镍铁与金属镍的生产工艺简介
信息类别:
金属学与金属工艺
    发布时间:
2020-03-18
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    镍的首要物理化学性质为:
    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)/(Ω?cm): 6.14×10-6
    纯镍呈银白色,镍能与一些元素构成化合物。
    镍与碳能够构成Ni3C,在380℃以上时分解成镍和碳。可是看来液体中的Ni3C,直到2000℃以上是安稳的。
    镍与硅可构成一系列硅化物,如Ni3Si、Ni5Si2、Ni2Si、Ni3Si2、NiSi和NiSi2。
    镍和氧能构成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,随温度的升高而下降。
    镍与硫能够构成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γ区内构成接连固溶体。液相线在1436℃下,含镍65%-72%时,呈现一个不很显着的最低点。镍能够扩展γ区,在固态时,分红数个相,回火时从这数个相中,都可构成FeNi3。在图29-1中能够看出镍铁合金中的居里点的改变,α-镍在360℃以下为面心立方晶,β-镍在1130℃以下为六方晶,γ-镍在熔点之前为立方晶。
    冶炼办法:
    现代出产镍的办法首要有火法和湿法两种。依据世界上首要两类含镍矿藏(含镍的硫化矿和氧化矿)的不同,冶炼处理办法各异。
    含镍硫化矿现在首要选用火法处理,经过精矿焙烧反射炉(电炉或鼓风炉)冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。氧化矿首要是含镍红土矿,其档次低,适于湿法处理;首要办法有浸法和硫酸法两种。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。其首要工艺特色如下:
    (1)熔炼。镍精矿经枯燥脱硫后即送电炉(或鼓风炉)熔炼,意图是使铜镍的氧化物转变为硫化物,产出低冰镍(铜镍锍),一同脉石造渣。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。吹炼的意图是为了除去铁和一部分硫,得到含铜和镍70%-75%的高冰镍(镍高硫),而不是金属镍。转炉熔炼温度高于1230℃,因为低冰镍档次低,一般吹炼时刻较长。
    (3)磨浮。高冰镍细磨、破碎后,用浮选和磁选别离,得到含镍67%-68%的镍精矿,一同选出铜精矿和铜镍合金别离收回铜和铂族金属。镍精矿经反射炉熔化得到硫化镍,再送电解精粹或经电炉(或反射炉)复原熔炼得粗镍再电解精粹。
    (4)电解精粹。粗镍中除含铜、钻外,还含有金、银和铂族元素,需电解精粹收回。与铜电解不同的是这儿选用隔阂电解槽。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,阴极分出镍,铂族元素进入阳极泥中,另行收回。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
    硅酸氧化矿能够用火冶法熔炼,经复原、熔化和精粹得到镍。复原时要争夺使氧化镍彻底变为金属镍。熔化时风言风语镍铁将同较轻的渣分隔。镍铁的含镍量取决于部分复原进程的挑选才能。选用焦炭作复原剂,也可选用硅铁作复原剂。为了除去粗镍铁中的杂质碳、硫、磷和铬,有必要进行精粹。
    在电炉顶用碳直接部分复原炼制镍铁
    在矿热炉中选用碳热法将矿石复原成镍铁,随后进行精粹。
    所用矿石的成分为:Ni2.8%,CoO0.06%,Fe13%,Cr2O32%,MgO24%,SiO239%,化合水12%。这种矿石经枯燥后,放在反转窑内预热到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,参加约4%的焦粉,然后行将这种混合料,放在复原电炉中冶炼。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℃。 炉猜中90%以上的镍收回到成分为Ni+Co24%,Si3%,C2%,Cr1.6%,P0.03%的粗镍铁中。
    在铸桶顶用苏打处理两次而将硫除去,在酸性转炉中把铬、硅、碳和磷吹掉。精粹好的镍铁大约1650℃时出炉, 铸成约20kg重的锭块。终究产品含Ni+Co29%,C0.02%,Cr0.02%,余量为铁。
    用冶炼镍锍的办法制取镍丸
    选用的办法是,先将矿石作成球团,经烧结后同焦炭和石膏一同加到低炉身电炉中进行复原冶炼。硫酸钙被复原后,与镍和铁反响生成硫化物。约含Ni27%,Fe60%,S10%的铁镍锍,同附加料一同装在转炉顶用空气吹炼,使铁渣化,成为约含有Ni78%,S22%的贫铁镍锍。然后选用流化床法在反转窑中将硫焙烧到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。
    为种料块经枯燥后混加很多木炭,放在加热的立式碳化硅马弗炉中,于约1300下用复原,这种炉子与锌竖罐法用的炉子类似。出产出镍粒约含Ni99%,Cu0.07%,Co0.5%,Fe0.1%,C0.04%,S0.004%。
    用硅铁部分复原的办法冶炼镍铁
    矿石经在反转窑中枯燥后,进行分级,并除去低档次的粗块,这时的成分大致为:Ni1.65%,Co0.02%,Fe12%,SiO250%,MgO25%,Cr2O31.5%,Al2O31.3%,化合水7%。
    枯燥的矿石经破碎后,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反转窑中,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760kW.h,电极消耗量为5kg。
    往熔化的氧化矿和金属的混合液中增加一种强复原剂,并将矿石、复原剂和液态金属充沛混合。复原剂选用含硅50%的硅铁。熔池的搅动是经过在两个铸桶间的快速倒来倒去的办法完成的。其复原次序如下:
    (2Fe2O3)+[FeSi]=4(FeO)+(SiO2)+[Fe]
    (2NiO)+[FeSi] =2[Ni]+[Fe]+( SiO2)
    (2FeO)+[FeSi]=3[Fe]+(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,选用在两个铸桶(叫做“跳转混合器”)间倒来倒去的办法进行混合。同硅铁的反响是放热的,所以可防止温度在混合时下降得过多。每操作一次可出产出400kg镍铁,因而在2500kV.A的电炉中要定时装入4000kg精矿用的炉料。
    粗镍铁含磷达0.4%,这些磷可在电弧炉中,选用氧化钙含量很高的渣,用铁矿石氧化成P2O5后除去。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%,其他为铁。

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