↓，促进挥发）
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敬
請
指
教
报告笔记
组织架构逻辑性（煤炭分类不插入辅料介绍照中） 主题小点，深入分析主题（三种氧化镍矿成分分析中
缺少镍分析，△Gθ进一步研究，三种氧化镍矿的地层分 析）
一个论点的前因后果（无烟煤为何取代焦煤）
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褐煤：主要作为原材料制造其它工业产 品，如活性炭、化肥等。
无烟煤
烟煤
褐煤
5.3 冶金辅料
⑷ 煤质指标分级：
等级 低分
煤质指标等级㈠
固定碳/% 挥发份/% 灰分/% 水分/% 硫分/% 磷分/%
<60
<20
≤ 15 ≤ 5
≤ 1.5 <0.01
中等 60-79
20-35
wk.baidu.com
15-25 5-15 1.5-2.5 0.01-0.1
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5. 镍铁冶炼用原材料
5.1 原材料分类：
镍铁冶炼用原 材料
主炉料 冶金辅料
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⑴ 主炉料分类：
5.2 主炉料
主炉料
氧化镍矿 含镍铁返回料
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5.2 主炉料
⑵ 含镍铁返回料
根据入炉成分要求，可与新矿搭配利用。 包括：合金冶炼产生的除尘灰、含镍不锈钢、 含镍材料的打磨屑、镀镍泥等 。
⑷氧化镍矿成分差异及冶炼类型：
氧化镍矿
镁质硅酸盐型 褐铁矿型 中间型
类型
成分
适合冶炼类型
镁质硅酸 盐型
褐铁矿型 中间型
A: Fe 8%-12% SiO2 40%-48% MgO 25%-35%
Fe>30% B1: SiO2<20% B2: SiO2>25% Fe 12%-25% C1: MgO 20%-35% C2: MgO 10%-25%
火法 湿法 湿法、火法
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1. 镍矿资源概述
1.2 世界主要产镍国及储量
国家 新喀里多尼亚
加拿大 俄罗斯 菲律宾 澳大利亚 古巴 美国 印度尼西亚
可靠储量/kt 14000 8200 8000 5500 5200 3200
多为伴生 2300
希腊
2100
注：未计入锰结核资源
估计储量/kt 15000 8500 8100 5600 5600 3400 2700 2500
高分 ≥80
>35
25-40 >15 2.5-4 >0.1
煤质指标等级㈡
级别
发热量 /KJ·kg-1
块煤强度
黏结性
热稳定性
（大于25mm）/% （胶质层最大厚度）/mm KP6/%
高值 25121-29308 高强
>65
强黏
>20
好 ≤30
中值 18841-25121 中强 50-65
中黏
10-20
b)质量要求：①酸性氧化物（SiO2+Al2O3） 含量＜3.5%， ②S含量＜0.08% P含量＜0.03% 越低越好，③石灰石有一定强度和均匀块度。
⑹石灰石等级分类：
化学成分（质量分数）/%
类 别 等级 CaO CaO+Mg MgO SiO2
P
S
O
不小于
不大于
特级品 54
1.0 0.002 0.02
沉淀，胶体量不小于90mL，上层溶液不超过10%。
⑻ 膨润土质量参考指标：
指标
蒙脱石含量（质量分数）/% 2h吸水率/% 膨胀倍数 粒度 水分/% 硫分/%
级别
一级
二级
>60
45-60
>120
100-120
>12
8-12
小于0.074mm(-200目)的占99%以上
小于10%
小于0.5%
膨润土
6. 总结
硫化镍矿 亚欧非和大洋
105
0.58％
0.62
洲、北美洲
红土镍矿 主要分布在赤
126
1.28％
1.6
道南北30度内
深海底含镍 各大洋底部
估计
1.37 %
411
锰结核
3/28 30000
1. 1 镍矿资源类型与分布
深海底含镍锰结核
硫化镍矿
4/28
红土镍矿
1. 1 镍矿资源类型与分布
⑶氧化镍矿的三种类型：
在合金熔体中，加入少量使氧化膜致密化的合金元素，能改变熔体氧化行为 降低氧化烧损。
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4. 金属挥发
4.1 金属挥发之作用与影响： ⑴精炼提纯，⑵熔炼时使金属成分损失，⑶污染环境。
4.2 金属挥发之衡量参考： 蒸汽压（越高越易于挥发），沸点、蒸发热（越低越易于挥发）
4.3 Dalton的经验式：
硫化物
氧化物
砷化物
Ni2O3 400~500℃ Ni3O4 继续升温 NiO
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2.2 镍的市场消费结构
消费结构/% 年份 国别 不锈钢 电池 电镀 合金及铸造 有色金属及合金 化学品 其他
2007 国际 65
8
2007 中国 51.3 8.4 26
2008 中国 69
5 15
8
2009 中国 77
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3.1 氧化还原热力学
⑵△Gθ与温度T关系：△Gθ=A+BT
T↑，NiO的△Gθ ↑
NiO越不稳定，越易被还原 （因此高温下镍的氧化物 更容易还原成镍）。
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3.2 氧化还原动力学
⑴ 金属氧化过程三个环节： a. 外扩散：
氧由气相通过边界层向氧-氧化膜界面扩散（靠浓度差扩散）。 b. 内扩散：
2400
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化23 物O
34
2.1 镍的性质与用途
⑴镍的性质：
①银白色金属，第Ⅷ族元素，原子序数28， 原子量58.69，熔点1455℃，沸点2730℃，具磁性。 ②不易生锈，抵抗苛性碱腐蚀，空气中形成 NiO薄膜， 高温性能好，700~800℃不氧化，化学性能稳定。
⑵自然界镍的三种基本形态：
4 10
7
12
5
10
8.5
5.8
3
2
国际上镍用于生产不锈钢上占总消费的65%，中国在07到09年不锈钢的镍消费比 例逐年上涨。
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3.1 氧化还原热力学
⑴生成吉布斯自由能概述： △Gθ：生成吉布斯自由能（标准摩尔生成吉布斯自由能） 指定温度及标准压力下，稳定单质生成1mol某物质时的吉布斯自由能变量。 （稳定单质△Gθ为零） Ⅰ. 某金属氧化物△Gθ值越小或越负: 该元素其被氧化倾向越大，氧化物越稳定，不容易被还原。 Ⅱ. 某金属氧化物△Gθ值越大或越正: 则该元素氧化倾向越小，氧化物越不稳定，越容易被还原。
1. 随硫化镍矿的长期消耗日益枯竭，储量丰富的氧化镍矿冶炼镍铁极具 市场前景。
2. 深入研究金属氧化还原的基本原理对制定合理的金属提取和精炼方法 ，开发研制相关的工艺，预见性地控制生产过程具有重要的作用。
3. 原材料的质量及供应条件直接关系着镍铁冶炼的各项技术经济指标， 确保冶炼用原料的化学成分和物理性质达标及原料品性稳定，关系到 产品品质与成本效益。
增厚，氧扩散阻力增大，限制性环节为内扩散（如铝硅镍等大多数金属）。 c). 结晶化学反应：相反若小于，则氧化膜疏松多孔，氧扩散阻力较小，限制性
环节为结晶化学反应，此时氧化速度为一常数（如碱金属锂、镁等）。
⑶ 一般性结论与应用： 一般认为，低温下氧化过程受化学反应控制，而高温下化学反应速度迅速增 大，大大超过扩散速度，因此高温下反应过程由动力学区转移到扩散区 。此 时氧化速度与反应温度、反应面积及氧的浓度有关。
镍冶金概述与冶炼用原材料
报告单位： 报 告 人： 报告日期：
技术部 技术一课 陈锦辉 制成工程师 2012.6.20
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大纲
1. 镍矿资源概述
1.1 镍矿资源类型与分布 1.2 世界主要产镍国与储量
2. 镍的性质与消费
1.2 镍的性质与用途 1.3 镍的市场消费结构
3. 金属氧化还原基本理论
3.1 氧化还原热力学 3.2 氧化还原动力学
普通石灰 一级品 43
石
二级品 52
三级品 51
1.5 0.01 0.08 3 2.2 0.02 0.10
3.0 0.03 0.12
四级品 50
4.0 0.04 0.15
特级品
55
1.0 0.005 0.02
高镁石灰 石
一级品 二级品 三级品
54
1.5 0.01 0.08
53
8 2.2 0.02 0.10
中等 30-45
低值 12560-18841 低强 30-50
弱黏
<10
差 45-60
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5.3 冶金辅料
⑸ 石灰石：
a)石灰石作为镍铁冶金溶剂的作用：使炉渣成分：FeO-MgO-SiO2 CaO- FeO-MgO-SiO2， 降低炉渣熔点，减小炉渣密度，有利于炉渣与镍铁分离，提高镍铁品位和回收率。