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1、镍铁与金属镍的生产工艺简介镍的主要物理化学性质为：相对原子质量58.71 密度/(g/cm3）8.91 熔点/1455 沸点/2910 摩尔热容（25 时）/(J/(mol.C)25.51 电阻率（0时）/(?cm)6.14 10-6 纯镍呈银白色，镍能与一些元素形成化合物。镍与碳可以形成Ni3C，在 380 以上时分解成镍和碳。但是看来液体中的Ni3C，直到 2000以上是稳定的。镍与硅可形成一系列硅化物，如Ni3Si、Ni5Si2、Ni2Si、Ni3Si2、NiSi和NiSi2。镍和氧能形成NiO，NiO 系菱面体晶，加热至200 以上时则变成立方晶。氧在固态镍中的熔解度，随温度的升高而下
2、降。镍与硫可以形成Ni3S2、Ni6S5、Ni7S6、NiS、Ni3S4和 NiS2等硫化镍。在工业镍铳中，找不到存在于自然界中的硫化镍NiS 和 NiS2，因为这两种硫化镍在熔点以下就早已分解了。镍和铁在区内形成连续固溶体。液相线在1436 下，含镍65%72%时，出现一个不很明显的最低点。镍可以扩大区，在固态时，分成数个相，回火时从这数个相中，都可形成FeNi3。在图 29 1 中可以看出镍铁合金中的居里点的变化，镍在 360 以下为面心立方晶，镍在 1130 以下为六方晶，镍在熔点之前为立方晶。冶炼方法：现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。根据世界上主要两类含镍矿物（含镍的硫化矿和氧化
3、矿）的不同，冶炼处理方法各异。含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是镍铁法。工艺操作：硫化镍精矿的火法冶炼硫化镍精矿的火法冶炼流程如图29 2 所示。其主要工艺特点如下：（1）熔炼。镍精矿经干燥脱硫后即送电炉（或鼓风炉）熔炼，目的是使铜镍的氧化物转变为硫化物，产出低冰镍（铜镍锍），同时脉石造渣。所得到的低冰镍中，镍和铜的总含量为8%25%（一般为13%17%），含硫量为25%。（2）低冰镍的吹炼。吹炼的目的是为了除去铁和一部分硫，得到含铜
4、和镍70%75%的高冰镍（镍高硫），而不是金属镍。转炉熔炼温度高于1230，由于低冰镍品位低，一般吹炼时间较长。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -（3）磨浮。高冰镍细磨、破碎后，用浮选和磁选分离，得到含镍67%68%的镍精矿，同时选出铜精矿和铜镍合金分别回收铜和铂族金属。镍精矿经反射炉熔化得到硫化镍，再送电解精炼或经电炉（或反射炉）还原熔炼得粗镍再电解精炼。（4）电解精炼。粗镍中除含铜、钻外，还含有金、银和铂族元素，需电解精炼回收。与铜电解不同的是这里采用隔膜电解槽。用粗镍做阳极，阴极为镍始极片，电解液用硫酸盐溶液硫酸盐和氯化盐混合溶液。通电后，阴极析出镍
5、，铂族元素进入阳极泥中，另行回收。产品电镍纯度为99.85%99.99%。用火冶法处理氧化镍制取镍铁和金属镍硅酸氧化矿可以用火冶法熔炼，经还原、熔化和精炼得到镍。还原时要争取使氧化镍完全变为金属镍。熔化时流言蜚语镍铁将同较轻的渣分开。镍铁的含镍量取决于部分还原过程的选择能力。采用焦炭作还原剂，也可采用硅铁作还原剂。为了除去粗镍铁中的杂质碳、硫、磷和铬，必须进行精炼。在电炉中用碳直接部分还原炼制镍铁在矿热炉中采用碳热法将矿石还原成镍铁，随后进行精炼。所用矿石的成分为：Ni2.8%,CoO0.06%,Fe13%,Cr2O32%,MgO24%,SiO239%,化合水 12%。这种矿石经干燥后，放在回
6、转窑内预热到750 左右。重油的消耗量为每吨干矿石65-85L。在经预热的热矿石中，加入约4%的焦粉，然后即将这种混合料，放在还原电炉中冶炼。在矿热炉的容量为12500kV.A，电极直径1250mm，炉膛内径11m。冶炼时每吨矿石的耗电量为600kW.h。每天可冶炼450t矿石，镍铁出炉温度为 1500，出渣温度为1600。炉料中 90%以上的镍回收到成分为Ni+Co24%，Si3%，C2%，Cr1.6%，P0.03%的粗镍铁中。在铸桶中用苏打处理两次而将硫除掉，在酸性转炉中把铬、硅、碳和磷吹掉。精炼好的镍铁大约1650 时出炉，铸成约 20kg重的锭块。最终产品含Ni+Co29%，C0.02
7、%，Cr0.02%，余量为铁。用冶炼镍锍的方法制取镍丸采用的方法是，先将矿石作成球团，经烧结后同焦炭和石膏一起加到低炉身电炉中进行还原冶炼。硫酸钙被还原后，与镍和铁反应生成硫化物。约含Ni27%，Fe60%，S10%的铁镍锍，同附加料一起装在转炉中用空气吹炼，使铁渣化，成为约含有 Ni78%，S22%的贫铁镍锍。然后采用流化床法在回转窑中将硫焙烧到0.005%以下。这种氧化镍经磨细加糊加粘合剂混合后压成3cm 2cm的圆柱形料块。为种料块经干燥后混加大量木炭，放在加热的立式碳化硅马弗炉中，于约 1300下用一氧化碳还原，这种炉子与锌竖罐法用的炉子相似。生产出镍粒约含Ni99%，Cu0.07%，
8、Co0.5%，Fe0.1%，C0.04%，S0.004%。用硅铁部分还原的方法冶炼镍铁矿石经在回转窑中干燥后，进行分级，并除掉低品位的粗块，这时的成分大致为：Ni1.65%，Co0.02%，Fe12%，SiO250%，MgO25%，Cr2O31.5%，Al2O31.3%，化合水7%。干燥的矿石经破碎后，筛出小于0.08mm的筛下料，并放在多层焙烧炉中进行预焙烧。筛上料则放在用煤气加热的回转窑中，加热到700 左右，以除去水分和预热矿石。加热好的热料即送到炉前料仓内，接着再从料仓将料装入14000kV.A开口式电炉中，电炉自焙电极直径约1000mm，并配有水冷炉壁。冶炼每吨矿石的耗电量约为760
9、kW.h，电极消耗量为5kg。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -往熔化的氧化矿和金属的混合液中添加一种强还原剂，并将矿石、还原剂和液态金属充分混合。还原剂采用含硅50%的硅铁。熔池的搅动是通过在两个铸桶间的快速倒来倒去的方法实现的。其还原顺序如下：（2Fe2O3）+FeSi=4(FeO)+(SiO2)+Fe （2NiO）FeSi=2Ni+Fe+(SiO2)(2FeO)+FeSi=3Fe+(SiO2)硅铁中的铁直接进入金属相。来自前步工序的1650 的液态矿石、硅铁（1.5L/kg液态矿石中的镍）和镍铁，采用在两个铸桶（叫做“跳转混合器”）间倒来倒去的方法进行混合。同硅铁的反应是放热的，所以可防止温度在混合时下降得过多。每操作一次可生产出400kg镍铁，因而在2500kV.A的电炉中要定期装入4000kg精矿用的炉料。粗镍铁含磷达0.4%，这些磷可在电弧炉中，采用氧化钙含量很高的渣，用铁矿石氧化成P2O5后除掉。液态镍铁用硅铁脱氧后铸成13kg重的锭，其大致成分如下，Ni48%,S0.005%,P0.01%,C0.02%,Cr0.02%，Si0.9%,Co0.5%，Cu0.1%，其余为铁。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -